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1、电子设计竞赛宽带直流放大器（总12页）-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-宽带放大器.数字滤波器设计报告参赛院校：山东大学信息科学与工程学院参赛队员：马衍庆、赵海明、郭帅帅日期：2010-8-27目录v 摘要 3二、正文3引言3方案论证3各个模块实现原理4系统设计和数据分析8结论和改进措施11三、参考文献11四、附录1115一、摘要本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大 倍数0到40DB可调，带宽在300KHz450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出 电阻为1欧姆左右。并以AVR单片机为控制核心，对放大的信号用液晶12
2、864 进行波形检测显示，并通过AD、DA可以对信号进行实时回放。回放波形为输入 波形的1/2,并通过软件计算出信号的有效值，显示在液晶上。关键词：宽带直流放大器数字示波器波形还原电路二、正文引言随着微电子技术的发展，人们迫切的要求能够远距离随时随地迅速而准确地传 送多媒体信息。于是，无线通信技术得到迅猛的发展，技术越来越成熟。而宽 带放大器是音响、有线电视、无线通信中不可缺少的部分，于是人们对它的要 求也越来越高。TL084是常用的运算放大器芯片，増益带宽积为4MHz,每一片 中含有四个放大器，是一款非常经济实用的芯片。方案论证方案一：输入级采用一级跟随器，输出级采用一级跟随器，中间采用两级
3、反向放大器， 前一级固定放大在10倍(20DB)左右，后一级放大调整到放大倍数010倍， 总的放大増益为040DB。方案二：输入级采用一级正向放大器，中间采用两级反向放大器，在第三级放大器设置 为0可调。第一级放大倍数为6倍，第二级放大倍数为4倍。方案三：输入级采用正向放大器，中间采用两级反向放大器，输出级采用反向放大器， 每一级的放大倍数10DB,其中第二级和第三级设置成可调，即(010DB) o方案一和方案二相比较，采用两级放大，在相同增益带宽积和总放大倍数一定 的情况下，其3DB带宽不如三级放大。方案三和方案二比较，输出隔离不理 想，输出电阻偏大。综上我们设计采用方案二。方案证明：已知T
4、L084的增益带宽积为GBP (4MHz),放大器的增益为040DB可调，即 放大器的放大倍数在0=00倍之间。为方便计算取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：当j二2时，即采用两级放大，当A=A2=10时，叫的最大值为w/rmax = 283KHz当j二3时，即采用三级放大，当A,=A2=A3=4.65时，叫的最大值为叫皿狀二各个模块的实现原理宽带直流放大器模块：本模块设计使用三级放大器和一级跟随器，第一级使用正向放大器，放大倍数 为6倍
5、，第二级采用反向放大器，放大倍数为4倍，第三级采用可调的反向放 大器，放大倍数为0到倍可调。由公式三理论推算放大器整个的放大倍数为0 倍，即0。由公式一、二理论推算放大器的3DB带宽范围：0410KHz。原理图：R510kQ 50%Key=AxsciU3B3 TL°，kCN图一：宽带直流放大器原理图 原理图仿真：图二：原理图仿真图 硬件焊接：AD与DA模块：本模块采用MAX118作为AD芯片，以MAX539作为DA芯片，进行设计，由AVR 单片机进行控制。M A X 1 1 8：基本的调试思路端口 0初始图三：M A X 1 1 8的调试流程MAX539简介：MAX539是低功率，电
6、压输出12-bitDAC, +5 V单电源操 作。也可在士 5V电源操作。MAX539只有140 u A工作电流。MAX539为8引 脚DIP和S0封装。无需外部电阻器或运算放大器。输出缓冲区是一个单位増 益稳定，轨到轨输出的BiCMOS运算放大器。输入失调电压和共模抑制比是修 正以达到更好的超过12位性能。建立时间是25 us到的最终价值。可以驱 动一个2K的直流负载。基本调试思路：图四:MAX539的调试流程液晶显示模块：本ST7920点矩阵LCD控制/驱动IC,可以显示字母、数字符号、文字型及自 订图块显示，它可以提供种控制介面，分别是8位元微处理器介面.4位元微 处理器介面及串列介面；
7、所有的功能，包含显示RAM,字型产生器，以及液晶 驱动电路和控制器，都包含在个单晶片里面，只要个最小的微处理系统，就 可以操作本LCD控制/驱动IC。ST7920的字型ROM包括8192个16X16点的 文 字形以及126个16X8点半宽的字母符号字型，另外绘图显示画面提供 个 64x256点的绘图区域（GDRAM）及240点的ICON RAM,可以和文字画面混和显 示，而且ST7920内含CGRAM提供4组软体可程式规划的16X16造字功能。 ST7920具有低功率电源消耗to可以提供电池操作携带式产品的省电需求。 ST7920 LCD驱动器由33个common及64个segment所组成，
8、Segment驱动器的 扩充可以视需要由ST7921 Segment驱动器来提供扩充显示范围的任务，个 ST7920可以显示到1行8个字或是2行4个字，或是配合ST7921使用2行16 个字的显示。液晶显示实验波形程序框图:图五：液晶调试流程液晶11图程序流程:电源模块：线性稳压电源，具有完全独立的四组稳压输出，分别为两组5V和两组12V,可 以连成正负双电源。其中一个5V输出为两片7805并联，可输出大电流。矩阵键盘模块：采用电阻分压式结构，只需一个I/O 口就可完成16个按键的扫描，并能解决多 建同时按下时的冲突。经过优化设计只需要7只电阻，并且受电阻阻值误差的 影响小，工作稳定可靠。单片
