电子毕业论文-宽带放大器

2013 届本科毕业设计（论文）绪 论随着社会生产力的发展，人们迫切地要求在远距离随时随地迅速而准确地传送信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而高频放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。如在发射设备中，就要用高频功率放大器将信号放大到所需的发射功率；在接收设备中，就要高频小信号放大器将非常微弱的信号放大。由此可知，高频放大器在通信系统中起着非常重要的作用，于是人们对它的要求也越来越高。众所周知，放大器是音响、有线电视、无线通信等系统中必不可少的设备。现在，让我们伴随着音响的发展来看看放大器的发展吧。自 1877 年爱迪生发明留声机至今已有 127 年了，前 70 年音响发展缓慢且大多停留在象牙塔中，后 50 余年进入民间，发展日新月异。自从 1927 年贝尔实验室发表了划时代的负反馈技术后，声频功率放大器开始进入一个崭新时代。1947年，威廉逊（Williamson）在英国无线电世界发表了划时代的高保真放大器设计一文，介绍了一种电子管功率放大器，成功地应用了负反馈技术，其失真度仅为 0.5%，音色之靓，堪称古典功放之皇。自威廉逊的论文发表后 4 年，美国Audio杂志刊登了把超线性放大器经过适当变形后与威廉逊放大器相结合的电路。其超线性设计，大大地降低了非线性失真。可以认为威廉逊放大器和超线性放大器标志着负反馈技术在音频领域中的应用已经日趋成熟和广泛，为十年后脱颖而出的晶体管放大器奠定了坚实基础。50 年代末，美国在电子器件技术领域率先跨出一步，推出了时代骄子集成电路。到了 60 年代末 70 年代初，集成电路以其质优价廉、多功能的特点开始在音频功率放大器上广泛应用。1977 年，日立公司生产出了世界上第一只VMOS（Vertical Metal Oxide Semiconductor）功率管。60 年代，晶体管开始问世，从此揭开了现代放大器的序幕。19701973 年，是级间全部直耦 OCL（Output Capacitor Less）方式的普及期；19741976 年是 DC（Digital Circuit）放大器全盛时期。70 年代末至今，晶体管功率放大器得到了淋漓尽致的发挥，设计形式已相当多，这一切都为集成电路功放技术设计铺平了道路。从此来看，放大器经过了电子管、晶体管、集成电路及 VMOS 功率管等几个时期，它们皆以各自独特的不可取代的优势各领风骚。本题要求设计并制作一个宽带放大器，基本要求是输入阻抗 Ri1K；单端2013 届本科毕业设计（论文）输入，单端输出；放大器负载电阻 600。3DB 通频带 BW=10K6MHz,在20K5MHz 频带内增益起伏1dB。最大增益40dB，增益调节范围1040dB（增益值 6 级可调，步进间隔 6dB 增益预测与实测误差绝对值2dB） ，需显示预测增益值。最大输出电压（有效值）Vo3V，数字显示输出正弦电压有效值。自制放大器需要的稳压电源从上面的要求可知，本系统需要自动控制增益和显示峰峰值，不可能完全由模拟电路来实现，故我们采用模拟和数字相结合的方法来实现。通常情况下，放大器主要由模拟电路构成，而数字部分是起了辅助的作用，帮助系统实现对增益的控制以及人机交互功能。本系统中，前级主要由两级 AD603 连接，前边加 OPA642 作前级跟随，同时在输入端加上二极管过压保护电路，后级主要由一些分离元件组成，再加单片机控制电路。从理论上讲，本系统满足了题目的要求。2013 届本科毕业设计（论文）第 1 章 宽带放大器的简述在现实中，有时需要放大很宽的信号。例如，在电视机接收中，由于图像信号占有的频率范围为 06MHz，为了不失真地进行放大，要求放大器的工作频带至少为 50Hz5MHz，最好是 06MHz。再如就是，在 300MHz 的宽带示波器中，Y轴放大器需要具有 0300MHz 的通频带。放大这类信号的宽带放大器称为视频放大器。在雷达和通信系统中，也需要传输和放大宽频带。例如，同时传输一路电视和几百路电话信号的微波多路通信设备，放大器的通频带约为 20MHz。若设备的中频选为 70MHz，则相对通频带达 30左右。这就需要宽频带的中频放大器。再就是，某些通信设备的高频功率放大器，需要在不调谐的情况下，在很宽的范围内变换工作频率，则需要采用宽带高频功率放大器。1.1 宽带放大器的特点虽然说，宽带放大器的下限频率很低，但由于其上限频率很高，故必须考虑晶体管的高频特性，而不能采用一般的低频等效电路分析。宽频带放大器，从技术上讲，比一般低频放大器要求发高。这不仅因为它的频带宽，而且还由于它所放大的信号，最终接受的感觉器官往往是眼睛，而不是耳朵。前者比后者敏感很多。所以，在低频放大器中未考虑的一些问题，例如相位失真，在宽带放大器中就必须予以考虑。不同用途的宽带放大器，其电路形式是有所不同的。大体上可分为两种情况。放大从零频到高频信号的宽带放大器，一般采用直接耦合的直流放大器；放大从低频到高频信号的宽带放大器，采用阻容耦合放大器。但不管哪类宽带放大器，由于频带宽，负载总是非调谐的。1.2 宽带放大器的技术指标一、通频带。通频带是宽带放大器的基本指标。