CN202026278U

CN202026278U - 程控低噪声宽带直流放大器

Info

Publication number: CN202026278U
Application number: CN2011200591732U
Authority: CN
Inventors: 董宝玉
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-03-08

Abstract

本实用新型公开了一种程控低噪声宽带直流放大器，包括由可变增益放大器AD603构成的主放大器模块、由宽带运算放大器AD811构成的功率放大模块和键盘显示模块，其中的主放大器模块由两片AD603级联构成，与所述功率放大模块通过由低噪声精密运算放大器OP27构成的电压跟随器保持电连接，其特征在于：还包括由单片机AT89C52、串行D/A转换器和双通道串行A/D转换器构增益控制模块，所述的主放大器模块输入端连接OP27构成的缓冲电路，两片相邻的AD603之间也加入OP27构成的隔离电路，第一级AD603接可调精密电位器，第二级AD603与串行D/A转换器相连，D/A转换器与单片机P0.0、P0.1及P0.2连接，液晶LCD与单片机的P0.3、P0.4及P0.5连接；A/D转换器接单片机的P3.1和P3.2、4×4矩阵键盘接在单片机的P2的端口上。

Description

程控低噪声宽带直流放大器

技术领域

本实用新型涉及一种程控低噪声宽带直流放大器。

背景技术

宽带放大器在自动控制、仪器仪表、医疗电子、无线通信等方面具有广泛的用途，如音响设备中音量的控制，传感器输出的微弱信号的准确放大等。目前，随着科学技术的发展，各种仪器装置对信号的要求越来越高，尤其在一些高精度的领域，对小信号的放大与处理要求更为严格。现有放大器在宽带、直流和功率放大三大参数上难以兼顾，由于其采用耦合电容作隔离元件，导致直流信号不能通过放大器，由于两片AD603级联，并将其引脚1接在一起，通过一个D/A转换信号进行控制可操作性变差。因此，研究和设计一种高增益、高精度、低噪声和增益可控性高的宽带直流放大器成为了业界广泛关注的问题之一。

发明内容

本实用新型的提出，旨在有针对性的克服现有放大器的缺点，设计一种能完成从直流成分到9MHz高频信号的不失真放大的程控低噪声宽带直流放大器。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种程控低噪声宽带直流放大器，包括由AD603低噪声90MHz可变增益放大器构成的主放大器模块、由AD811高性能视频运算放大器构成的功率放大模块和由4*4矩阵键盘及液晶LCD12864构成的键盘显示模块，其中的主放大器模块由两片AD603级联构成，与功率放大模块通过由低噪声精密运算放大器OP27构成的电压跟随器保持电连接，其特征在于：该宽带直流放大器还包括由单片机AT89C52、串行10位D/A转换器TLC5615和双通道8位串行A/D转换器ADC0832构成的增益控制模块，所述主放大器模块的输入端连接由低噪声精密放大器OP27构成的电压跟随器作隔离电路，相邻的两片AD603之间也加入由OP27构成的电压跟随器作隔离电路；其中的二级AD603的引脚2均接0.5V电压，引脚5与引脚7之间接2.15KΩ电阻；其第一级AD603的引脚1接1K精密可调电阻电位器，使引脚1电位在0～1V连续可调，并将该引脚1与所述ADC0832双通道8位串行A/D转换器的引脚2CHO连接，其第二级AD603的引脚1则与所述TLC5615串行10位D/A转换器的引脚7连接；该D/A转换器引脚1接所述单片机的P0.0，引脚2接单片机的P0.1，引脚6接单片机的P0.2，液晶LCD12864的引脚CS接单片机的P0.3，液晶LCD12864的引脚STD接单片机P0.4，液晶LCD引脚SCK接单片机的P0.5，所述双通道8位串行A/D转换器ADC0832的引脚6DO接单片机P3.1，其引脚7CLK接单片机的P3.2，4*4矩阵键盘接在单片机的P2端口。

所述程控低噪声宽带直流放大器的特征还在于：涉及信号处理的主放大器模块的AD603及OP27以及构成功率放大模块的AD811及OP27，均由独立的稳压电源供电，电路上接有由100μH电感和0.01μF电容构成的π型滤波电路。

