专利名称：一种宽带直流放大装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于信号处理领域，特别涉及一种宽带直流放大装置。
背景技术：
在现代电子设备、通讯设备和科研生产中常需要利用放大电路将微弱信号进行提取、放大，只有将信号放大到一定程度才能满足后级设备的要求，同时很多设备还要求具有一定输出功率，才能驱动后级设备或使通信的发射端将信号有效传输到接收端。目前，对模拟信号的放大主要采用大功率三级管、大功率场效应管(M0S管)、或集成运算放大器。对于三极管和场效应管电路，虽然可以提供较大的输出功率，但却需要手动设置其静态工作点， 且多级级联起来调试复杂，通频带不稳定，可重现性较差；对于集成运算放大器，其无需自己设置静态工作点且调试简单，外围电路搭建便捷，但是其输出的功率较小。近年来，为了解决现有放大器存在的不足，一些集成芯片公司推出了一些功率运算放大器，功率运算放大器可以对带直流的信号进行一定的放大，并可输出较大的功率，调试较三极管、场效应管简单，但却存在以下不足易损坏、频带窄、信噪比不理想、耗能多，且随着输出功率的增大，输出会有较大的直流偏置。也有人设计了宽带放大系统，宽带放大系统可实现大功率输出，且设置增益简便，但却其不能对直流进行放大。
发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种具有较高信噪比、较宽通频带、 较低能耗、能实现大功率输出、能自动修正直流偏置的宽带直流放大装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案一种宽带直流放大装置，包括前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器G)、连续可调电位器(5)、控制及显示系统(6)、椭圆滤波电路、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)和电源模块(11); 其中，前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)依次级联，连续可调电位器(5)、双通道数模转换器(4)通过单刀双掷开关(3)与前级放大电路(1)连接，双通道数模转换器(4)还与调零放大电路(2)连接，控制及显示系统(6)分别与调零放大器(2)、双通道数模转换器(4)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)相连，电源模块(11)分别给前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器G)、连续可调电位器(5)、控制及显示系统(6)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路 (10)提供电压。上述前级放大电路(1)为可变增益运算放大器AD603。上述调零放大电路(2)由电压反馈型运算放大器构成。上述双通道数模转换器(4)为TLV5638型号数模转换器。上述控制及显示系统(6)由MSP430F449型号单片机、显示器和键盘构成，其中，显
3示器和键盘均与MSP430F449型号单片机连接。上述椭圆滤波电路(7)包括(Γ5ΜΗζ的低通椭圆滤波器、(TlOMHz的低通椭圆滤波器及继电器。上述后级程控放大电路(8)由集成运算放大器0PA699构成。上述末级功率放大电路(9)由两个运算放大器THS3091并联构成。上述电源模块(11)包括电源变压器、桥式全波整流电路、用来滤除电源纹波的电容、低压差稳压器件稳压电路。与现有技术相比，本实用新型有以下的优点和有益效果1、本装置结构简单，使用方便，不易损坏，具有较高的信噪比、较宽的通频带和较低的能耗；2、使用本装置的使用者可根据需求设定工作增益、通频带，以实现对信号的高效放大；3、本装置能自动修正直流偏置，降低了信号放大的误差；4、本装置能实现信号的大功率输出。
[0020]图1是本实用新型的电路框架图；[0021]图2是实施例中前级放大电路、单刀双掷开关、连接可调电位器的电路原理图[0022]图3是实施例中调零放大电路的电路原理图；[0023]图4是实施例中(TlOMHz低通椭圆滤波电路的电路原理图；[0024]图5是实施例中(Γ5ΜΗζ低通椭圆滤波电路的电路原理图；[0025]图6是实施例中后级程控放大电路的电路原理图；[0026]图7是实施例中末级功率放大电路的电路原理图；[0027]图8是实施例中电源模块的电路原理图；[0028]图9是AD603的最大增益与其5、7引脚间外接电阻的关系。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。