CN206442358U - 一种基于vca810的宽带直流放大电路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子工业技术领域，具体涉及一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统，包括依次连接的前置放大电路、程控放大电路、滤波电路和后级功率放大电路，以及与程控放大电路连接的DAC转换电路和FPGA控制，与FPGA控制连接的键盘输入和LCD显示。该宽带直流放大电路系统的电压增益可预置并显示，预置范围为0~60dB，步距为5dB，最大增益输出噪声电平小于0.5V。能够进行0~9MHz频段内的信号的放大，且放大增益可控。适用时钟频率范围0~9MHz，通带内衰减小，运行稳定，人机交互良好。
Description
技术领域
本实用新型属于电子工业技术领域，尤其涉及一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统。
背景技术
宽带直流放大电路系统主要应用在电子工业技术领域，尤其是在测量类的仪器以及自动化控制系统中有着很重要的作用。例如，在一些反馈自动控制系统中，需要把被控制量(大多数为非电量)首先使用传感器转换为电信号，然后再与给定的电压量进行误差比较得到一个偏差信号，但是这个偏差信号在大多数情况下幅度和功率都比较微弱，不足以推动执行机构做出相应的反应，故需要把这个偏差信号进行适度的放大，用放大后的信号去推动执行机构，从而达到自动控制的目的。因为比较所得到的偏差信号多数为变化比较缓慢的直流信号，而经常使用的交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效的对这类低频变化的信号进行耦合，因此不能对这种低频变化的信号进行放大，故需要能够将低频信号进行有效放大的宽带直流放大器。
此外，在对一些信号进行采样时，信号变化的幅度都比较大，放大后的信号幅度有可能会超过ADC的量程，故应该根据信号的变化相应调整放大的增益。在一些自动化程度比较高的系统中，要求在程序中通过软件来控制放大器的增益，或者放大器本身可以自动将增益调整到要求范围内，因此需要宽带直流放大电路具有可控增益的功能。
实现增益可控宽带直流放大的方案有两个：一是可编程放大器的思想，将输入交流信号作为高速DAC的基准电压，用DAC的电阻网络构成运放反馈网络的一部分，通过改变DAC数字控制量实现增益控制。二是选用可编程变量增益放大器VCA810实现增益控制，VCA810增益与控制电压成线性关系，控制电压由FPGA控制DAC产生。可编程变量增益放大器VCA810具有-40dB到+40dB的增益控制范围，与其他运放级联理论上可达到+60dB的增益控制范围。但采用第一种方案控制的数字量和最后的20dB不成线性关系而成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。故基于第二种方案实现本次的宽带直流放大电路系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在0～9MHz频段内的进行信号放大，且放大增益可控的宽带直流放大电路系统，其通带内衰减小，运行稳定，人机交互良好。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统，包括依次连接的前置放大电路、程控放大电路、滤波电路和后级功率放大电路，以及与程控放大电路连接的DAC转换电路和FPGA控制，与FPGA控制连接的键盘输入和LCD显示。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，前置放大电路采用OPA690及其外围电路，OPA690使用±5V双电源供电，电源去耦，并具有电位器调零功能。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，程控放大电路包括反相电路和VCA810程控放大电路；反相电路采用OPA228芯片进行反相，接DAC转换电路的输出，控制VCA810程控放大电路的增益。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，滤波电路选用七阶无源巴特沃斯低通滤波器。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，后级功率放大电路包括放大电路和驱动电路，放大电路采用OPA820放大电路，驱动电路采用两块ths3091并联。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，OPA820放大电路包括放大电路和调零电路；放大电路接滤波器电路的输出，放大增益为10dB,用于补充信号经过滤波电路所受的衰减；调零电路选用一个电位器，接运放的反馈端，给运放一个反馈电压实现调零。
在上述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统中，DAC转换电路包括参考电压产生电路和TLV5616转换电路；参考电压产生电路选用REF3140产生一个4.096V的恒定电压；TLV5616转换电路的基准电压由REF3140产生，输出0～2V的电压再经过OPA228反相得到0～-2V的控制电压Vc，从而控制VCA810程控放大电路的增益。
本实用新型的有益效果是：电压增益可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB，最大增益输出噪声电平小于0.5V。能够进行0～9MHz频段内的信号的放大，且放大增益可控。适用时钟频率范围0～9MHz，通带内衰减小，运行稳定，人机交互良好。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的结构框图；
图2为本实用新型一个实施例前置放大电路图；
图3为本实用新型一个实施例程控放大及DAC控制电路图；
图4为本实用新型一个实施例滤波电路图；
图5为本实用新型一个实施例的后级功率放大电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本实施例采用如下技术方案：一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统，包括依次连接的前置放大电路、程控放大电路、滤波电路和后级功率放大电路，以及与程控放大电路连接的DAC转换电路和FPGA控制，与FPGA控制连接的键盘输入和LCD显示。
进一步，前置放大电路采用OPA690及其外围电路，OPA690使用±5V双电源供电，电源去耦，并具有电位器调零功能。
