低頻低噪聲高增益放大器的設(shè)計(jì)與研究

白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)第19卷第3期2005年1低頻低噪聲高增益放大器的設(shè)計(jì)與研究王海洋,張重繼(白城師范學(xué)院機(jī)電工程系,吉林白城137000)摘要:本設(shè)計(jì)制作的是一個(gè)低頻低噪聲、高增益放大器。它是利用單片機(jī)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制。主要優(yōu)點(diǎn)失真小,放大倍數(shù)高以及增益大小可編程控制。關(guān)鍵詞:震蕩器;電壓放大;增益控制;CPU控制電路中圖分類號(hào):TN722一、方案分析本電路采用三級(jí)放大,從第二級(jí)放大電路的輸出級(jí)引出負(fù)反饋,通過(guò)改變反饋量的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)增益控制。其中反饋網(wǎng)絡(luò)采用場(chǎng)效應(yīng)管與電阻串聯(lián),分壓得到反饋信號(hào),改變場(chǎng)效應(yīng)管的珊級(jí)電壓,從而改變了源級(jí)與漏級(jí)之間的電阻也就改變了反饋電壓大小,實(shí)現(xiàn)控制要求。此電路優(yōu)點(diǎn)很多,首先電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn),其次容易實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制從而實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整。二、各環(huán)節(jié)理論分析與計(jì)算(一)RC震蕩器。振蕩電路有RC正弦波振蕩電路、橋式振蕩電路、移相式振蕩電路和雙T網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路等多種形式。其中應(yīng)用最廣泛的是RC橋式振蕩電路,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)。在這里我們選用了它。電路如圖(一)所示1.電路分析。RC橋式振蕩電路由RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大電路組成,圖(一)中RC選頻網(wǎng)絡(luò)形成正反饋電路,決定振蕩頻率f0。R1、Rf形成負(fù)反饋回路,決定起振的幅值條件。D1、D2是穩(wěn)幅元件。該電路的振蕩頻率f0=起振幅值條件f3R1式中Rf=R2+R3rd,rd為二極管的正向動(dòng)態(tài)電阻。Av=1+2.實(shí)際元件選擇。根據(jù)實(shí)際要求以及相關(guān)理論計(jì)算,我們?nèi)1=10KR2=100KR3=680C=047F(二)電壓放大級(jí)。在兩極放大中我們選用了NE5532雙前置放大電路,NE5532的性能優(yōu)異,其轉(zhuǎn)速率為13V/s,頻率帶寬達(dá)10MHz,噪聲電平極低,輸出阻抗僅為0.3。所以NE5532具有失真小、噪聲低、頻響好、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。具體電路應(yīng)用如圖(二)所示,6腳和2腳分別收稿日期:2005-05-12作者簡(jiǎn)介:王海洋(1971),男,白城師范學(xué)院機(jī)電工程系教師,天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院研究生;張重繼(1972),男,白城師范學(xué)院機(jī)電工程系教師。文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16733118(2005)030001032RC圖(一)為第一級(jí)放大和第二級(jí)放大的反相輸入端,7腳和1腳分別為第一級(jí)放大和第二級(jí)放大的反相輸出端。2電路參數(shù)選擇確定。由公式V0=(1+Rf/Ri)ViAvf=1+Rf/Ri(1)確定R1、R2、R4、R6。根據(jù)要求輸入電阻為10k以及每一級(jí)放大倍數(shù)為10倍,我們經(jīng)過(guò)計(jì)算選擇R1和R4為10,選擇R2和R6為100k(2)確定R3、R5。為使運(yùn)放的兩個(gè)輸入級(jí)電路保持對(duì)稱,兩個(gè)輸入端的外接等效JournalofBaichengTeachersCollegeVol.193,2005圖(二)電壓放大電路電阻必須盡可能的相等,因此R3=R1//R2!10k所以我們選擇R3和R5為10k。(3)放大倍數(shù)的計(jì)算該電路的第一級(jí)放大倍數(shù)是AVF1=1+R2/R1=11該電路的第二級(jí)放大倍數(shù)是AVF2=1+R6/R4=11該電路的總放大倍數(shù)是AVF=AVF1?AVF2=11?11=121(三)功率放大級(jí)。