基于單片機的寬帶放大器設計

電子機電論文編號:JD1081  論文字數:12616,頁數:32

 1寬帶放大器簡介
1.1什么是寬帶放大器
 工作頻率上限與下限之比甚大于1的放大電路。習慣上也常把相對頻帶寬度大于20％～30％的放大器列入此類。這類電路主要用于對視頻信號、脈沖信號或射頻信號的放大。用于電視圖像信號放大的視頻放大器是一種典型的基帶型寬帶放大器，所放大的信號的頻率范圍可以從幾赫或幾十赫的低頻直到幾兆赫或幾十兆赫的高頻。這類放大器通常以電阻器為放大器的負載，以電容器作級間耦合。為了擴展帶寬，除了使其增益較低以外，通常還需要采用高頻和低頻補償措施，以使放大器的增益-頻率特性曲線的平坦部分向兩端延展。可以歸入寬帶放大器的還有用于時分多路通信、示波器、數字電路等方面的基帶放大器或脈沖放大器（帶寬從幾赫到幾十或幾百兆赫），用于測量儀器的直流放大器（帶寬從直流到幾千赫或更高），以及音響設備中的高保真度音頻放大器（帶寬從幾十赫到幾十千赫）等。用于射頻信號放大的寬帶放大器（大多屬于帶通型），如雷達或通信接收機中的中頻放大器，其中心頻率為幾十兆赫或幾百兆赫，通帶寬度可達中心頻率的百分之幾十。
1.1.2放大器的分類
 將其分為甲、乙、丙三類工作狀態。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。
集成運算放大器主要類別
　　下面對不同特性的集成運算放大器進行介紹。
　   1.通用型集成運算放大器
　　通用型集成運算放大器是指它的技術參數比較適中，可滿足大多數情況下的使用要求。通用型集成運算放大器又分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型屬低增益運算放大器，Ⅱ型屬中增益運算放大器，Ⅲ型為高增益運算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的產品，其輸入失調電壓在2mV左右，開環增益一般大于80dB。
　　2.高精度集成運算放大器
　　高精度集成運算放大器是指那些失調電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運算放大器。這類運算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運算放大器的失調電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。
　　3.高速型集成運算放大器高速型集成運算放大器的輸出電壓轉換速率很大，有的可達2~3kV/μS。
　  4.高輸入阻抗集成運算放大器
　　高輸入阻抗集成運算放大器的輸入阻抗十分大，輸入電流非常小。這類運算放大器的輸入級往往采用MOS管。
　　5.低功耗集成運算放大器
　　低功耗集成運算放大器工作時的電流非常小，電源電壓也很低，整個運算放大器的功耗僅為幾十微瓦。這類集成運算放大器多用于便攜式電子產品中。
　　6.寬頻帶集成運算放大器
　　寬頻帶集成運算放大器的頻帶很寬，其單位增益帶寬可達千兆赫以上，往往用于寬頻帶放大電路中。
　　 7.高壓型集成運算放大器
　　一般集成運算放大器的供電電壓在15V以下，而高壓型集成運算放大器的供電電壓可達數十伏。
　　8.功率型集成運算放大器
 功率型集成運算放大器的輸出級，可向負載提供比較大的功率輸出。
1.2課題設計要求
 1.帶寬 3dB通頻帶為10kHz～6MHz，可以擴展。 　  2.增益 （1）最小值為10dB，基本指標為40dB，最大值≥60dB。                                    （2） 可步進調節，在10～58dB范圍內，步進間隔為6dB；要求更高時，步進間隔為2dB。（3）可預置增益值，并顯示。（4）預置增益值與實測增益值的誤差要求：在步進間隔為6dB時，誤差小于2dB；在步進間隔為2dB時誤差小于1dB。（5）帶內增益平坦度要求：在增益為40dB時，在20kHz～5MHz范圍內，增益起伏小于1dB。（6）自動增益控制要求：在4.5V≤V0≤5.5V范圍內，AGC范圍≥20dB，即輸入信號的ViH/ViL大于12.2倍。 　　3.最大輸入電壓幅度（有效值） （1）基本要求≥3V；（2）擴展要求≥6.5V；（3）數字顯示正弦電壓有效值。 　　4.噪聲性能 在AV=58dB時，輸出噪聲峰－峰值不大于0.5V。 　　5.輸入阻抗≥1kΩ；負載電阻為600Ω；單端輸入、單端輸出。 　　6.進一步提高各項技術指標，擴展功能。 　　對題意要求作了如上整理后，在作總體方案設計時，至少有三點思路易于明確： 　　（1）器件選擇必須選擇寬帶、低噪、增益可程控放大的器件，且這類器件必須從新型的高速寬帶運算放大器中去尋找；分立元件很難奏效。 　　（2）硬件系統；根據最大輸出電壓幅度和最大增益要求，系統可分為3級、2級或1級（滿足基本要求）來實現，每級的增益分配都不會太大，易于實現。 　　（3）增益指標這一項，內容較復雜，但主要都是依靠編程技術來完成。
 3.課題的意義
 隨著社會生產力的發展，人們迫切地要求能夠遠距離隨時隨地迅速而準確地傳送多媒體信息。于是，無線通信技術得到了迅猛的發展，技術也越來越成熟。而寬帶放大器是上述通信系統和其它電子系統必不可少的一部分。由此可知，寬帶放大器在通信系統中起到非常重要的作用，于是人們也對它的要求也越來越高。