通信電子線路課程設(shè)計(jì)

1、目錄1.設(shè)計(jì)要求12.方案設(shè)計(jì)12.1 課程分析及總體結(jié)構(gòu)12.2方案論證23.單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇23.1單元電路設(shè)計(jì)23.2系統(tǒng)調(diào)試73.3 器件選擇84.電路的工作原理85.總結(jié)106.系統(tǒng)需要的元器件清單10參考文獻(xiàn)11通信電子線路課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）1.設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)輸入阻抗1k；單端輸入，單端輸出；放大器負(fù)載電阻600。（2）設(shè)計(jì)3d通頻帶10kHz6MHz，在20kHz5MHz頻帶內(nèi)增益起伏1dB。（3）設(shè)計(jì)最大增益40dB,增益調(diào)節(jié)范圍10dB40dB（增益6級(jí)可調(diào)，步進(jìn) 間 隔6d B，增益值與實(shí)測(cè)值誤差的絕對(duì)值2dB），需顯示預(yù)置值。（4）設(shè)計(jì)最大輸出電壓有效值

2、3V，數(shù)字顯示輸出正弦波電壓值。（5）自制放大器所需的穩(wěn)圧電源。2.方案設(shè)計(jì)2.1課題分析及總體結(jié)構(gòu)增益及電壓有效值顯示 鍵盤放大器增益控制峰值檢波單片機(jī)后級(jí)放大輸出小信號(hào)前級(jí)放大圖1 系統(tǒng)總體方框圖本設(shè)計(jì)全部采用集成電路，具有硬件電路形式簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，頻帶寬，增益高，AGC動(dòng)態(tài)范圍寬的特點(diǎn)，且增益可調(diào)，步進(jìn)間隔小。本寬帶放大器以可編程增益放大。器AD603為核心，由三級(jí)放大器組成，前級(jí)放大主要是提高輸入阻抗，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大；中間級(jí)為可變?cè)鲆娣糯笃鳎饕饔檬菍?shí)現(xiàn)增益可調(diào)及AGC功能，增益控制和AGC功能都由單片機(jī)控制，可預(yù)置并顯示增益值，增益可調(diào)范圍10dB58dB，步進(jìn)1dB，由單片機(jī)

3、自動(dòng)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)可實(shí)現(xiàn)AGC功能，使輸出電壓穩(wěn)定在4.5V5.5V之間；后級(jí)放大進(jìn)一步增加放大倍數(shù)，擴(kuò)大輸出電流，提升放大器的帶負(fù)載能力，提高輸出電壓幅度。后級(jí)輸出接峰值檢波電路，檢波電路輸出由單片機(jī)采樣并計(jì)算后，用液晶顯示屏顯示輸出正弦波電壓的有效值和峰峰值。由于寬帶放大器普遍存在容易自激及輸出噪聲過大的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用多種形式的屏蔽措施減少干擾，抑制噪聲，以改善系統(tǒng)性能。2.2方案論證方案一：選用結(jié)電容小，fT 高的晶體管，采用多種補(bǔ)償法，多級(jí)放大加深度負(fù)反饋，以及組合各種組態(tài)的放大電路形式，可以組成優(yōu)質(zhì)的寬帶放大器，而且成本較低。但若要全部采用晶體管實(shí)現(xiàn)題目要求，有一定困難，首先高頻晶體

4、管配對(duì)困難，不易購(gòu)買；其次，理論計(jì)算往往與實(shí)際電路有一定差距，工作點(diǎn)不容易調(diào)整；而且，晶體管參數(shù)易受環(huán)境影響，影響系統(tǒng)總體性能。另外，晶體管電路增益調(diào)節(jié)較為復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)題目要求的增益可調(diào)。方案二：使用專用的集成寬帶放大器。如TITHS6022、NE592等集成電路。通過外接少數(shù)的元件就可以滿足本題目要求，甚至遠(yuǎn)超過題目要求的帶寬和增益的指標(biāo)，但這種放大器難以購(gòu)買，價(jià)格較貴，靈活性不夠，不易滿足題目擴(kuò)展功能要求。方案三：市面上有多種型號(hào)、各具特色的寬頻帶集成運(yùn)算放大器。這些集成運(yùn)算放大器有的通頻帶寬，有足夠的增益，有的可以輸出較高電壓，使用方便，有的甚至可以實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)及AGC的功能?？傮w上硬

