當前位置:首頁 > 電源 > 功率器件
[導讀] 寬帶放大器在工業(yè)測量與控制領域應用廣泛。在測量與控制電路中,寬帶放大器是調理傳感器輸出信號的重要環(huán)節(jié)。傳感器輸出的電平信號通常不是規(guī)則的正弦信號,且輸出電壓范圍

寬帶放大器在工業(yè)測量與控制領域應用廣泛。在測量與控制電路中,寬帶放大器是調理傳感器輸出信號的重要環(huán)節(jié)。傳感器輸出的電平信號通常不是規(guī)則的正弦信號,且輸出電壓范圍往往變化很大,這就需要后級放大器具有較高的頻帶寬度和靈活的電壓增益,因此,這里提出一種以壓控增益放大器VCA822為核心的可編程寬帶放大器,可實現通頻帶為100 Hz~15 MHz,放大器增益為10~58 dB,6 dB步進可調。該設計可通過矩陣式鍵盤設置放大器增益,液晶顯示器顯示輸出電壓,人機界面友好。

1 放大器設計及工作原理

設計一個通過鍵盤設置增益,且具有AGC功能的寬帶放大器。放大器輸入端采用同相放大電路進行阻抗匹配,使輸入電阻達到MΩ數量級。該系統(tǒng)設計分為寬帶放大、峰值采樣、人機交互等3個模塊。

寬帶放大模塊中電壓增益可預置的功能是由VCA822實現。VCA822一款直流耦合型寬頻帶壓控增益放大器,最大工作頻帶寬度可達150 MHz。放大器增益由控制電壓和外圍電阻阻值共同決定??刂齐妷旱妮敵鍪怯蓡纹瑱C運算并控制D/A轉換器而輸出的,因而能夠實現較精確的數控。另外,放大器后級接入兩檔信號處理電路,一檔增益0 dB,另一檔為衰減檔,通過一個控制端口,實現信號在這兩檔位之間選擇。這種方法的優(yōu)點在于條理清晰,控制方便,易于單片機處理。

針對峰值采樣,采用數字檢波,即通過高速A/D轉換器對輸出的正弦信號進行采樣,判斷一定時間內采集到的數字信號的最大值,該最大值即為該信號的峰值。而這種通用數字峰值檢波電路僅能在低頻段效果良好,針對系統(tǒng)設計要求中的高頻信號,以及某些特定頻率信號,將產生一定誤差。采用雙頻數字峰檢對信號進行采樣,這種方案可有效避免產生誤差。

在上述兩模塊的基礎上實現AGC的功能。峰值檢波測得的電壓值反饋回單片機,單片機對寬帶放大電路實現放大精確控制。通過這種方式可將輸出信號的峰值穩(wěn)定在4.8 V左右。該系統(tǒng)總體實現框圖如圖1所示。


2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 VCA822簡介

該系統(tǒng)采用VCA822型寬帶壓控增益放大器。在控制電壓的作用下,該器件可提供精確的增益,且按V/V線性變化,其基本增益。其中VC是控制電壓輸入。電壓基本增益為(V/V)。利用單片機進行適當運算可控制以dB為單位的對數增益。給VCA822提供控制電壓的D/A轉換器為MAX541,其位數為16 bit,因而準確實現增益步進。鑒于VCA822優(yōu)越的噪聲特性和高精度的增益控制,因此選用該器件實現系統(tǒng)的可變增益。


2.2 系統(tǒng)增益分配

放大器其他部分固定增益為34 dB,由中間級OPA699和后級功放共同提供。在測試過程中,發(fā)現VCA822的控制電壓范圍為-1~l V,且該器件為±5 V供電,輸出電壓峰峰值不能大于4 V,否則輸出波形失真。為了盡量提高輸入電壓的動態(tài)范圍,實現放大器增益可調,將VCA822設計為放大器前級,且增益的控制在0~24 dB可選,輸出信號接OPA699構成的同相放大。經單片機控制,與后級兩個檔位選擇性級聯。兩檔位的增益分別為0 dB、-24 dB。從而能夠實現最小增益10 dB,最大增益58 dB的9級可調。

