寬帶前置放大電路設(shè)計(jì)報(bào)告

1、寬帶前置放大電路設(shè)計(jì)報(bào)告 ?？平M(F題) 摘要本文介紹了一種寬帶前置放大電路，可以應(yīng)用在很多信號(hào)高電平傳送中，它是由輸入阻抗匹配單元、無源衰減網(wǎng)絡(luò)、有源放大電路、波形轉(zhuǎn)換和AT89C51單片機(jī)控制液晶顯示等幾部分電路組成。利用阻抗單元匹配輸入和無源衰減電路完成工作同時(shí)線路簡(jiǎn)單功能完善好，還利用AD8066進(jìn)行前后阻抗匹配和DA8084運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)任務(wù)，并用芯片進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換和AT89C51單片機(jī)控制15864液晶顯示屏顯示頻率，它具有很強(qiáng)應(yīng)用靈活性、輸入阻抗可調(diào)、過負(fù)載能力強(qiáng)、電路工作帶寬、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)本電路使用貼片元件進(jìn)行焊接，外形美觀、小巧、親便、抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用前景非常廣泛。關(guān)鍵詞

2、：阻抗匹配，衰減網(wǎng)絡(luò)，放大電路，單片機(jī)一、方案比較與選擇1.1任務(wù)與要求1.任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)前置放大電路，使其在較寬的頻帶范圍內(nèi)具有良好的直流和交流特性。電路包括輸入阻抗匹配、無源衰減網(wǎng)絡(luò)、有源放大等環(huán)節(jié)，采用單端輸入單端輸出方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換2.要求（1）輸入阻抗：直流輸入阻抗可以50和1M可選，允許誤差2%；（2）用單片機(jī)測(cè)量并顯示信號(hào)頻率；（3）直流零點(diǎn)：輸入短路時(shí)，電路輸出直流電壓偏離零點(diǎn)在3mV范圍內(nèi)；（4）大信號(hào)1倍放大寬帶特性：輸入峰值為1V的正弦信號(hào)，電路的工作帶寬為DC1MHz，在1M輸入阻抗條件下測(cè)試，示波器監(jiān)視無明顯失真；（5）大信號(hào)衰減10倍帶寬特性：輸入峰值為5V的正弦信號(hào)

3、，電路的工作帶寬為DC1MHz，在1M輸入阻抗條件下測(cè)試，示波器監(jiān)視無明顯失真；（6）10倍放大帶寬特性：輸入峰值為0.1V的正弦信號(hào)，放大10倍，電路的工作帶寬為DC5MHz，示波器監(jiān)視無明顯失真；（7）大信號(hào)1倍放大擴(kuò)展寬帶特性：輸入峰值為1V的正弦信號(hào)，電路的工作帶寬為DC20MHz；（8）輸出阻抗盡可能??；（9）靜態(tài)工作電流2mA(正5V電源)。1.2方案比較和確定方案一：利用三極管實(shí)現(xiàn)前置放大，但是在三極管放大電路放大要把1兆的阻抗衰減10倍這個(gè)問題上遇到了問題，且要使輸入阻抗是50歐時(shí)也遇到了問題，因此，放棄了這個(gè)方案。方案二：用電阻進(jìn)行輸入阻抗值，并用兩個(gè)電阻串聯(lián)接地來完成無源衰

4、減電路，此電路元器件少、電路簡(jiǎn)單、干擾少、功能實(shí)現(xiàn)好，所以我們選用這個(gè)方案二、電路設(shè)計(jì)2.1整體電路設(shè)計(jì)4 個(gè) 電 阻 輸 入阻 抗 單元輸入串 聯(lián) 電阻 進(jìn) 行衰 減AD8066AD8084有源放大輸出單片機(jī)AT89C511602液晶顯 示CD4093轉(zhuǎn)化波形圖1-1 整體電路框圖本電路是高頻率電路，因此必須考慮干擾問題，我們選擇用PCB制板，元器件擺放、線路的排布都是非常重要的，而且在電路設(shè)計(jì)過程中一定要注意各部分電路前后的阻抗是否匹配，否則前部分電路中的信號(hào)無法檢測(cè)到，在考慮每一部分的同時(shí)要顧及整個(gè)電路的功能完善。2.2模塊電路設(shè)計(jì)1.阻抗單元匹配和無源衰減網(wǎng)絡(luò)本電路要求輸入匹配值為50

5、歐和1兆歐，并進(jìn)行無源1倍和10倍衰減，因此本電路應(yīng)用4個(gè)電阻先串聯(lián)后并聯(lián)實(shí)現(xiàn)50歐輸入，并利用900歐和100歐電阻串聯(lián)實(shí)現(xiàn)阻抗1兆的輸入，與此同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了無源衰減10倍的功能，還有一部分用兩個(gè)500千歐的電阻串聯(lián)接地實(shí)現(xiàn)了無源衰減1倍的功能如下圖2-1所示。圖2-1 阻抗單元匹配電路和無源衰減電路2.前后電路阻抗匹配調(diào)整電路由于前部分這里匹配電路和無源衰減電路的輸出阻抗值和后面有源放大電路的阻抗不匹配，因此，加入由AD8084運(yùn)放電路放大前部分的阻抗，放大的倍數(shù)是芯片3腳電阻10歐比上并聯(lián)在上面的電阻的比，使前后阻抗匹配，如下圖2-2所示。 圖2-2 前后級(jí)阻抗匹配電路3.有源放大電路有源