由于用途不同，对频带的要求也不同。因为下限频率低，而上限频率很高，往往就用上限频率表示通频带宽度。但是，下限频率接近零频的放大器，又 必须注明它的下限频率，以便在设计电路时，能够充分考虑下限频率的顺利通过。二、增益。宽带放大器的增益应足够高。若一级放大器不够，可增加级数满2013 届本科毕业设计（论文）足总增益的要求，但与此同时通频带会降低。所以增益与宽带的要求往往是相互矛盾的。以后将看到，有时不得不牺牲增益来换取通频带的带宽。为了全面衡量放大器的质量指标，常需要考虑放大器的增益带宽积, 带宽积越大，宽带放大器的质量越高。三、输入阻抗。为了减轻宽带放大器对前级的影响，要求放大器的输入阻抗高。质量高的宽带放大器的输入阻抗一般为兆欧级。四、失真。宽带放大器的失真要小。也就是说它必须忠实地传输被放大的信号。要求输出信号与输入信号在形状上，以及各部分的比例上都要保持一致。只有放大器的非线性失真、频率失真和相位失真都足够小，才能保持输出与输入的波形保持一致。非线性失真的原因主要是由于电路中存在非线性元件，为了减小非线性失真，宽带放大器和音频放大器一样，都应该工作在器件特性曲线的直线段，而且应工作在甲类状态；频率失真的原因是由于晶体管在高频时的电容效应，以及外电路中存在一些电抗元件。由于有了这些阻抗元件，使得宽带放大器对于不同频率的信号的增益不同，从而引起频率失真；而相位失真是由于输入输出之间相位移动引起的。通常情况下，音频放大器若存在相位失真，由于人耳不易分辨，所以听到的声音与原信号一致。而电视机的视频放大器若存在一定的相位失真，那么显示的图像将表现为明暗界限加深，从而会出现双重轮廓，画面亮度不均匀等。2013 届本科毕业设计（论文）第 2 章 方案论证与比较2.1 可控增益放大器方案一：简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现。为了满足增益60dB 的要求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分力元件，如三极管等，电路比较复杂工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。此外，由于采用多级放大，电路稳定性差，容易产生自激现象。方案二：为了易于实现最大 60dB 增益的调节，可以采用 D/A 芯片 AD7520 的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到 AD7520 是廉价型的 10 位D/A 转换芯片，输出 Vout=Dn*VRef/ Dn 为 10 位数字量输入的二进制，可满足102=1024 挡增益调节，满足题目的精度要求。它由 CMOS 电流开关和梯形电阻网102络构成，具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点，故可以采用 AD7520 来实现信号的程控衰减。但由于 AD7520 对输入参考电压 VRef有一定幅度要求，为使输入信号在 mV 至 V 每一数量级都有较精确的增益，最好使信号在到达 AD7520 前经过一适当的幅度放大调整，通过 AD7520 衰减后进行相应的后级放大，并使前后级增益积为 1024，与 AD7520 的衰减分母相抵消，即可实现程控放大。但 AD7520 对输入范围有要求，具体实现起来比较复杂，而且转化非线性误差大，带宽只有几 KHZ 不能满足频带要求。方案三：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现，如运放 AD603。其内部由 R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯形网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A 芯片输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外 AD603 能提供由直流到 30MHZ 以上的工作带宽，单级实际工作时可提供超过 20dB 的增益，两级级联后即可得到 40dB 以上的增益，通过后级放大器放大输出，在高频时也可提供超过 60dB 的增益。这种方法的优点是电路集成度高，条理较清晰，控制方便，易于数字化用单片机处理。我们选用了第三种方案进行设计。本设计也就是一个宽带放大器，利用可变增益宽带放大器 AD603 来提高增益和扩大 AGC 控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。输入部分采用高速电压反馈运放 OPA642 作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了2013 届本科毕业设计（论文）多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。功率输出部分采用分立元件制作。整个系统通频带为 1KHz20MHz，最小增益 0dB，最大增益 80DB。增益步进为1dB，60dB 以下预置增益与实际增益误差小于 1dB。