电子设计竞赛 宽带直流放大器
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3、本设计中０～４０ＤＢ可调，由一个１０Ｋ滑动变阻器设置，可考虑用多个滑动变阻器设置多级放大器，既能达到最佳带宽，还能实现粗调和微调。
三、参考文献
【1】罗桂娥著，《模拟电子技术基础》，中南大学出版社。
【2】王洪君主编，《单片机原理及应用》，山东大学出版社。
【3】程佩青著，《数字信号处理教程》，清华大学出版社
方案三：
输入级采用正向放大器，中间采用两级反向放大器，输出级采用反向放大器，每一级的放大倍数10DB，其中第二级和第三级设置成可调，即（0~10DB）。
方案一和方案二相比较，采用两级放大，在相同增益带宽积和总放大倍数一定的情况下，其3DB带宽不如三级放大。方案三和方案二比较，输出隔离不理想，输出电阻偏大。综上我们设计采用方案二。
改进措施：
1、本设计没有使用最佳放大增益倍数 ，进行三级放大器配置，使得实际带宽和理论最佳带宽有一定的差距。可改变相应的电阻，将R1改成３.７Ｋ，将Ｒ６改成２Ｋ，使其更为接近理论带宽。
2、本设计中放大倍数为１０ＤＢ，２０ＤＢ，３０ＤＢ的３ＤＢ带宽，１ＤＢ带宽与放大倍数为４０ＤＢ的带宽差异并不是很大。可设置相应跳线和开关使得１０ＤＢ采用一级放大，其带宽可达到接近１ＭＨｚ，２０ＤＢ，３０ＤＢ采用两级放大，其带宽可在７００ＫＨｚ到８００ＫＨｚ之间。
方案证明：
已知TL084的增益带宽积为GBP（2.5MHz~4MHz），放大器的增益为0~40DB可调，即放大器的放大倍数在0~100倍之间。
为方便计算取GBP=4MHz，A=100
………………………………………..公式一
………………………………………………………….公式二
…………………………………………………公式三
2.2
方案一：
输入级采用一级跟随器，输出级采用一级跟随器，中间采用两级反向放大器，前一级固定放大在10倍（20DB）左右，后一级放大调整到放大倍数0~10倍，总的放大增益为0~40DB。
方案二：
输入级采用一级正向放大器，中间采用两级反向放大器，在第三级放大器设置为0~6.36DB可调。第一级放大倍数为6倍，第二级放大倍数为4倍。
（ＫＨｚ）
增益带宽积
10 DB
４１０.１
１３６，５
1．296MHz
20 DB
３０３．３
１１９．５
3.033MHz
30 DB
２７７．８
９５．２３
8.778MHz
40 DB
２８４．１
１０２．０
28．41MHz
表二：１ｍｖ输入不同增益带宽
实验中我们采用的公式法对输出电阻进行测量，其测量电路为
图五：放大器输出电阻Ro的测量
液晶显示实验波形程序框图：
图五：液晶调试流程
液晶画图程序流程：
电源模块:
线性稳压电源，具有完全独立的四组稳压输出，分别为两组5V和两组12V，可以连成正负双电源。其中一个5V输出为两片7805并联，可输出大电流。
矩阵键盘模块：
采用电阻分压式结构，只需一个I/O口就可完成16个按键的扫描，并能解决多建同时按下时的冲突。经过优化设计只需要7只电阻，并且受电阻阻值误差的影响小，工作稳定可靠。
关键词：宽带直流放大器数字示波器波形还原电路
二、正文
2.1
随着微电子技术的发展，人们迫切的要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到迅猛的发展，技术越来越成熟。而宽带放大器是音响、有线电视、无线通信中不可缺少的部分，于是人们对它的要求也越来越高。TL084是常用的运算放大器芯片，增益带宽积为2.5MHz~4MHz，每一片中含有四个放大器，是一款非常经济实用的芯片。
由公式一、公式二、公式三和基本不等式可以推出：
当j=2时，即采用两级放大，当 时， 的最大值为 283KHz
当j=3时，即采用三级放大，当 时， 的最大值为 430.1KHz
2.3
宽带直流放大器模块：
本模块设计使用三级放大器和一级跟随器，第一级使用正向放大器，放大倍数为6倍，第二级采用反向放大器，放大倍数为4倍，第三级采用可调的反向放大器，放大倍数为0到6.36倍可调。由公式三理论推算放大器整个的放大倍数为0~152.6倍，即0~43.7DB。由公式一、二理论推算放大器的3DB带宽范围：0~410KHz。
3V,25°C时的功耗为：正常模式: 1.1 mA、空闲模式: 0.35 mA、掉电模式: <1μA。
2.4
测试仪器：
信号发生器，示波器
测试方法和相关测试数据：
采用函数发生器50欧姆输出端分别产生10mv输入信号和1mv输入信号夹在放大器的输入端，用双踪示波器观察输入信号和输出信号，分别将放大倍数调整到10DB，20DB，30DB，40DB，测量3DB带宽和1DB带宽，并计wk.baidu.com出相应的增益带宽积，如表一、表二所示。
2.2方案论证……………………………………………………………………3
2.3各个模块实现原理…………………………………………………………4
2.4系统设计和数据分析………………………………………………………8
2.5结论和改进措施……………………………………………………………11
三、参考文献………………………………………………………………………11
单片机控制模块：
