09年C题实验报告（宽带直流放大器）要点

2009年全国大学生电子设计竞赛

【

本科组】

宽带直流放大器（C

题）

摘 要：本宽带直放大器使用一片ad8039两级前置放大然后经过由VCA810组

成的程控放大电路经过5M和10M的三阶无源滤波器再通过AD811精密运放和BUF634缓冲电路接负载输出，整个系统由单片机通过键盘控制，可以在手动与步进放大倍数之间调节，也可以通过按键调节5M和10M通道的滤波器，该系统性能指标良好，增益可以在0~66.8dB之间调节，在规定的带宽范围内幅度波动没有超过1dB,完成了题目的要求。

关键词： 前置放大 无源滤波 步进放大

Abstract:The broadband amplifier using a straight ad8039 two levels of

preamplifier and then through a programmable amplifier circuit composed of VCA810 through a 5 m and 10 m of third-order passive filter through AD811 precision op-amp and BUF634 load output buffer circuit, the whole system is controlled by a single-chip microcomputer by keyboard, can step between magnification and manual adjustment, can also use buttons adjust the filter of 5 m and 10 m channel, the system performance is good, can be between 0 ~ 66.8 dB gain adjustment, amplitude fluctuations within the bandwidth of the provisions of no more than 1 dB, completed the topic request.

Key Word：pre-amplification Passive filter Step amplification

目录

1. 系统设计 ..................................................................................................................................... 1

1.1设计要求 ............................................................................................................................ 1

1.1.1设计任务 ................................................................................................................. 1 1.1.2技术指标 ................................................................................................................. 1 1.2方案比较与选择 ................................................................................................................ 2

1.2.1可控增益放大方法比较与选择 ............................................................................. 2 1.2.2功率输出部分方法比较与选择 ............................................................................. 2 1.2.3直流稳压电源方案比较 ......................................................................................... 3

2. 单元电路设计及参数计算 .......................................................................................................... 4 2.1前置放大模块 .................................................................................................................... 4 2.2可控增益放大模块 ............................................................................................................ 4 2.3 3dB截止频率为5MHz和10MHz滤波器模块 .................................................................. 5 3. 软件设计 ..................................................................................................................................... 7

3.1程序总体流程图 ................................................................................................................ 7 3.2程序清单（见附录2） ..................................................................................................... 7 4.系统测试....................................................................................................................................... 7

4.1测试仪器 ............................................................................................................................ 7 4.2测试结果 ............................................................................................................................ 8 5. 结束语....................................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 10 附录 ................................................................................................................................................ 10

附录1 主要元器件清单 ........................................................................................................ 10 附录2 程序清单 .................................................................................................................... 11

1.系统设计

1.1设计要求

1.1.1设计任务

设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。 1.1.2技术指标

（1）基本要求

① 电压增益Av?40dB，输入电压有效值Vi?20mV。Av可在0~40dB范围内手动连续调节。

② 最大输出电压正弦波有效值VO?2V，输出信号波形无明显失真。 ③ 3dB通频带0~5MHz；在0~4MHz通频带内增益起伏?1dB。 ④ 放大器的输入电阻?50?，负载电阻?50?2??。 ⑤ 设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。

（2）发挥部分

① 最大电压增益Av?60dB，输入电源有效值Vi?10mV。 ② 在Av?60dB时，输出端噪声电压的峰—峰值VONPP?0.3V。 ③ 3dB通频带0~10MHz;在0~9MHz通频带内增益起伏?1dB。 ④ 最大输出电压正弦波有效值VO?10V，输出信号波形无明显失真。 ⑤ 进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

⑥ 电压增益Av可预置并显示，预置范围为0~60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz两点）。 ⑦ 降低放大器的制作成本，提高电源效率。 ⑧ 其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

1

3.软件设计

3.1程序总体流程图

图3.1程序总体流程图

3.2程序清单（见附录2）

4.系统测试

4.1测试仪器

台式万用表，型号：UT802 任意波形发生器，型号：YB32020

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示波器，型号：DXO-X2002A

4.2测试结果

（1）输入阻抗测试

在输入端串接50Ω电阻，测量输入端电压峰峰值，通过计算可测的输出阻抗。

结果分析：经过测量，在不同带宽范围内均可满足输入阻抗?50Ω。 (2)

类型 序号 项目与指标 测试记录 Vimin?10V 电压增Vo?1.0V 益>40dB （1） 放大器增益 AV?40dB PO?0.2W 增益手动连 续调节 0~40dB 最大输出电 （2） 输出电压 压有效基本 值>2V VO?11V 要求 f1?2MHz 0~5MHz VO1?1V （3） -3dB通频带 f1?4MHz VO1?1.032V f2?5MHz VO2?950mV 0~4MHz通频最大值= 带内增益起最小值= 伏<1dB 8