图1所示为本实用新型的电路框架图，本实用新型的宽带直流放大器包括前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器0)、连续可调电位器(5)、控制及显示系统(6)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路 (9)、负载接口电路(10)和电源模块(11);其中，前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)依次级联 ，连续可调电位器(5)、双通道数模转换器(4)通过单刀双掷开关(3)与前级放大电路(1) 连接，双通道数模转换器(4)还与调零放大电路(2)连接，控制及显示系统(6)分别与调零放大器(2 )、双通道数模转换器(4 )、椭圆滤波电路(7 )、后级程控放大电路(8 )相连，电源模块(11)分别给前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器 G)、连续可调电位器(5)、控制及显示系统(6)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、 末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)提供电压。[0031]控制及显示系统(6)是本装置的核心控制中心，其包括键盘、显示器和单片机，其中，单片机对系统进行控制；键盘和显示器是人机接口界面，用户可通过键盘设定系统参数，即系统增益、带通范围、增益设置模式等，并将设定好的参数在显示屏上显示出来。本实施例中的显示器为IXD显示器，单片机为低功耗的MSP430F449型号单片机。前级放大电路(1)能对输入信号进行前级放大，本实施例中的前级放大电路(1)采用低噪声、精密控制的可变增益运算放大器AD603作为增益控制核心器件， 并在其差分输入端(2、3引脚)设置继电器以辅助调零放大电路(2)调零，具体电路见附图2所示。AD603温度稳定性高，其增益与控制电压成线性关系，AD603的增益
β可表示为e=40xFe+ff0 ,增益单位为dB，其中，珥为40603的基本增益，饵的大小由 AD603的5、7引脚间的反馈电阻大小决定；&为AD603的引脚1、2间的电压差，引脚2接固
定电压，引脚1电压是可调的，前级放大电路(1)增益可通过调节引脚1电压来控制。前级放大电路(1)增益的调节可由用户通过控制及显示系统(6)的键盘输入要求的增益大小， 控制及显示系统(6)会根据用户输入、并通过双通道数模转换器(4)自动引脚1电压；也可通过连续可调电位器(5)进行手动调节，手动调节能实现增益的连续调节。对AD603而言，
若引脚5、7间接ΙΩ的反馈电阻~ ,则通过附图9可推算出AD603的基本增益辑约为
21. 58dB ；通过调节引脚2的电压可使引脚1、2间电压差&在_500mV +500mV范围内变化， 则AD603的程控调节范围为-20dB +20dB，则前级放大电路(1)增益在1. 58dB 41. 58dB范
围内可调。调零放大电路(2)能实现调零和放大的功能，其中，调零是指对前级放大电路(1) 输出的直流偏置电压进行校正，放大是指对输入信号进行固定放大。本实施例中，调零放大电路(2)采用电压反馈型运算放大器0PA690构成的加法电路，0PA690性能优良，其摆率为 ISOOV/us，单位增益带宽积为500MHz。上述加法电路由三路构成，一路接前级放大电路(1) 的输出，开机后，本装置会自动调零，控制及显示电路(6)控制可变增益运算放大器AD603 的2、3脚间的继电器闭合使得2、3引脚间短接，然后控制及显示系统(6)通过双通道数模转换器⑷输出调节电压加在0PA690输入端，从而实现对前级放大电路(1)的输出调零， 调零功能的实现是利用控制及显示系统(6)中的MSP430F449单片机内部的模数转换器，这样可以降低系统成本；一路接-5V的固定电压；一路接双通道数模转换器(4)输出的电压。单刀双掷开关(3)是用来选择前级放大电路(1)增益的设置模式数控模式和手动调节模式。单刀双掷开关(3)与双通道数模转换器(4)接通时，此时前级放大电路(1)增益的设置模式为数控模式，在该模式下，控制及显示系统(6)的单片机根据预先设置、通过双通道数模转换器(4)自动设置前级放大电路(1)增益，但增益控制不能达到连续调节；单刀双掷开关(3)与连续可调电位器(5)接通时，此时前级放大电路(1)增益的设置模式为手动调节模式，该模式下用户可通过调节连续可调电位器( 来设置前级放大电路(1)增益， 增益的控制可连续调节。双通道数模转换器(4)可同时输出两路信号，一路信号用来控制调零放大电路 (2 )对前级放大电路(1)进行调零，另一路信号用来控制前级放大电路(1)的增益。