不失真输出电压有效值可达9.5V，输出 4.55.5V 时，AGC 控制范围为 66dB。2.2 后级放大器由两片 AD603 级连构成的前级放大电路，对不同大小的输入信号进行前级放大。由于 AD603 的最大输出电压较小，不能满足题目要求，所以前级放大信号需经过后级放大达到更高的输出有效值。方案一：使用集成电路芯片。使用集成电路芯片电路简单，使用方便，性能稳定，有详细的文档说明。可是题目要求输出 6V 以上有效值，而在电子市场很难买到这样的芯片，而我们买到如 AD811，HA-2539 等芯片，虽然输出幅度能满足要求，但是很容易发生工作不稳定的情况。方案二：使用分立元件自行搭建后级放大器。使用分立元件设计困难，调试烦琐，可是却可以经过计算得到最合适的输入输出阻抗、放大倍数等参数，电阻电容可根据需要更换，在此时看来较集成电路灵活。因此，我们决定自行设计后级放大器。2.3 测量有效值部分方案一：利用高速 ADC 对电压进行采样，将一周期内的数据输入单片机并计算其均方根值，即可得出电压有效值：公式（2-1）此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点，但调试困难，高频时采样困难而且计算量大，从而增加了软件难度。方案二：先对信号进行精密整流并积分，得到正弦电压的平均值，再进行ADC 采样，利用平均值和有效值之间的简单换算关系，计算出有效值并显示。只用了简单的整流滤波电路和单片机就可以完成交流信号有效值的测量。但此方法对非正弦波的测量会引起较大的误差。niiUN122013 届本科毕业设计（论文）方案三：采用集成真有效值变换芯片，直接输出被测信号的真有效值。这样可以实现对任意波形的有效值测量。综上所述，我们采用方案三，变换芯片选用 AD637。AD637 是真有效值变换芯片，它可测量的信号有效值可高达 7V，精度优于 0.5，且外围元件少，频带宽，对于一个有效值为 1V 的信号，它的 3DB 带宽为 8MHz,并且可以对输入信号的电平以 DB 形式指示，该方案硬件、软件简单，精度也很高，但不适用于高于8MHz 的信号。此方案硬件易实现，并且 8MHz 以下的时候测得的有效值的精度可以保证，在我们设计要求的通频带 10kHz6MHz 内精度较高。而 8MHz 以上输出信号可采用高频峰值检测的方法来测量。2.4 系统总体框图图 2-1 系统总体框图GV峰值测有效值输入缓冲 90MHz 宽带放大PGA PGA屏蔽盒D/A 单片机 A/D数码管和按键精密基准源低通滤波PA30MHz 宽带放大同轴电缆功放电路隔离2013 届本科毕业设计（论文）第 3 章 系统设计3.1 AGC 简单介绍有时由于接收环境的不同、外界干扰的影响，接收到信号的强弱可能变化很大。特别是传输视频图像信号时，由于频带宽、电磁干扰严重，信号幅度大小的变化会严重影响图像的质量。为了较好的解决这个问题，可使用自动增益控制电路。它取出放大器输出的峰峰值作为增益的控制电压，使最终输出的电压信号保持在某一峰峰值之间，从而保证在 AGC 作用范围内输出电压的均匀性，故 AGC 实质上就是一个负反馈电路。如下图 3-1 所示，是 AGC 的工作曲线图。Vs 为输入电压，Vo 为输出电压，在 Vs1 和 Vs2 之间的曲线是 AGC 的可控区，之外就是失控区了。我们的目的是保证在 AGC 的可控区内，利用从输出端取得的反馈电压，控制放大器的增益，使输出基本保持不变，从而达到稳定输出电压的目的。图 3-1 AGC 工作曲线图3.2 电压增益控制原理AD603 的基本增益可以用下式算出：GAin (DB) = 40 VG + 10 公式（3-1） 其中， VG 是差分输入电压,单位是 V，GAin 是 AD603 的基本增益,单位是DB。2013 届本科毕业设计（论文）从此式可以看出，以 DB 作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。由此可以得出，只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益，增益步进可以很准确的实现。但若要用放大倍数来表示增益的话，则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以 DB 为单位后再去控制 AD603 的增益，这样在计算过程中就引入了较大的运算误差，所以我们尽最大可能去改进，从而避免误差。3.3 正弦电压有效值的计算翻阅大量书籍后，感觉有效值的测量需要一个高精度的芯片，我们使用AD637，它是真有效值检测器，将输出的交流信号取样，然后转换为直流，经过单片机的 A/D 转换，显示在数码管上，虽然 AD637 的最大输出电压是 8V，但 8V以内足以满足我们设计的要求。AD637 的内部结构如图 3-2 所示：根据 AD637 芯片手册所给出的计算真有效值的经验公式为： rmsINrsV2公式（3-2）其中： INV为输入电压， rms为输出电压有效值。