5、件的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試較為簡(jiǎn)單，所以，我們決定采用多個(gè)集成運(yùn)放級(jí)連實(shí)現(xiàn)本題目。3.單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇3.1單元電路設(shè)計(jì)(1) 前級(jí)放大器圖2 前級(jí)放大器由于AD603輸入阻抗只有100歐，需加大輸入阻抗才能滿足題目要求，而且前級(jí)信號(hào)比較小，容易受噪聲干擾，綜合考慮。我們前級(jí)放大采用視頻放大器AD818，其帶寬有100MHz，接成反相放大形式，電路 為了滿足題目要求輸入阻抗大于1k，選取R1 = 2K，Rf =7K，則放大倍數(shù)為A 3.5。(2) 增益控制電路它由無(wú)源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端（VINP）的信號(hào)經(jīng)衰減后，由固定增益放大器輸出，

6、衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無(wú)關(guān)，而僅與其差值VG有關(guān)，由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達(dá)50M，因而輸入電流很小，致使片內(nèi)控制電路對(duì)提供增益控制電壓的外電路影響減小。而且，如果AD603的增益用dB表示，則與控制電壓成線性關(guān)系，以上特點(diǎn)很適合構(gòu)成本題要求的放大器中的“滑動(dòng)臂”從左到右是可以連接移動(dòng)的。當(dāng)VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時(shí)，其放大器的增益范圍也不一樣，帶寬在9MHz 90MHz之間為加大中間級(jí)的放大倍數(shù)及增益調(diào)節(jié)范圍，我們使用兩片AD603級(jí)聯(lián)作為中間級(jí)放大。如果將AD603的5腳和7腳相連，單級(jí)AD603增益調(diào)整范圍為，1030

7、 dB，帶寬為90MHz，兩級(jí)AD603級(jí)聯(lián)，使得增益可調(diào)范圍擴(kuò)大到20 dB60 dB。可滿足題目要求的10dB58dB的增益調(diào)節(jié)。 圖3 增益控制電路(3) 單片機(jī)小系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)采用AT89C52為核心，時(shí)鐘信號(hào)采用12MHz晶體，擴(kuò)展了32k的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，采樣FLASH ROM 28C256作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以保存預(yù)置增益值1。采用可編程鍵盤專用接口芯片8279。擴(kuò)展鍵盤；顯示部分采用128×64的點(diǎn)陣液晶顯示器，A/D轉(zhuǎn)換器用AD1674，D/A轉(zhuǎn)換器用AD667。鍵盤控制模塊：用8279控制8×2鍵盤，鍵盤掃描方式采用編碼方式，由于8279能夠自動(dòng)消除按

8、鍵抖動(dòng)，以及可以使用中斷方式處理按鍵。所以，使用8279可以代替單片機(jī)完成鍵盤的許多接口操作，從而大大的減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，使單片機(jī)可以騰出更多資源。液晶顯示模塊：本系統(tǒng)采用信利的MSC-G12864DYSY-5W作為顯示器，該液晶屏是128×64的點(diǎn)陣液晶顯示屏，可通過控制字實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的寫入，但顯示數(shù)據(jù)占用的存儲(chǔ)器空間太大，因此，系統(tǒng)上加了一個(gè)512k的Flash Rom（29F040），將國(guó)標(biāo)漢字點(diǎn)陣信息存放在Flash Rom中，顯示漢字時(shí)，只需給出內(nèi)碼，由內(nèi)碼算出該漢字點(diǎn)陣存放的地址，讀取后送顯。漢字的內(nèi)碼有兩個(gè)字節(jié)（X，Y），X，Y為16進(jìn)制數(shù)，由內(nèi)碼算漢字點(diǎn)陣在字庫(kù)中

9、存放位置的公式為：offset10H×（X0A1H）×5EH（Y0A1H）由于29F040的地址線超過16根，我們用單片機(jī)和配合控制它，單片機(jī)每次從字庫(kù)中讀出一個(gè)漢字的點(diǎn)陣信息共32個(gè)字節(jié)，所以由單片機(jī)給出高位地址，CPLD給出低五位地址，將字庫(kù)中的點(diǎn)陣信息讀入單片機(jī)。D/A轉(zhuǎn)換器采用AD667，AD667是12位的D/A轉(zhuǎn)換器，由它輸出控制電壓給AD603的控制端GPOS，精確控制AD603的增益，達(dá)到增益控制的目的。A/D轉(zhuǎn)換器使用AD1674，AD1674是12位的A/D轉(zhuǎn)換器，其管腳與AD574兼容2，并帶采樣保持。用于采樣輸出信號(hào)，送由單片機(jī)計(jì)算并顯示輸出正弦電壓

