Amplificador de Banda Ancha
Resumen
Este trabajo se basa en el diseño de un amplificador logarítmico controlado por voltaje, compuesto por amplificación principal y circuitos de entrada y salida, ganancia Circuitos de control, módulos de visualización y procesamiento, circuito de medición y módulo de potencia, con control de programa digital de banda ancha y funciones AGC digitales. El uso de AD603 facilita la ganancia programable y el uso de AD844 aumenta el rango de valores efectivos del voltaje de salida. Gracias a la aplicación integral de medidas de reducción de ruido, como el desacoplamiento de condensadores y el filtrado de perlas magnéticas, el ruido del amplificador se suprime mejor.
Palabras clave: amplificador logarítmico controlado por voltaje, AGC digital controlado por programa de banda ancha, reducción de ruido
1: comparación y demostración de esquemas
Análisis de los requisitos de la pregunta, Usaremos este diseño. Está dividido en cinco módulos funcionales: circuito amplificador principal y circuito de entrada y salida, control de ganancia, visualización y procesamiento del teclado, medición y fuente de alimentación estabilizada. La relación entre cada módulo se muestra en la Figura 1-1.
Figura 1-1 Relación entre módulos
1. Amplificador principal y circuito de entrada y salida
Opción 1: Usar diseño de componentes discretos. Los componentes de esta solución son de bajo costo y fáciles de adquirir. Sin embargo, es demasiado difícil de diseñar y depurar, y el ciclo es muy largo. Especialmente si se hace a mano en poco tiempo, es difícil garantizar la confiabilidad y los indicadores, por lo que esta solución es. no usado.
Opción 2: Utilizar un diseño de amplificador operacional integrado de banda ancha de alta velocidad. La ventaja de esta solución es que el circuito es fácil de implementar y los indicadores y la confiabilidad son fáciles de garantizar. Por lo tanto se adopta esta solución.
2. Circuito de control de ganancia
Opción 1: Usar transistores de efecto de campo o transistores para controlar la ganancia. Utiliza principalmente el área de resistencia variable del transistor de efecto de campo (o el triodo es equivalente a una resistencia controlada por voltaje) para lograr el control de ganancia. El circuito es simple y la depuración es complicada.
Opción 2: Implementación mediante multiplicador de alta velocidad tipo D/A. El VRef del convertidor D/A se utiliza como terminal de entrada de la señal y el terminal de salida del D/A se utiliza como salida. Utilice la entrada digital del convertidor D/A para controlar la atenuación de la transmisión y lograr el control de ganancia. Esta solución es simple y fácil de implementar, pero los experimentos muestran que cuando la frecuencia de la señal es alta, el sistema es propenso a la autoexcitación, por lo que no se selecciona esta solución.
Opción 3: Utilice un amplificador capaz de obtener ganancia controlada por voltaje. Su característica es que la ganancia se puede preestablecer fácilmente mediante un microcontrolador.
Dado que el amplificador principal puede encontrar dispositivos de ganancia controlados por voltaje, este sistema adopta la opción tres.
3. Circuito de medición del valor efectivo
Opción 1: utilizar un dispositivo de conversión de valor efectivo real para la medición. Esta solución tiene un circuito simple y alta precisión. Pero el precio es más caro y los componentes son difíciles de encontrar. Los dispositivos de conversión de valor efectivo existentes, como AD637 y AD737, no pueden cumplir con los requisitos de medición de esta pregunta en el rango de frecuencia más alto.
Opción 2: Utilizar medición de detección de picos. Se utiliza un circuito de detección de picos y el microcontrolador convierte el valor máximo detectado en un valor efectivo después de la conversión A/D. El circuito es simple y confiable, pero la premisa es que la señal es una onda sinusoidal; de lo contrario, el error será grande. Considerando que esta pregunta requiere la medición de una onda sinusoidal estándar, se eligió esta solución.
4. Fuente de alimentación estabilizada
Opción 1: Fuente de alimentación lineal estabilizada. Estos incluyen estructuras paralelas y en serie. El circuito en paralelo es complejo y tiene baja eficiencia, y sólo se usa en situaciones que requieren alta velocidad de ajuste y precisión. El circuito en serie es relativamente simple y altamente eficiente, especialmente si se usa un regulador de voltaje integrado de tres terminales, lo cual es más conveniente; y confiable.
Opción 2: Conmutación de alimentación regulada. Esta solución es muy eficiente, pero el circuito es complejo. La frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada suele ser de decenas a cientos de KHz. La onda fundamental y muchos armónicos se encuentran dentro de la banda de paso del amplificador, lo que puede provocar fácilmente diafonía.