图 3-2 AD637 的内部结构2013 届本科毕业设计（论文）第 4 章 主要电路原理分析4.1 系统概述根据题目的要求，结合考虑过的各种方案，我们认真取舍，充分利用模拟和数字系统各自的优点，采用单片机预制和控制放大器增益的方法，大大提高了系统的精度和可控性；后级放大器使用由分立元件设计的推挽互补输出放大器，提高了输出电压有效值。利用单片机及数字算法控制信号得到合理的前级放大和精确的放大倍数。4.2 前级放大电路和增益控制01 23456OPA642D1IN4040C15470uC16100uC7470uC11100uC4100uC14E100uR512KR410KR110KR210KR32KP1RCAC50.1uC90.1u C130. uC90.1uC10.1uC20.1uC30.1u C80.1uC60.1uC120.1uC100.1uGNDD2IN4040GNDGNDGNDGNDGND GNDGNDGNDC17100uAD603 AD603GND图 4-1 前级放大和增益控制由于 AD603 的输入电阻只有 100，在高频中我们学过，低的输入阻抗将带2013 届本科毕业设计（论文）来功率、阻抗匹配等方面的问题，所以说，要满足输入电阻大于 2.4k 的要求，必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减少噪声。故采用高速低噪声电压反馈型运放 OPA642 作前级跟随，同时在输入端加上二极管过压保护。如图 4-1 所示，输入部分先用电阻分压衰减，再由低噪声高速运放 OPA642放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到 OPA642 的电压峰峰值的不超过其极限（2V） 。其输入阻抗大于 2.4k。OPA642 的增益带宽积为 400MHz，这里放大 3.4 倍，100MHz 以上的信号将被衰减。输入输出端口 P1，P2 由同轴电缆连接，以防自激。级间耦合采用电解电容并联高频瓷片电容的方法，兼顾高频和低频信号。该部分采用 AD603 典型接法中通频带最宽的一种，如图 4-2 所示，通频带为90MHz，增益为10+30sB。我们采用两级 AD603 可构成具有自动增益控制的放大电路。图 4-2 AD603 典型的模拟方框图脚号 代号 功能描述1 GPOS 增益控制输入“高”电压端（正电压控制）2 GNEG 增益控制输入“低”电压端（负电压控制）3 VINP 运放输入4 COMM 运放公共端5 FDBK 反馈端6 VNEG 负电源输入7 VOUT 运放输出8 VOPS 正电源输入表 4-1 AD603 引脚功能2013 届本科毕业设计（论文）图 4-3 AD603 的原理框图增益和控制电压的关系为104)(UAGdB 公式（4-1）一级的控制范围只有 40DB，使用两级串联，增益为20410)(dB 公式（4-2）增益范围是20dB+60dB，满足设计的要求。由于两级放大电路幅频响应曲线相同，所以当两级 AD603 串联后，带宽会有所下降，串联前各级带宽为 90MHz 左右，两级放大电路串联后总的 3dB 带宽对应着单级放大电路 1.5dB 带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为 60M。4.3 功率放大部分 电路如图 4-4，参考音频放大器中驱动级电路，考虑到负载电阻为 600，2013 届本科毕业设计（论文）输出有效值大于 6V，而 AD603 输出最大有效值在 2V 左右，故选用两级三极管进行直流耦合和发射结直流负反馈来构建末级功率放大，第一级进行电压放大，整个功放电路的电压增益在这一级，第二级进行电压合成和电流放大，将第一级输出的双端信号变成单端信号，同时也提高了带负载的能力，如果需要更大的驱动能力，则需要在后级增加三极管跟随器，实际上加上跟随器后，放大器的通频带将急剧下降，原因是跟随器的结电容被等效放大，当输入信号频率很高时，输出级直流电流很大而输出信号则很小。使用 2 级放大已足以满足设计的要求。选用NSC 公司 2N3904 和 2N3906 三极管（特征频率 Tf250300MHz）可达到 25MHz的带宽。整个电路没有使用频率补偿，可对 DC 到 20MHz 的信号进行线性放大，在 20MHz 以下增益非常平稳，为稳定直流特性。我们将反馈回路用电容串联接地，加大直流负反馈，但这会使低频响应变差，实际上这样做只是把通频带的低频下限频率从DC 提高到 1kHz，但电路的稳定性提高了很多。本电路放大倍数为：AG1R8/R9 公式（4-3）也就是说 R8 和 R7 并联后，再比上 R9，由于 R8 是可变电阻，而且阻值相比R7 而言很小，所以 R7 可以忽略不记，整个功放电路电压放大约 10 倍。通过调节R8 来调节增益，根据电源电压调节 R6 可调节工作点。2013 届本科毕业设计（论文）图 4-4 后级放大部分4.4 单片机控制部分一、控制部分的简单论述及框图这一部分除了由 51 系列单片机外，还需要由 A/D、D/A 和基准源组成，如图4-5 所示。使用 12 位串行 A/D 芯片 ADS7816（便于测量真有效值和峰值）和 12位串行双 D/A 芯片 TLV5618。基准源采用带隙基准电压源 TL431。