宽带前置放大电路

浙江外国语学院高职生毕业设计（论文）（ 2011 届）题目 ______宽带前置放大电路______学院 __ 信息学院_______专业 _计算机应用技术 ___学号 ______20085830047______姓名 ________陈彩娥_________指导教师 ________林夕伟_________完成日期浙江教育学院高职生毕业设计（论文）目录一、高职毕业设计（论文）正文………………………（页）二、高职毕业设计（论文）过程管理材料……………（页）（一）毕业设计（论文）任务书………………………页（二）毕业设计（论文）工作进度表……………………页（三）高职毕业设计（论文）开题报告…………………页（四）毕业设计（论文）检查指导情况记录表…………页（五）毕业设计（论文）指导教师评语…………………页三、高职毕业设计（论文）答辩记录…………………（页）（一）毕业设计（论文）答辩记录………………………页（二）毕业设计（论文）答辩成绩评定表………………页（三）毕业设计（论文）评分标准………………………页第一部分毕业设计(论文)正文宽带前置放大电路摘要宽带前置放大电路是由输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等电路组成单端输入、单端输出的放大器。

本电路能够实现50Ω、1MΩ输入阻抗切换，放大器采用AD8011运放，在DC至20M以上的一个较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特性。

硬件电路中无源衰减网络衰减倍数为2和20倍，有源放大器倍数为2和20倍，该组合能够实现制作要求。

频率测量采用电平触发输入整形、低频直测、高频分频的方法实现，用STC5410单片机和液晶显示，测量范围达20M 以上。

软件实现配套编程。

关键词：输入阻抗匹配无源衰减有源放大单片机第一章绪论1.1 宽带前置放大电路概述宽带前置放大电路是将信号放大到功放电路可以接收的范围内。

普通的放大电路电压的放大倍数可以上去，但是信号频率1.2 宽带前置放大电路的系统设计方案1.2.1单片机模块采用宏晶科技生产的STC5410系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度要快上8-12倍。

STC12C5410AD芯片可测的频率范围比普通的51芯片要大，而且使用简单，其最小系统的外围电路可以自己设计和制作，可以灵活应用。

测得的频率可用液晶显示出来，液晶可显示的位数远远大于数码管，显得更人性化。

1.2.2 输入阻抗匹配和无源衰减网络模块采用电阻、电容等简单元件来构成输入阻抗匹配和无缘衰减网络模块，在电路中设置必要的测试点，电路简单，成本低，测试也方便。

输入阻抗的阻值有50Ω和1MΩ可选，两种选择按并联连接的方式连接，其中50Ω的部分对整个电路输入阻抗单元起决定性作用；无源衰减网络模块可以在输入阻抗不变的前提下，利用串联分压的性质，可以对信号有2倍或10倍的衰减。

1.2.3 有源放大电路模块采用AD8011电流反馈型放大器作为本电路的核心。

AD8011可以测量的增益带宽积大，能在很宽的增益范围内维持带宽基本不变，且输入阻抗相对较小，能达到20MHz的频率放大，在较宽的频率范围内具有良好的直流和交流特性。

第二章 硬件电路设计2.1系统整体结构整个系统由单片机模块、输入阻抗匹配模块、无源衰减网络模块、有源放大模块组成，采用单端输入单端输出的方式实现信号的变换，并且能在输入信号的同时能用单片机测量和显示出来。

具体框架图如图2-1所示。

信号输入：由函数信号发生器输入一个任意的信号频率。

分频输出：由于STC5410能接收的频率范围有限，如果输入的信号频率太大，那么单片机便接收不到，所以需要将信号经过分频处理再输入到单片机中。

单片机测量和显示：STC5410单片用于测量输入的信号频率，显示则由液晶来实现，可以直观的看到输入的频率大小。

输入阻抗匹配：无源衰减网络：有源放大电路：图2-1 系统整体框架图2.2电源模块稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成[1]，电源系统框图及波形图如图2-2和图2-3所示。

信号输入 整形输出分频输出 单片机测量及显示装置 电源 输入阻抗匹配 无源衰减网络 有源放大电路信号输出图2-2 直流电源框图图2-3 整流电路波形图（1）整流和滤波电路：整流电路的作用是将交流电压2U 变换成脉动电压3U 。

滤波电路一般由电容组成，其作用是将脉动电压3U 中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压4U 。

（2）稳压电路：由于得到的输出电压4U 受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定的电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压5U 。

220V 电网电压（U1）经过电源变压器将大电压转变为小电压（U2），再经过单相桥式整流电路输出一个单方向的脉动电压（U3），再经过电容滤波输出一个比较平滑的电压（U4），最后经过三端稳压器输出稳定的电压值（U5）。

本系统使用了 5V ，其原理图如图2-4所示。

5V 的供电电源，220V 交流电经变压器的变压成小电压后输入到J2，经D1、D2、D3、D4组成的单相桥式整流电路将交流电压转变为一个单方向的脉动电压，再经C13、C14电容滤波后输出一个比较平滑的电压，再经LM78系列三端稳压器稳压后输出稳定的电压。

再经过C49、C50滤波后，输出5V 直流电。

图2-3 电源电路图2.3单片机最小系统本设计的单片机模块选用STC5410作为核心控制元件，但由于它的接受频率只能达到5MHZ且信号发生器只能产生5MHZ的方波。

