宽带直流放大器系统设计

摘 要: 设计了一种增益连续可调的宽带直流放大器， 通过单片机AT89S52 控制数模转换器TLV5638来改变可变增益放大器AD8336增益的大小， 实现了增益连续变化及预置增益以及显示的功能; 此宽带直流放大器电压增益在0 dB~ 60 dB连续可调， 3 dB通频带0~ 10MH z， 其中在0 ~ 9MH z通频带内增益起伏 1 dB， 最大输出电压正弦波有效值Vo 10 V 并无明显失真。

在实际电路中， 一般采用放大器实现信号的放大， 要求其线性好， 具有足够的增益来抑制后级电路的噪声对系统的影响， 且增益连续可调， 当输入信号范围大时，能自动控制增益，输出稳定的信号。综合考虑以上几个方面， 提出了实现方案， 具体电路， 最后给出了仿真测试结果。

1 系统整体设计方案

系统分为信号处理和控制电路两部分。信号处理电路主要由跟随器模块、可变增益放大器电路和功率放大电路组成。前级放大模块采用超高速运放THS3001。可变增益放大器采用AD8336，其在60dB 的增益范围提供100 MH z带宽，并且易于DAC控制。输出部分采用分立的高频元件组成能调节输出阻抗的功率放大网络，提高带负载能力；系统通过AT89S52实现系统的控制，将键盘和ALPS 旋钮输入信号通过DAC 输出，以控制AD8336 的放大增益，实现增益连续可调。系统框图1所示。

图1 系统整体框图

2 硬件设计

2. 1 前级跟随电路

前级跟随电路以THS3001为核心， 它具有高达6 500 V / s的转换速率， 420MH z的- 通频带和良好的带内平坦度， 在110MH z时， 增益仅下降0. 1 dB。

它有效地增大了输入阻抗。设计跟随模块见图2。

图2 跟随电路

2. 2 增益放大电路

增益放大模块由AD8336超高频宽带放大集成电路及外围电路组成， 将前级THS3001输出的信号进行放大， 放大信号通过单片机进行控制实现AD8336的增益大小， 根据不同的要求可以实现增益连续变化、稳定增益变化和预置增益等功能。

图3 增益控制模块

2. 3 单片机增益预置控制电路

控制模块采用单片机AT89S52， 通过控制TLC518输出的两路电压差来调节AD8336的增益，从而实现0 dB 到60 dB 连续可调的增益控制。控制电路如图4所示。

图4 单片机控制模块

3 软件设计

软件设计基于模块化和层次化的设计原则， 模块包含液晶模块、键盘扫描模块， 串口驱动模块、DA控制模块， 主程序采用状态机的设计方式实现。主程序通过键盘扫描的形式判断各个按键的状态， 并将按键的状态存储到一个先入先出的缓冲区， 等待系统的处理， 增强系统对按键的处理能力。系统主程序见图5。

图5 程序流程图

4 仿真与测试

4. 1 增益通频带仿真测试

将设计电路采用Tina软件进行仿真， 设VG ain为- 0. 122 4 V， 仿真结果如下， 分析可得， 3 dB通频带大于0~ 10MH z; 在0~ 9MHz通频带内增益起伏 1 dB。

图6 通频带仿真结果

4. 2 测试

用函数发生器产生10mV ( 0H z)的直流信号， 接到宽带直流放大器的输入端， 调节增益旋钮， 使放大器增益为60dB， 采用示波器察看输出端的波形是否为直流形式， 并读出其幅度。测试数据如表4所示， 由测试数据可知， 设计的系统实现了直流放大器的设计。

表1 直流测试

5 结语

根据数字系统对宽带直流放大器的要求， 介绍了一种基于AD8336的宽带直流放大器的设计过程和仿真结果。仿真结果表明， 采用该设计能实现增益的预置以及连续可调， 基本能满足宽带直流放大器的应用需要。

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