Seleccione la fuente de alimentación regulada en serie en la opción 1 para el módulo de potencia.
El diagrama de bloques general del sistema se muestra en la Figura 1-2.
Figura 1-2 Diagrama de bloques del sistema
2. Análisis teórico y cálculo de parámetros
La composición del enlace del amplificador se muestra en la Figura 2-1:
Figura 2-1 Diagrama del circuito del amplificador principal
Indicado en En la figura se explica la distribución de la ganancia de cada etapa en el diseño, y el límite superior de la banda de paso de -3 dB de cada etapa se proporciona a continuación según la información oficial del dispositivo.
Cálculo de la banda de paso
Como se muestra en la Figura 2-1, la banda de paso del sistema está determinada por el búfer BUF634, el amplificador AD603 de dos etapas y el amplificador AD844. se puede conocer a partir de la fórmula de respuesta de frecuencia. La relación entre ganancia y frecuencia es la siguiente:
(Fórmula 2-1)
En la fórmula: , , , son las bandas de paso de la amplificadores operacionales correspondientes en los datos del dispositivo, y son las bandas de paso de los amplificadores operacionales correspondientes en la cadena de amplificación. El factor de amplificación de voltaje de frecuencia intermedia del amplificador de etapa.
Después del cálculo, el ancho de banda de 3 dB del sistema cumple con los requisitos de diseño.
2. Rango de control de ganancia y precisión
Para lograr una capacidad de amplificación de 60 dB, este diseño adopta un método de distribución de ganancia de cascada AD603 de dos etapas y un circuito de amplificación AD844 posterior. Según los datos, AD603 utiliza un modo de trabajo con una ganancia de -11dB~31dB y un ancho de banda de 90MHz. La ganancia de cada etapa es:
GAD603 (dB) = 40×Vg+10 (Ecuación. 2-2)
En la fórmula, Vg es el voltaje de control de ganancia del AD603, que oscila entre -0,50 V y 0,50 V.
Según el método de conexión en la Figura 3-3, la ganancia del circuito amplificador AD844 es 17,8 dB y la entrada de la etapa frontal se atenúa en 6 dB, por lo que la ganancia de todo el amplificador es:
G (dB) = 2× GAD603+17.8-6=80×Vg+31.8 (Ecuación 2-3)
El rango de variación de Vg es -0.5~0.5V, por lo que el rango de control de ganancia teórico es -8,2~71,8 dB.
El microcontrolador controla la ganancia del AD603 a través del voltaje de salida de D/A. Si se utiliza un convertidor D/A de 8 bits, la relación correspondiente entre el valor de entrada D/A KDA y el control AD603. el voltaje es:
p>(Fórmula 2-4)
En la fórmula, KDA es el valor de entrada de D/A.
De la Ecuación 2-3 y la Ecuación 2-4, podemos saber que la relación correspondiente entre la ganancia G y el valor de entrada D/A KDA es:
(Ecuación 2- 5)
La precisión teórica del control de ganancia se puede obtener como:
(Ecuación 2-6)
Del análisis anterior, se puede ver que esto El circuito cumple con los requisitos de índice para el rango de control de ganancia y la precisión.
3. Rango de control automático de ganancia
La fórmula de cálculo del rango AGC es:
G=20log(Vs2/Vs1)-20log(VOH/VOL) (Fórmula 2-7)
En la fórmula, Vs2 y Vs1 son los valores máximo y mínimo de la señal de entrada respectivamente; VOH y VOL son los valores máximo y mínimo de la salida respectivamente;
Se puede deducir de la Ecuación 2-7 que cuando el valor efectivo de la señal de entrada es 0.0012VVi2.0V, es necesario asegurar que el valor efectivo del voltaje de salida sea 4.5VVO5.5V, entonces el rango de AGC es 64 dB. La Figura 2-2 muestra los resultados de la simulación en matlab de las características de transmisión del amplificador después de ingresar al modo AGC. Como puede verse en la imagen, esta función cumple con los requisitos de la pregunta.