因此我们用了分频器和比较器用来使频率按倍数减小选用几分频就减少几倍我们选用的是4分频且用比较器使正弦波产生方波。

因此能完成接受到20MHZ的频率。

由于液晶的显示位数高使电路接受的频率的精确度加大因此选用液晶显示信号发生器的频率。

STC5410单片机检测模块原理图如图2-4所示。

图2-4 STC5410单片机原理图2.3.1单片机概述本设计采用STC12C5410AD芯片作为单片机模块的核心控制元件，其引脚如图2-5所示。

STC12C5410AD芯片相比于传统的51芯片，有3个P口，即P1、P2、P3，而且P1口兼有ADC 转换功能，P3口兼有PCA高速脉冲输出、PWM、中断定时器等功能。

2.4 分频电路模块分频电路利用74LS74 D触发器进行制作，有一个D触发器进行一个二分频，有两个D 触发器就可以进行4分频，由于STC5410单片机电路能检测到5M的的方波，所以经此分频器就可以进行20M的检测，满足其设计的要求。

电路图如图2-6所示。

图2-6 分频电路原理图2.4.1 74LS74芯片简介2.5 比较器模块利用运放AD8011制作一个2倍和20倍的比较器[3]，以此便于5410能检测出小幅度的信号，便于液晶的显示和频率的测试。

故当信号为0.1V时利用比较器放大20倍，并产生方波，当信号为1V时利用比较器方法两倍，其电路图如图2-8所示。

图2-8 比较器电路图如图可知，选用放大或缩小时选用跳线实现电路的所需要的倍数用跳线实现换挡，当冒打在J4时，则放大2倍，拔掉则放大20倍。

R1，R2分别为2倍和20倍的调零滑阻，即当芯片正常工作的时候，零信号输入的时候必须得零信号输出。

由于信号比较大，故当信号频率升高时，放大倍数会有所下降故利用容抗阻抗的原理将电压拉升或降低，即调节C1，C2，C3。

而J3是否使用我们看打的频率是否高频还是低频是高频接上不高频可以不用。

2.5.1 AD8011性能特点AD8011是一款极低功耗、高速放大器，采用﹢5V 或±5V电源供电。

该器件具有宽带宽、低失真和低功耗特性，它也可以替代功耗较高的高速放大器。

该放大器为电流反馈型，0.1 dB 增益平坦度为25 MHz；采用5 V单电源供电时，差分增益和相位误差分别为0.02%和0.06°。

因此，AD8011特别适合专业视频电子设备应用，例如相机、视频切换器或任何高速便携式设备。

此外，低失真和快速建立特性则使它成为8/10/12位高速模数转换器的理想缓冲器件。

AD8011的功耗极低，最大仅1 mA，并且可以采用5 V至12 V单电源供电。

该器件提供8引脚小型PDIP和8引脚SOIC两种封装。

这些特性均非常适合对尺寸和功耗有严格要求的便携式和电池供电应用。

其额定温度范围为-40°C至+85°C工业温度范围。

AD8011性能特点如下：1.易于使用低功耗为1mA电源电流（5:5毫瓦）2.单电源供电只用5V即可3.良好的视频特性4.低谐波失真2.6 输入阻抗匹配和无源衰减网络单元输入阻抗匹配[4]是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特性阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有的能量都被负载吸收了。

反之则在传输中有能量损失，信号反射使数据混乱。

因此在输入信号后加入了输入阻抗匹配电路。

输入阻抗匹配单元有两个数值可以选择50Ω和1M Ω，两种选择按并联连接的方式连接其中50Ω的部分对整个电路输入阻抗匹配单元起决定性作用。

如果直接输入50Ω 阻抗可以达到指标，但这样电阻承担的电流过大，使功率超过额定的功率这样电阻容易烧坏。

所以选用的是2个50Ω的电阻并联然后串联一组同样的并联电路提供50Ω的输出阻抗匹配电路这样四个电阻分担下电路的电流不会超过额定电压而且具有较强的过载能力，原理图如图2-9所示。

无源衰减网络单元电路的设计可以在输入阻抗不变的情况下，利用串联分压的性质设计电路，可对信号有2倍或10倍的衰减。

将1M Ω分成950K Ω和50K Ω两个部分也根据电阻分压原理在50K Ω部分取输出可以对信号电压20倍的衰减。

还有一个电路将1M Ω分成了两个500K 串联由一个500K Ω部分取输出可以对信号电压有2的倍衰减。

在电路中放入了多个去耦为了保持电源的稳定，但在电源电路中放入了数字较大的滤波电容。

电路中运用了一些双电容用与电路中的电压补偿作用。

见图2-9的C1、C3对电路有提升电压幅值的作用且图中的C2、C10的作用对输出的电压幅值有降低电压作用[4]。

由于函数信号发生器不能产生0HZ 的直流电路因此在电路中增加了产生0HZ 频率的直流电路该电路运用了电阻的分压原理做出了我们所需要的电压值为0.1V 、 1V 与5V 的电压值。

见图2-8中的最左边可以看出各个接插件所输出的电压值。

图2-9 输入阻抗匹配和无源衰减模块电路图2.7 有源放大电路单元在有源电路[5]中用的是同相电压跟随器，由公式（1）可知，经过电压跟随器的电路输入电压与输出电压相同，但由于是同相接入因此电压有2倍放大。

Ui R R U F O )11(+= （1）由此可以得到想要的放大倍数1倍或10倍。

在选择倍数的放大或缩小时，选用跳线来实现电路所需要的倍数，这样即可实现不改变元器件实现放大倍数的选择。