09年C题实验报告(宽带直流放大器).

2009年全国大学生电子设计竞赛【本科组】宽带直流放大器（C题）摘要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。关键词：前置放大无源滤波步进放大Abstract:Thebroadbandamplifierusingastraightad8039twolevelsofpreamplifierandthenthroughaprogrammableamplifiercircuitcomposedofVCA810througha5mand10mofthird-orderpassivefilterthroughAD811precisionop-ampandBUF634loadoutputbuffercircuit,thewholesystemiscontrolledbyasingle-chipmicrocomputerbykeyboard,canstepbetweenmagnificationandmanualadjustment,canalsousebuttonsadjustthefilterof5mand10mchannel,thesystemperformanceisgood,canbebetween0~66.8dBgainadjustment,amplitudefluctuationswithinthebandwidthoftheprovisionsofnomorethan1dB,completedthetopicrequest.KeyWord：pre-amplificationPassivefilterStepamplification目录1.系统设计.....................................................................................................................................11.1设计要求............................................................................................................................11.1.1设计任务................................................................................................................11.1.2技术指标................................................................................................................11.2方案比较与选择................................................................................................................21.2.1可控增益放大方法比较与选择............................................................................21.2.2功率输出部分方法比较与选择............................................................................21.2.3直流稳压电源方案比较........................................................................................32.单元电路设计及参数计算..........................................................................................................42.1前置放大模块....................................................................................................................42.2可控增益放大模块............................................................................................................42.33dB截止频率为5MHz和10MHz滤波器模块..................................................................53.软件设计.....................................................................................................................................73.1程序总体流程图................................................................................................................73.2程序清单（见附录2）.....................................................................................................74.系统测试.......................................................................................................................................74.1测试仪器............................................................................................................................74.2测试结果............................................................................................................................85.结束语.......................................................................................................................................10参考文献.........................................................................................................................................10附录................................................................................................................................................10附录1主要元器件清单........................................................................................................10附录2程序清单....................................................................................................................1111.系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。1.1.2技术指标（1）基本要求①电压增益dBAv40，输入电压有效值mVVi20。vA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VVO2，输出信号波形无明显失真。③3dB通频带0~5MHz；在0~4MHz通频带内增益起伏dB1。④放大器的输入电阻50，负载电阻250。⑤设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。（2）发挥部分①最大电压增益dBAv60，输入电源有效值mVVi10。②在dBAv60时，输出端噪声电压的峰—峰值VVONPP3.0。③3dB通频带0~10MHz;在0~9MHz通频带内增益起伏dB1。④最大输出电压正弦波有效值VVO10，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vA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）。⑦降低放大器的制作成本，提高电源效率。⑧其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。21.2方案比较与选择1.2.1可控增益放大方法比较与选择方案一：采用晶体管或场效应管控制增益主要利用场效应管的可变电阻区或者晶体管的压控电阻实现增益控制。该方案采用大量的分立元件，电路复杂且稳定性差。方案二：采用增益可调的运放来控制增益直接选取增益可调的运放，如VCA810、AD603。其可调增益分别为-40dB-40dB、-10dB-30dB。可以用单片机以dB为单位方便地预置增益。为满足题目要求，若采用AD603，需两片级联。经比较，选用方案二的VCA810。1.2.2功率输出部分方法比较与选择方案一：采用分立元件采用分立元件，成本低，易于购买。但设计调试难度太大，耗时长，短时间内手工制作难以保证性能指标及可靠性。方案二：采用宽带运算放大器可采用宽带运算放大器，如AD811、THS3091、THS3001放大电压。其中AD811为宽带电流反馈型运算放大器，-3dB带宽为120MHz(G=+2)；THS3091为单路高压低失真电流反馈型运算放大器，带宽为210MHz(G=2);THS3001为超高速电流负反馈运算放大器，带宽为210MHz(G=2)。经实验，采用AD811效果较好。采用BUF634增大驱动电流。BUF634为高速开环增益缓冲器，它可用于运算放大器的反馈环路内，以增加输出电流，消除热反馈并提高容性负载驱动。对于低功耗的应用，BUF634静态电流，具有250mA输出、2000V/us压摆率和30MHz带宽，均满足题目需求。综上，我们选择AD831和BUF634进行功率放大。31.2.3直流稳压电源方案比较方案一：线性稳压电源采用三端稳压芯片7818、7918、7805、7905及电容制作完成V5、V18，给各单元电路供电。方案二：开关稳压电源此方案虽效率高，但理论电路复杂。亦可采用开关稳压电源芯片，但实验要求采用制作开关稳压电源，才用稳压电源