電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽寬帶直流放大器

1、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽寬帶直流放大器（總12頁(yè)）-本頁(yè)僅作為文檔封面，使用時(shí)請(qǐng)直接刪除即可-內(nèi)頁(yè)可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小-寬帶放大器.數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)報(bào)告參賽院校：山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院參賽隊(duì)員：馬衍慶、趙海明、郭帥帥日期：2010-8-27目錄v 摘要 3二、正文3引言3方案論證3各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)原理4系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析8結(jié)論和改進(jìn)措施11三、參考文獻(xiàn)11四、附錄1115一、摘要本設(shè)計(jì)基于運(yùn)算放大器TL084進(jìn)行寬帶直流放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了放大 倍數(shù)0到40DB可調(diào)，帶寬在300KHz450KHz之間，輸入電阻為50歐姆，輸出 電阻為1歐姆左右。并以AVR單片機(jī)為控制核心，對(duì)放大的信號(hào)用液晶12

2、864 進(jìn)行波形檢測(cè)顯示，并通過(guò)AD、DA可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)回放?；胤挪ㄐ螢檩斎?波形的1/2,并通過(guò)軟件計(jì)算出信號(hào)的有效值，顯示在液晶上。關(guān)鍵詞：寬帶直流放大器數(shù)字示波器波形還原電路二、正文引言隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，人們迫切的要求能夠遠(yuǎn)距離隨時(shí)隨地迅速而準(zhǔn)確地傳 送多媒體信息。于是，無(wú)線通信技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，技術(shù)越來(lái)越成熟。而寬 帶放大器是音響、有線電視、無(wú)線通信中不可缺少的部分，于是人們對(duì)它的要 求也越來(lái)越高。TL084是常用的運(yùn)算放大器芯片，増益帶寬積為4MHz,每一片 中含有四個(gè)放大器，是一款非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的芯片。方案論證方案一：輸入級(jí)采用一級(jí)跟隨器，輸出級(jí)采用一級(jí)跟隨器，中間采用兩級(jí)

3、反向放大器， 前一級(jí)固定放大在10倍(20DB)左右，后一級(jí)放大調(diào)整到放大倍數(shù)010倍， 總的放大増益為040DB。方案二：輸入級(jí)采用一級(jí)正向放大器，中間采用兩級(jí)反向放大器，在第三級(jí)放大器設(shè)置 為0可調(diào)。第一級(jí)放大倍數(shù)為6倍，第二級(jí)放大倍數(shù)為4倍。方案三：輸入級(jí)采用正向放大器，中間采用兩級(jí)反向放大器，輸出級(jí)采用反向放大器， 每一級(jí)的放大倍數(shù)10DB,其中第二級(jí)和第三級(jí)設(shè)置成可調(diào)，即(010DB) o方案一和方案二相比較，采用兩級(jí)放大，在相同增益帶寬積和總放大倍數(shù)一定 的情況下，其3DB帶寬不如三級(jí)放大。方案三和方案二比較，輸出隔離不理 想，輸出電阻偏大。綜上我們?cè)O(shè)計(jì)采用方案二。方案證明：已知T

4、L084的增益帶寬積為GBP (4MHz),放大器的增益為040DB可調(diào)，即 放大器的放大倍數(shù)在0=00倍之間。為方便計(jì)算取GBP二4MHz, A=100 公式_w仞4 =4MHz,i = 1,2,3 公式二ArA2.A3A, = 100, j = 1,2,3 公式三 由公式一、公式二、公式三和基本不等式可以推出：當(dāng)j二2時(shí)，即采用兩級(jí)放大，當(dāng)A=A2=10時(shí)，叫的最大值為w/rmax = 283KHz當(dāng)j二3時(shí)，即采用三級(jí)放大，當(dāng)A,=A2=A3=4.65時(shí)，叫的最大值為叫皿狀二各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理寬帶直流放大器模塊：本模塊設(shè)計(jì)使用三級(jí)放大器和一級(jí)跟隨器，第一級(jí)使用正向放大器，放大倍數(shù) 為6倍

5、，第二級(jí)采用反向放大器，放大倍數(shù)為4倍，第三級(jí)采用可調(diào)的反向放 大器，放大倍數(shù)為0到倍可調(diào)。由公式三理論推算放大器整個(gè)的放大倍數(shù)為0 倍，即0。由公式一、二理論推算放大器的3DB帶寬范圍：0410KHz。原理圖：R510kQ 50%Key=AxsciU3B3 TL°，kCN圖一：寬帶直流放大器原理圖 原理圖仿真：圖二：原理圖仿真圖 硬件焊接：AD與DA模塊：本模塊采用MAX118作為AD芯片，以MAX539作為DA芯片，進(jìn)行設(shè)計(jì)，由AVR 單片機(jī)進(jìn)行控制。M A X 1 1 8：基本的調(diào)試思路端口 0初始圖三：M A X 1 1 8的調(diào)試流程MAX539簡(jiǎn)介：MAX539是低功率，電