与现有技术相比较，本实用新型的优点显而易见，主要表现在：

能够完成从直流成分到9MHz高频信号的不失真放大，其最大电压增益60dB，输入电压有效值V_i≤10mV，3dB通频带0～8MHz，在0～8MHz通频带内增益起伏1dB，最大输出电压正弦波有效值为10V。电压增益A_V可预先设置并通过液晶显示，电压增益可以步距为5dB进行调节，也可连续调节。该成果集成度高，稳定性好，工作点容易调整，操作简洁，控制方便。

附图说明

本实用新型有附图3幅，其中：

图1是本实用新型的结构框图；

图2是主放大器模块的电路图；

图3是单片机、D/A转换器和A/D转换器构成的增益控制模块电路图；

图4键盘显示器电路图。

在图中：1、主放大器模块，2、功率放大模块，3、增益控制模块，4、键盘与显示模块。

具体实施方式

如图1～图4所示的一种程控低噪声宽带直流放大器，由主放大器模块、功率放大模块、增益控制模块和键盘及显示模块组成。选用可变增益放大器AD603作为主放大器。AD603具有单通道、宽频带、低噪音、低畸变、高增益精度等特性。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，施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，增益量则由增益控制接口参考电压决定。而该参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A转换器输出控制电压来获得，从而实现较精确的数字控制。AD603能提供由直流到90MHz以上的工作带宽。但是如果只用一片AD603，其带载能力差，而且增益调节范围有限。因此主放大器模块采用两片AD603级联。为了减少高频自激，在相邻的两片AD603之间加入由OP27构成电压跟随器作隔离。增益控制模块中的控制器采用AT89C52单片机，负责对数据的运算处理。D/A转换使用TLC5615，TLC5615是10位串行D/A转换器，用单5V电源工作。单片机经过1O口直接驱动TLC5615芯片工作，进行DA转换，输出控制电压，实现对第二片AD603的增益控制。A/D转换部分，通过ADC0832获得第一片AD603的增益控制端口参考电压(即1引脚连接的可变电位器上的电压值)，从而计算出第一片AD603的增益并在液晶上显示。键盘与显示模块中的键盘使用常用的4*4键盘，液晶采用LCD12864，主要用于显示两级可控增益放大器的增益值，实现人机信息交换。

由于AD603的输入阻抗仅为100Ω，要能很好的匹配信号源输出阻抗，必须加入输入缓冲部分以提高系统输入阻抗，并在输入端加入由OP27构成的电压跟随器，提高放大器的输入电阻，有效抑制输入信号的零点漂移。本实用新型采用手动与数控相结合的方式实现放大器增益的调节，使两片级联的AD603可分别进行调整，第一片AD603可手动连续调整增益，第二片AD603用数控方式调整增益，并可实现增益的步进和预置，增益调整更为方便，操作也更为灵活。

可变增益放大器AD603有多种工作模式，通过改变5脚和7脚之间的反馈电阻，可以改变其带宽；调节1脚和2脚之间的电压可以改变放大增益。采用了在AD603的5脚和7脚之间接2.15kΩ的电阻的方式，选择其工作带宽为30MHz，增益范围为0～40dB可调模式。

AD603增益的调整只与其1引脚(GPOS)与2引脚(GNEG)电压差值VG有关。在此模式下，输入控制电压VG的范围为-0.5V～+0.5V，增益和控制电压的关系为：

Gain(dB)＝40*VG+20，

一级控制的增益范围只有40dB。使用两级AD603串联，增益范围0～80dB。增益为：

Gain(dB)＝40*VG1+40*VG2+40，

我们对两级AD603的2引脚(控制端GNEG)都接0.5V电压。

第一片AD603的1引脚接可调电位器，使1引脚电位在0～1V，连续可调，这样第一级AD603的增益为0～40dB连续可调，我们的设计中应用ADC0832获得1引脚的电位，可通过单片机计算出其增益，并在液晶上显示。

第二片AD603的1引脚接D/A转换器TLC5615输出，D/A转换器的输出由单片机程序控制，可通过键盘进行增益5dB步进和增益预置，并将增益值在液晶上显示。

功率放大模块选择集成宽带高性能运放AD811，AD811为电流反馈型宽带运放，其单位增益很宽，±15V供电，在增益为10的情况下，-3dB带宽达100MHz，输出电流可达100mA。