进一步，程控放大电路包括反相电路和VCA810程控放大电路；反相电路采用OPA228芯片进行反相，接DAC转换电路的输出，控制VCA810程控放大电路的增益。
进一步，滤波电路选用七阶无源巴特沃斯低通滤波器。
进一步，后级功率放大电路包括放大电路和驱动电路，放大电路采用OPA820放大电路，驱动电路采用两块ths3091并联。
进一步，OPA820放大电路包括放大电路和调零电路；放大电路接滤波器电路的输出，放大增益为10dB,用于补充信号经过滤波电路所受的衰减；调零电路选用一个电位器，接运放的反馈端，给运放一个反馈电压实现调零。
更进一步，DAC转换电路包括参考电压产生电路和TLV5616转换电路；参考电压产生电路选用REF3140产生一个4.096V的恒定电压；TLV5616转换电路的基准电压由REF3140产生，输出0～2V的电压再经过OPA228反相得到0～-2V的控制电压Vc，从而控制VCA810程控放大电路的增益。
具体实施时，如图1所示，一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统，包括：依次连接的前置放大电路，程控放大电路，滤波电路，后级功率放大电路及与程控放大电路连接的DAC转换电路，与DAC转换电路连接的FPGA控制，与FPGA控制连接的键盘输入和LCD显示。
而且，前置放大电路输入阻抗51Ω，用OPA690实现同相放大4.4倍，将输入10mV有效值的信号放大至Vpp约为120mV的信号，使得程控放大器VCA810能实现增益控制范围60dB。OPA690使用±5V双电源供电，电源去耦，并具有电位器调零功能。
而且，程控放大电路以程控放大器VCA810为核心进行搭建，控制电压Vc由DA控制电路产生，由于VCA810的输入信号Vin幅值约为100mVpp，根据芯片手册数据可知VCA810线性增益可调范围为-30dB～30dB。
而且，滤波电路采用七阶无源巴特沃斯低通滤波器，设计-3dB点10MHz，为满足阻抗匹配Rs和RL都取51Ω。
而且，后级功率放大电路先用OPA820放大10倍，再用两块ths3091做驱动，实现在50Ω负载上最大电压有效值达到10V。在OPA820上连接电位计使其具有调零功能。
而且，DAC转换电路选用TLV5616串行DA转换器产生0～2V的控制电压，TLV5616的基准电压由REF3140产生一个4.096V的恒定电压。
如图2所示，本实施例的前置放大电路采用OPA690及其外围电路构成，通过输入端接一个51Ω接地，试输入阻抗为51Ω。通过调节R1和R2使(R1+R2)/R2＝4.4。实现OPA690同相放大4.4倍，将输入10mV有效值的信号放大至Vpp约为120mV的信号，使得程控放大器VCA810能实现增益控制范围60dB。OPA690使用±5V双电源供电，电源去耦，并使用电位器为输入端提供偏置电压，使其具有调零功能。
如图3所示，本实施例的程控放大及DAC转换电路由DAC转换电路及程控放大电路两部分组成，此处选用TLV5616串行DAC转换器产生0～2V的控制电压，使用FPGA处理键盘输入的数据，来控制DAC的数字信号输入，TLV5616的基准电压由REF3140产生一个4.096V的恒定电压，输出0～2V的电压再经过OPA228反相得到0～-2V的控制电压Vc，控制VCA810的增益，实现增益可控。由于VCA810的输入信号Vin幅值约为100mVpp，根据芯片手册数据可知VCA810线性增益可调范围为-30dB～30dB，达到60dB的调节范围要求。
如图4所示，本实施例的滤波电路七阶无源巴特沃斯低通滤波器，在系统总体的通频带内，通频带起伏仅由滤波器的通频带内起伏决定，在-3dB通频带为10MHz时，在9MHz处的衰减小于-1dB，故需要做一个比较陡峭的滤波器来实现，由滤波器设计软件FilterSolution设计仿真得到，利用4阶LC低通滤波器的边缘特性即可达到要求。为使滤波器性能更佳，此处选用一个7阶无源巴特沃斯低通滤波器，既能满足通带波纹小于1dB，也能满足边界衰减需求。
如图5所示，本实施例的后级功率放大电路包括放大电路和驱动电路两部分组成，滤波后的信号有所衰减，故先用OPA820放大10倍，再用两块ths3091做驱动，实现在50Ω负载上最大电压有效值达到10V。OPA820的输入端和输出端连接了电位器进行电压的反馈，使其具有调零功能。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，包括依次连接的前置放大电路、程控放大电路、滤波电路和后级功率放大电路，以及与程控放大电路连接的DAC转换电路和FPGA控制，与FPGA控制连接的键盘输入和LCD显示。
2.如权利要求1所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，前置放大电路采用OPA690及其外围电路，OPA690使用±5V双电源供电，电源去耦，并具有电位器调零功能。
3.如权利要求1所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，程控放大电路包括反相电路和VCA810程控放大电路；反相电路采用OPA228芯片进行反相，接DAC转换电路的输出，控制VCA810程控放大电路的增益。
4.如权利要求1所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，滤波电路选用七阶无源巴特沃斯低通滤波器。
5.如权利要求1所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，后级功率放大电路包括放大电路和驱动电路，放大电路采用OPA820放大电路，驱动电路采用两块ths3091并联。
6.如权利要求5所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，OPA820放大电路包括放大电路和调零电路；放大电路接滤波器电路的输出，放大增益为10dB,用于补充信号经过滤波电路所受的衰减；调零电路选用一个电位器，接运放的反馈端，给运放一个反馈电压实现调零。
7.如权利要求3所述的基于VCA810的宽带直流放大电路系统，其特征在于，DAC转换电路包括参考电压产生电路和TLV5616转换电路；参考电压产生电路选用REF3140产生一个4.096V的恒定电压；TLV5616转换电路的基准电压由REF3140产生，输出0~2V的电压再经过OPA228反相得到0~-2V的控制电压Vc，从而控制VCA810程控放大电路的增益。
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