Figura 2-2
4. Ruido del sistema
El ruido en este sistema es causado principalmente por el ruido térmico de la resistencia de entrada, el ruido del circuito BUF634, el ruido del circuito AD603 y el ruido del circuito AD844. En el estado de ganancia más alto de 60 dB, realice cálculos aproximados del ruido en cada nivel del sistema:
= (Fórmula 2-8)
= (Fórmula 2-9)
= (Fórmula 2-10)
= (Fórmula 2-11)
= (Fórmula 2-12)
En Fórmula (2-8) ~ (2-12): Tome K=, T=300K, R=, B=90MHz;, y represente el coeficiente de ruido de cada dispositivo, que son 4, 1,3, 1,3 y 2 respectivamente; , B2, B3, B4 y G1, G2, G3m y G4m representan respectivamente el ancho de banda y la ganancia de cada dispositivo. Los valores específicos se muestran en la Figura 2-1.
Se puede deducir además de esto que el valor efectivo y el valor pico a pico del ruido del sistema son:
=0,054 V (Fórmula 2-13)
Un pico- to-peak==0.153V (Fórmula 2-14)
Del análisis anterior, se puede ver que este circuito puede cumplir con los requisitos de índice de ruido de la pregunta.
5. Capacitancia de acoplamiento entre amplificadores operacionales
La impedancia de entrada del AD603 es 100. Para garantizar que pasen las señales superiores a 9 KHz, se establece la frecuencia de corte del filtro de paso alto. a 8KHz.
A partir de esto, el tamaño del capacitor que se debe agregar entre los dos AD603 es:
C2====199nF (Ecuación 2-15)
Seleccione el valor nominal C2=330 nF.
El valor de capacitancia agregado entre buf634 y AD603 es:
C1==== 99nF (Ecuación 2-16)
Para dejar un cierto For margen, tome el valor nominal C1=220 nF
De manera similar, la capacitancia entre AD603 y AD844 es: C3=220 nF
3 Diseño y realización del circuito unitario.
Después de analizar exhaustivamente los requisitos básicos y parciales de este tema, el objetivo general del diseño que determinamos es completar todas las funciones e indicadores del tema. El diseño del circuito de cada unidad es el siguiente:
1. Circuito buffer de entrada
Para lograr una impedancia de entrada de 1K y un ancho de banda de 8KHz~10MHz, el BUF634 de BB Company es el siguiente. utilizado para completarla. La ganancia de esta etapa es 0dB. El diagrama de circuito específico es el siguiente:
Figura 3-1 Diagrama de circuito de la etapa de buffer de entrada
Teniendo en cuenta los requisitos del ancho de banda de banda de paso y reduciendo el ruido de entrada de la etapa de buffer, BUF634 utiliza un formulario de conexión de circuito de ancho de banda de 30MHz. BUF634 tiene una alta impedancia de entrada Para reducir el ruido y la interferencia introducidos por el sistema y cumplir con que la impedancia de entrada sea mayor que 1, se conecta una resistencia en paralelo a tierra en el extremo de entrada de BUF634.
El extremo de salida del BUF634 está conectado en serie con una resistencia de 100Ω, que junto con la impedancia de entrada (100Ω) de la etapa posterior AD603 forma un atenuador con un factor de atenuación de 0,5 para asegurar un amplio rango de la señal de entrada.
2. Circuito amplificador principal
Este circuito se puede completar con el AD603 de ADI. En el modo de funcionamiento de banda ancha del AD603, el rango de control de ganancia es de -11 dB a +31 dB y el voltaje de control tiene una relación lineal con la ganancia en dB. Se puede utilizar una cascada de dos etapas para lograr el objetivo de diseño. La densidad espectral de ruido del AD603 es de solo 1,3, lo que puede cumplir con los requisitos de diseño de bajo ruido.
Figura 3-2 Circuito amplificador principal
El circuito específico se muestra en la Figura 2-2 anterior y la ganancia de cada etapa es
(Fórmula 3 -1)
Entre ellos, se encuentra el voltaje de control de ganancia del AD603, unidad de voltio, rango -0,50 V ~ 0,50 V. Por lo tanto, el rango de ganancia controlable del AD603 de dos etapas es de -22 dB ~ 62 dB, lo que puede garantizar que este circuito tenga un rango preestablecido de ganancia grande y un rango de control AGC.
3． Circuito amplificador de etapa de salida
Esta etapa se completa utilizando el circuito amplificador AD844. AD844 tiene una velocidad de respuesta de hasta 2000 V/us y una fuerte capacidad de carga. La resistencia de salida de bucle abierto es 15. Cuando la fuente de alimentación. es ±15V y la carga Cuando la resistencia es 600Ω, el valor efectivo del voltaje de salida puede alcanzar 8,40V. El ancho de banda de potencia total del AD844 es de 20MHz, lo que cumple con los requisitos de ancho de banda del amplificador. El circuito se muestra en la Figura 2-3.