采用高速的8位单片机ATMEGA32。其产品特性有：高性能、低功耗的8位AVR®微处理器、先进的RISC结构、131条指令、大多数指令执行时间为单个时钟周期、32个8位通用工作寄存器、全静态工作、工作于16 MHz时性能高达16 MIPS、只需两个时钟周期的硬件乘法器、非易失性程序和数据存储器、32K字节的系统内可编程Flash、擦写寿命:10,000次、具有独立锁定位的可选Boot代码区、通过片上Boot程序实现系统内编程、1024字节的EEPROM、2K字节片内SRAM、可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密、JTAG接口(与IEEE 1149.1标准兼容)、符合JTAG标准的边界扫描功能、支持扩展的片内调试功能、通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。外设特点：两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器、一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器、具有独立振荡器的实时计数器RTC、四通道PWM–8路10位ADC、8个单端通道、TQFP封装的7个差分通道、2个具有可编程增益（1x, 10x,或200x）的差分通道、面向字节的两线接口、可编程的串行USART、可工作于主机/从机模式的SPI串行接口、具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器、特殊的处理器特点、上电复位以及可编程的掉电检测。片内经过标定的RC振荡器、片内/片外中断源，6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。I/O和封装：32个可编程的I/O口，40引脚PDIP封装, 44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。工作电压ATmega32L：2.7 - 5.5V、ATmega32：4.5 - 5.5V。速度等级:ATmega32L：0 - 8 MHz、ATmega32：0 - 16 MHz。ATmega32L在1 MHz,
宽带放大器、数字滤波器
设计报告
参赛院校：山东大学信息科学与工程学院
参赛队员：马衍庆、赵海明、郭帅帅
日期：2010-8-27
一、摘要………………………………………………………………………………3
二、正文………………………………………………………………………………3
2.1引言…………………………………………………………………………3
【4】马潮著，《AVR单片机嵌入式系统原理和应用实践》，北京航空航天大学出版社
【5】孙肖子，张企民编著，《模拟电子技术基础》，西安电子科技大学
四、附录：
各个模块的测试程序和软件设计
原理图：
图一：宽带直流放大器原理图
原理图仿真：
图二：原理图仿真图
硬件焊接：
AD与DA模块：
本模块采用MAX118作为AD芯片，以MAX539作为DA芯片，进行设计，由AVR单片机进行控制。
ＭＡＸ１１８：
基本的调试思路
图三：ＭＡＸ１１８的调试流程
ＭＡＸ５３９简介：MAX539是低功率，电压输出12-bitDAC，+5 V单电源操作。也可在±5V电源操作。MAX539只有140μA工作电流。MAX539为8引脚DIP和SO封装。无需外部电阻器或运算放大器。输出缓冲区是一个单位增益稳定，轨到轨输出的BiCMOS运算放大器。输入失调电压和共模抑制比是修正以达到更好的超过12位性能。建立时间是25μs到0.01％的最终价值。可以驱动一个2K的直流负载。
基本调试思路：
图四：MAX539的调试流程
液晶显示模块：
本ST7920点矩阵LCD控制/驱动IC，可以显示字母、数字符号、文字型及自订图块显示，它可以提供种控制介面，分别是8位元微处理器介面, 4位元微处理器介面及串列介面；所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，以及液晶驱动电路和控制器，都包含在个单晶片里面，只要个最小的微处理系统，就可以操作本LCD控制/驱动IC。ST7920的字型ROM包括8192个16X16点的文字形以及126个16X8点半宽的字母符号字型，另外绘图显示画面提供个64x256点的绘图区域（GDRAM）及240点的ICON RAM，可以和文字画面混和显示，而且ST7920内含CGRAM提供4组软体可程式规划的16X16造字功能。ST7920具有低功率电源消耗(2.7V to 5.5V)可以提供电池操作携带式产品的省电需求。ST7920 LCD驱动器由33个common及64个segment所组成，Segment驱动器的扩充可以视需要由ST7921 Segment驱动器来提供扩充显示范围的任务，个ST7920可以显示到1行8个字或是2行4个字，或是配合ST7921使用2行16个字的显示。
20DB
13.2
132mv
33
128mv
1.03
36.45
10DB
12.8
40.2mv
33
40mv
0．165
表三：输出电阻的测量
实验中我们采用电阻分压法对输入电阻进行测量
图六：放大器输入电阻Ri的测量
测试方法：以信号源50欧姆内阻为基准，使其和放大器输入电阻分压，分别用示波器观察信号源开路的信号的峰峰值Vpp和把信号源加到放大器输入端时信号峰峰值Vpp’。即Vss=Vpp，Vi=Vpp’。
3 DB带宽
（ＫＨｚ）
１ＤＢ带宽
（ＫＨｚ）
增益带宽积
10 DB
４１１.２
１９７.７
1.299MHz
20 DB
４５０.３.
