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基于AVR单片机的可预置程控宽带直流功率放大电路设计




关键词:

  本文采用AVR单片机ATmegal28作为核心控制器,结合10位串行D/A芯片TLC5615、功率运放THS3092、可编程增益运放AD603以及其他相关电路,构成了可预置程控宽带直流功率放大电路。该电路系统增益调节范围为O~60 dB,步进间距为1 dB,频带为DC~10 MHz,输出电压有效值为10 V,矩阵键盘预置增益值步进,点阵液晶显示实时电压有效值,人机界面友好,操作简单方便。

  1 系统总体方案

  若采用可编程放大的思想,将输入的信号作为高速D/A转换器的基准电压,那么D/A转换器作为一个程控衰减器,对速度的要求很高。同时,为了实现O~60 dB增益可调,势必需要D/A转换器输出衰减最少60 dB以上。假设信号源有效值低于20 mV,衰减后为20 μV,如此小的信号有可能完全被噪声淹没,或大大增加信号调理的难度。

  也可采用2片AD603压控增益宽带放大器,每片实现-10~30 dB增益。通过测试发现,AD603输出含有与增益无关的直流电压,由于项目要求频率可延伸至直流,即级与级之间不能加电容耦合隔离直流,则前级AD603输出的直流偏置会严重影响后级放大。本文采用1片AD603,后级采用多通道继电器切换增益的方式。AD603单片实现10~30 dB放大,后级跟随不同固定增益的放大电路来实现分段连续放大,最后达到整体增益连续可调的目的。

  本设计由小信号程控放大10 dB放大及调零、带宽滤波、后级功率放大、单片机及人机交互等电路组成。系统总体结构框图如图1所示。程控放大电路采用一片电压控制芯片AD603实现-10~30 dB放大。调零放大电路采用OPA690构成10 dB同相放大器兼做静态调零电路。宽带滤波电路采用2路7阶巴特沃斯低通滤波器分别实现DC~5 MHz和DC~10 MHz带宽限制。后级根据不同情况分别采用OPA690和THS3092实现10 dB与18dB固定增益功率放大。ATmegal28单片机通过10位串行D/A转换器TLC5615控制AD603的放大倍数,通过控制继电器组切换不同的滤波电路来实现不同的带宽限制,切换不同的放大电路通道实现分段连续放大,最终实现整体增益0~60 dB连续可调,通过控制键盘和液晶显示来实现人机交互。

  


 

  程控放大电路增益为-10~30 dB,3级固定增益放大电路增益分别为10 dB、10 dB和18 dB。当希望放大器的增益为0~35 dB时,信号只通过程控放大、第1级10dB放大及调零电路、带宽滤波电路,而后输出到负载;当希望放大器的增益为36~45 dB时,信号还要再通过第2级10 dB放大电路,而后输出到负载;当希望放大器的增益为46~60 dB时,信号通过程控放大、第1级10 dB及调零电路、滤波电路、第2级10 dB放大电路、第3级18 dB功率放大电路,而后输出到负载。因此,只要实现第1级程控放大电路按步进1 dB连续可调,通过继电器组的切换后,信号分别从3个固定增益级输出后即可实现O~35 dB、36~45 dB、46~60 dB增益分段连续可调,总增益步进调节范围涵盖了O~60 dB。这样分段设计成功解决了单片或多片压控运放控制范围过宽时不易控制且容易振荡的问题,而且降低了信号处理的难度,从而大大缩短了研发时间。

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