Figura 3-3 Circuito de la etapa de salida
Dado que el voltaje de salida máximo del amplificador principal AD603 es de 2,5 V, la impedancia de salida del AD844 es de aproximadamente 15, para garantizar la salida de 8,5 V en una carga resistiva de 600, entonces la ganancia diseñada de esta etapa es al menos:
(Ecuación 3-2)
Después de la depuración, la ganancia medida es 7,67 veces , es decir, 17,7dB.
4． El circuito de control de ganancia
se implementa utilizando AD7528. El diagrama del circuito se muestra en la Figura 3-4.
Figura 3-4 Circuito de control de ganancia
Circuito de medición del valor efectivo
Este circuito consta de detección de pico (división de voltaje de resistencia durante la salida) y conversión A/D. circuito realizar. El circuito específico se muestra en la Figura 3-5.
Figura 3-5
En la Figura 3-5, la función de R1 es convertir el rango de voltaje de salida del circuito detector al rango de voltaje de entrada A/D 0~5.0 v. Después de la depuración, finalmente se determinó que la relación entre el valor efectivo del voltaje de salida y el valor A/D es:
U efectivo=KAD×34.1+300 (en la fórmula, la unidad de U efectivo es mV) (Fórmula 3-3)
El circuito de detección adopta la forma más común de detección de picos y la constante de tiempo de detección se diseña en función de la frecuencia baja () de la banda de paso. El período correspondiente es 0,11 ms, por lo que la constante de tiempo de detección es 1 ms. Los parámetros del dispositivo específico son: R1=100K, C1=10nF
Circuito
Figura 3-5 Diagrama del circuito de detección de envolvente de pico
Resultados de la simulación Multisim
Figura 3-6
Si se utiliza el diagrama de circuito que se muestra en la Figura 3-7, el problema de medir voltaje de pequeña amplitud se puede resolver, pero la depuración de este circuito es problemática. por eso no se usa.
Figura 3-7 Un circuito de detección que puede medir voltaje de pequeña amplitud
6. MCU y sistema de teclado de pantalla
El microcontrolador utiliza AT89C55 y el control del teclado utiliza un chip especial ZLG7289A, lo que hace que el procesamiento y control de las teclas sea sencillo y fácil de controlar. La medición del valor efectivo de la salida, el control de la ganancia y la realización del control automático de ganancia pueden implementarse mediante algoritmos de software específicos. Se utiliza un módulo LCD gráfico de 128*64 como interfaz de visualización.
Para que el amplificador sea más práctico, también utilizamos PCF8583 para ampliar la función de protección de apagado del sistema, que puede mantener el valor de ganancia preestablecido durante mucho tiempo.
7. Sección de fuente de alimentación
La fuente de alimentación proporciona cinco salidas de +5V/1A, 5V/0,5A y 15V/0,5A para garantizar el funcionamiento normal del sistema.
Cálculo de parámetros
A) Cuando se genera un voltaje de 5 V, la corriente de salida es de al menos 1,5 A y el voltaje de salida del transformador es de 9,5 V.
El cambio de voltaje de la etapa de entrada del dispositivo estabilizador de voltaje dentro de 0,01 s es:
=4,06 V (Fórmula 3-4)
En la fórmula, U = 9,5 V es el valor de voltaje de salida de CA del transformador y Ud = 2,3 es la caída mínima de voltaje del tubo de LM323K. 1,4 V es la caída de voltaje del diodo.
El condensador de filtro C es:
En la fórmula, ΔUIP-P es el valor pico a pico del voltaje de ondulación en el extremo de entrada del regulador de voltaje
p>
T es el tiempo de descarga del capacitor;
IC es la corriente de descarga del capacitor y se puede tomar Ic=I0.
Tome el valor del rango estándar C=4700uf
B) Cuando se genera un voltaje de +15 V, la corriente de salida es de al menos 0,5 A y el voltaje de salida del transformador es de 23,8 V.
El cambio de voltaje de la etapa de entrada del dispositivo estabilizador de voltaje dentro de 0,01 s es:
=13,7 V (Fórmula 3-5)
El condensador de filtro C es :
p>
Para reducir aún más la ondulación, tome C=3300uf
C) Cuando se genera un voltaje de -15 V, la corriente de salida es de al menos 0,5 A. , y el voltaje de salida del transformador es -23,8V.