２６７.８
4．503MHz
30 DB
３０９.７
１７３.８
9．786MHz
40 DB
３１４.８
１５９.６
31．48MHz
表一：１０ｍｖ输入不同增益带宽
3 DB带宽
（ＫＨｚ）
１ＤＢ带宽
计算公式：
测试结果见表四：
输入信号频率
Vpp(mv)
Vpp（1）(mv)
输入电阻R
1Khz
23.2
11.6
50欧姆
表四：输入电阻测量
波形显示：
2.5
本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数0到40DB可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。输出波形稳定，没有杂波干扰。
测试方法：分别测出负载开路时输出电压Vo’和带上负载RL的输出电压Vo
计算公式： …………………………………………………………….公式四
测试结果见表三
输入信号频率（KHz）
放大倍数
Vpp(mv)
Vo’
RL（欧姆）
Vo
输出电阻R（欧姆）
36.46
40DB
14.0
1.40V
33
1．36V
0.97
36.45
四、附录……………………………………………………………………………11
一、
本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数0到40DB可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。并以AVR单片机为控制核心，对放大的信号用液晶12864进行波形检测显示，并通过AD、DA可以对信号进行实时回放。回放波形为输入波形的1/2,并通过软件计算出信号的有效值，显示在液晶上。
三、参考文献
【1】罗桂娥著，《模拟电子技术基础》，中南大学出版社。
【2】王洪君主编，《单片机原理及应用》，山东大学出版社。
【3】程佩青著，《数字信号处理教程》，清华大学出版社
方案三：
输入级采用正向放大器，中间采用两级反向放大器，输出级采用反向放大器，每一级的放大倍数10DB，其中第二级和第三级设置成可调，即（0~10DB）。
方案一和方案二相比较，采用两级放大，在相同增益带宽积和总放大倍数一定的情况下，其3DB带宽不如三级放大。方案三和方案二比较，输出隔离不理想，输出电阻偏大。综上我们设计采用方案二。
改进措施：
1、本设计没有使用最佳放大增益倍数 ，进行三级放大器配置，使得实际带宽和理论最佳带宽有一定的差距。可改变相应的电阻，将R1改成３.７Ｋ，将Ｒ６改成２Ｋ，使其更为接近理论带宽。
2、本设计中放大倍数为１０ＤＢ，２０ＤＢ，３０ＤＢ的３ＤＢ带宽，１ＤＢ带宽与放大倍数为４０ＤＢ的带宽差异并不是很大。可设置相应跳线和开关使得１０ＤＢ采用一级放大，其带宽可达到接近１ＭＨｚ，２０ＤＢ，３０ＤＢ采用两级放大，其带宽可在７００ＫＨｚ到８００ＫＨｚ之间。
方案证明：
已知TL084的增益带宽积为GBP（2.5MHz~4MHz），放大器的增益为0~40DB可调，即放大器的放大倍数在0~100倍之间。
为方便计算取GBP=4MHz，A=100
………………………………………..公式一
………………………………………………………….公式二
…………………………………………………公式三
2.2
方案一：
输入级采用一级跟随器，输出级采用一级跟随器，中间采用两级反向放大器，前一级固定放大在10倍（20DB）左右，后一级放大调整到放大倍数0~10倍，总的放大增益为0~40DB。
方案二：
输入级采用一级正向放大器，中间采用两级反向放大器，在第三级放大器设置为0~6.36DB可调。第一级放大倍数为6倍，第二级放大倍数为4倍。
（ＫＨｚ）
增益带宽积
10 DB
４１０.１
１３６，５
1．296MHz
20 DB
３０３．３
１１９．５
3.033MHz
30 DB
２７７．８
９５．２３
8.778MHz
40 DB
２８４．１
１０２．０
28．41MHz
表二：１ｍｖ输入不同增益带宽
实验中我们采用的公式法对输出电阻进行测量，其测量电路为
图五：放大器输出电阻Ro的测量
液晶显示实验波形程序框图：
图五：液晶调试流程
液晶画图程序流程：
电源模块:
线性稳压电源，具有完全独立的四组稳压输出，分别为两组5V和两组12V，可以连成正负双电源。其中一个5V输出为两片7805并联，可输出大电流。
矩阵键盘模块：
采用电阻分压式结构，只需一个I/O口就可完成16个按键的扫描，并能解决多建同时按下时的冲突。经过优化设计只需要7只电阻，并且受电阻阻值误差的影响小，工作稳定可靠。
关键词：宽带直流放大器数字示波器波形还原电路
二、正文
2.1