其中，ADS7816 是高速、微功耗 12 位 A/D 转换器，它的采样速率为200KHZ，掉电模式为 3UA(MAX),差分输入，串行接口；而 D/A 转换器采用的是具2013 届本科毕业设计（论文）有掉电模式的双通道 12 位电压输出 TLV5618，它采用电源为 2.7V-5.5V，可编程位置时间是 3 微秒（高速模式）9 微秒（低速模式），且温度范围内单调。图 4-5 数字部分框图二、数字部分的信号隔离合理的布线和接地能有效地抑制噪声干扰，但是由于模拟信号和数字信号仍然存在共地点，要想彻底抑制数字噪声对模拟电路的影响有时很困难。另一方面，在某些场合，如数据采集系统，模拟信号来自工业现场，远离主机，因此在模拟信号传输线上很容易受到现场的干扰，包括尖峰干扰，这些干扰虽然对低频模拟信号的影响并不大，但对数字电路，尤其是微机系统危害极大，可能造成系统运行错误。再有模拟信号线在现场被短路、接地、漏电的机会比其他部分高，一旦发生此类事件也会危害数字系统。采用隔离措施可以进一步抑制干扰，提高系统的可靠性，使用广泛的隔离元件是光电耦合。根据隔离位置不同，有两种隔离方式，一种是隔离模拟部分，这种方式电路结构简单，使用元件少，但是要注意必须选用线性的光电的耦合器。从目前光电耦合器来看，可选用线性耦合器件的品种很少，而且线性度和温度稳定度仍然不是很理想，因此附加了模拟通路的误差，使系统转换精度下降。在精密模数转换系统中可以采用隔离放大器，但精密隔离放大器大多采用变压器隔离方式，其频率响应特性不如光电耦合器。另一种隔离方式是隔离数字信号端，这种隔离方式的光电耦合器的特性对模拟信号的精度无影响，缺点是数字信号端的数据线和控制线数量较少，每根需要光电耦合器，因此所用元器件数量大。而在串行接口的模数转换系统中，隔离元件的数量可以大大减少。VFC 型 ADC 输出的脉冲信号，几乎不需要控制线，所以只要一个隔离元件。另外要注意的是，由于数字信号工作频率较高，所以必须采用高速光电耦合器或采取加速措施，即使这样，在微机处理器系统中还常需要插入等周期或增加A/D 单片机 D/A 减法电路精密基准源2013 届本科毕业设计（论文）信号锁存等方法来协调光电耦合器引来的延迟时间，这就增加了数字电路接口电路的复杂性和降低了系统响应的速度。实际应用系统的技术要求各不相同，采用什么类型的 ADC，需不需采用隔离措施、采用什么样的隔离方式，还要根据实际情况而定。三、A/D 转换器的简单介绍A/D 转换器的主要技术指标是：分辨率、转换速率、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度。不同类型的 A/D 转换器在结构、转换原理和性能指标等方面有很大的差异。常用的 A/D 转换器有积分型、逐次逼近型、并行比较型、串行比较型及压频变换型等。串并行比较型 A/D 转换器结构上介于并行型和逐次型之间，最典型的是由 2个 n/2 为的并行型 A/D 转换器配合 D/A 转换器组成，用两次比较实行转换。还有分成三步或多步实现 A/D 转换的叫分级型 A/D，而从转换的角度又可称为流水线型 A/D，现代的分级型 A/D 转换器中还加入了对多次转换结果做数字运算而修正特性功能。这类 A/D 速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。为了更好的配合 A/D 转换的使用，还需要采样、保持器。采样/保持器是指在输入逻辑电平控制下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路，在“采样”状态时电路的输出跟踪输入信号，在“保持”状态时，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬间输入模拟信号，直至下一次采样状态的结束，这样有利 A/D转换器对模拟信号进行数据量化。4.5 直流稳压电源线性电源虽然简单，但在整个系统中有非常重要的作用。由于是信号频率在兆级的小信号放大器，电源的稳定性决定着整个系统的稳定性，所以要求电源输出稳定，纹波小。在本系统的设计过程中，电源是一个比较重要的问题。不仅因为各种芯片需要提供的电源各不相同，而且对于高频电路而言，电源上的干扰往往是致命的问题。所以我们在选取电源的时候，也要慎重。首先我们利用变压器将市电的 220V 交流电转变成有效值为 9V 和 18V 的交流2013 届本科毕业设计（论文）电。然后通过桥式整流，经过 7805、7815、7905、7915 等电压转换器输出各个芯片。这四块芯片中 7805 和 7815 分别实现了5V 和15V 的稳压输出，而 7905和 7915 则实现了5V 和15V 的稳压输出。在每只芯片供电回路，我们使用电容和高频扼流圈对电源电路进行高频信号的滤波。这样我们就拥有一个比较理想的电源系统。数字部分和模拟部分通过电感隔离。电路原理如图 4-6 所示。图 4-6 稳压电源原理图第 5 章 系统软件设计及抗干扰措施5.1 系统软件流程图的分析单片机是整个放大器控制的核心部分，它主要完成以下功能：接收用户按键信息以控制增益；接收峰值检波电路的反馈电压以计算有效值；对 AD603 的增益控制电压进行控制。