El método de cálculo es el mismo que +15V, determine el capacitor del filtro como
C=3300 uf (Fórmula 3-7)
Diagrama del circuito
Figura 3-8 Circuito de fuente de alimentación
8. Desacoplamiento y reducción de ruido
(1) El acoplamiento capacitivo se utiliza cuando los amplificadores están en cascada y el valor de capacitancia es determinado en base a la frecuencia límite inferior de la banda de paso.
(2) Todas las líneas de alimentación del amplificador operacional y las líneas de señal digital en la placa del amplificador se filtran con perlas magnéticas y condensadores. Las perlas magnéticas pueden filtrar fallas de alta frecuencia en la corriente y los capacitores pueden filtrar interferencias de baja frecuencia. Juntos, pueden filtrar mejor las diafonías en el circuito. Su forma de circuito se muestra en la Figura 3-9. Instálelo lo más cerca posible de la fuente de alimentación del IC y de tierra.
(3) Al transmitir señales analógicas entre dos placas de soldadura, utilice el mismo eje que en la Figura 3-9
para igualar la impedancia de transmisión y reducir el impacto de las ondas electromagnéticas espaciales en la circuito.
(4) Las fuentes de alimentación de la parte del circuito digital y la parte del circuito analógico están estrictamente separadas y, al mismo tiempo, la tierra digital y la tierra de la fuente de alimentación analógica están conectadas en un punto.
(5) Se conecta una pequeña resistencia en paralelo al extremo de entrada de BUF634 y al extremo de salida de AD844 para mejorar la capacidad antiinterferente del sistema y hacerlo más estable.
Cuatro: Diseño del software del sistema y análisis de algoritmos de control
1. Función y estructura del software
Este software del sistema adopta un método de programación estructurado y los módulos funcionales son independientes, incluida la inicialización del sistema, el módulo de amplificación controlado por programa, el módulo de control automático de ganancia, el valor efectivo de voltaje medido, el módulo de procesamiento de botones y módulo de visualización. El diagrama de flujo principal del software se muestra en la Figura 4-1 a continuación.
Figura 4-1 Diagrama de flujo del programa principal Figura 4-2 Diagrama de flujo de control automático de ganancia
2. Diseño del algoritmo del módulo funcional
(1) Módulo de medición del valor efectivo Este módulo utiliza el método de detección de pico para medir el valor efectivo del voltaje. Al recolectar el valor máximo, se adopta el método de muestreo 10 veces y filtrado promedio para reducir el error y hacer que la medición sea más precisa. El valor efectivo del voltaje medido tiene una correspondencia lineal con el valor A/D. Mida varios conjuntos de datos y luego calcule el valor efectivo según la Ecuación 3-3.
(2) Módulo de ganancia controlado por programa La palabra de control de ganancia está determinada por la Ecuación 2-5. Para proteger el sistema, el software limita el rango de ganancia establecido. Cuando excede 0~60 dB, se considera una entrada no válida y se muestra el mensaje correspondiente.
(3) Cuando el módulo de control automático de ganancia (AGC) realiza la función AGC, la señal de salida se envía al microcontrolador mediante conversión A/D después de la detección y luego se compara con los valores máximo y mínimo. del rango de voltaje de salida del AGC. A modo de comparación, la ganancia del amplificador programable cambia de acuerdo con la relación entre los tres. Se necesitan aproximadamente 60 us cada vez que el microcontrolador lee el valor A/D y calcula el voltaje de control de salida. En este diseño, el control de ganancia del software es de aproximadamente 100 ciclos de ejecución. Por lo tanto, la constante de tiempo del software AGC es de aproximadamente 6 ms. La configuración del software de acuerdo con los diferentes requisitos puede realizar fácilmente un AGC con constante de tiempo variable. El proceso se muestra en la Figura 4-2.
(3) Módulo de procesamiento de botones Las funciones de los botones de este sistema incluyen la ganancia de nueve niveles (teclas numéricas 1 a 9) seleccionada para los requisitos de diseño, cualquier ganancia (10 dB a 60 dB) preestablecida, función AGC, Visualización de fecha y hora y ajustes preestablecidos. El ajuste preestablecido de ganancia limita el rango de datos de entrada. Cuando los datos de entrada exceden el rango, se muestra el mensaje de error correspondiente.
(4) El módulo de visualización utiliza un módulo LCD gráfico de 128*64 para mostrar el valor de ganancia preestablecido y el valor efectivo del voltaje de salida, lo cual es intuitivo. De forma predeterminada, los caracteres de visualización inversa se utilizan para indicar operaciones en curso y la interfaz es amigable.