随着微电子技术的发展，人们迫切的要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到迅猛的发展，技术越来越成熟。而宽带放大器是音响、有线电视、无线通信中不可缺少的部分，于是人们对它的要求也越来越高。TL084是常用的运算放大器芯片，增益带宽积为2.5MHz~4MHz，每一片中含有四个放大器，是一款非常经济实用的芯片。
由公式一、公式二、公式三和基本不等式可以推出：
当j=2时，即采用两级放大，当 时， 的最大值为 283KHz
当j=3时，即采用三级放大，当 时， 的最大值为 430.1KHz
2.3
宽带直流放大器模块：
本模块设计使用三级放大器和一级跟随器，第一级使用正向放大器，放大倍数为6倍，第二级采用反向放大器，放大倍数为4倍，第三级采用可调的反向放大器，放大倍数为0到6.36倍可调。由公式三理论推算放大器整个的放大倍数为0~152.6倍，即0~43.7DB。由公式一、二理论推算放大器的3DB带宽范围：0~410KHz。
3V,25°C时的功耗为：正常模式: 1.1 mA、空闲模式: 0.35 mA、掉电模式: <1μA。
2.4
测试仪器：
信号发生器，示波器
测试方法和相关测试数据：
采用函数发生器50欧姆输出端分别产生10mv输入信号和1mv输入信号夹在放大器的输入端，用双踪示波器观察输入信号和输出信号，分别将放大倍数调整到10DB，20DB，30DB，40DB，测量3DB带宽和1DB带宽，并计wk.baidu.com出相应的增益带宽积，如表一、表二所示。
2.2方案论证……………………………………………………………………3
2.3各个模块实现原理…………………………………………………………4
2.4系统设计和数据分析………………………………………………………8
2.5结论和改进措施……………………………………………………………11
三、参考文献………………………………………………………………………11
单片机控制模块：
采用高速的8位单片机ATMEGA32。其产品特性有：高性能、低功耗的8位AVR®微处理器、先进的RISC结构、131条指令、大多数指令执行时间为单个时钟周期、32个8位通用工作寄存器、全静态工作、工作于16 MHz时性能高达16 MIPS、只需两个时钟周期的硬件乘法器、非易失性程序和数据存储器、32K字节的系统内可编程Flash、擦写寿命:10,000次、具有独立锁定位的可选Boot代码区、通过片上Boot程序实现系统内编程、1024字节的EEPROM、2K字节片内SRAM、可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密、JTAG接口(与IEEE 1149.1标准兼容)、符合JTAG标准的边界扫描功能、支持扩展的片内调试功能、通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。外设特点：两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器、一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器、具有独立振荡器的实时计数器RTC、四通道PWM–8路10位ADC、8个单端通道、TQFP封装的7个差分通道、2个具有可编程增益（1x, 10x,或200x）的差分通道、面向字节的两线接口、可编程的串行USART、可工作于主机/从机模式的SPI串行接口、具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器、特殊的处理器特点、上电复位以及可编程的掉电检测。片内经过标定的RC振荡器、片内/片外中断源，6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。I/O和封装：32个可编程的I/O口，40引脚PDIP封装, 44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。工作电压ATmega32L：2.7 - 5.5V、ATmega32：4.5 - 5.5V。速度等级:ATmega32L：0 - 8 MHz、ATmega32：0 - 16 MHz。ATmega32L在1 MHz,
宽带放大器、数字滤波器
设计报告
参赛院校：山东大学信息科学与工程学院
参赛队员：马衍庆、赵海明、郭帅帅
日期：2010-8-27
一、摘要………………………………………………………………………………3
二、正文………………………………………………………………………………3
2.1引言…………………………………………………………………………3