本系统就是采用 AD603 来实现放大功能的，但是在实际实现中 AD603 对于实图 9 电源部分2013 届本科毕业设计（论文）现此功能还存在着一些差别，所以我们要通过单片机来辅助 AD603 实现。程序流程图如下所示：图 5-1 程序流程图5.2 抗干扰措施对于高频信号来说，最怕的是外界的干扰，所以说我们在测试的时候，一定要做好抗干扰措施，只有这样才能更好的使系统工作，才能达到各技术指标。系统总的增益为 080dB，前级输入缓冲和增益控制部分增益最大可达60dB，因此抗干扰措施必须要做得很好才能避免自激和减少噪声。我们采用下述方法减少干扰，避免自激：1. 将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒中，避免级间干扰和高频自激。2. 电源隔离，各级供电采用电感隔离，输入级和功率输出级采用隔离供电，按键扫描系统初始化有键按下？判断键码是增益增加增益减小增益显示电压显示AGC 取消AGC重新扫描否10mS 中断采样输出端口是 AGC 否？设置输出设置输出中断返回2013 届本科毕业设计（论文）各部分电源通过电感隔离，输入级电源靠近屏蔽盒就近接上 1000uF 电解电容，盒内接高频瓷片电容，通过这种方法可避免低频自激。3. 所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。4. 构建闭路环。在输入级，将整个运放用较粗的地线包围，可吸收高频信号减少噪声。在增益控制部分和后级功率放大部分也都采用了此方法。在功率级，这种方法可以有效的避免高频辐射。5.数模隔离。数字部分和模拟部分之间除了电源隔离之外，还将各控制信号用电感隔离。仅理论上讲，该电路的抗干扰措施比较好，在 1KHz20MHz 的通频带范围和080dB 增益范围内都没有自激，应该说，已经满足了设计的要求，但在具体的制作过程中，可能会存在一些不足，所以说我们要尽最大努力去减少干扰。第 6 章 系统测试结果及分析6.1 宽带放大器幅频特性测试框图信号源 宽带放大器 示波器/电压表2013 届本科毕业设计（论文）图 6-1 宽带放大器幅频特性曲线测试框图所用仪器仪表示波器 IWATSU OSCILLOSCOPE SS-7804 40MHz双路可跟踪直流稳压电源 HY1711-3S DIGITAL MULTIMETER GDM-8145信号源 0.01Hz16MHz 50mV10V PEAK OUTPUT SONY，TEKTRONIX AFG310 最小输出 50mV万用表 DT9205A负载电阻 RL=600 欧6.2 频率响应特性输入电压 53mV增益预制 40dB频率 10kHz 20kHz 50kHz 100kHz 200kHz 500kHz 800kHz 1MHz 1.1mHz输出/V4.05 5.18 5.41 5.41 5.41 5.41 5.27 5.23 5.23频率/MHz1.2 1.5 1.8 2 2.2 2.5 2.8 3 3.2输出/V5.21 5.20 5.20 5.20 5.21 5.22 5.24 5.235 5.35频率/MHz3.5 3.8 4 4.2 4.5 4.8 5 5.2 5.5输出/V5.50 5.49 5.49 5.4 5.25 5.01 4.9 4.7 4.575频率/MHz5.8 6 6.2 6.5 6.8 7 7.2 7.5 7.8输出/V4.425 4.32 4.235 3.83 2.985 2.985 2.88 2.768 2.72频率/MHz8 8.2 8.5 8.8 9 9.2 9.5 9.8 10输出/V2.674 2.644 2.604 2.538 2.57 2.488 2.46 2.432 2.412013 届本科毕业设计（论文）可见 3dB 点 6.5MHz，但是，由于我们使用的信号源频率特性也不稳定，我们对其进行了测试可见到 10MHz 后信号源衰减了 10dB。可见由于信号源不准的关系，导致测量出的性能不是非常理想，由于条件和时间的限制，没有能对更换标准信号源后的系统进行测试。我们认为更换标准信号源后，系统性能会更好。6.3 AGC 功能测试频率=1MHz表格中显示峰-峰值输入 0.05 0.1 0.2 0.3 1 1.1 1.2 1.25 1.3输出 15.4 15.4 15.25 14.70 14.30 14 14 13.8 13.6增益 49.77 43.75 37.64 33.8 23.1 22.1 21.3 20.86 20.393起控电压 0.05结束电压 1.3V输入电压范围 0.051.3V输出电压范围 13.615.4V输入电压增益比 28.3dB输出电压增益比 1.08dBAGC 控制范围 27.2dB频率 10kHz 50kHz 100kHz 500kHz 1MHz 2MHz 2.5MHz 3MHz输出/mV 106 106 106 104.6 102 1.2 102 99.4频率/MHz 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7输出/V 92.8 89.2 84.2 79.4 76 72.4 68.8 66.4频率/MHz 8 8.5 9 9.5 10输出/V 64 61.8 61.8 60.6 57.42013 届本科毕业设计（论文）完全满足 20dB 可调的范围，调节合适的时候可以超过 40dB 可调范围。