电子设计竞赛论文要点

程控增益放大器（B题）

程控增益放大器

摘要：本设计采用带通滤波器来选择输入信号带宽滤除杂质。以工作稳定、性能指标较高的STC89C52RC单片机作为微控制器核心来控制选择DDS模块的信号输出、放大器步进选择以及液晶显示。用两个AD603为放大电路核心组成级联放大电路，通过单片机控制DAC0832将数字量转化为模拟量来进行程控放大，提高了放大增益、扩展了通频带宽、而且具有良好的抗噪声系数。放大器带宽可以预置并显示，经测试本设计基本满足题目要求。

关键词：STC89C52RC AD603 程控放大器 AD9850 带通滤波

目录

1、引言： (1)

2、方案设计： (1)

2.1 总方案框图 (1)

2.2 DDS模块选择 (1)

2.3 滤波电路的选择 (2)

2.4 增益控制部分，放大器的选择 (2)

3、设计实现： (2)

3.1 硬件设计 (2)

3.1.1 最小系统设计 (3)

3.1.2 滤波电路 (3)

3.1.4 放大电路 (3)

3.1.5 数模转换，电压输出电路 (4)

3.2软件设计 (4)

4、测试： (5)

4.1、测试方法 (5)

4.2、测试条件 (5)

4.3、测试仪器 (5)

4.4、测试结果 (6)

5、结论及体会： (6)

5.1 结论 (6)

5.2 体会 (6)

参考文献： (7)

附录一： (8)

1 最小系统和按键模块电路原理图 (8)

2 滤波电路原理图 (8)

3 自制DDS模块及其外围电路系统原理图 (9)

4 增益控制电路原理图 (10)

5 DAC8032数模转换电路图 (11)

附录二：主要源程序 (12)

1、引言：

放大器是电子系统中最基本的单元电路，放大器的增益又是其中一个重要的性能参数，随着电路控制的日益精细，对放大器增益的控制和调整也变得越来越细致。程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变且受控于控制接口的输出信号。不同的控制信号，将产生不同的反馈系数，从而改变放大器的闭环增益。通过单片机用程序来控制放大的增益，通过键盘输入放大倍数，再利用单片机输出相应的数字信号，然后通过DA 变换，换成模拟电压信号，使用这个电压信号来控制放大器的放大倍数，实现了程控增益放大。在灵活性方便性上远远优于传统的放大器。

2、方案设计：

2.1 总方案框图

本系统原理方框图如图2.1所示。本系统由DDS 模块、51单片机、滤波电路、键盘、稳压电源、液晶显示屏、前置放大器、中间放大器、末级功率放大器等组成。其中前置放大器、中间放大器、末级功率放大器构成了信号通道。

图2.1 系统总框图

2.2 DDS 模块选择

常见的DDS 模块有AD812和AD9850：

方案一：AD812是一款低功耗、单电源、双通道视频放大器。各放大器均提供50 mA 输出电流，适合驱动一个后部端接的视频负载(150 Ω)。各放大器均为电流反馈型，0.1 dB 增益平坦度为40 MHz ，同时差分增益和相位误差分别为0.02%和0.02°。因此，AD812非常适合专业视频电子设备应用，如相机和视频切换器等，不易于编程控制。

方案二：AD9850是AD 公司生产的最高时钟为125 MHz 、采用先进的CMOS 技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS 系统、高性能数模变换器（DAC ）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。AD9850 采用32 位的相位累加器将信号截断成14 位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10 位后输入到DAC ，DAC 再输出两个互补的电流。DAC 满量程输出电流通过一个外接电阻RSET 调节，典型值3.9千欧。将DAC 的输出经低通滤波后接到AD9850 内部的高速比较器上即可直接输出方波。在125MHz 的时钟下, 32 位频率控制字可使AD9850 输出频率分辨率达0. 0291Hz 。不仅可以满足题目需求，更是易DDS 模块 中间放大器 前置放大器 液晶显示屏 键盘 稳压电源 51单片机 滤波电路 末级功率放大器 220V~ 50HZ

Ui Uo

于可编程控制，而且最常用的51系列单片机就可担任控制之职。

综上所述，DDS 信号发生选择AD8950模块

2.3 滤波电路的选择

带通滤波和带阻滤波器：

带通滤波，允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段，

带阻滤波，能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平。

根据题意，我们需要特定的频段的波，因此选择带通滤波。

2.4 增益控制部分，放大器的选择

方案一 原理框图如图2.2所示，场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V ’的分压。采用场效应管作AGC 控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。

图 2.2 场效应管放大器电路图

方案二 使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器

PGA

控制电压和增益dB 成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制。根据题目对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如AD603。其内部由R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A 芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz 以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB 的增益,两级级联后即可得到40dB 以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB 的增益。

综上所述，选后者方案，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，最大增益误差为0.5dB 满足题目要求的精度。

3、设计实现：

3.1 硬件设计

根据题目以及设计要求,结合上述各种方案的考虑,充分利用模拟和数字系统各自的优点,发挥综合优势,使信号都在单片机的数字算法控制下得到最合理

+ _ + _ 检波 AGC 输入 高频放大 高频放大 V ’

R