10、有效值及峰峰值，并與D/A配合實(shí)現(xiàn)AGC功能。軟件設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)中單片機(jī)只起控制增益和顯示的作用，所以軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。啟動(dòng)后進(jìn)入增益控制界面，可以通過按鍵調(diào)節(jié)增益，步進(jìn)1dB，還可以切換顯示輸出正弦電壓有效值和峰峰值，以及切換到AGC功能。 圖3 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖(4) 輸出級(jí)的電路設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路帶動(dòng)600歐負(fù)載有些不夠，在頻率較高時(shí)輸出電壓峰峰值有較大下降，頻率增高后，由于壓擺率Sr限制3，在高頻大信號(hào)輸入情況下，使得輸出電壓下降，故輸出電流下降，導(dǎo)致帶負(fù)載能力下降。為此，我們采取擴(kuò)大輸出電流方式輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。給運(yùn)放擴(kuò)流輸出有多種方式，最常用的為三極管射隨輸出，但會(huì)稍微降低輸出電壓幅度

11、，對(duì)發(fā)揮部分中提高輸出幅度有影響。為此我們?cè)谶\(yùn)放輸出端加入兩個(gè)并聯(lián)的高速電流緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載 。我們使用的電流緩沖器BUF634在負(fù)載為100歐姆時(shí)最大輸出電流250mA，其單位增益帶寬可在30M180M變化，由于本題對(duì)功率要求不高，使用BUF634完全可以滿足題目要求的指標(biāo)。 圖4 輸出級(jí)電路圖(5)自動(dòng)增益控制電路本系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制功能，實(shí)際是由增益控制電路轉(zhuǎn)化而來(lái)。在輸出級(jí)加入檢波電路，檢出直流電壓送入A/D采樣，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算后控制D/A輸出，此電壓加到AD603的增益控制端，從而控制AD603的增益達(dá)到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)信號(hào)頻率很寬，如果采用有源器件組成的

12、峰值檢波電路，在低頻和高頻段均有較大失真，不能得到與峰值線性對(duì)應(yīng)的直流電平。所以我們采用無(wú)源峰值檢波電路。圖中D1、D2均為鍺管，采用鍺管因?yàn)槠涮匦越破椒铰是€4，變化較為平緩，二極管導(dǎo)通時(shí)電容充放電速度較為緩慢，從而控制AD603的增益達(dá)到使輸出電壓恒定的目的。從而控制AD603的增益達(dá)到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)信號(hào)頻率很從而控制AD603的增益達(dá)到使輸出電壓恒定的目的。檢波電路設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)信號(hào)頻率很檢波電路設(shè)計(jì)：由于本系統(tǒng)信號(hào)頻率很輸出幅度較為平坦，紋波較小。R1、R2、D2保證輸入信號(hào)小于二極管導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管D1也能導(dǎo)通，進(jìn)行檢波，R3、R4進(jìn)一步抑制檢波

13、輸出紋波，并將直流電壓分壓輸出。該檢波電路輸出信號(hào)電壓約為輸入電壓峰值的1/6。 圖5 自動(dòng)增益控制電路3.2系統(tǒng)調(diào)試3.2.1檢查電路：照電路圖檢查電路器件是否連接正確，器件引腳、電容極性、電源線、地線是否對(duì)接，連接是否牢靠，電源的數(shù)值與方向是否符合設(shè)計(jì)要求。將各部分電路連接起來(lái)，先調(diào)整0dB，使輸出信號(hào)幅度和輸入信號(hào)幅度相等。接上600的負(fù)載電阻進(jìn)行整機(jī)測(cè)試。3.2.2按功能模塊分別調(diào)試：按單元電路，把每一部分單元電路調(diào)試得正常工作，才把它們連接成整機(jī)，然后在進(jìn)行整體調(diào)試。輸入端加有效值為10mV，頻率為1MHz的正弦信號(hào)，保持幅度穩(wěn)定，然后預(yù)設(shè)增益值測(cè)量輸出信號(hào)來(lái)計(jì)算增益誤差。擴(kuò)展功能中

14、的增益步進(jìn)1dB也達(dá)到了，且增益是從080dB可調(diào)。0dB放大是后級(jí)功放的調(diào)零點(diǎn),需事先校正，所有大于0dB的增益都以0dB為基準(zhǔn)。測(cè)58dB以上的增益時(shí)，以10mV輸入會(huì)使輸出飽和，故采用固定輸出的方法：給定增益，然后減小輸入信號(hào)，使得輸出信號(hào)有效值保持為7.00V，再計(jì)算增益。高增益時(shí)，輸入信號(hào)的噪聲較大，實(shí)際波形有些不理想，不過有效值變化范圍不大，當(dāng)增益達(dá)到80dB時(shí)，輸入1mV就能使輸出飽和，噪聲電平和信號(hào)電平差不多，只能看到噪聲信號(hào)中有輸入信號(hào)的輪廓，且這時(shí)輸入信號(hào)電壓有效值用示波器無(wú)法測(cè)量，但是輸出卻有和輸入同頻率的正弦波。由于示波器測(cè)量電壓有效值，當(dāng)信號(hào)很小時(shí)誤差較大，所以增益高

