优质宽带直流功率放大器的研究

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宽带直流放大器

宽带直流放大器

宽带直流放大器摘要:本系统主要由五个模块电路构成:前级放大、中级程控放大、宽带预制、单片机显示与程控模块。

前级放大由电压反馈型放大器OPA820进行小信号放大,中间级由可程控放大芯片VAC810对前级信号进行放大,最后通过低噪声电流反馈型运放THS3091进行功率放大以达到有效值10V的输出。

宽带预置部分由继电器控制滤波部分来达到放大器宽带0~5M,0~10M的预制。

程控模块对放大的0~60dB的程控,宽带的预置与液晶的显示。

关键词:MSP430f449 OPA820 VAC810 THS3091目录一、方案设计与论证 (3)1、增益控制部分 (3)2、低通滤波器部分 (3)3、功率放大部分 (4)二、方案总体描述 (4)三、理论分析与计算 (5)1、增益分配 (5)2、通频带内增益起伏的控制 (6)四、模块电路设计 (6)1、前级放大电路 (6)2、程控放大电路 (7)3、低通滤波电路 (8)4、后级放大电路 (9)5、功率放大电路 (10)6、直流稳压源的设计 (11)五、程序设计 (13)六、测试数据与结果分析 (13)1、通频带测试 (13)2、预制电压增益测试 (14)3、噪声电压测试 (15)七、参考文献 (16)一、方案设计与论证1、增益控制部分方案一:AD603是一款低噪声高增益的压控芯片,AD603增益与控制电压的关系为AG(dB)=40Ug+10,输入控制电压Ug由AD603的1脚输入,控制电压范围为-0.5~+0.5,增益范围为-10dB~30dB。

单片机可以通过D/A(将数字量转换为对应的模拟电压量Ug)来控制AD603的放大倍数。

但是AD603的零漂比较大,顾方案待定。

方案二:VAC810具有宽带低噪声,宽带25MHZ,并且以dB为单位的线性增益的特点,增益控制范围为-40dB~40dB,增益与电平关系为:G(dB)=-40(Vc+1),Vc为VAC810的增益控制电压,范围为-2V~0V。

宽带直流放大器(国赛报告)

宽带直流放大器(国赛报告)

宽带直流放大器摘要:本系统采用FPGA和AT89S52单片机构成的最小系统为控制核心,设计了一个输入电压有效值小于10mV的宽带直流放大器。

其3dB通频带为0~10MHz,在0~9MHz通频带内增益起伏不超过1dB。

系统的基本放大器部分主要由前置放大、可控增益放大和后级功率放大构成,其中前级放大采用高速低噪声电压反馈型运放芯片LM6172实现;可控增益放大以AD600为核心,通过12位串行DAC给予不同的控制电压的方式来达到增益步进5dB (手动连续可调),总增益从0dB到60dB的目的;后级功率放大由3个电流反馈型放大器AD811构成,其输出电压正弦波有效值V o不小于10V,输出信号波形无明显失真。

通过键盘输入控制、人为预置放大器的带宽值和 64*128点LCD显示,本系统界面友好美观,控制方便。

关键词:程控放大,AD600,功率放大正文:一、方案比较设计与论证1.程控放大方案比较与论证方案一:采用三极管搭接实现。

为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。

对电路输出采用二极管包络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立元件,如三极管等,电路复杂,设计难度大,增益可控、高带宽均难以实现。

而且不可控因素多,电路稳定性差,调试难度也大。

故不采用。

方案二:采用可编程放大器的思想,将输入的交流信号作为D/A的基准电压。

理论上讲,只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。

但是,由于控制量和增益呈指数关系,会造成增益调节不均匀。

方案三:使用控制电压与增益成线形关系的可编程放大器PGA,用控制电压和增益成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。

采用可控增益运放AD600实现。

AD600的增益范围为0dB到40dB可调,具有低输入噪声、低失真、低功耗的良好,另外具有直流到35MHZ的高带宽范围,极能满足题目直流宽带放大器各方面的设计要求。

这种方法的优点是电路集成度高,条理清晰,控制方便,易于用单片机处理,能实现系统要求。

宽带直流放大器

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万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据酬川一——~矬然缓编者按:为了帮助初学者解决印制板设计中的一些技巧性问题,从2010年第2期起,我们将刊登“跟我学做印制板”连载,详尽地讲解印制板设计制作中的各个技术细节。

