放大倍數可變的直流放大器設計報告

ID:329806 · 發表于 2018-5-14 18:33

此放大器可以根據輸入信號自動調節放大倍數，實物圖如下：

放大倍數可變的直流放大器技術報告
摘要
本文設計了一種前置放大電路，有手動設置放大倍數和自動設置兩種方式，且輸入電壓的大小和當前的放大倍數可由數碼管交替顯示和通過PC串口由電腦接受數據，還加入了一個指示燈，指示燈會有不同的顯示狀態，設置為0dB增益時，燈一直亮，不會閃爍，設置為20dB增益時，指示燈會以1s為間隔閃爍，設置為40dB增益時，會以500ms為間隔閃爍。在自動模式下，輸入信號為0～50mV時，產生40dB增益；當輸入信號為50mV～500mV時，產生20dB增益；當輸入信號為0.5V～5V時，產生0dB增益；在手動模式下，根據需要自行選擇增益大小。有設置按鍵和選擇按鍵，按下設置按鍵進入設置模式，按下選擇按鍵，可以選擇0dB，20dB或40Db增益時，而且加入了飽和報警裝置，如果運放飽和，即不能放大手動設置增益大小，那么，數碼管將全部顯示“-----”,并以1s為間隔閃爍。該系統簡單、設計新穎，性價比高。

方案論證與比較

1.1直流放大電路選擇

方案一：采用集成運算放大器芯片級聯構成。集成運放芯片使用簡單，精度高，但是采用這種方案，放大器可實現的輸出功率不夠，無法滿足本課題指標（本課題要求最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V），通常此類集成電路都難以直接驅動50Ω的負載。

方案二：采用分立元件，利用高頻三極管或場效應管差分對構成多級放大電路，末級采用大功率器件來保證輸出功率，通過負反饋電路來確定增益。該方案可實現的放大器工作頻率高、功率大，但其電路比較復雜，且零點漂移嚴重，難以實現直流信號的放大。此外，由于電路采用了多級放大，其穩定性差，容易產生自激現象。

方案三：集成運放和分立元件相結合。寬帶集成運放級聯構成前置放大電路，實現小信號的前置放大及增益要求；運算放大器加分立器件三極管構成功率擴展型電路實現末級功率放大。

方案選定：經三種方案比較，決定采用方案三，該方案可以將集成運算放大器高增益、低直流漂移的優點與分立元件功放輸出功率大的優點相結合，達到本課題的設計要求。

方案比較：以上各方案均可對信號實現0dB、20dB、40Db增益大小可選。通過分析可知，方案一中用到的器件較多并且一些器件的價格比較貴，經濟性、可操作性沒有其它方案高；方案二要求模擬乘法器最大實現1000倍的衰減，這在實際中較難實現；方案三用到的器件比較少，器件的價格也不貴，同時對器件性能的要求也不是很苛刻。綜上所述，放大電路我們選擇方案三。

圖1-1 系統方案框圖

1.2.系統方案

本設計方案的整體框圖上圖所示。采用兩片ne5532組成放大電路，使用三個繼電器組成一個三選一數據器，實現對增益大小的選擇。當輸入信號為0～50mV時，產生40dB增益；當輸入信號為50mV～500mV時，產生20dB增益；當輸入信號為0.5V～5V時，產生0dB增益；主控模塊采用IAP15F2K60S2單片機，通過鍵盤輸入實現增益大小控制，數碼管顯示所設置的狀態及參數，LED燈指示放大倍數，PC端接收數據。

二、系統的硬件設計

3.1放大電路的設計

該電路前端加保護電路保護運放。有源放大采用同相輸入接法，可提高輸入阻抗，增大共模抑制比。電路如圖3.1所示，電壓放大倍數為：Au=1+RA1/RA6=1+910/100≈10

通過單片機控制繼電器實現0dB、20dB、40dB的放大功能。反饋電阻RA1的選擇，原則上不能太大，若阻值太大，則寄生的電感電容也會很大，會限制帶寬；也不能太小，若阻值太小，容易造成幅度過沖。為了減小電源和地線對高頻信號的干擾，電路加入去耦電容

3.2顯示電路

系統的軟件設計

4.1程序流程圖

關鍵源碼見附件。

4.2程序分析

程序流程圖如圖4-1所示，系統上電后，程序首先對控制電路的各種參數進行初始化，使系統進入初始狀態；然后對掃描鍵盤進行掃描，本系統設計了兩個按鍵，一個按鍵對工作模式進行選擇，若為自動模式，無需進一步設置，程序自動根據輸入大小輸出對應放大之后的電壓；若為手動模式，另一個按鍵可設置放大倍數，再未進入飽和時，根據設置對輸入信號進行放大，若進入飽和則顯示警告信息“-----”。