(5) Función de protección de apagado El chip de reloj de calendario en tiempo real PCF8583 se utiliza para mostrar la hora y fecha actuales, y también se puede preestablecer. También utiliza su RAM interna de bajo voltaje para realizar la función. Función de protección de apagado.
Cinco: Prueba del sistema
Condiciones de prueba
Temperatura ambiente 25 ℃, frecuencia de alimentación Fuente de alimentación de CA de 220 V
Instrumento de prueba
Multímetro digital Shengli Instrument DT890
Generador de señal Agilent 33120A 15MHZ
Osciloscopio digital Tektronix TDS 210 60MHZ
Plan de pruebas, resultados y análisis de resultados p>
Prueba de impedancia de entrada
Figura 5-1 Prueba de impedancia Figura 5-2 Prueba de característica de amplitud-frecuencia
Conecte como se muestra en la Figura 5-1, use un osciloscopio para medir V y Vi Entonces la resistencia de entrada es:
= (Fórmula 5-1)
Tabla 5-1 (R=1.2KΩ)
f(Hz) 5K 10K 20K 80K 500K 1M 2M 4M 6M 8M
V(mV) 468 424 420 420 424 420 420 408 400 392
Vi(mV) 170 148 172 172 168 172 152 156 148 128
Ri(K) 1,14 1,07 1,39 1,39 1,31 1,39 1,13 1,24 1,17 0,97
Análisis de resultados: después de la medición, la impedancia de entrada es 1K en el rango de 5 KHz a 6 MHz, que cumple y supera los requisitos de diseño.
Prueba de característica de amplitud-frecuencia
La conexión del circuito de prueba es como se muestra en la Figura 5-3-2. Cambie diferentes frecuencias, pruebe los voltajes de entrada y salida respectivamente, calcule la ganancia de acuerdo. a la siguiente fórmula y obtenga la característica de amplitud-frecuencia.
, G=20lg AV (Fórmula 5-2)
Tabla 5-2
f (Hz) 7K 10K 20K 500K 2M 5M 6M 12M p>
2,00 2,00 2,00 2,00 1,92 1,96 1,88 1,64
13,0 15,0 17,2 19,2 18,2 18,0 17,6 10,8
6,50 7,50 8,60 9,60 9,50 9,1 8 9,36 6,59
G (dB) 16,3 17,5 18,7 19,6 19,6 19,3 19,4 16,4
Conclusión: Como se puede ver en la tabla anterior, el ancho de banda de 3 dB de este amplificador es de 7 KHz ~ 12 MHz y la ganancia fluctúa 1 dB en la banda de frecuencia de 20 KHz ~ 6 MHz, que cumple con los requisitos de Superó los requisitos de la pregunta.
Ganancia máxima G max=, el método de conexión del circuito es el mismo que el de la figura (5-2)
Tabla 5-3
F 10K 50K 500K 6M
Vop-p (V) 17,0 19,8 20,0 21,6
Vip-p (mV) 20 20 20 20
Gm (dB) 50,6 52,0 60,0 52,7
El análisis de los resultados muestra que la ganancia máxima de este amplificador cumple con el requisito de 58 dB de la parte de reproducción y alcanza los 60 dB.
El circuito de prueba de paso de ganancia se muestra en la siguiente figura:
Figura 5-3 Prueba de paso de ganancia
Prueba de paso de 6 dB
GAsuponer (dB) 10 16 22 28 34 40 52 46 58
Vi (mV) 50 50 50 50 20 20 20 20 20
V0 (V) 0,161 0,364 0,632 1,240 1,030 1.900 7.440 4.080 16.200
V0/Vi 3.22 7.28 12.64 24.80 51.50 95.00 372.0 204.0 810.0
Prueba G 10.2 17.2 22.0 27.9 34 .2 6 51,4 46,2 58,2
| -G Let | 0,2 1,2 0,0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,2 0,2
Tabla 5-4 f=500kHz
Conclusión: Como se puede ver en la tabla anterior, la ganancia probada en Paso de 6 dB La diferencia máxima con respecto a la ganancia preestablecida es de 1,2 dB, lo que cumple con los requisitos de la parte de rendimiento.
Tabla de prueba de pasos de 2 dB
Tabla 5-5 f=500kHz
G (dB) 42 44 46 48 50 52 54 56
Vi (mV) 20 20 20 20 20 20 20
V0 (V) 2,61 3,03 4,04 5,14 5,97 8,15 9,91 13,12
V0/Vi 130,5 151,5 202,0 257,0 298,5 .4 495,5 660,7
Prueba G 42,3 43,6 46,1 48,2 49,5 52,2 53,9 56,3
| Como se puede ver en la tabla anterior, la diferencia máxima entre la ganancia probada y la ganancia preestablecida cuando la ganancia preestablecida Los pasos de 2 dB son 0,5 dB, lo que cumple con los requisitos de la parte de rendimiento.