6、壓輸出12-bitDAC, +5 V單電源操 作。也可在士 5V電源操作。MAX539只有140 u A工作電流。MAX539為8引 腳DIP和S0封裝。無(wú)需外部電阻器或運(yùn)算放大器。輸出緩沖區(qū)是一個(gè)單位増 益穩(wěn)定，軌到軌輸出的BiCMOS運(yùn)算放大器。輸入失調(diào)電壓和共模抑制比是修 正以達(dá)到更好的超過(guò)12位性能。建立時(shí)間是25 us到的最終價(jià)值?？梢则?qū) 動(dòng)一個(gè)2K的直流負(fù)載。基本調(diào)試思路：圖四:MAX539的調(diào)試流程液晶顯示模塊：本ST7920點(diǎn)矩陣LCD控制/驅(qū)動(dòng)IC,可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、文字型及自 訂圖塊顯示，它可以提供種控制介面，分別是8位元微處理器介面.4位元微 處理器介面及串列介面；

7、所有的功能，包含顯示RAM,字型產(chǎn)生器，以及液晶 驅(qū)動(dòng)電路和控制器，都包含在個(gè)單晶片里面，只要個(gè)最小的微處理系統(tǒng)，就 可以操作本LCD控制/驅(qū)動(dòng)IC。ST7920的字型ROM包括8192個(gè)16X16點(diǎn)的 文 字形以及126個(gè)16X8點(diǎn)半寬的字母符號(hào)字型，另外繪圖顯示畫(huà)面提供 個(gè) 64x256點(diǎn)的繪圖區(qū)域（GDRAM）及240點(diǎn)的ICON RAM,可以和文字畫(huà)面混和顯 示，而且ST7920內(nèi)含CGRAM提供4組軟體可程式規(guī)劃的16X16造字功能。 ST7920具有低功率電源消耗to可以提供電池操作攜帶式產(chǎn)品的省電需求。 ST7920 LCD驅(qū)動(dòng)器由33個(gè)common及64個(gè)segment所組成，

8、Segment驅(qū)動(dòng)器的 擴(kuò)充可以視需要由ST7921 Segment驅(qū)動(dòng)器來(lái)提供擴(kuò)充顯示范圍的任務(wù)，個(gè) ST7920可以顯示到1行8個(gè)字或是2行4個(gè)字，或是配合ST7921使用2行16 個(gè)字的顯示。液晶顯示實(shí)驗(yàn)波形程序框圖:圖五：液晶調(diào)試流程液晶11圖程序流程:電源模塊：線性穩(wěn)壓電源，具有完全獨(dú)立的四組穩(wěn)壓輸出，分別為兩組5V和兩組12V,可 以連成正負(fù)雙電源。其中一個(gè)5V輸出為兩片7805并聯(lián)，可輸出大電流。矩陣鍵盤(pán)模塊：采用電阻分壓式結(jié)構(gòu)，只需一個(gè)I/O 口就可完成16個(gè)按鍵的掃描，并能解決多 建同時(shí)按下時(shí)的沖突。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)只需要7只電阻，并且受電阻阻值誤差的 影響小，工作穩(wěn)定可靠。單片

9、機(jī)控制模塊：采用高速的8位單片機(jī)ATMEGA32o其產(chǎn)品特性有：高性能、低功耗的8位 AVR®微處理器、先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)、131條指令、大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為 單個(gè)時(shí)鐘周期、32個(gè)8位通用工作寄存器、全靜態(tài)工作、工作于16 MHz時(shí)性 能高達(dá)16 MIPS.只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器、非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器、32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flashy擦寫(xiě)壽命:10,000次、具有獨(dú)立鎖定位 的可選Boot代碼區(qū)、通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程、1024字節(jié)的 EEPROMx 2K字節(jié)片內(nèi)SRAM、可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序的加密、 JTAG接口(與IEEE標(biāo)準(zhǔn)兼容)、符合

10、JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能、支持?jǐn)U展 的片內(nèi)調(diào)試功能、通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPR0M、熔絲位和鎖定位的編 程。外設(shè)特點(diǎn)：兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù) 器、一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、具有 獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC、四通道PWM- 8路10位ADC、8個(gè)單端通道、 TQFP封裝的7個(gè)差分通道、2個(gè)具有可編程增益(1x, 10x,或200x)的差分 通道、面向字節(jié)的兩線接口、可編程的串行USART、可工作于主機(jī)/從機(jī)模式 的SPI串行接口、具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器、特殊的處理器 特點(diǎn)、上電復(fù)位以及可編程的掉電檢