（4） 负载电阻 负载电阻（50?2）Ω RO?50? 类型 序号 项目与指标 测试记录 Vimin?10mV （1） 电压增Vo?10V 益>60dB 放大器增益 AV?60dB PO?0.2W f1?2MHz 0~10MHz VO1?10V -3dB通频带 f2?9MHz 发挥 部分 VO2?7.23V （2） f3?10MHz VO3?6.68V 0~9MHz通频最大值=10V 带内增益起最小值=7.21V 伏<1dB （3） 输出电压 最大电压有效值?10V VO?11.5V 进一步降低 输入电压提Vimin?5mV （4） 提高电压增益 高放大器的电压增益，电VO?11V 压增益 每提高2dB Av?66.8dB AV可预置并显示 （5） 可预置并显示 AV可连续调节带宽并显示 带宽可预置并显示 9

5.结束语

本设计利用AD8039实现前级放大、VCA810实现可控增益调节，采用三阶无源滤波完成3dB截止频率为5MHz和10MHz的要求，最后采用AD811和BUF634实现功率放大部分。采用C8051F020单片机进行DAC、按键控制和LCD显示。

在系统设计的过程中，我们遇到了很多问题，VCA810输出带宽不够、滤波器截止频率和通频带内增益起伏不满足1dB要求、AD811放大倍数不对、输出带宽过小、单片机控制后波形很不好等问题。通过小组成员间的交流讨论、仔细分析最终解决了上述问题，但其中AD811输出带宽的问题还是没能得到很好的解决,不能满足带宽要求。在这个过程中，我们深刻地体会到共同协作和团队精神的重要性，并且也提高了自己发现问题、解决问题的能力。

参考文献

[1] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006

[2] 肖看,李群芳.单片机原理、接口及应用——嵌入式系统技术基础(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2010

[3] 黄智伟,王彦,陈文光,朱卫华.全国大学生电子设计竞赛训练教程(修订版)[M].北京:电子工业出版社,2010

附录

附录1 主要元器件清单

（1）C8051F020 1片 （2）LCD及矩阵键盘 1个 （3）AD8039 1片 （4）VCA810 1片

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（5）OPA2227 1片 （6）AD844 1片 （7）电容电阻电感 若干

附录2 程序清单

main.c

/******************************************************************** 本程序为宽带直流放大器。 DAC0控制VCA810 (第3脚);

TXD（P0.0）控制滤波器的截止频率是5MHz还是10MHz（默认5MHz）； RXD（P0.1）控制VCA810是手动调节还是以5db步距调节（默认5db步距调节);

Key1: 10MHz； Key2：5MHz；

Key3：5db步距调节； Key4：手动调节；

********************************************************************/ #include \#include \#include \#include \#include \

sfr16 DAC0 = 0xD2; sfr16 DAC1 = 0xD5;

sbit sps_0=P0^0; sbit sps_1=P0^1;

static int count=0;

unsigned int sample[13]={0,188,404,613,822,1032,1241,1451,1660,1869,2078,2287,2499}; float

sample1[13]={0,0.125,0.250,0.375,0.500,0.625,0.750,0.875,1.000,1.125,1.250,1.375,1.500};

void KeyPressedHandler (); //按键检测函数 void Clear_LCD_all(void); //屏幕处理函数

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void main(void) {

int i=0;

WDTCN = 0xde; // Disable watchdog timer WDTCN = 0xad;

Init();

LCD_Init (); //液晶屏初始化 KeyPort_Init (); //键盘初始化 EA = 1;

Clear_LCD_all();

sps_0=0; sps_1=0; DAC0=0; count=0; while(1) {

for(i=0;i<30000;i++); for(i=0;i<30000;i++); KeyPressedHandler (); for(i=0;i<30000;i++); for(i=0;i<30000;i++); if(sps_0==0) LCD_DispStrAt (\带宽为5MHz \ } }

void KeyPressedHandler () {

unsigned char i=0; unsigned int i_delay=0; switch (KeyScan ()) { case 1: sps_0=1; LCD_ClearScreen(); LCD_DispStrAt (\带宽为10MHz\ break; case 2: sps_0=0; LCD_ClearScreen(); LCD_DispStrAt (\带宽为5MHz\ break;

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case 3: sps_1=0; LCD_ClearScreen(); if(count<12) { count++; DAC0=sample[count]^0x8000; LCD_DispNumberAt(count, 2, 1); LCD_DispFloatNumberAt(sample1[count], 3, 2, 4);

} else { count=0; DAC0=0; LCD_ClearScreen(); } break; case 4: sps_1=1; LCD_ClearScreen(); DAC0=3339^0x8000; LCD_DispStrAt (\手动\ LCD_DispFloatNumberAt(2.000, 3, 2, 4); break; case 5: LCD_DispStrAt (\ break; case 6: LCD_DispStrAt (\ break; case 7: LCD_DispStrAt (\ break; case 8: LCD_DispStrAt (\ break; case 9: LCD_DispStrAt (\ break; case 10: LCD_DispStrAt (\ break; case 11:

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}

}

LCD_DispStrAt (\ break; case 12: LCD_DispStrAt (\ break; case 13: LCD_DispStrAt (\ break; case 14: LCD_DispStrAt (\ break; case 15: LCD_DispStrAt (\ break; case 16: LCD_DispStrAt (\ break; default: break;

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