【4】马潮著，《AVR单片机嵌入式系统原理和应用实践》，北京航空航天大学出版社
【5】孙肖子，张企民编著，《模拟电子技术基础》，西安电子科技大学
四、附录：
各个模块的测试程序和软件设计
原理图：
图一：宽带直流放大器原理图
原理图仿真：
图二：原理图仿真图
硬件焊接：
AD与DA模块：
本模块采用MAX118作为AD芯片，以MAX539作为DA芯片，进行设计，由AVR单片机进行控制。
ＭＡＸ１１８：
基本的调试思路
图三：ＭＡＸ１１８的调试流程
ＭＡＸ５３９简介：MAX539是低功率，电压输出12-bitDAC，+5 V单电源操作。也可在±5V电源操作。MAX539只有140μA工作电流。MAX539为8引脚DIP和SO封装。无需外部电阻器或运算放大器。输出缓冲区是一个单位增益稳定，轨到轨输出的BiCMOS运算放大器。输入失调电压和共模抑制比是修正以达到更好的超过12位性能。建立时间是25μs到0.01％的最终价值。可以驱动一个2K的直流负载。
基本调试思路：
图四：MAX539的调试流程
液晶显示模块：
本ST7920点矩阵LCD控制/驱动IC，可以显示字母、数字符号、文字型及自订图块显示，它可以提供种控制介面，分别是8位元微处理器介面, 4位元微处理器介面及串列介面；所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，以及液晶驱动电路和控制器，都包含在个单晶片里面，只要个最小的微处理系统，就可以操作本LCD控制/驱动IC。ST7920的字型ROM包括8192个16X16点的文字形以及126个16X8点半宽的字母符号字型，另外绘图显示画面提供个64x256点的绘图区域（GDRAM）及240点的ICON RAM，可以和文字画面混和显示，而且ST7920内含CGRAM提供4组软体可程式规划的16X16造字功能。ST7920具有低功率电源消耗(2.7V to 5.5V)可以提供电池操作携带式产品的省电需求。ST7920 LCD驱动器由33个common及64个segment所组成，Segment驱动器的扩充可以视需要由ST7921 Segment驱动器来提供扩充显示范围的任务，个ST7920可以显示到1行8个字或是2行4个字，或是配合ST7921使用2行16个字的显示。
20DB
13.2
132mv
33
128mv
1.03
36.45
10DB
12.8
40.2mv
33
40mv
0．165
表三：输出电阻的测量
实验中我们采用电阻分压法对输入电阻进行测量
图六：放大器输入电阻Ri的测量
测试方法：以信号源50欧姆内阻为基准，使其和放大器输入电阻分压，分别用示波器观察信号源开路的信号的峰峰值Vpp和把信号源加到放大器输入端时信号峰峰值Vpp’。即Vss=Vpp，Vi=Vpp’。
3 DB带宽
（ＫＨｚ）
１ＤＢ带宽
（ＫＨｚ）
增益带宽积
10 DB
４１１.２
１９７.７
1.299MHz
20 DB
４５０.３.
２６７.８
4．503MHz
30 DB
３０９.７
１７３.８
9．786MHz
40 DB
３１４.８
１５９.６
31．48MHz
表一：１０ｍｖ输入不同增益带宽
3 DB带宽
（ＫＨｚ）
１ＤＢ带宽
计算公式：
测试结果见表四：
输入信号频率
Vpp(mv)
Vpp（1）(mv)
输入电阻R
1Khz
23.2
11.6
50欧姆
表四：输入电阻测量
波形显示：
2.5
本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数0到40DB可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。输出波形稳定，没有杂波干扰。
测试方法：分别测出负载开路时输出电压Vo’和带上负载RL的输出电压Vo
计算公式： …………………………………………………………….公式四
测试结果见表三
输入信号频率（KHz）
放大倍数
Vpp(mv)
Vo’
RL（欧姆）
Vo
输出电阻R（欧姆）
36.46
40DB
14.0
1.40V
33
1．36V
0.97
36.45
四、附录……………………………………………………………………………11
一、
本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数0到40DB可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。并以AVR单片机为控制核心，对放大的信号用液晶12864进行波形检测显示，并通过AD、DA可以对信号进行实时回放。回放波形为输入波形的1/2,并通过软件计算出信号的有效值，显示在液晶上。