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      一種增益可控寬帶放大器的設(shè)計

      2017-06-03 16:35:17周永強(qiáng)
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2017年7期

      周永強(qiáng)

      摘 要:增益可控寬帶放大器是一種改變電路某參數(shù)對信號增益進(jìn)行調(diào)節(jié)的放大器,是音響、無線通信等系統(tǒng)不可缺少的部分。該文介紹了一種增益可控寬帶放大器的設(shè)計,OPA820對輸入信號固定放大60 dB的增益,增益步進(jìn)控制由DAC0832完成,最后選用NE5532放大信號的功率。

      關(guān)鍵詞:增益可控 寬帶放大器 OPA820 DAC0832 NE5532

      中圖分類號:TN948 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)03(a)-0106-02

      增益可控寬帶放大器是一種改變電路某一參量對信號增益進(jìn)行調(diào)節(jié)的放大器,是音響、無線通信等系統(tǒng)中必不可少的部分。為了擴(kuò)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。寬帶放大器在光纖通信、電子設(shè)備及微波儀表等方面的應(yīng)用越來越廣泛,這些系統(tǒng)一般要求放大器具有增益可調(diào)、寬頻帶、低噪聲、工作穩(wěn)定等特點。

      1 系統(tǒng)設(shè)計

      系統(tǒng)由增益放大、增益控制、功率放大、濾波器和控制器等幾個部分組成。增益放大器對輸入信號進(jìn)行固定增益放大,增益控制電路完成增益步進(jìn)控制,功率放大器對信號進(jìn)行功率放大,提高其帶負(fù)載的能力,處理器完成信息輸入的處理并顯示當(dāng)前的控制增益。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

      2 單元電路的設(shè)計

      2.1 增益放大器

      系統(tǒng)最大輸出信號要達(dá)到60 dB的增益放大能力,所以增益放大器選用兩級放大電路比較容易實現(xiàn)。運算放大器引入深度負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)準(zhǔn)確的電壓放大倍數(shù),兩級放大電路都選用同相比例運算電路,使輸出信號不用接反相器即可使用。放大器使用固定電壓增益放大,可以保證在整個通帶內(nèi)增益不變,穩(wěn)定性好,也必將容易實現(xiàn),增益放大電路如圖2所示。在考慮各級放大電路電壓增益分配時,第一級實現(xiàn)20倍的放大,第二級實現(xiàn)50倍的放大,則兩級總放大倍數(shù)為1 000倍即60 dB的電壓增益。

      同相比例運算放大器的增益計算公式:Avf=1+(RF/R1)。A1的放大倍數(shù)設(shè)定為20倍,當(dāng)R2取值為10 k時,R3的取值應(yīng)為190 k;A2的放大倍數(shù)設(shè)定為50倍,當(dāng)R4取值為10 k時,R6的值應(yīng)為490 k。

      運算放大器選用高寬帶運算放大器OPA820,它提供一種寬頻的、單位增益穩(wěn)定的、有一個很低的輸入噪聲電壓和使用一個低的5.6 mA供應(yīng)電流產(chǎn)生高輸出電流的電壓反饋放大器。在單位增益里,當(dāng)峰值<1 dB時,OPA820給出一個>800 MHz的帶寬。在低功耗情況下,OPA820補充這一高速操作裝置具有優(yōu)良的直流精度。最壞情況下的偏置電壓為±750 μV和偏置電流為±400 nA,它們給脈沖放大器應(yīng)用程序一個優(yōu)秀的絕對直流精度。最小輸入和輸出電壓擺幅的余量允許OPA820操作一個單一的+5 V電源以供給>2Vpp的輸出擺動。雖然它不是一個滿擺幅(RR)輸出,但它會支持大多數(shù)的新興模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入躋身于比典型的RR輸出放大器功耗和噪聲低的行列。

      2.2 增益控制電路

      設(shè)計中增益放大器固定為60 dB增益,再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器的電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分壓后輸出,從而實現(xiàn)增益控制。D/A轉(zhuǎn)換器的電阻網(wǎng)絡(luò)可由單片機(jī)進(jìn)行控制,且精度非常高。該次設(shè)計使用DAC0832轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行增益控制,增益控制電路如圖3所示。

      DAC0832是采樣頻率為8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片,其轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到1/256,集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器,使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通3種輸入方式,以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。

      DAC0832轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。為了獲得模擬電壓信號,需在外設(shè)置一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)(圖3中的A3),運放的反饋電阻直接連接到RFB端引用片內(nèi)固有電阻。

      將增益放大電路的輸出電壓連接到DAC0832的VREF端,然后利用DAC0832內(nèi)部的T型電阻網(wǎng)絡(luò)對放大后的電壓進(jìn)行分壓衰減來控制增益。改變單片機(jī)P0口輸出的數(shù)據(jù)就可達(dá)到控制增益的目的。經(jīng)計算,0 dB、10 dB、20 dB、30 dB、40 dB、50 dB和60 dB與DI7、DI6、DI5、DI4、DI3、DI2、DI1、DI0對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

      2.3 功率放大電路

      進(jìn)行增益控制后,系統(tǒng)所帶負(fù)載能力下降,需對輸出信號進(jìn)行功率放大,提高其帶負(fù)載的能力。功率放大器也采用兩級實現(xiàn),功率放大電路如圖4所示。前級選用電壓跟隨器,一方面可以避免由于增益控制級的輸出阻抗較高,而負(fù)載阻抗較小時產(chǎn)生的信號損耗,另一方面利用其輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點將增益控制級和負(fù)載隔離開來,以消除它們之間的相互影響;后級進(jìn)行功率放大,R11選用50 Ω的電阻是為了實現(xiàn)阻抗匹配。

      功率放大器選用NE5532,它是高性能低噪聲雙運算放大器(雙運放)集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運放相似,但它具有更好的噪聲性能,優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬,電源電壓范圍大等特點。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電話通道放大器。

      3 程序設(shè)計

      單片機(jī)主程序流程如圖5所示。首先對鍵盤進(jìn)行檢測,如果檢測到有鍵盤輸入數(shù)據(jù)就調(diào)用延遲程序,然后對輸入值與單片機(jī)內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)比較,數(shù)據(jù)正確就將對應(yīng)的參數(shù)調(diào)出送入到DAC0832,從而實現(xiàn)增益的調(diào)整。

      4 結(jié)語

      該系統(tǒng)完成了增益放大、增益控制以及功率放大部分的設(shè)計。增益放大器選用OPA820完成固定電壓增益60 dB,增益控制是利用DAC0832內(nèi)部的T型電阻網(wǎng)絡(luò)對信號電壓分壓的方式實現(xiàn),增益10 dB步進(jìn)控制,功率放大器對控制后的信號電壓進(jìn)行功率放大,提高其輸出功率,增強(qiáng)系統(tǒng)帶負(fù)載的能力。

      參考文獻(xiàn)

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