6.4 预制增益的测试预制增益 放大倍数 输入 理论输出 实际输出 误差/DB10 3.16227766 0.05 0.32 0.315 -0.03378892416 6.30957344 0.05 0.63 0.6 -0.43697499222 12.5892541 0.05 1.26 1.295 0.24539536828 25.1188643 0.05 2.51 2.59 0.26599528234 50.1187234 0.05 5.01 4.91 -0100 0.05 10.00 10.02 0.01735443146 199.526231 0.05 19.95 19.4 -0.24396540152 398.107171 0.02 15.92 13.35 -1.53157451358 794.328235 0.005 7.94 7.19 -0.86542219264 1584.89319 0.005 15.58 13.45 -1.42555431370 3162.27766 0.002 12.65 11.42 -0.887877748可见完全满足控制在两个误差以内的要求。6.5 其它输出电压最大有效值 Vo=8V频带范围 BW=6.5MHz增益范围 1070dB增益步进 6dB预制增益值有显示输出电压有效值有显示6.6 测试性能总结我们对输入输出信号、频带、增益、AGC 等性能指标进行了测试，各项指标都满足了题目的要求，并有一定程度的提高。所测的主要结果如表 B1。表 B12013 届本科毕业设计（论文）题目基本要求 发挥要求 作品实际性能3dB 通频带 10kHz6MHz,在 20kHz5MHz 频带内增益起伏小于 1dDB进一步扩展通频带 3dB 通频带 6.5MHz最大增益大于40dB,1040dB 可调（6DB 步进） ，预制值和实测值误差小于 2DB最大增益大于 58dB,1058dB 可调（6dB 步进） ，预制值和实测值误差小于 2DB最大增益大于 70dB,可实现步进调节增益，并可用数码管显示，预制值和实测值误差小于 1dB最大输出有效值大于等于 3V最大输出有效值大于等于6V满足，最大输出有效值大于 8V增加 AGC 功能，AGC 范围大于 20DB，输出电压稳定在4.55.5VAGC 范围大于 30dB，电压可稳定在 4.55.5V,并可调节稳定电压输出噪声电压小于 0.5V峰峰值噪声电压小于 0.5V 峰峰值自制电源 自己手工制作稳压电源，+30V 纹波小于万分之二点三其他 采用单片机数控增益技术；增加抗干扰措施，合理布线减小干扰，模拟地和数字地的分开处理，多点共地；射随器和去耦电路的合理应用等。第 7 章 结束语/展望通常所见的都是窄带功率放大器，但我们这次毕业设计的目的是在现有的功率放大器基础上做出带宽在 6M10M 之间的功率放大器，以实现更多的功能，为我们以后所利用。通过这次的毕业设计，我不断地从各方面查阅资料，从而不仅拓宽了自己的2013 届本科毕业设计（论文）知识面，还在实践过程中巩固和加深了自己所学的理论知识，使自己的技术素质和实践能力有了进一步的提高，同时使我的专业水平也有了很大的进步。在软件开发方面也累积了一些经验，特别是在对软件开发工具不很熟悉的情况下，通过自己的学习和导师的指导完成了设计任务。并在设计过程中，自己分析问题和解决问题的能力都得到了锻炼和提高，完善了自己的知识结构，加深了对知识的理解。这次毕业设计完成后我的体会颇多，我知道只有在学与做的过程中，取长补短，不断学习新的知识，吸取经验，才能够达到进步的目的；在学与做的过程中自身的努力以及相关图书资料的帮助，才使我逐渐熟悉了单片机编程方面的应用知识，对电子产品开发的一般过程和对硬件知识的也有了进一步的了解。我们应该明白，在这个快速发展的社会里，电子早已普遍应用到各个领域。在这次的毕业设计中我学习到最多的还是电子方面的知识（是在以前的学习过程中所学不到的），但由于自己的理论知识水平有限，实践知识和设计经验不足，在设计过程中难免存在一些问题，甚至错误。恳请各位老师批评指正，以使我在以后的工作和实践中加以改进和提高。毕业设计对我们每个毕业生都非常重要。在几个月的毕业设计中，通过广泛查阅与课题有关的内容，还使我掌握了许多与通信有关的东西，更重要的是使我对 PRoteL 等软件功能和应用有了一定的了解，对本专业的兴趣也提高了许多。为此，我对设计一个完整的电子产品件的步骤、方法及思路有了一个全新的认识。这加深了我对产品设计设计的理解，同时也给我提供了一次为以后实际模拟锻炼的机会，感到受益非浅。为此，我也希望本次毕业设计能给指导老师交上一份满意的试卷。我相信在我们这代人的共同努力下，电子世界一定会有一个崭新的面貌的。2013 届本科毕业设计（论文）致 谢经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了宽带功率放大器的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对功率放大器的一点点认识，在对宽带功率放大器很不了解的状态下，我开始了独立的学习和实验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好长一段时间。