内容的安排,以“讲座”的形式刊出,每期重点讲解一个专题,整个内容的重点在印制板的设计,也涉及电原理图设计过程中的一些问题等.(接上期)印制板设计跟我学做印制板(6)1.印制板设计的准备工作:建立设计文件新建一个印制板设计文件。

可以根据实际需要,采用如下方法之一。

(1)使用向导新建PCB文件Protel设计软件提供了新建PCB板设计文件的向导。

点击主工具栏“新创建任意文件”按钮(图1)或直接打开工作文件面板(Files)。

单击“根据模板新建”栏下的“PC8BoardWizard…”选项(见图2).出现“新建电路板向导”对话框,如图3所示。

图1新创建任意文件整个向导有多个对话框,都比较简单,这里就不贴图了.只做简要文字说明。

单击下一步按钮进入“选择电路板单位”对话框。

如选择“英制”。

则在PCB设计中系统使用mil(密尔,千分之一英寸。

1mil=O.0254mm)作为长度单位;如选择。

公制”,则使用mm(毫米)作为长度单位。

由于大多数元件封装的引脚采用英制单围2使用l—aJ导新建印IJ制板选项田(噬州开辫I惩F利戳地J,l‘位(尤其是直插式图3“新建电路板向导”对话框与地短接,测出输出信号幅度测试结果:在AV=60dB时,输出端噪声电压的峰一峰值VONPP为O.2V。

(6)输入电阻与负载电阻阻值测试测试方案选择:系统设计方案保证了输入阻抗大于50Q,负载电阻用万用表直接测量。

测试结果:输入阻抗:>50Q负载电阻:50BQ四、总结题目要求输入有效值小于等于10mv,实际输入的有效值可以达到1mv,但在我们在现有的仪器条件下,信号幅度输出小时噪声大,造成输出波形噪声较大。

放大器的增益最大可达70dB,但超过70dB后放大器容易出现自激振荡。

优质宽带直流功率放大器的研究

优质宽带直流功率放大器的研究

优质宽带直流功率放大器的研究盛程潜【摘要】对宽带直流放大器进行分析和研究.提出基于差分型双渥尔曼组合电路的解决方案,方案电路简单实用,巧妙地解决了直流放大器中的零点漂移问题,并有效抑制共模信号的影响,确保直流工作状态稳定.同时,在交流状态情况下,能有效地扩展通频带宽.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(026)003【总页数】4页(P32-35)【关键词】宽带;放大器;差分型双渥尔曼;增益【作者】盛程潜【作者单位】黑龙江工程学院电气与信息工程学院,黑龙江哈尔滨150050【正文语种】中文【中图分类】TN912市场上质优的放大器大多采用集成电路[1]。

由于集成电路通用性强,许多参数均在某一范围内符合其性能指标。

但常用的集成电路电源耐压值较低,而且通频带常常设计在人耳能听见的范围内,因此,只能在本专业场合应用[2-3]。

而宽频带直流放大器,既能作宽带直流放大器,又可作为优质的音响放大使用。

本文中的宽带直流放大器,采用分立元件设计。

在电压参数上,可选择耐压高的参数元件。

输入级选用差分放大电路,为提高通频带宽,将其增益设计为0。

电压放大级选用共基极放大电路,该电路频响特性好,具有电压放大功能。

而功率放大级设计选用双电源互补对称射极输出放大器。

其偏置电路均采用电流源电路。

因此,系统具有通频带宽、瞬态响应速度快、即瞬态失真小的特性,通用性很强,可作为直流放大器和交流放大器应用。

尤其作为音响放大器是较好的选择[4]。

1 差分放大共射放大器原理1.1 影响通频带的原因图1表示在晶体管内部存在的电阻和电容。

实际上,在晶体管的基极存在串联电阻rb,在各极间存在电容Cbc、Cbe和C ce。

图1 晶体管内部电阻与电容图2 是考虑到这些电阻、电容而改画之后的共射极放大电路。

在这里成为问题的是基极-集电极间的电容Cbc。

基极端子的交流电压为ui,若用Av表示放大器开环增益,集电极端子的交流电压为-ui·AV,所以在Cbc两端加的电压为u i(1+AV)(=ui-(ui·AV))。