Prueba de visualización del valor efectivo de salida
Cambie la amplitud de la señal de entrada, observe el valor de visualización del osciloscopio y el valor de visualización de cristal líquido en diferentes voltajes de salida, compare y calcule el error. Los resultados de la prueba son los siguientes:
Tabla 5-6 f=1MHz G=20dB
Vi(mV) 5 25 50 100 200 300 400 500 560 580 600
Vo LCD (V) 0,30 0,30 0,37 0,89 1,90 2,96 3,93 4,92 5,71 5,78 5,78
(V) 0,05 0,25 0,50 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 5,60 5,80 6 .00
0.25 0,05 0,13 0,11 0,10 0,04 0,07 0,08 0,11 0,02 0,22
Conclusión de la prueba: como se puede ver en la tabla anterior, cuando el valor de voltaje efectivo mostrado por la prueba del microcontrolador está entre 0,5 V y 5,8 V, el error es pequeño. Fuera de este rango, debido a las limitaciones del A/D, la pantalla no se puede probar normalmente. (Discutido anteriormente)
Salida de valor efectivo máximo
Figura 5-4 Medición de salida de valor efectivo máximo
Establezca la ganancia G=40 dB y ajústela para maximizar la salida y sin distorsión.
Tabla 5-7
f (Hz) 50K 100K 1M 2M 5M 6M
(V) 9,10 9,00 8,54 7,50 7,79 7,16
Conclusión: Cuando la señal de salida no está distorsionada, el valor efectivo del voltaje máximo de salida en la banda de paso es mayor a 6.00V, lo que cumple y excede los requisitos básicos y funcionales del diseño.
(6) Medición del rendimiento de AGC
Cambie el circuito a la función AGC, aumente gradualmente la señal de entrada desde un valor más pequeño, observe la salida y descubra si la salida puede ser estable a 4,5 V ~ rango de señal de entrada entre 5,5 V.
Figura 5-5 Medición del rendimiento del AGC
Tabla 5-8 f= 500 kHz
Vi (mV) 50 100 500 800 1000 2000 5000 10000
Vo 4,89 4,86 5,22 5,17 5,25 5,00 5,23 5,30
Conclusión: Después de la prueba, cuando la amplitud de la señal de entrada cambia de 50 mV a 10 V, la salida puede ser estable entre 4,8 V y 5,3 V. Por lo tanto, el rango de ajuste del sistema de control AGC es y el valor efectivo del voltaje de salida es estable entre 4,8 V y 5,3 V, lo que cumple con los requisitos de la parte de rendimiento de diseño.
(7) Prueba de ruido de salida
Figura 5-6 Prueba de ruido de salida
Análisis de resultados: después de la prueba, cuando la ganancia es de 58 dB, el voltaje de ruido de salida El valor pico a pico es de 300 mV, que cumple con los requisitos de la pregunta.
(8) Prueba de función 'Otra'
A: Función automática de sincronización y ajuste de hora
Puede mostrar año, mes, día, hora, minutos y segundos información de tiempo.
B: Función de protección de apagado
Pruebe bajo la premisa de que la función controlada por el programa anterior esté completa y observe si el valor de ganancia inicial cambia antes y después de que se encienda el sistema. apagado. Los resultados de la prueba son los siguientes: Tabla 5-9
Antes del corte de energía (dB) 10 28 40
Después del reinicio (dB) 10 28 40
Conclusión : Sí Las funciones de sincronización y ajuste de tiempo, y la función de protección de apagado son normales.
C. Aviso de límite de salida
Configuramos el rango de ganancia del amplificador en 8 dB ~ 60 dB. Cuando la ganancia establecida excede este rango, la pantalla LCD mostrará el mensaje "Input Over". " . Después de la prueba, esta función está completamente implementada.
(9) Prueba de fuente de alimentación
Las cargas de los tres canales son todas de 1K y el voltaje se mide con un osciloscopio.
Figura 5-7 Prueba de voltaje de salida de la fuente de alimentación
Tabla 5-10
+5V +15V -15V
Voltaje de salida ( V ) 4,97 14,87 -14,87
Cuando el voltaje de salida cae al 95%, la corriente es la corriente de salida máxima.