下面，结合附图对本实用新型作进一步说明。

在图2中，由OP27构成电压跟随器作为系统输入缓冲部分，提高输入阻抗，后接第一片AD603，AD603的2引脚接0.5V电压，1引脚接电位器，电压0～1V可调，1引脚连接ADC0832的CHO引脚，可采集其电压值。AD603的5引脚与7引脚间接2.15kΩ电阻。第二片AD603的接法与第一片AD603相似，只是其1引脚连接TLC5615的7引脚，选择其工作带宽为30MHz，增益范围为0～40dB可调模式。两片AD603之间加一级由OP27构成的电压跟随器。OP27构成的电压跟随器的接法是OP27的7引脚接+5V电源，4引脚接-5V电源，2引脚与6引脚相连接。每个供电电源均接有由100μH电感和0.01μF电容构成π型滤波电路。

图3是功率放大电路，由AD811的2引脚与6引脚之间接511Ω电阻，2引脚接56.2Ω接地，AD811的增益为10。7引脚与4引脚分别接+15V与-15V电源。AD811前面接一级由OP27构成的电压跟随器以与前两级放大器进行隔离。电路中涉及信号处理部分的各个供电电源均接有100μH电感和0.01μF电容构成π型滤波电路。

图4中，TLC5615的1引脚(DIN引脚)接单片机的P0.0，TLC5615的2引脚(SCLK引脚)接单片机的P0.1，TLC5615的6引脚(REFIN引脚)接单片机的P0.2，液晶12864采用串行连接方式，12864的RS(CS)引脚接单片机的P0.3，液晶12864的R/W(STD)引脚接单片机的P0.4，液晶12864的E(SCK)引脚接单片机的P0.5，ADC0832的D0引脚接单片机的P3.1，ADC0832的CLK引脚接单片机的P3.2，16个按键组成4*4矩阵键盘，接在单片机的P2端口。

Claims

1.一种程控低噪声宽带直流放大器，包括由AD603低噪声90MHZ可变增益放大器构成的主放大器模块(1)、由AD811高性能视频运算放大器构成的功率放大模块(2)和由4*4矩阵键盘及液晶LCD12864构成的键盘显示模块(4)，其中的主放大器模块(1)由两片AD603级联构成，与功率放大模块(2)通过由低噪声精密运算放大器OP27构成的电压跟随器保持电连接，其特征在于：该宽带直流放大器还包括由单片机AT89C52、串行10位D/A转换器TLC5615和双通道8位串行A/D转换器ADC0832构成的增益控制模块(3)，所述主放大器模块(1)的输入端连接由低噪声精密放大器OP27构成的电压跟随器作隔离电路，相邻的两片AD603之间也加入由OP27构成的电压跟随器作隔离电路；其中的二级AD603的引脚2均接0.5V电压，引脚5与引脚7之间接2.15KΩ电阻；其第一级AD603的引脚1接1K精密可调电阻电位器，使引脚1电位在0～1V连续可调，并将该引脚1与所述ADC0832双通道8位串行A/D转换器的引脚2CHO连接，其第二级AD603的引脚1则与所述TLC5615串行10位D/A转换器的引脚7连接；该D/A转换器引脚1接所述单片机的P0.0，引脚2接单片机的P0.1，引脚6接单片机的P0.2，液晶LCD12864的引脚CS接单片机的P0.3，液晶LCD12864的引脚STD接单片机P0.4，液晶LCD引脚SCK接单片机的P0.5，所述双通道8位串行A/D转换器ADC0832的引脚6DO接单片机P3.1，其引脚7CLK接单片机的P3.2，4*4矩阵键盘接在单片机的P2端口。

2.根据权利要求1所述的程控低噪声宽带直流放大器，其特征在于：涉及信号处理的主放大器模块(1)的AD603及OP27以及构成功率放大模块(2)的AD811及OP27，均由独立的稳压电源供电，电路上接有由100μH电感和0.01μF电容构成的π型滤波电路。