2.3 放大電路

前級輸入利用MAX477設計射級跟隨器,使得輸入電阻趨近于無窮大,從而提高輸入阻抗。與VCA822通過電容耦合,其控制電壓由MAX54l輸出。由于MAX541的轉化范同為O~Vref,故在D/A轉換器輸出端增加一個減法器,輸出范圍為-l~+1 V,MAX54l的參考電壓由MAX6225提供。VCA822后級接入OPA699,OPA699為高增益、高擺率寬帶運放。其工作帶寬可達到l 000 MHz,采用該器件設計增益G為12的放大器,完全滿足帶寬為15 MHz的要求。之后為通過電阻網絡和模擬開關設計的兩檔衰減電路,一檔衰減O dB,一檔衰減24 dB,由模擬開關MAX333控制選通。最后利用電流型、高擺率的運算放大器AD8l1和分立元件設計的后級推挽功放實現功率放大,放大倍數G為+4,并增大負載能力。電路實現原理圖如圖3所示。


為了提高電路的穩(wěn)定性,此電路采用一系列的抗干擾措施。其中包括每片器件的供電部分采用4.7μF和104 pF的電容進行電源濾波,各級放大器間的信號輸入輸出采用屏蔽線進行連接,數字地和模擬地之間采用電感隔離。

2.4 后級功率放大電路

為了增加系統(tǒng)負載能力,考慮到運算放大器AD811自身負載驅動能力的限制,這里選用AD8l1配合高頻中小型功率對管2N3904(NPN型)和2N3906(PNP型)(兩功率管特征頻率fT=300 MHz)搭建0CL功率放大器。前級由AD811組成同相放大器,放大倍數為Av=1+Rf/R3;后級選用功率對管擴流構成甲乙類功率推挽輸出形式提供負載驅動電流。經實驗測試,輸出端接50 Ω負載時,無失真的最大輸出電壓峰對峰值達到18 V。電路原理圖如圖4所示。


2.5 數字檢波

本設計中的峰值檢波電路基于信號頻譜搬移理論,由于A/D轉換器在單一采樣率進行采樣時會出現盲區(qū)頻段,故以2個特殊頻率(雙頻)先后對信號進行采樣,提取采樣結果中的最大值即可得到周期信號峰值。這種方法可兼顧高低頻,適合應用于該系統(tǒng)100 Hz~15 MHz的情況。采用A/D轉換器MAXl97,利用2個采用率f=50.000 kHz,f2=50.005 kHz互補采樣盲區(qū),可得到良好采樣效果。設置A/D采樣率的方波信號由FPGA提供。

3 系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)軟件采用模塊化和層次化的設計思想。采用模塊化設計思想,要對某一子控制器控制,只需調用相應的控制模塊即可。模塊內采用層次化設計,把底層的硬件接口處理編制為獨立底層子程序,并向上提供處理數據,且對上層功能模塊屏蔽底層硬件接口部分;最后,主程序只需調用相關的功能模塊就可方便構建系統(tǒng)。

本系統(tǒng)軟件部分主要由單片機組成,其中主要包括系統(tǒng)初始化、中斷的響應和中斷的處理。該設計功能實現以鍵盤的按鍵中斷為主線,通過讀入用戶輸入的鍵值,在相應的中斷響應函數中與FPGA中對應的控制模塊以總線的方式進行及數據的交換,觸發(fā)FPGA內相應的控制時序,實現對信號的放大和測量。系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。


4 數據測試

該系統(tǒng)利用數字合成信號源、雙蹤示波器、仿真機、交流電壓表進行測試。調節(jié)輸入信號的頻率,并利用交流電壓表記錄輸出電壓的有效值。測試結果表明,放大器的放大倍數在10~58 dB內9級可調,-3 dB點為100 Hz~15 MHz,且放大效果穩(wěn)定。對于放大器的AGC功能,將輸入信號頻率固定,改變電壓大小,輸入信號峰值為9 mV~1 V時,可將輸出信號穩(wěn)定在峰值為4.5~5 V的電壓范同內,故AGC動態(tài)范圍大于40 dB。預置放大器放大倍數58 dB時,輸入端接地,輸出噪聲電壓小于10 mV。

5 結論

該系統(tǒng)設計是以VCA822為核心的可控增益寬帶放大器。經測試,系統(tǒng)通頻帶為100 Hz~15 MHz,增益10~58 dB內9級可調,且放大器AGC功能的動態(tài)范圍大于40 dB。此外,系統(tǒng)輸入端采用MAX477接成同相放大電路,使得系統(tǒng)輸入電阻達到MΩ數量級。后級AD811和分立元件搭建的功率放大電路,提高了系統(tǒng)帶負載的能力。系統(tǒng)還采用多種抗干擾措施,有效保證放大器精度,并具有良好噪聲和線性。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據媒體報道,騰訊和網易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數據產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數據產業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數字經濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現場 NVI技術創(chuàng)新聯...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