基于AD603的程控宽带放大器 程控运算放大器

课程设计任务书

学生姓名:全龙军专业班级:电信0804

指导教师:沈维聪工作单位:信息工程学院

题 目:程控宽带放大器

初始条件：

1.Protues软件，Multisim软件；

2.课程设计辅导资料：“程控宽带放大器的设计与应用”、“电路设计技术与应用”等；

3.先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、Protues电路设计教程及单片机原理及应用等课程

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.课程设计时间：2周；

2.程控宽带放大器的设计要求

1） 输入阻抗>1KΩ,单端输入，单端输出，放大器负载电阻为600Ω；

2） 3dB通频带10kHz~6MHz，在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。

3） 增益调节范围10 dB~40 dB（3.16到100），（通过键盘操作调节）。

4） 发挥部分：当输入频率或输出负载发生变化时，通过微处理器自动调节，保持放大器增益不变。

5） 电路通过仿真即可。

3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：

a)目录；

b)设计原理和方法；

c)系统硬件线路设计图；

d)程序框图；

e)源程序；

f)性能分析

g)课程设计的心得体会

h)参考文献（至少500字）；

时间安排：

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

一．摘要··························2

二．设计原理和方法·····················3

2.1 前级放大器部分··························3

2.2 中间放大器部分·························4

2.3 后级功率放大部分·························6

2.4 单片机控制电路··························7

三．系统硬件线路设计图···················8

四．程序框图···························9

4.1 系统总体框图···························9

4.2 单片机DA程序框图························9

五．源程序··························10

六．性能分析··························13

七．课程设计心的体会·····················14

八．参考文献··························15

九．本科生课程设计成绩评定表··················16

一．摘要

程控放大器是电子电路中常用的模块，在智能仪器设备及嵌入式系统中有广泛的应用，因此对于电子设计的人员来说，掌握程控宽带放大器的设计是非常有必要的。

本设计是要设计一款程控宽带放大器，我将电路设计分为4个模块。分别为前级射极跟随器，中间由AD603级联组成的放大器，后级为功率放大器，控制部分由单片机和DA组成。

要求输入阻抗大于1K，单端输入，单端输出，放大器的负载电阻为600欧。我在输入端采用一个由OPA692组成的射极跟随器，增大了输入阻抗，满足了输入阻抗大于1K的要求。在输出端，采用4个THS3091组成一个功率放大电路，放大倍数约为10倍，经过测试，满足放大器的负载电阻为600欧的要求。要求3dB通频带为10KHZ到6MHZ,在20KHZ到5MHZ频带内增益起伏小于1dB，增益调节范围为10dB到40dB。通过在网上查资料，我采用的AD603高频带增益可调放大器，通过两级AD603级联，可以做到放大倍数在10dB到40dB可调，调节的步进为1dB。控制部分由51单片机组成，独立按键输入控制量，将控制量通过DA转换成模拟电压，输给AD603,来调节增益。本设计中DA采用10位的TLC5619,串行输入的DA,节省了系统的资源，精度也能达到要求。

二．设计原理和方法

2.1 前级放大器部分

如下图2.1所示。

图2.1 射极跟随器

采用OPA692组成的射极跟随器，可以提高输入阻抗，并且将信号源的信号不失真的传送到下一级电路。仿真结果如下图2.2.

图2.2射极跟随器仿真波形

2.2 中间放大器部分

中间放大器采用的高宽带增益可调的放大器AD603组成，单级AD603的增益调节范围为-10dB到30dB。由于要求40dB可调，所以我采用两级运放级联，经过测试，可以满足题目的要求。设计原理图如下图2.3所示。

图2.3 中间放大器部分

仿真结果如下图2.4所示

图2.4 中间放大器仿真结果

单级AD603的电压增益可按照公式G（dB）=40*Vg+10,其中Vg是差分输入电压，是GPOS和GNEG之间的电压差。由公式可知，AD603的增益与其控制电压成线性关系。其关系如下图2.5所示。