6、放大電路也是利用運(yùn)算放大電路來放大信號(hào)的，芯片AD8065三腳上阻值比上并聯(lián)在上面的電阻的阻值就是輸入的阻抗值比上輸出信號(hào)的阻值，就是輸入值和輸出值的比值，ad8065芯片放大倍數(shù)大，還可以放大高頻率的信好設(shè)計(jì)圖如下圖2-3所示。圖2-3 有源放大電路4.波形轉(zhuǎn)換和顯示首先因?yàn)檩斎腩l率是波形為正弦波，單片機(jī)只能識(shí)辨高低電平所以要利用 74LS00、 7LS90兩塊芯片組和，利用與非門將直流電轉(zhuǎn)換成交流電壓，在這之前利用三極管實(shí)現(xiàn)一級(jí)放大，如下圖2-4所示。圖2-4 波形轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)控制15864液晶顯示，如圖附錄圖2-5所示三、調(diào)試3.1輸入阻抗匹配本電路的給定輸入阻抗匹配單元有50歐和1M

7、歐兩個(gè)選擇，因此選用四個(gè)50歐的電阻并聯(lián)歐來實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配單元，四個(gè)電阻分擔(dān)干擾電路，具有較強(qiáng)的過載能力 。連接的電阻為50歐先并串聯(lián)后有并聯(lián)連接在其兩端輸出計(jì)算結(jié)果：R=（50+50）/2=50歐當(dāng)輸入1M阻抗時(shí)，950千歐和50千歐的電阻串聯(lián)接地和兩個(gè)500千歐電阻串聯(lián)接地在其兩端輸出計(jì)算結(jié)果：R=900K+100K=1千歐、R=500K+500K=1千歐3.2無源衰減網(wǎng)絡(luò)是利用串聯(lián)電路風(fēng)壓的性質(zhì)設(shè)計(jì)電路的，可以對(duì)信號(hào)1倍和10倍的衰減，將1兆歐分成950千歐和5千歐兩個(gè)部分，在50歐部分取輸出，可以對(duì)信號(hào)10倍衰減，由一個(gè)900歐的電阻和一個(gè)100歐的串聯(lián)，取出其中一個(gè)電阻對(duì)信號(hào)1倍衰

8、減。開關(guān)選擇跳線式開關(guān)，做為本電路系統(tǒng)的選擇開關(guān)。為了讓電路的性能更加穩(wěn)定，在電路系統(tǒng)中放入1PF、13PF、10Nf的電容進(jìn)行去耦，這幾個(gè)電容式根據(jù)信號(hào)的頻率而定的，并在電源電路中加入數(shù)值較大的濾波電容。使整個(gè)電路更加穩(wěn)定。50歐輸入時(shí)在實(shí)現(xiàn)10倍衰減時(shí)用了900千歐和100千歐電阻衰減在其兩端輸出其計(jì)算結(jié)果：C=100(900+100)=1/1050歐輸入時(shí)在實(shí)現(xiàn)1倍衰減時(shí)用了l兩個(gè)500千歐的電阻衰減在其兩端輸出其計(jì)算結(jié)果：C=500/(500+500)=13.3有源放大電路的設(shè)計(jì)有源放大單元是選用AD8048和AD8065兩種型號(hào)的運(yùn)算放大器，這兩種型號(hào)的運(yùn)算放大電路的帶寬跟輸入電流等

9、參數(shù)適合本電路對(duì)于不同頻率信號(hào)的衰減和放大。運(yùn)算放大器反饋方式選用電壓串聯(lián)負(fù)反饋方式ad8065芯片放大倍數(shù)大，還可以放大高頻率的信好。當(dāng)對(duì)信號(hào)放大1時(shí)在其兩端輸出計(jì)算結(jié)果：歐歐當(dāng)對(duì)信號(hào)放大時(shí)在其兩端輸出計(jì)算結(jié)果：千歐歐3.4頻率轉(zhuǎn)換和單片機(jī)控制顯示因?yàn)檩斎腩l率的波形為正弦波，而單片機(jī)只能識(shí)辨高低電平，所以用LS00和74LS90芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用YB1605P功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出一個(gè)直流信號(hào)經(jīng)過這電路的轉(zhuǎn)換用DS1022C示波器接收其波形轉(zhuǎn)換為矩形波輸入信號(hào)附錄如圖2-1所示輸出信號(hào)為附錄圖2-2所示單片機(jī)控制15864液晶顯示，如圖附錄圖4-1所3.5、整體調(diào)試輸入電壓衰減倍數(shù)帶寬1v1倍25MHz5v10倍21MHz2、 擴(kuò)展部分輸入電壓放大倍數(shù)帶寬0.1V1020.7 MHz1V136.68MHz五、總結(jié)與體會(huì)經(jīng)過三天三夜的的努力，我們的電路基本完成要求。但是還是有好多地方可以改進(jìn)方案，還有好多地方是必須要注意的，比如說電路的排版，對(duì)這種高頻電路來說元器件的擺放都有可能會(huì)影響干擾到電路，經(jīng)過這次的比賽，我們不管是專業(yè)上還是其他方面都得到了提升，在每一次的失