宽带直流放大器

宽带直流放大器

宽带直流放大器设计报告宽带直流放大器摘要:本设计采用STC89C52RD单片作为其测试和控制核心,能够测试放大前后信号的有效值,通过闭环反馈,实现放大增益的稳定。

本系统用单片机控制模拟开关进行增益程控,控制A/D1100采样,控制数模转换器反馈增益状态,控制LCD数据显示,使整个系统能够协调工作,实现宽带直流放大、稳定增益、增益连续调节的功能,AGC功能,高、低频功率放大。

关键词:宽带直流放大,功率放大,AD1100,AGC1. 系统方案1.1系统基本方案经研究,本系统可以分为以下几个基本系统:处理器,控制放大系统,显示、按统,检波、反馈系统。

通过按键进行频率范围选择,放大增益选择。

经处理器处理后,输出指令,控制放大系统选择正确的放大通道增益。

在输出端设置检波,处理器分析输出信号后,将反馈信号回馈给放大系统,以达到增益稳定的效果。

系统框图构架如图。

图1-1 基本系统框图1.1.1 处理器的选择根据宽带放大器的性能要求,本系统需要处理器辅助的步骤有:测得输入电压信号的频率、根据输入信号频率选择不同的放大通道、将当前的放大状态和放大倍数显示于LCD。

分析可以发现该系统对处理器的要求并高,只要保证能够测得较为精确的信号频率,因此我们决定选用STC51系列单片机,其中一款STC5A6S2自带了0Hz至4MHz测频功能,该处理器既能很好地完成处理任务又可以降低制作成本。

1.1.2 模块方案比较、论证和选择(1) 检波反馈模块:为了得到稳定的放大增益,且达到要求的1dB的波动范围,首先要在输出端设置一个输出信号的幅值检测点,处理分析后合成反馈信号。

方案一:利用AD637作有效值检测,AD637使用简单,且精度较好,但是在我们测试时发现,它的高频响应并不是很好,因此我们试图采用其他的方案。

方案二:在隔除直流的前提下,交流信号的峰值与其有效值呈线性比例关系。

因此可以采用包络电路提取其峰值,经过包络电路后的信号为一直流信号,容易测得。

宽带直流放大器的设计

宽带直流放大器的设计
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经比较, 选择方案三。 2、可控增益放大器方案选择 方案一:DAC 控制增益。该方案从理论上讲, 只要D/A 的速度够快、精度够高就可以实现很 宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和 最后的增益(dB) 不成线性关系而是成指数 关系, 造成增益调节不均匀、精度下降, 且 其增益动态范围有限, 故不采用;
3、程控增益控制 AD603的基本增益公式为: Gain(dB)=40VG+10 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。 两片AD603级联,总增益公式为: G(dB)=40VG1+40VG2+20 其中第一级AD603的2脚电压为V12=0.5V,第 二级AD603的2脚电压为V22=1.5V。
宽带直流放大器
一、方案比较与论证
1、滤波电路选择方案 方案一:采用RC 滤波电路, 但RC 滤波衰减 很大; 方案二:采用LC无源滤波器。但是LC无源滤 波器含电感参数设计较复杂; 方案三: 利用高速宽带运放OPA690 设计二 阶巴特沃思滤波器, 其通频带内的频率响应 曲线最大限度平坦, 没有起伏, 而在阻频带 则逐渐下降为零。
3、线性相位 • 线性相位从系统的频率响应来看,就是要求它 的相频特性是一条直线,本系统中,AD603 与AD811均为线性性能很好的增益放大模块, 运放工作在线性状态,滤波器采用线性的无源 梯形网络实现,因此整个放大器系统的相频特 性在通频带内近似于一条直线,可保证系统设 计有较好的线性相位。
4、抑制直流零点漂移 • 由于AD603 有大约20 ~ 30 mV 的输出失调 电压(直流偏移电压) ,当两级AD603 之间采用 直接耦合方式时,前一级AD603 的输出失调电 压会被后一级AD603 所放大。当后级增益较 大时,放大后的信号直流电位会偏离零点,产生 非线性失真。由于AD603 本身没有调零控制 端,所以只能在第1 级AD603 之前再加一级直 流偏移调零电路。

宽带直流放大器

宽带直流放大器

宽带直流放大器一、系统方案论证与选择1、总体方案设计及论证实现宽带直流放大可采用如下两种方案:方案一:采用分立元件与集成器件构建放大电路固定增益部分采用三极管构建多级放大电路,通过调试选择适当的外围器件,达到较高的精度;程控增益部分采用单片机控制模拟开关选择不同的电阻值实现。