TDA7294是SGS-THOMSON出品的一款大功率的高保真DMOS功放IC,特性如下:#支持高達(dá)?40V的電源電壓;#輸出功率大(100W/4)#可以前后級(jí)分開供電#靜音/待機(jī)功能;#低失真(當(dāng)Po=5W,f=1KHz時(shí),失真=0.005%);#低噪聲;#輸出短路保護(hù);#IC過(guò)熱保護(hù)。下表為元件引腳功能。它的放大倍數(shù)是AVF3=1+Rf/Ri=1+22k/0.68k!33所以此低頻低噪聲高增益放大器的總的開環(huán)放大倍數(shù)是AVF=AVF1?AVF2?AVF3=11?11?33=3993引腳序號(hào)12345功能STBY-GND反向輸入端正向輸入端靜音輸入空引腳序號(hào)678910功能BOOTSTRAP前級(jí)電源正前級(jí)電源負(fù)靜音使能端待機(jī)使能端引腳序號(hào)1112131415功能空空后級(jí)電源正輸出后級(jí)電源負(fù)(四)增益控制環(huán)節(jié)。我們可以通過(guò)改變反饋電阻的大小來(lái)控制放大器的增益,可以實(shí)現(xiàn)在1~100倍之間變化。其中最常用的有以下兩種方式:(1)采用電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)增益可變。有一組模擬開關(guān)在控制信號(hào)作用下每次只有一個(gè)開關(guān)接通,這樣就實(shí)現(xiàn)了反饋電阻可變的目的,從而實(shí)現(xiàn)了增益的改變。(2)電壓控制可變?cè)鲆娣糯笃?電路如圖(三)所示。改變場(chǎng)效應(yīng)管的控制電壓,其DS間電阻就發(fā)生變化,最終實(shí)現(xiàn)了增益的改變。以上二種類型,都可以實(shí)現(xiàn)增益可調(diào),第二種更有利于實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆婵刂?。我們選擇了第二種方式。圖(三),R白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)第19卷第3期2005年3大器的反饋電壓,改變了VC就改變了反饋深度,最終實(shí)現(xiàn)了增益的控制。此電壓我們可以很容易從單片機(jī)那里獲得,而且單片機(jī)單點(diǎn)輸出即可,使整個(gè)電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn),且工作穩(wěn)定。(五)單片機(jī)的硬件軟件選擇和設(shè)計(jì)。1單片機(jī)硬件選擇設(shè)計(jì)。單片機(jī)我們選擇了MCS-51型單片機(jī)為中心的最小系統(tǒng),通過(guò)鍵盤由CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓,把電壓通過(guò)放大再輸送給反饋級(jí)的控制級(jí),從而實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)可控。其中電壓控制信號(hào)預(yù)存在內(nèi)部RAM中,信息可以隨時(shí)通過(guò)鍵盤提取。2單片機(jī)軟件選擇設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如流程圖(四)所示。三、結(jié)果分析低頻低噪聲高增益放大器具體參數(shù)測(cè)量如下:輸入阻抗大于等于10K;輸出阻抗小于等于8;信燥比大于等于95dB;總的開環(huán)放大倍數(shù)為3500倍;增益可以步進(jìn)調(diào)節(jié),每步為100倍,共分35步控制。本設(shè)計(jì)研究經(jīng)過(guò)實(shí)際制作獲得成功。參考文獻(xiàn):[1]孫梅生等模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京高等教育出版社[2]張志良等單片機(jī)原理與控制技術(shù)[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社圖(四)DesignandStudyonanAmplifierwithlowFrequency,LowNoiseandHighGainWANGHaiyang,ZHANGChongji(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,BaichengNormalCollege,Jilin,Baicheng,137000,China)Abstract:Thisamplifierwithlowfrequency,lownoiseandhighgainhasbeendesignedandfabricated.Allthecircuitsarecontrolledbyasingle-chipmicrocomputer.Itsmainadvantagesarelowdistor