图2.5单级AD603电压与增益的关系

当我们让前级的AD603的GNEG的输入电压为0.5V，后一级的输入电压为1.5V，保证两级运放GNEG之间的电压差为1V时，则两级AD603级联之后，增益与GPOS之间的关系如下图2.6所示。

图2.6 GPOS的输入电压和总体增益关系

由图可知，此时增益与Vgpos端口的输入电压关系为G(dB)=40Vc-20

2.3后级功率放大部分

由于AD603的最大输出电压不能超过2V，否则输出电压会产生失真，所以输出的信号还必须经过功率放大，以满足输出阻抗大于600欧的要求。功率放大电路如图2.7所示。

图2.7功率放大电路

其仿真波形如下图2.8所示

图2.8功率放大电路仿真波形

2.4 单片机控制电路

要实现程控，本设计采用独立按键来给DA赋予相应的数字量，本设计中采用的DA是10位的TLC5619，并且将电路的放大倍数通过数码管显示。设计原理图及仿真如下图2.9所示。

图2.9单片机控制电路

三．系统硬件线路设计图

系统硬件电路图如下图3.1和3.2所示。

P1.2跟P1.3接的按键用于控制系统的放大倍数，P1.2用于增加放大倍数，P1.3用于减少放大倍数，步进值都是1。通过按键，给一个定义的变量赋值，然后一方面通过数码管显示出系统的放大倍数，另一方面，通过10位的DATLC5619将数字电压转换成模拟电压，接到AD603的GPOS端口，这样将可以改变AD603的放大倍数，通过这样，达到程控放大的目的。

图3.1 系统原理图1

图3.2系统原理图2

四．程控框图

4.1 系统总体框图

键盘单片机控制数码管显示

图4.1 系统总体框图

五．源程序

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit SCLK=P3^5;

sbit CS=P3^6;

sbit DIN=P3^7;

sbit inc_key=P1^2; //增加按键，步进为1

sbit dec_key=P1^3;//减少按键，步进为1

float real_number=281.25; //设置初始增益为25db

uint i,chage_number;

uint shuma,shi,ge;

uchartable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

void delayms(uint z)

{

uintx,y;

for(x=z;x--;x>0)

for(y=110;y--;y>0);

}

void TLC5615_write(uint temp)

{

chage_number=temp<<2;

CS=1;

SCLK=0;

CS=0;

for(i=0;i<12;i++)

{

_nop_();

SCLK=0;

_nop_();

DIN=(bit)(chage_number&0x800);

_nop_();

_nop_();

_nop_();

chage_number<<=1;

SCLK=1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

SCLK=0;

CS=1;

}

void keyscan()

{

if(inc_key==0)

delayms(5);

if(inc_key==0)

{

while(inc_key==0);//判断按键已经松了

real_number+=6.25;

if(real_number==381.25)

real_number=187.5;

}

if(dec_key==0)

delayms(5);

if(dec_key==0)

{

while(dec_key==0);

real_number-=6.25;

if(real_number==181.25)//当显示10db时，回归到40db

real_number=375;

}

TLC5615_write(real_number);//调用DA转换函数

}

void shumaxianshi()

{

shuma=(real_number-187.5)/6.25+10;

shi=shuma/10;

ge=shuma;

P2=0xfd;

P0=table[ge];

delayms(10);

P2=0xfe;

P0=table[shi];

}

void main()

{

while(1)

{

keyscan();

shumaxianshi();

}

}

六．性能分析

本设计要求增益调节范围为10dB到40dB,通过键盘操作调节增益。设计过程中，我采用两级AD603级联，由于AD603的增益至于其1,2管脚直接的电压差Vg有关系，我让603的2脚的输入电压想差1V，则两级级联之后的放大倍数满足关系G（dB）=40Vg-20。通过计算，要增益步进为1dB的变化，则Vg的变化步进应该为25mv.设计中采用10位的DATLC5615，参考电压为2.408V，由于输出的电压为参考电压的两倍，则DA的份数应为6.25倍变化。初试的放大倍数为25dB,则初始值为281.25。以后让DA的参考值6.25步进变化，这个通过独立按键控制，就可以输出连续步进为25mv的模拟电压，将这个电压接到AD603的1管脚，则可以实现程控放大的作用，兵器增益步进为1dB。