15、時(shí)誤差較大。從變化趨勢(shì)來(lái)看，放大80dB誤差應(yīng)該小于2dB，滿足題目要求。從整體來(lái)看，我們?cè)O(shè)計(jì)的放大器增益為080dB，步進(jìn)1dB，60dB以下增益誤差0.2dB。自動(dòng)增益控制（AGC）測(cè)量：將放大器切換到AGC模式，改變輸入信號(hào)電壓，觀察輸出信號(hào)并記錄輸出電壓。由于我們采用單片機(jī)控制增益，AGC范圍和增益控制范圍一致，理論上AGC控制范圍為080dB。設(shè)定AGC輸出電壓范圍4.5 5.5V，把輸入信號(hào)調(diào)到1MHz，把有效值從1mV起往上調(diào)，測(cè)量輸出電壓有效值。3.3器件選擇集成電路的選擇：在前級(jí)放大器中所選擇的集成電路為4060和74LS74，其中74LS74的上下兩個(gè)電壓輸入VCC為5V，

16、晶振所產(chǎn)生的頻率為32768MHz。在增益控制電路的集成電路的選擇為3個(gè)4511，兩個(gè)4518，一個(gè)4069，一個(gè)74LS00和一個(gè)74LS161，3個(gè)晶體管為L(zhǎng)ED晶體管，輸入電壓VCC為5V。在單片機(jī)中的集成電路的選擇為3個(gè)74LS21和2個(gè)74LS32，還有一個(gè)蜂鳴器，輸入電壓為5V。在輸出級(jí)電路中的集成電路選擇為5個(gè)74LS00和一個(gè)74LS74，開關(guān)選擇為單刀雙擲開關(guān)，4個(gè)輸入電壓為5V。在自動(dòng)增益控制電路中的集成電路選擇為兩個(gè)4069，輸入電壓為5V。電阻電容的選擇：可以通過計(jì)算算出，但是本電路圖所用的都是集成電路，計(jì)算起來(lái)比較繁瑣，一般按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選擇，電容C1,C2,C3的大小

17、為20pF，10pF，22Uf。電阻R1，R2，R3的大小為10千歐，22兆歐，300歐。4.電路的工作原理本系統(tǒng)由可變?cè)鲆嬖鲆娣糯笃鰽D603為核心，其它各單元電路都是根據(jù)AD603及題目要求設(shè)計(jì)。題目要求最大增益要大于40dB，最大輸出電壓有效值大于等于3V，而中間級(jí)采用的可編程增益放大器AD603對(duì)輸入電壓和輸出電壓均有限制5，所以，必須合理分配三級(jí)放大器的放大倍數(shù)。AD603的最大輸出電壓有效值約為1.2V，假如要實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分的最大輸出電壓有效值大于等于6V的要求，即輸出電壓峰峰值為16.9 V，為得到最大輸出電壓,則后級(jí)放大至少要有5倍。由于放大器頻帶很寬，且級(jí)數(shù)較多，整個(gè)系統(tǒng)容易自激，必須采用有效措施抑制自激發(fā)生，因此電路布局對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能起著至關(guān)重要的作用。 圖6 放大器電路圖5.總結(jié)綜合上述各部分的測(cè)試結(jié)果：本設(shè)計(jì)圓滿地完成了題目基本部分的要求，還較好地完成了題目發(fā)揮部分的要求并擴(kuò)展了掉電存儲(chǔ)和輸入限定等功能。前級(jí)降壓、后級(jí)升壓的設(shè)計(jì)不但擴(kuò)展了AGC的范圍，還提高了輸出電壓幅度。各種去耦和降噪措施的綜合應(yīng)用保證放大器穩(wěn)定工作并且降低了噪聲如果能對(duì)輸出增益進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)測(cè)校正或者使用性能更好的器件，還可以進(jìn)一步提高指標(biāo)。6.系統(tǒng)需要的元器件清單表1 元器件清單序號(hào)元器件類型元器件規(guī)格數(shù)量備注1 芯片 827932函數(shù)信號(hào)發(fā)生器HP3312