要想采用该方案高精度的要求,需要对外围器件进行精确的计算和繁琐的调试,效率很低,系统稳定性差,相位的线性度差,所以不采用该方案。

方案二:整个系统都使用集成器件构成采用低噪声、低漂移、高输入阻抗的宽带运算放大器构建多级放大电路,单片机结合数模、模数转换控制压控运算放大器实现稳定的高精度线性增益控制,功率集成器件实现功率放大输出。

该方案具有温度稳定性好,相位线性度高,增益可控精度高,系统稳定性好,可实现高功率,高质量信号输出,能很好的完成设计要求。

综上比较,本系统采用方案二;结合设计要求:小信号输入、大功率输出,所以采用如图1所示的系统结构输入信号通过采用低漂移、低噪声、高输入阻抗的宽带运算放大器OPA642作为前置电压跟随器实现了输入电阻≥50 的要求,通过单片机线性地控制实压控运算放大器AD603实现增益高精度程控,其放大倍数最大为60dB、通频带为10MHz,将信号放大至1000倍,再经过通频带选择网络实现放大器通频带预置,最后经末级放大器达到输出功率的指标要求。

整个过程中,控制器控制电压增益和通频带带宽的预置输入与显示,实现友好的人机交互。

2、可控增益放大电路方案一、采用增益带宽积大的运算放大器制作多级放大电路。

以OPA842和OP37为例,利用OPA842增益带宽积大的特点,使输入的小信号充分放大,在用OP37或其他高压运放放大至有效值10V。

这种方法采用电位器或者数字电位器连续调节放大倍数,设计简洁,但是要实现数字控制的可控对数增益很不方便。

方案二、采用基于DAC的PGA方法。

可以实现D/A芯片的电阻网络改变反馈电压控制电路增益,其功能类似于电位计。

宽带直流放大器实验报告

宽带直流放大器实验报告

宽带直流放大器摘要:本项目制作了一个宽带直流放大器。

宽带直流放大器主要由输入缓冲级、程控增益放大器、调零电路、功率放大四部分构成。

输入缓冲级采用THS4001高宽带运放对输入高频小信号放大输出给下一级,输入电阻50Ω与信号源进行阻抗匹配;程控增益放大器由AD603构成(-10dB~30dB)增益的高频放大电路,同时由80C51f0202的单片机为核心主控放大器的增益调节;然后再经THS3091对放大信号进行功率放大,使得输出电压达到10V有效值以上的电压,驱动50Ω的负载电阻。

本项目设计的放大器可以达到5MHz以内电压1dB波动,10MHz 以内3dB的衰减;纹波电压(V pp)0.2V;最大不失真输入电压(V pp)59mV;最大不失真输出电压(V pp)5.6V;增益可控范围0~32dB,步进1dB。

关键字:高频;放大器;程控增益;单片机;1、设计任务与实验要求1.1 设计任务设计并制作一个宽带直流放大器1.2 基本要求(1)电压增益A V≥40dB,输入电压有效值V i≤20mV。

A V可在0~40dB范围内手动连续调节。

(2)最大输出电压正弦波有效值V o≥2V,输出信号波形无明显失真。

(3)3dB通频带0~5MHz;在0~4MHz通频带内增益起伏≤1dB。

(4)放大器的输入电阻≥50Ω,负载电阻(50±2)Ω。

1.3发挥部分(1)最大电压增益A V≥60dB,输入电压有效值V i≤10 mV。

(2)在A V=60dB时,输出端噪声电压的峰-峰值V ONPP≤0.3V。

(3)3dB通频带0~10MHz;在0~9MHz通频带内增益起伏≤1dB。

(4)最大输出电压正弦波有效值V o≥10V,输出信号波形无明显失真。

(5)进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

(6)电压增益A V可预置并显示,预置范围为0~60dB,步距为5dB(也可以连续调节);放大器的带宽可预置并显示(至少5MHz、10MHz 两点)。

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第 2 第 3期 6卷 21 0 2年 9月


学 +报 ( 自然 科学 版 )
Vo . 6№ . 12 3
Se ., 01 p 2 2
J u n l f i n j n n t u eo c n lg o r a o l gi gI si t f He o a t Teh oo y
优 质 宽 带 直 流 功 率 放 大 器 的 研 究
盛 程 潜
( 龙 江 工 程 学 院 电 气与 信 息 工 程 学 院 , 黑 黑龙 江 哈 尔滨 10 5 ) 5 0 0