Figura 5-8 Prueba de corriente máxima de la fuente de alimentación
Tabla 5-11
+5V +15V -15V
Corriente máxima ( A ) 1,50 0,56 0,67
Agregue una carga de 500 a las tres fuentes de alimentación al mismo tiempo y use un osciloscopio para medir la ondulación.
Figura 5-9 Prueba de ondulación de la fuente de alimentación estabilizada
Tabla 5-12
+5V +15V -15V
Voltaje de ondulación ( mV) 12 15 18
Análisis de resultados: Todos los parámetros de la fuente de alimentación cumplen con los requisitos de diseño.
Seis: Conclusión general
Basado en los resultados de las pruebas de las partes anteriores: este diseño completó con éxito los requisitos de la parte básica de la pregunta y también completó mejor los requisitos de la La parte de rendimiento de la pregunta y se han ampliado funciones como el almacenamiento de apagado y la limitación de entrada. El diseño del reductor de la etapa delantera y del refuerzo de la etapa trasera no solo amplía el rango del AGC, sino que también aumenta la amplitud del voltaje de salida. La aplicación integral de varias medidas de desacoplamiento y reducción de ruido garantiza que el amplificador funcione de manera estable y reduzca el ruido. Si la ganancia de salida se puede medir y corregir más o se pueden utilizar dispositivos con mejor rendimiento, los indicadores se pueden mejorar aún más.
Siete. Apéndice:
Referencias
(1) "Diseño, experimentos y pruebas de circuitos electrónicos" editado por Xie Zimei y publicado por Huazhong University of Science and Technology Press
(2) "Nº de obras seleccionadas del Cuarto Concurso Nacional de Diseño Electrónico" Compilado por el Comité Organizador del Tercer Concurso Nacional de Diseño Electrónico y publicado por Beijing Institute of Technology Press
(3) "Obras seleccionadas del Concurso Nacional de Diseño Electrónico para Estudiantes Universitarios 1994-1999 》
Compilado por el Comité Organizador del Concurso Nacional de Diseño Electrónico para Estudiantes Universitarios, Prensa del Instituto de Tecnología de Beijing
(4) "MCS-51 Series Microcontroller Application System Design" editado por He Limin, publicado por la Editorial de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing
(5) "Electronic Measurement" editado por Liu Guolin, Yin Guanxi y otros y publicado por Machinery Industry Press
(6) "Un circuito de control automático de ganancia con excelente rendimiento" Zhang Shue, Yang Zaiwang, Universidad de Energía Eléctrica Li Wentian del Norte de China
2. Diagrama de circuito completo de todo el sistema<. /p>
(1) Circuito de implementación de la función principal
(2) Placa base mínima
(3)Parte de la fuente de alimentación
3. Información importante del chip
Características del dispositivo:
·Control de ganancia "Lineal en dB"
·Rangos de ganancia programables por pines -11dB a +31dB con 90MHz
·1.3 densidad espectral del ruido de entrada
·Control de ganancia lineal (en dB);
·1.3 densidad espectral del ruido de entrada;
· 275 de salida velocidad de respuesta de la señal;
·El ancho de banda de 90 MHz puede alcanzar un rango de variación de ganancia de -11 dB a +31 dB;
·0,5 dB de precisión típica del control de ganancia;
·El ancho de banda es independiente de la ganancia variable.
Características del BUF634:
·ALTA CORRIENTE DE SALIDA: 250 mA
·VELOCIDAD DE VELOCIDAD: 2000 V/?s
·ANCHO DE BANDA SELECCIONADO POR PIN :
30MHz a 180MHz
·AMPLIO RANGO DE SUMINISTRO: ?2.25 a ?18V
Características del AD 844:
·Amplio ancho de banda: 60 MHz con una ganancia de –1
·Ancho de banda amplio: 33 MHz con una ganancia de –10
·Velocidad de giro de salida muy alta: hasta 2000 V/_s
·Ancho de banda de potencia total de 20 MHz, 20 V p-p, RL = 500 _
·Ajuste rápido: 100 ns a 0,1% (paso de 10 V)
·Error de ganancia diferencial: 0,03% a 4,4 MHz
·Error de fase diferencial: 0,158 a 4,4 MHz
·Accionamiento de salida alta: 650 mA en carga de 50 _
·Bajo voltaje de compensación : 150 mV máx. (grado B)
·Baja corriente de reposo: 6,5 mA
·Disponible en cinta y carrete de acuerdo con
·Estándar EIA-481A