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[導讀]   根據(jù)設計要求,在較寬的信號帶寬(0~10MHz)內(nèi),實現(xiàn)最大電壓增益≥60dB,且能夠連續(xù)調(diào)節(jié)增益或能夠以5dB步距預置增益是最大難點,也是設計的重點之一。另一難點是后級功率放大模塊在100Q負載上最大

  根據(jù)設計要求,在較寬的信號帶寬(0~10MHz)內(nèi),實現(xiàn)最大電壓增益≥60dB,且能夠連續(xù)調(diào)節(jié)增益或能夠以5dB步距預置增益是最大難點,也是設計的重點之一。另一難點是后級功率放大模塊在100Q負載上最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V。由于帶寬低端為0Hz即直流信號,放大電路的零點漂移也是一個很難解決的問題。此外,在整個放大器的設計中,還需要考慮其成本。
  
  1.數(shù)據(jù)處理和控制核心選擇
  
  方案一:采用單片機AT89S52+FPGA來實現(xiàn)信號增益控制、數(shù)據(jù)處理和人機界面控制等功能。由于本系統(tǒng)不涉及大量的數(shù)據(jù)存儲和復雜處理,F(xiàn)PGA的資源得不到充分利用,成本較高。

  方案二:采用單片機MSP430F449實現(xiàn)整個系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和數(shù)據(jù)處理。而單片機MSP430F449是一種16位超低功耗微處理器,具有豐富的片上外設和較強的運算能力,支持在線編程,使用十分方便,性價比高。故采用方案二。
  
  2.信號增益控制及功率放大方案設計
  
  方案一:采用三極管構(gòu)成多級放大電路實現(xiàn)≥60dB的增益,并使用分立元件自行搭建后級功放。本方案成本低,但晶體管配對困難,電路設計復雜,增益的步進調(diào)節(jié)難以實現(xiàn),工作點調(diào)試繁瑣,且電路穩(wěn)定性差,容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。
  
  方案二:采用集成芯片,如采用低噪聲、精密控制的可變增益放大器AD603作增益控制核心器件,采用高電壓輸出的寬帶運放完成功率輸出。
  
  AD3603溫度穩(wěn)定性高,其增益(dB)與控制電壓(V)成線性關(guān)系,使用D/A輸出控制電壓能實現(xiàn)精確數(shù)控。但成本較高。電路集成度高、設計簡潔,設計周期短。
  
  綜上所述,采用方案二。

  二、總體方案設計及系統(tǒng)方框圖

  系統(tǒng)總體框圖如下圖所示。
  
  總體方案描述:本系統(tǒng)輸入信號經(jīng)過前級放大電路、后級程控放大和末級功率放大,實現(xiàn)了90dB的最大電壓增益。后級功率放大器使用高電壓輸出的寬帶運放,提高了輸出電壓有效值。采用單片機MSP430F449作為數(shù)據(jù)處理和控制核心。通過D/A轉(zhuǎn)換器調(diào)整AD603的控制電壓,程序控制調(diào)節(jié)增益,通過繼電器切換后級程控放大電路通道,實現(xiàn)了放大器增益×1,×10,×100……的控制功能。
  
  通過繼電器切換兩路橢圓濾波器實現(xiàn)了通頻帶選擇。手動調(diào)節(jié)連續(xù)可調(diào)電位器,連續(xù)改變AD603的控制電壓,實現(xiàn)了增益連續(xù)調(diào)節(jié)功能。
  
  零點漂移問題。放大器零漂、失調(diào)主要由AD603輸入端產(chǎn)生,每當調(diào)節(jié)AD603不同的增益時,輸出的直流偏離電壓也不同。本系統(tǒng)在每次測試前先將AD603輸入短路,用MSP430F449內(nèi)部ADC對調(diào)零放大器輸出電壓采樣,利用單片機和數(shù)字算法控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出對應的調(diào)節(jié)電壓,控制調(diào)零放大器輸出為零。這樣既抑制了直流零點漂移,又實現(xiàn)了自動調(diào)零校準功能。


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