设计中，前级放大器采用的OPA692高输入阻抗运放作为前级放大器，其实找这款放大器我花了很多时间，刚开始尝试的几款放大器都不能很好的满足带宽的要求，经常会出现失真，最后我在网上查资料，终于找到了这款满足要求的运放。

功率放大器部分，我采用ths3091运放，组成一个放大网络，经过设计，满足输出阻抗大于600的要求。

整个设计通过了仿真的要求，满足了设计的要求。

七、课程设计心的体会

本次课程设计，我设计的题目是程控宽带放大器，通过课程设计我觉得我收获了很多。

第一次接到这个题目，我有点懵。因为我最怕的就是什么带宽啊，什么频率啊。以前学高频的时候，就怕这些东西，现在接到这个题目感觉很难。但是我早就下定决心，这个学期的课程设计，我都要自己做出来，因为毕竟大学做这样的课程设计确实很能锻炼自己的专业能力，这样的机会也不多了。

我不断的在网上找资料，发这个题目是03年的国赛题目，虽然资料很多，但是都很零散，很多东西都要自己弄。刚开始我根本不了解一个设计的设计流程。我找了一些书之后，脑袋中还没有形成一个完整的概念，我就开始在Protues里面仿真。还记得那天在实验室画了一天的图，头都大了啊，真郁闷，好多元件在Protues里面都找不到。最郁闷的就是，晚上我安装另一个软件的时候，电脑死机了，我画的一天的图全部没了。一天的努力都白费了，但是仔细一想，我感觉还是收获很多，我明白了画图要先保存。最重要的是，搞一个设计，你不能先把一个完整的图画出来，要先分模块仿真，各个击破，这样设计会变得简单。

因为在protues里面仿真模拟电路并不是很好，所以我安装了multisim，这个软件以前用过，但是不是很熟悉，这次又要用到，我想好好学习一下这个软件。事实证明，这个软件的功能很强大，我用的很爽。我将我的设计分成4个部分，单片机控制部分在protues里面完成了，是一个DA，这个模块很简单，我花了一天的时间调试成功了，其实在调试的过程中也遇到了不少的问题，比如数码管消影的问题，调节电压的问题等等。接下来的模块我是在multisim里面完成的，射极跟随器模块，当时找OPA692这个运放我找了很久，那晚忙到1点多，不过最终找出来了，心里还是很爽的。接下来是自动增益控制部分，我采用2片AD603级联，通过仿真的调试，我最终调试出来了，调试的过程中也发现了不少的问题，比如AD603的输出电压不会超过两伏，超过了就会失真。功率放大电路是为了增大输出阻抗，这个设计中也遇到了一些问题，比如运放的电源电压接反了，导致输出为0.不过最终通过调试，问题都得到了解决。

整体来说，这个设计偏模拟部分，通过设计，我感觉自己的模电知识都增加了不少，呵呵。反正感觉设计出来了，心里很爽。这是我第一次基本上靠自己的努力的设计，第一次不参考网上的资料，自己写的报告。我不会忘记这些天的努力。最后，谢谢沈老师的悉心指导！

八．参考文献

1.吴友宇·模拟电子技术基础 北京：清华大学出版社 2009

2.成谢峰·现代电子设计技术与综合应用 北京：人民邮电出版社 2011

3.周明德·微型计算机系统原理及应用 北京：清华大学出版社 2002

4.段九州·放大电路实用设计手册 沈阳：辽宁科学技术出版社 2002

5.刘征宇·电子设计实战攻略 福州：福建科学技术出版社 2005

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月

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