从中我也充分认识到了宽带功放给我们生活带来的乐趣，在属于自己的学习生活空间上，尽情宣泄自己的情感，表达自己的感受，并且把自己的想法与他人分享。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段字句，都有我的劳动。当看着自己整理的文章能够被教授认可，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。在此，非常感谢*老师在我做毕业论文时对我的指导，也非常感谢同学对我的帮助，使我能够顺利地完成了毕业论文的写作。2013 届本科毕业设计（论文）参考文献1江晓安. 1983.放大电路的分析基础.模拟电子技术.（7）：27532丁炜. 2002. 放大器的电源. 中国有线电视.（19）：70-743王正齐，陈华奇，邓如岑. 2004. 宽带放大器. 电子世界.（1）：35-384王璟，戴娟. 2000. 利用 D/A 转换技术实现可编程放大器. 电子工程师.（6）： 43-445李华. 1993. MCS-51 系列单片机实用接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社.（15）：203219，3344606杨世忠，邢丽娟. 2001. 增益可变运放 AD603 的原理及应用. 山西电子技术.（3）：18-238张展，余涵，张安安. 2004. 宽带放大器（B 题）. 电子世界.（3）：43-469张专成，邹涛，赵怀勋. 1998. 串行 A/D 与单片机的接口技术. 电子技术应用.（8）：61-6310郑国君. 2002. 8 位串行 A/D 转换器 ADC0832. 电子世界.（9）：44-4511胡汉才. 1996. 单片机原理及其接口技术. 北京：清华大学出版社.（16）：28530012郭云林. 2004. 宽带放大器（B 题）析评. 电子世界.（3）：41-4313海涛. 1998. 低噪、宽带程控增益放大器的实现术.（8）：39-412013 届本科毕业设计（论文）附录 10123 456OPA642D1 IN4040C15470uC1610uC7 470uC110uC4 10uC14 E10uR5 12KR1912KR610KR164KR7910R102KR4 10KR1 10KR210KR3 2KP1RCAP2RCAC50.1uC9 0.1uC13 0.uC9 0.1uC1 0.1u C20.1uC3 0.1uC8 0.1uC81UFC6 0.1uC12 0.1uC100.1uGNDD2 IN4040GND GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDC1710uC647UF/25UFC31470uC27 EL10uC25470 C2610uC29470uC2 10uC2110uC2010uC300.1C30.1u C12 0.1UFC28 0.1uC3210uC240.1C230.1uC21 0.1C180.1u C190.1uR154KR13 2KR174KR9910R122KR12KQ12M3904MSCQ22M3904MSCQ32M304MSCQ42M306MSCR8R2KR1820KR14 0123456789101121314GNDGNDGNDGNDD? DIODE1234D? BRIDGE11234D? BRIDGE1C141UFC71UFC10 0.1UF C16 0.1UFC1 0.1UFC91UFC520UF/25VC320UF/25VC447UF/25VC247UF/25VC120UF/25V116FUSEA 116FUSEA 116FUSEAVin1GND2Vout3 7915Vin1GND2Vout3 7905Vin1GND 2Vout37805 Vin1GND 2Vout37815L4 L5L2L3AD603AD603AD637压压GND123TL431R POT2R2R1R4S1 SW-PBS4 SW-PBS2 SW-PBS3 SW-PBC2C1GND5671234 8GNDC1 2nfC230PF C330PFC1 0.1UFGNDP0P01P02P03P04P05P06P07P10P1P12P13P14P15P16P17P21P2P23P24P25P26P27 RXDTXDALEPPSENX1X2 RESETY112MHzTLV5816DIN1SCLRCSVC VREF11234 68 57GND+VCDCLOCKDOUTCS VREF+IN-INGND89C51ADS7816ab fc gd eDPYLEDgn1234567abcdefgDS1DPY_7-SEGab fc gd eDPYLEDgn1234567abcdefgDS2DPY_7-SEG40912345610111213&1DSRG8 8U1DPY_7-SEG 912345610111213&1DSRG8 8U2DPY_7-SEGRXDTX