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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*110M宽带直流放大器的研究与实现n 答辩人: 刘龙 周成民 指导老师:杨小邬老师研究背景n随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而宽带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。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。直宽带放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于AD转换器、DA转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。因
2、此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。宽带直流能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带直流放大器也同样占有重要地位。 2研究目的和意义n在现代电子设备、通讯设备和科研生产中常需要利用放大电路将传感器输出的微弱信号或通信接收端接收到空中微弱的信号进行提取、放大。只有将信号放大到一定程度才能满足后级设备的要求，使分析结果正确。同时很多设备还要求具有一定输出功率，才能
3、驱动后级设备或使通信的发射端将信号有效传输到接收端。然而面对多种多样的放大要求，现在的放大电路难以在频带、增益动态范围、功率等参数满足设计要求。为此，我们在这里设计一种宽带直流放大器，该直流放大器的频率从0 Hz到10 MHz，增益调节范围为075 dB，带宽可设置为5 MHz或10 MHz两种，后级功率放大电路可输出20 V的峰峰值。使该系统能够满足一般生产科研实验要求，可应用于多种场合，并具有推广性。同时本设计也能扩展宽带放大器的在技术领域的用途，提高利用率，满足技术要求。提高技术水平，对我们的技术水平也能起到一定的推进作用。3 拟采用的技术方案一、可控增益放大器n方案一：简单的放大电路可
4、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立元件,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。 5拟采用的技术方案n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是一种廉价型的10位D/A转换芯片,其输出Vout=DnVref/210,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足210=1024挡增
5、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mVV每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过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。6拟采用的技术方案n方案三：根
6、据题目对放大电路的增益可控的要求,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,加在其梯型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60dB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。所以本电
7、路采用方案三。7拟采用的技术方案二、后级固定增益放大器n由两片AD603级联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。n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3V以上有效值,而在电子市场很难买到这样的芯片,而我们买到的如AD811,HA-2539 等芯片,虽然输出电压幅度能满足要求,但是很容易发生工作不稳定的情况。n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,调试繁琐,可是却可以经过计算得到最合
8、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。此电路选择方案二。8拟采用的原理框图 系统原理框图 n根据题目的要求，本设计主要分为三个模块电路：前级放大电路、AGC自动增益电路和后级放大电路。结合考虑过的各种方案，充分利用模拟和数字系统各自的优点，采用简单的控制放大器增益的方法，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。如图系统原理框图所示。输入信号经前级可控增益放大，其放大倍数由电阻来调整AD603的控制电压。而在AGC模式下，此控制电压是由AGC电路的反馈电压得到。经过前级放大后的信号最后经过后级放大得到需要的输出信号。9
9、研究方法n搜集国内外对该课题所涉及方面的研究资料，掌握当前的研究进展以及研究方向。n对目前已有的方案进行进一步的研究，了解已有的一些算法的优点和不足，并对其提出改进或者提出新的方案。n对改进方案或新提出的方案进行仿真、设计，论证方案的可行性。10关键技术n跟随、反相电路的设计n差分放大电路的设计n增益控制电路的设计n补偿电路的设计 n各级增益控制的设计n通频带选择网络的设计n程控放大电路的设计n电源模块的设计nSTC89C51RC/RD+系列单片机nstc89c52的定时/计数器编程n相关汇编语言 11设计实现中的难点问题（1）抑制直流零点漂移n在实际电路中，输出漂移会较为明显，单级产生的零点
10、漂移会是负漂移。中放设计中我们抑制漂移的方法是，输入信号从第一级运放的正向端输入，输出至第二级运放的反向输入端，且由放大倍数相同和选用元件参数尽可能一致，这种方法可使相邻两级的漂移相互抵消，可达到抑制漂移目的（2）通频带内增益起伏控制及放大电路的稳定性n本设计电路电压增益在通频带内波动较明显，通过对各级放大电路进行频率补偿，所以在电源端增加去耦0.1uF和100uF电容，电容电阻的引线部分也要尽可能的短，并且采用屏蔽盒对系统电路板进行屏蔽。12设计的进展情况n已基本了解了本设计的相关的信息和资料n下阶段开始进入全面理解和熟悉直至掌握13进度安排1 2010.10-2010.12：按照设计方案，完成对相关资料及信息的收集和梳理，撰写小论文；2 2011.1-2011.3：进一步完善本设计的制作方案，然后针对方案进行具体的反复实践；3 2011.4-2011.5：撰写毕业论文。14致谢！15
