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基于MSP430F449单片机宽带直流放大器的设计

基于MSP430F449单片机宽带直流放大器的设计

点击数:7388 次   录入时间:03-04 11:45:20   整理:http://www.55dianzi.com   STC单片机(

  其中A(w)为开环增益,是随频率增加而减小的函数;Rf为反馈电阻,Rg为接在反相输入端到地的增益电阻。当(1+Rf/Rg)/A(w)=1时,  频率为-3dB频率f3db,闭环增益l+(Rf/Rg)越大,f3db越小。
  
  对电流型反馈型运放,带宽增益积并不为常数。
  
  其频率f3db由反馈电阻Rf决定,即电流反馈型运放的频率特性几乎不受闭环增益的影响。
  
  本系统设计最大电压增益≥60dB,通频带最大达到10MHz,由于电压增益和通频带都很大,则要求的带宽增益积就更大。实际不可能会具有这么大的带宽增益积的运放,因此应该设计为多级放大。
  
  每一级放大设计时,若选用电流型运放,首先要选取合适的Rf,再根据放大倍数的设计选取Rg;若选用电压反馈型运放,则在放大倍数(即闭环增益)确定时,要考虑其带宽增益积足够大。整个系统的设计中,要根据通频带(5MHz或10MHz)和放大倍数来考虑整个放大系统的增益带宽积。
  
  2.通频带内增益起伏控制
  
  由于各器件的幅频特性以及滤波器的幅频特性不平坦等多种因素,系统通频带内增益会出现起伏。
  
  如AD603的频率响应特性有一个增益尖峰,调节AD603的5脚和7脚间的电阻可以使增益变化范围进行平移。该电阻选取合适时,将增益尖峰调节在10MHz之后,在10MHz通频带以内,保证AD603构成的前级放大电路输出信号幅度平坦。后级程控放大和功率放大,选取各参数指标(如增益带宽积摆率、失调电流、失调电压、温度系数等)满足本系统设计要求的运放,使信号调理时在10MI_z以内幅频特性平坦。再通过无源椭圆滤波器实现题目要求的5MHz和1 0MHz的-3dB截止频率。
  
  椭圆函数滤波器在有限频带上既有零点又有极点,极零点在通带内产生等纹波,通频带内出现增益起伏。椭圆滤波器的通带波纹与反射系数p之间的关系为:将p减小,通带如波纹会减小。可根据通带Rdb=-101g(1-r平方)内的纹波特性,将AD603的控制电压通过软件作一拟合曲线,调整AD603的控制电压进一步减小纹波带来的增益起伏。但这样需要对信号进行测频才能得到对应频点上的调整控制电压,会同时增加硬件和软件的复杂性。因此,本系统将椭圆滤波器的通带纹波设计得尽量小,使满足通频带增益起伏≤1dB的题目要求。
  
  3.抑制直流零点漂移
  
  零点漂移是直流放大器直流工作点的渐进的慢变化。产生零点漂移的原因很多,电路中任何元器件参数的变化,供电电源的波动,都会造成输出电压的漂移,但主要因素还是温度的影响。零漂是一种不规则的缓慢变化,增益越大,放大级数越多,在输出端出现的零漂现象越严重,因此主要考虑放大电路第一级零漂的抑制。
  
  前级放大器AD603后面接入一级放大器作为调零放大器,将本直流放大器输入短路,以O.1dB步进控制AD603的增益,不断采样AD603的输出直流偏置电压,并通过单片机控制D/A转换器在调零放大器的调零端加入对应的校正电压,使这个直流偏置电压驱动到零,从而很大程度上抑制了直流零点漂移。
  
  后级放大电路中,应尽量采用低温漂运算放大器,如后级采用了OPA690、OPA699、THS3001和THS3091,它们都具有较低的失调电流和失调电压,但属于高速运放,失调电压温漂系数不一定都很小,如末级功放采用的n4S3091其失调电压温漂为±10μ v/℃,因此在一些运放输入端采用了电位器调零措施,而且对功放还安装了小风扇进行散热来抑制温漂。
  
  4.放大器稳定性
  
  放大器要达到绝对稳定,放大器不仅不能同时接近自激振荡条件:△jt=180°和20lg T(绝对值)=0dB而且要留有适当的富裕量。富裕量越大,放大器愈不易产生自激振荡,但设计也就越困难,对放大器所使用的元器件的要求更严格。
  
  不良接地和不充分的供电电源滤波、大容量容性负载、输入杂散电容的影响、前沿校正(补偿)和高频噪声都对运算放大器的稳定性有影响。
  
  一些高速运放只有在增益大于5或更大时才会稳定。
  
  本系统具有较好的稳定性。通过电源旁路电路增加电路的稳定性,许多电源和地之间使用10 μ F的钽电容再并联一个O.1 μ F的陶瓷电容。每一级输出端增加了一个串联电阻,减小负载容性影响。可在反馈电阻上并接一个反馈电容,构成超前相位补偿来补偿输入杂散电容的影响。
  
  同时本系统的椭圆滤波器抑制了高频噪声,也加强了放大器的稳定性。

 



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