要: 对宽带直 流放大器进行分析和研究 。提 出基于差分 型双渥尔 曼组合 电路 的解决 方案 , 方案 电路 简单实 用 ,
低, 而且 通频 带常 常设计 在人 耳能 听见 的范 围内 , 因 此, 只能 在本 专业 场合应 用_ ] 2 。而宽频 带直 流放 大
器 , 能作宽 带直 流放 大器 , 既 又可作 为优 质 的音 响放
大使用 。本 文 中的宽 带 直 流放 大 器 , 用 分立 元 件 采
图 1表示 在 晶体 管 内部存 在 的电阻 和 电容 。实
市 场上质 优 的放大 器大多 采用集 成 电路_ 。 由 1 ]
于集 成 电路通 用性 强 , 多 参数 均 在 某 一 范 围 内符 许 合 其性 能 指 标 。但 常 用 的集 成 电路 电 源 耐 压 值 较
1 差分 放 大共 射 放 大器 原理
1 1 影 响通频 带 的原 因 .
巧妙地解决 了直流放大器 中的零点漂移 问题 , 有效抑 制共模信 号的影 响, 并 确保 直流工作状 态稳定 。同时 , 在交流 状态情况下 , 能有效地扩展通频带宽 。
关键 词 : 带 ; 大 器 ; 分 型 双 渥 尔 曼 ; 益 宽 放 差 增
中 图分 类号 : N9 2 T 1 文献标志码 : A 文 章 编 号 :6 14 7 (0 2 0 —0 20 1 7 6 9 2 1 )30 3—4
置 电路 均采用 电流 源 电路 。因此 , 统 具 有通 频 带 系
宽、 瞬态 响应 速度 快 、 即瞬 态失 真 小 的 特性 , 用 性 通 很强 , 可作 为直 流放 大 器 和 交流 放 大 器应 用 。尤 其
S u yo t d n DC o r a p i ir o g u lt n wi t p we m lfe fhi h q a iy ba d d h
SH ENG Che g q a n - in
( c o l fE etia n n o main En ie r g, i n ja g Isiueo c n ly Ha bn 1 0 5 Chn ) S h o lcr l d If r t gn ei Hel g in n ttt f o c a o n o Teh oo , r i 5 0 0, ia
Ab ta t Th s a tce a ay e n t d e r a b n mp i e . I r p s d t e s l to a e n d f sr c : i r il n l s s a d s u i s b o d a d DC a l i r tp o o e h o u i n b s d o i f — f r n i l y e d u l a l n cr u t c m b n to a ic is e e ta— p o b e W l t ma ic i o i a i n lcr u t ,wh c o u i n cr u t h s c a a t rs is o ih s l to ic i a h r c e itc f smp e a d p a tc l n e i u o u i n t h e o p i td i r b e i m p iir ,a d e f c i e s p i l n r c ia ,i g n o ss l to o t e z r — o n rf p o l m DC a l e s n fe tv u — t n f p e so fc mm o - d i n l fe tt n u e t a h r s in o o n mo e sg a f c o e s r h tt eDC t b e e s a l .A t h a i e n c s fAC t — e s me t t m ,i a e o sa t s t a a f e tv l x e d t e s m e fe u n y b n wi t . u h tc n e f c i e y e t n h a r q e c a d d h Ke r s b o d a d; m p iir d fe e t lt p o b e W a l n; a n y wo d : r a b n a l e ; i r n i —y e d u l l f f a ma g i
际上 , 晶体管 的基 极存在 串联 电阻 %, 各极 间存 在 在
在 电容 、 和 C 。

设 计 。在 电压 参 数 上 , 选 择 耐 压 高 的参 数 元 件 。 可 输入 级选 用差 分放 大 电路 , 为提 高通 频带 宽 , 将其 增 益设 计 为 0 电压放 大级 选 用 共 基 极 放 大 电路 , 。 该 电路 频 响特性 好 , 有 电 压放 大 功 能 。而 功率 放 大 具 级设 计选 用双 电源互补 对称射 极输 出放 大器 。其 偏
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