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1、低频低噪声高增益放大器1系统设计低频低噪声高增益放大器设计主要包含7部分，信号发生器、滤波器、前置 放大级、功率放大级、稳压电源模块、单片机控制增益调节和显示模块。1.1信号发生器模块方案一、由简单的分立元件产生，可以利用晶体管、LC振荡回路，积分电 路的实现正弦波的产生。此方案原理简单但是调试麻烦，不稳定，受干扰严重。方案二、采用集成运放搭建RC文氏正弦振荡器产生正弦波，正弦波的频率, 幅度均可调。此方案电路简单，在集成运放的作用下，可以较容易的测到所需的 波形。通过调整参数可以得到较完美的小信号波形。本设计采用此方案。RC桥式振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成RC选频网 络形成
2、正反馈电路,决定振荡频率f 0 , Rl、R3、R4形成反馈回路，决定起振的 幅值条件，Dl、D2是稳幅元件。 1f =1该电路振荡频率，2 R2R5C1C2,令 R=R2=R5, C=C1=C2，贝U, f =-一 起振幅值条件AV =1 +呢化=3.（rd为二极管的正向动态电阻）1.2滤波器模块滤波米用 压控电压源二阶带通滤波电路，由低通滤波器和高通滤波器串联 而成，前者的截至频率fpl=5KHz, fp2 =3KHz。此电路设计方便，制作简单，性 能稳定，故用此电路。图1_2带通滤波器1.3前置放大模块第一级是射极跟随器，提高输入阻抗，减少对上一级输出信号的噪声波动。 第二级是放大部分，
3、运放负输入端与地之间连接数控电位器，其阻值改变来 控制电路的放大倍数。可实现增益步进调节。第三级是固定增益放大器，由于第二级的放大倍数达不到要求，所以在第三 级进行放大。=乜7-22f图1-3前置放大模块电路-* O50L_CCV一22CccA .A .产 -ff.* .k .y R5o 0b - A- -Q冃 .k -V 10屜C5T3312211_n.r n7 k .R 1-.Lw1.4功率放大模块方案一：采用三极管为核心做功率放大电路，这种功放电路输出小，效率低, 功耗大很难满足题目要求。方案二：采用分立的MOS管做功率放大电路，虽然分立元件低频功率放大器 可对每级工作状态和性能逐级调整
4、有很大灵活性和自由度，但是此类分立元件低 频功率放大器快被淘汰性能上不能满足此次设计的指标。方案三：功率放大部分采用专用的集成MOS芯片功率放大器，采用专用的 集成MOS功率放大器可以达到要求，可以保证低失真、低噪声还有输出短路保 护、IC过热保护等功能，运用起来也方便。+ 2 Vims j 3000 Hz:Key=A50/：C1卄1uFtOOuFU1DI*1H4001TRA2030R4 ：图心功率放大器师e嘗啊R3er iiF ：-12VnF-421.5单片机控制d:利用STC89C52单片机将增益步进值通过换算控制数控电位器，改变放大模 块运放的电阻比例系数，从而改变运放的放大倍数，达到增
5、益可调。如下图单片 机及外围电路，P1.0P1.2分别控制数控电位器MCP41010的片选CS，串行时钟输 入SCLK和SI数据线。数控电位器MCP41010，它在单一芯片上集成一个10 kQ数 字电位器，电位器的滑动端共有256个离散的调节节点，并有一个8 b的E2PROM 数据寄存器，直接控制滑刷在电位器上滑动端的位置。用户可以通过相应指令往 数据寄存器写8位字，调节精度可达256。Key25，为增益调节按键，分别为增益加、增益减、增益加加、增益减减。 显示模块：方案一：使用LED数码管显示。数码管采用BCD编码显示数字，对外界环境要求低，易于维护。但根据题目要求，如果需要同时显示给定值和
6、测量值， 需显示的内容较多，要使用多个数码管动态显示，使电路变得复杂，加大了编程 工作量。不宜采用。方案二：使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉 字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点。综上所述，选择方案二。采用1602液晶显示器，同时显示电流给定值和实测值。本设计LCD1602液晶显示器，与单片机接口，采用8位并行接法，显示电 压增益，电路连接如图所示。VC*u u-IlTA10uFTSVDDSCLKPBOSEPWO屜PADU2PKKETP3OPC1吧哗咔PC5眦prPXP21P22PB2P25刚prBJITXDAIZPPSEN图1-5单片机最小系统
7、图16稳压电源本系统需要多个电源，运放D/A转换芯片的正负15V,单片机系统用正5V。 且要求电源波动10%时可正常工作。方案一：采用升压型稳压电路。该电源减小了系统体积重量，但该电路供电 电流小，供电时间短，无法使相对庞大的系统稳定运作。方案二：采用线性稳压电路。交流市电经桥式全波整流，电容滤波，三端稳 压器件稳压产生各种直流电压。由于需求功率较大，故采用输出电流为3A的可 调三端稳压器，正电源由LM317稳压输出，负电源由LM337稳压得到。采用此 方案。原理图如图1-6所示：2软件设计软件设计采用C语言，对STC89C52单片机进行编程实现各种功能。 软件实现的功能是：（1）测量输出电流
8、值（2）控制MCP41010工作（3）驱动液晶显示器显示增益值（4）通过键盘扫描，确定电流步进调整软件流程图：3测试数据记录实测数据：放大倍数：2003000;步进：130通频带：3KHZ5KHZ;输入电阻：80K ;输出电阻：22噪声电压峰-峰值：700nV;最大不失真输出幅度：11V;4总结本设计采用RC正弦波振荡器产生信号源；带通滤波器滤波并控制其通频带 为3KHZ5KHZ；射极跟随器提高输入阻抗，输出信号的噪声波动；两级放大提高 增益并通过单片机控制实现增益可调；功率放大电路，提高带负载能力，减小输 出阻抗，并进一步提高放大倍数；单片机作为辅助控制器，控制数控电位器实现 增益步进调节，
9、并控制1602液晶显示器显示增益值。经测试，该低频低噪声高增益放大器各性能指标，如放大倍数、增益步进、 通频带、输入阻抗、输出阻抗、最大不失真输出幅度、噪声电压峰-峰值，满足 满足设计要求，而且很多还超过基本要求，实践证明我们本次的设计是成功的！这次比赛中我们由于没有什么经验，所以在诸如时间分配，分工合作等方面 安排的不很合理。该设计涉及了太多模拟电路，由于干扰太大，给电路的调试带 来了很多麻烦。由于这是我们第一次真正参加模拟全国大学生电子竞赛，一开始 都非常的不适应，但是我们最终还是坚持下来了。这次竞赛让我们认识到理论计算和实际结果的差距，让我们在以后的设计中 更加注重现实制作中的困难。同时我们也学到了许多宝贵的知识，那是在我们书 本上学不到的东西，在比赛中，我们的实践能力得到锻炼，使我们能够将书本上 学到的知识运用到实践当中去。同时在这个过程中我们也积累了许多宝贵的经 验。参考文献【1】郭天祥.51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2008【2】康光华电子技术基础模拟部分北京：高等教育出版社，2005【3】黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：北京航空航天大学出版社,2010【4】黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,2010