9、机控制模块：采用高速的8位单片机ATMEGA32o其产品特性有：高性能、低功耗的8位 AVR®微处理器、先进的RISC结构、131条指令、大多数指令执行时间为 单个时钟周期、32个8位通用工作寄存器、全静态工作、工作于16 MHz时性 能高达16 MIPS.只需两个时钟周期的硬件乘法器、非易失性程序和数据存储 器、32K字节的系统内可编程Flashy擦写寿命:10,000次、具有独立锁定位 的可选Boot代码区、通过片上Boot程序实现系统内编程、1024字节的 EEPROMx 2K字节片内SRAM、可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密、 JTAG接口(与IEEE标准兼容)、符合
10、JTAG标准的边界扫描功能、支持扩展 的片内调试功能、通过JTAG接口实现对Flash、EEPR0M、熔丝位和锁定位的编 程。外设特点：两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数 器、一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器、具有 独立振荡器的实时计数器RTC、四通道PWM- 8路10位ADC、8个单端通道、 TQFP封装的7个差分通道、2个具有可编程增益(1x, 10x,或200x)的差分 通道、面向字节的两线接口、可编程的串行USART、可工作于主机/从机模式 的SPI串行接口、具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器、特殊的处理器 特点、上电复位以及可编程的掉电检
11、测。片内经过标定的RC振荡器、片内/ 片外中断源，6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉 电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。I/O和封装：32个可编 程的I/O 口，40引脚PDIP封装，44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。 工作电压 ATmega32L： -、ATmega32： -。速度等级:ATmega32L： 0 - 8 MHz、ATmega32： 0-16 MHz。ATmega32L 在 1 MHz.3V, 25。C时的功耗为：正常模式：mA、空闲模式：mA、掉电模式：1 U Ao系统测试和数据分析测试仪器：信号发生器，示波器测试方法和相
12、关测试数据:采用函数发生器50欧姆输出端分别产生10mv输入信号和1mv输入信号夹在放 大器的输入端，用双踪示波器观察输入信号和输出信号，分别将放大倍数调整 到10DB, 20DB, 30DB, 40DB,测量3DB带宽和1DB带宽,并计算出相应的增益 带宽积，如表一、表二所示。倍3 DB带宽(KHz)1 DB带宽 (KHz)增益带宽积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输入不同増益带宽倍3 DB带宽(KHz)1
13、 DB带宽 (KHz)增益带宽积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输入不同增益带宽 实验中我们采用的公式法对输出电阻进行测量，其测量电路为放大器测试方法：分别测出负载开路时输出电压V&和带上负载RL的输出电压V。计算公式:Ro=(Rl 公式四测试结果见表三输入信号 频率(KHz)放大倍数Vpp (mv)Vo5RL (欧姆)Vo输出电 阻R(欧姆)40DB331. 36V20DB132mv33128mv10DB3340mv0.
14、165表三：输出电阻的测量实验中我们采用电阻分压法对输入电阻进行测量图六：放大器输入电阻Ri的测量测试方法：以信号源50欧姆内阻为基准，使其和放大器输入电阻分压，分别用 示波器观察信号源开路的信号的峰峰值Vpp和把信号源加到放大器输入端时信 号峰峰值 Vpp' o 即 Vss=Vpp, Vi二Vpp' o计算公式：R严一E（其中R=50Q）Vpp _ Vpp测试结果见表四:输入信号频率Vpp (mv)Vpp (1) (mv)输入电阻R1Khz50欧姆表四：输入电阻测量波形显示:结论和改进措施本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数 0到40DB可
15、调，带宽在300KHz450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻 为1欧姆左右。输出波形稳定，没有杂波干扰。改进措施：1、本设计没有使用最佳放大増益倍数A=A2=A3=4.65,进行三级放大器 配置，使得实际带宽和理论最佳带宽有一定的差距。可改变相应的电阻， 将R1改成3. 7K,将R6改成2K,使其更为接近理论带宽。2、本设计中放大倍数为1 ODB, 20DB, 30DB的3DB带宽，1 D B带宽与放大倍数为4 0 D B的带宽差异并不是很大。可设置相应跳线 和开关使得1 0 D B采用一级放大，其带宽可达到接近1MHz, 20D B, 30DB采用两级放大，其带宽可在700K H z到8 0 0KHz之 间。3、本设计中04 ODB可调，由一个1 OK滑动变阻器设置，可考虑用 多个滑动变阻器设置多级放大器，既能达到最佳带宽，还能实现粗调和微 调。三、参考文献【1】罗桂娥著，模拟电子技术基础,中南大学出版社。【2】王洪君主编，单片机原理及应用,山东大学出版社。3 程佩青著，数字信号处理教程,清华大学出版社4马潮著，AVR单片机嵌入式系统原理和应用实践,北京航空航天大 学出版社【5】孙肖子，张企民编著，模拟电子技术基础，西安电子科技大学Ui附录:各个模块的测试程序和软件设计