自动增益控制放大器.doc

自动增益控制放大器摘要：系统以TI公司的高速宽带可变增益放大器VCA810以及TPA3112为核心，实现根据输入信号及环境噪声幅度自动调节音量的自动增益控制音响放大器。系统由射极跟随器、有效值检波、程控可变增益放大、功率放大等主要模块组成，各模块通过单片机AT89C51控制。一路音频信号经过有效值检波器AD637检测有效值，采用电压比较器进行模拟信号的处理计算频率，然后通过液晶LCD12864显示信号的幅值和频率高低。另一路音频信号通过射极跟随放大器电路输入给程控增益放大器VCA810，通过DA转换，对程控增益放大器VCA810的放大倍数进行调整，使输入信号幅度在10mV5V之间变化时实现输出电压的恒定，同时经过滤波器使频带在100Hz10kHz范围内。最后再经过末级音频功率运放TPA3112实现功率放大，构建末级电路以达到驱动8喇叭负载。关键字:可变增益放大器VCA810 有效值检波器AD637 功率放大器TPA3112 一、系统方案论证与选择1、方案选择1.1 射极跟随器方案一：采用OPA820电压反馈运算放大器，增益带宽积为480MHz，符合本题要求，但是在低频段，频率不稳定。方案二：采用单位增益稳定，低噪声，电压反馈运算放大器OPA192，带宽10MHz，符合本题设计要求，并且频率稳定。综上所述，本设计选择方案二。1.2程控可变增益放大器方案一：采用可编程程控放大器AD603。该运放增益在-11+30dB范围内可调，但是其衰减倍数不是很大，对于在题目要求的指标内不够稳定。方案二：采用高增益精度的程控放大芯片VCA810。该芯片可控增益带宽可达35MHz，增益可调范围-4040dB，衰减和增大范围都很大，控制端易于控制，基本符合本题指标要求。综上所述，本设计选择方案二。1.3功率放大器比较方案一：采用TI公司生产的超宽带电流反馈运算放大器OPA695，在增益为8时，带宽为480MHz，带宽足够满足题目要求。但是该芯片在高频段时良好，在低频段时不够稳定。方案二：采用TI公司生产的高效率D类功率运算放大器TPA3112，相对于电流反馈运算放大器OPA695在低频段要好，同时符合题目要求。综上所述，本设计选择方案二。2、系统方案该系统以可变增益放大器VCA810和D类音频功率放大器TPA3112实现音频信号进行可控衰减与放大。系统总体框图如图1所示： 信号射极跟随器程控放大功率放大AT89C51键盘LCD12864DAC有效值检波ADCADC带通滤波负载继 电器噪声载比较器 图1 系统总体框图二、理论分析与计算 1、有效值的计算与分析系统输出信号是双极性正弦波，因此利用峰值和有效值之间的换算关系可计算出有效值： .（1）为输电压峰值，为输出电压有效值。此过程可由有效值检波电路完成。2、增益带宽积分析增益带宽积(GBP)为电压增益G与通频带BW的乘积，即GBP=GBW。电压反馈型运放：由放大电路频率特性分析可知，无反馈和电压反馈(反馈系数为F)时电压放大倍数：，（2）上式中Avm为通带内电压增益，h为无反馈时运放截止频率。比较两式可知，存在电压反馈时，运放通带增益，通频带分别为：，.（3）由(3)式可见，引入电压负反馈后，增益带宽积仍为一常数。VCA810增益可调范围-4040dB，当输入信号幅度在10mV5V间变化时，控制增益即Vc端，放大器输出默认值可以保持在2V0.2V内，且波动较小。三、电路与程序设计1、程控增益放大电路程控放大器电路选用TI公司的可变增益放大器VCA810，控制其Vc端即可控增益。图2程控增益放大电路采用同相输入，反相端接一个25电阻到地，由三脚Vc控制增益放大，调整电压范围-20V可实现-40dB40dB增益衰减和放大。2、有效值检波电路图2 有效值检波电路3、音频功率放大电路 音频功率放大电路选用TI公司的D类高效率音频功率放大器TPA3112。图3 音频功率放大电路3、程序流程图 3.1主程序流程图开始初始化读取ADDA转换显示输出结束3.2定时中断及按键中断流程图定时器中断开始按键中断开始 装初值读取键值a+，a=20 ？ 自动调节Uo-0.2Uo+0.2N Ya=0,计数结束显示输出结束四、测试数据与结果分析1、使用仪器及型号DF1701S 直流稳压电源DS1052E 50M双踪示波器1022 20M函数信号发器 2、测试方案与数据（1）测试方案：用函数信号发器输入信号幅度在10mV5V之间，依次测输出信号值，运用50MHz双踪示波器进行测试。（2）测试数据：如下表所示 输入信号（Vpp）DA输出（Vrms）幅值（1/2Vpp）100mV1.50V2.25V 1.0V 0.95V 1.35V1.5V 0.94V 1.31V3、分析总结经过几天的努力，基本完成了自动增益控制放大器的设计与制作，从中收获了许多的知识。首先，对于题目的设计特别要注意布局和布线，布线不合理就会串扰噪声，使信号