11、測(cè)。片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器、片內(nèi)/ 片外中斷源，6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉 電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式。I/O和封裝：32個(gè)可編 程的I/O 口，40引腳PDIP封裝，44引腳TQFP封裝,與44引腳MLF封裝。 工作電壓 ATmega32L： -、ATmega32： -。速度等級(jí):ATmega32L： 0 - 8 MHz、ATmega32： 0-16 MHz。ATmega32L 在 1 MHz.3V, 25。C時(shí)的功耗為：正常模式：mA、空閑模式：mA、掉電模式：1 U Ao系統(tǒng)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析測(cè)試儀器：信號(hào)發(fā)生器，示波器測(cè)試方法和相

12、關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù):采用函數(shù)發(fā)生器50歐姆輸出端分別產(chǎn)生10mv輸入信號(hào)和1mv輸入信號(hào)夾在放 大器的輸入端，用雙蹤示波器觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，分別將放大倍數(shù)調(diào)整 到10DB, 20DB, 30DB, 40DB,測(cè)量3DB帶寬和1DB帶寬,并計(jì)算出相應(yīng)的增益 帶寬積，如表一、表二所示。倍3 DB帶寬(KHz)1 DB帶寬 (KHz)增益帶寬積10 DB4 11.219 7.720 DB4 5 0.3.2 6 7.84. 503MHz30 DB3 0 9.717 3.89. 786MHz40 DB3 14.81 5 9 631. 48MHz表一：1 0 m V輸入不同増益帶寬倍3 DB帶寬(KHz)1

13、 DB帶寬 (KHz)增益帶寬積10 DB4 10.113 6,51. 296MHz20 DB3 0 3. 3119.530 DB2 7 7. 89 5. 2 340 DB2 8 4 110 2.028 41 MHz表二：1mv輸入不同增益帶寬 實(shí)驗(yàn)中我們采用的公式法對(duì)輸出電阻進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量電路為放大器測(cè)試方法：分別測(cè)出負(fù)載開(kāi)路時(shí)輸出電壓V&和帶上負(fù)載RL的輸出電壓V。計(jì)算公式:Ro=(Rl 公式四測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表三輸入信號(hào) 頻率(KHz)放大倍數(shù)Vpp (mv)Vo5RL (歐姆)Vo輸出電 阻R(歐姆)40DB331. 36V20DB132mv33128mv10DB3340mv0.

14、165表三：輸出電阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中我們采用電阻分壓法對(duì)輸入電阻進(jìn)行測(cè)量圖六：放大器輸入電阻Ri的測(cè)量測(cè)試方法：以信號(hào)源50歐姆內(nèi)阻為基準(zhǔn)，使其和放大器輸入電阻分壓，分別用 示波器觀察信號(hào)源開(kāi)路的信號(hào)的峰峰值Vpp和把信號(hào)源加到放大器輸入端時(shí)信 號(hào)峰峰值 Vpp' o 即 Vss=Vpp, Vi二Vpp' o計(jì)算公式：R嚴(yán)一E（其中R=50Q）Vpp _ Vpp測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表四:輸入信號(hào)頻率Vpp (mv)Vpp (1) (mv)輸入電阻R1Khz50歐姆表四：輸入電阻測(cè)量波形顯示:結(jié)論和改進(jìn)措施本設(shè)計(jì)基于運(yùn)算放大器TL084進(jìn)行寬帶直流放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了放大倍數(shù) 0到40DB可

15、調(diào)，帶寬在300KHz450KHz之間，輸入電阻為50歐姆，輸出電阻 為1歐姆左右。輸出波形穩(wěn)定，沒(méi)有雜波干擾。改進(jìn)措施：1、本設(shè)計(jì)沒(méi)有使用最佳放大増益倍數(shù)A=A2=A3=4.65,進(jìn)行三級(jí)放大器 配置，使得實(shí)際帶寬和理論最佳帶寬有一定的差距?？筛淖兿鄳?yīng)的電阻， 將R1改成3. 7K,將R6改成2K,使其更為接近理論帶寬。2、本設(shè)計(jì)中放大倍數(shù)為1 ODB, 20DB, 30DB的3DB帶寬，1 D B帶寬與放大倍數(shù)為4 0 D B的帶寬差異并不是很大?？稍O(shè)置相應(yīng)跳線 和開(kāi)關(guān)使得1 0 D B采用一級(jí)放大，其帶寬可達(dá)到接近1MHz, 20D B, 30DB采用兩級(jí)放大，其帶寬可在700K H z到8 0 0KHz之