可控放大器论文.doc

2011年全国大学生电子设计竞赛可控放大器设计单位：安康学院 设计者：王彬彬 任永 张萌 指导教师：王庆春 陈守满 2011年8月9日 摘要：本着简单、准确、可靠、稳定、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。系统的特色在于：通过模拟开关，改变反馈电阻阻值，从而改变放大器增益，增益从10dB到60dB可调步进为10dB。用单片机AT89C51对可编程滤波器芯片uA741CD进行程序控制，可以同时对两路输入信号进行二阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率设置范围为40kHz60kHz，步进为2kHz。关键字：单片机AT89C51；芯片uA741CD；放大器；滤波器；RC电路Abstract: in a simple, accurate, reliable, stable, general principle, adopts a hierarchical design matching interconnection thought. System features: through the analog switch, change the feedback resistor, thereby changing the gain of the amplifier, gain from 10dB to 60dB adjustable step for 10dB.Using single-chip AT89C51 on programmable filter chip uA741 control program, can be simultaneously on the two input signal to two order low-pass, high-pass, band-pass, band stop and all-pass filter, the center frequency of the filter is set in the range of 40kHz to 60kHz, step 2kHz.Keywords: single chip AT89C51; uA741; DAC; amplifier; filter1前言12设计要求12.1基本要求12.2发挥部分13设计方案23.1系统整体设计方案23.2放大部分23.3滤波部分43.3.1低通滤波、高通滤波和带通滤波43.4软件流程53.5显示模块53.6放大器测试63.7滤波器测试64结论6设计题目：可控放大器1 前言根据放大器增益可设置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置的设计要求，有效地利用各种功能的集成芯片(利用单片机(AT89C51)作为控制核心,放大电路部分采用UA741CD芯片，输入信号由UA741CD放大),使得电路放大倍数精确、易控制、抗干扰能力强、调节范围大.显示和按键部分采用了液晶实时显示和触摸屏设置构成人性化的人机界面，使操作更加方便。可控放大器是对放大器增益等参数进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等多个领域。2 设计要求2.1 基本要求(1) 放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40 dB,通频带为100 Hz40kHz，放大器输出电压无明显失真。(2)滤波器可设置为低通滤波器，其- 3 dB截止频率fc 在120 kHz范围内可调，调节的频率步进为1 kHz，2 fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30 dB，RL = 1 k。(3)滤波器可设置为高通滤波器，其- 3 dB截止频率fc 在120 kHz范围内可调，调节的频率步进为1 kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30 dB，RL = 1 k。(4)截止频率的误差不大于10%。(5)有设置参数显示功能。2.2 发挥部分（1）放大器电压增益为60dB，输入正弦信号电压振幅为10mV，增益10dB 步进可调，通频带为100Hz100kHz。（2）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz 和60kHz 频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。（3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz60kHz，步进为2kHz。（4）电压增益、截止频率误差均不大于5%。（5）其他。3 设计方案3.1 系统整体设计方案可控放大器的设计方案，以单片机（AT89C51）为控制核心。单 片 机AT89C51放 大 器4051模拟开关低通滤波器高通滤波器带通滤波器显 示图1 可控放大器的设计方案3.2 放大部分放大电路采用三级放大，放大器采用UA741CD芯片，如图所示。前两级个放大器采用同相输入，输入电阻较大，降低电路损耗。第三级放大器采用反相输入，放大倍数在1060dB可调。三级放大器除电源公用外，三组运放互相独立。UA741CD芯片具有较宽的增益带宽积和工作电压，它的运用比较普遍，它能使电路具有优良的性能。它还具有如下特点：(1)无频率补偿要求；(2)短路保护；(3)失调电压调零；(4)大的共模、差模电压范围；(5)低功耗。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有7个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“+”、“-”为正、负电源端，“6”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。图 2 UA741芯片图 3 放大电路图例 放大电路的放大原理：通过3级放大,使放大电路电压增益达到60 dB，第一、二级放大40dB,第三级放大60dB. 3.3 滤波部分工业自动化的许多领域都要使用滤波器。一般有源滤波器均由运算放大器和RC元件组成 。3.3.1 低通滤波、高通滤波和带通滤波图 4 低通滤波图 5 高通滤波图 6 带通滤波滤波器， 通常用来对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路。低通滤波器就是用来抑制频率高于某个值的电路。高通滤波器就是用来抑制频率低于某个值得电路。带通滤波器就是用来抑制频率范围以外的值的电路。3.4 软件流程初始化判断键增益控制低通滤波高通滤波带通滤波设置参数结束按键图7 流程图3.5 显示模块图8 显示控制图8为放大器电压增益为60dB，增益10dB 步进可调，通过K1到k6可控增益从10dB到60dB 步进可调显示控制。3.6 放大器测试增益(dB)Vi（mv）Vout1010312010100301030040101000501030006010100003.7 滤波器测试Vi10101010101010101010fcVo4 结论本系统以单片机AT89C51和芯片UA741CD为核心控制，利用RC电路可控放大电路。该电路有两部分组成，即是放大电路和滤波电路。放大部分可实现放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为60 dB, 增益10dB 步进可调，通频带为100Hz100kHz，放大器输出电压无明显失真。滤波部分可分为低通滤波、高通滤波和带通滤波。可实现其- 3 dB截止频率fc 在120 kHz范围内可调，调节的频率步进为1 kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30 dB，RL = 1 k。最后通过LCD显示屏显示出来。参考文献