本实施例中双通道数模转换器(4)为TLV5638型号数模转换器。双通道数模转换器(4)的具体电路见附图3。[0036]椭圆滤波电路(7 )可对进入的信号进行二次谐波过滤和频带控制，本实施例中，椭圆滤波电路(7)由(Γ5ΜΗζ的低通椭圆滤波器、(TlOMHz的低通椭圆滤波器及继电器组成，继电器用来切换信号的通频带，用户可根据需要选择通频带为0飞MHz或(TlOMHz。上述椭圆滤波器的频段除了采用上述(Γ5ΜΗΖ、(Γ10ΜΗΖ频段外，也可以用其他频段的椭圆滤波器代替。椭圆滤波电路(7)的具体电路原理见附图4、5所示。后级程控放大电路(8)是对输入信号进行后级放大，其包括两部分，第一部分由运算放大器及继电器组成，构成增益为1和10两档，由继电器完成两档之间的切换；第二部分由电阻衰减网络和继电器组成，构成衰减为0. 1倍和0. 01倍的两衰减档，同样也是由继电器完成两档之间的切换。本实施例中的后级程控放大电路(8)采用集成运算放大器0ΡΑ699 来实现，具体电路见附图6。末级功率放大电路(9)能对输入信号进行固定增益放大和功率放大，本实施例中末级功率放大电路(9)采用两个电流反馈型运算放大器THS3091并联构成，能对输入信号 5倍固定放大，THS3091摆率高达7300V/US的，本系统中采用士 18V供电，最大输出电流为 250mA,采用两个THS3091并联，可以为系统提供高达0. 5A的输出电流。电源模块(11)可将市电变换为适合系统工作的电压，其核心部分包括电源变压器、桥式全波整流电路、用来滤除电源纹波的电容、低压差稳压器件稳压电路，其中，电源变压器由一个初级线圈和三个次级线圈构成，为低压差稳压器件稳压电路中的低压差稳压器件LT1963和LTl 175提供三个独立转换电压，LT1963、LT1175均为可变输出的稳压芯片， LT1963输出正电压，LT1175输出负电压，通过调节每一稳压芯片外围的两个取样电阻值的比例，灵活得到士 18V、士 15V和士5V输出，低压差稳压器件的使用提高了直流稳压电源的效率。电路请见附图8。上述实施例中，前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、后级程控放大电路(8)和末级功率放大电路(9)的共同作用使得系统最大增益达到90dB。采用上述实施例，可精确设置放大器的增益，并可根据需要选择0-5ΜΗζ、0-10ΜΗζ两种通频带，系统增益在0_90dB范围内连续可调，数字控制步进为0. IdB,输出信号未带直流时峰值可达28V,输出电流可达 0. 50A。 开启电源模块(11)，装置启动，控制及显示系统(6 )开始对前级放大电路(1)的输出采样，根据采样结果，控制及显示系统(6 )通过调零放大电路(2 )对前级放大电路(1)的直流偏置进行校正；校正完成后，用户根据需要通过控制及显示系统(6)的键盘设定系统增益、通频带、前级放大电路(1)增益设置模式；设定完成后，接入信号，信号通过前级放大电路(1)和调零放大电路(2)分别进行前级放大和固定放大，放大后的信号通过椭圆滤波电路(7)进行二次谐波过滤和频带控制，输出的信号通过后级程控放大电路(8)进行后级放大、通过末级功率放大电路(9)进行固定放大和功率放大，将最后所得的信号由负载接口电路(10)输出。
权利要求1.一种宽带直流放大装置，其特征在于，包括前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器0)、 连续可调电位器(5)、控制及显示系统(6)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)和电源模块(11); 其中，前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10)依次级联，连续可调电位器(5)、双通道数模转换器 (4)通过单刀双掷开关(3)与前级放大电路(1)连接，双通道数模转换器(4)还与调零放大电路(2)连接，控制及显示系统(6)分别与调零放大器(2)、双通道数模转换器(4)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)相连，电源模块(11)分别给前级放大电路(1)、调零放大电路(2)、单刀双掷开关(3)、双通道数模转换器G)、连续可调电位器(5)、控制及显示系统 (6)、椭圆滤波电路(7)、后级程控放大电路(8)、末级功率放大电路(9)、负载接口电路(10) 提供电压。
2.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于 所述前级放大电路(1)为可变增益运算放大器AD603。
3.根据权利要1或2所述的宽带直流放大装置，其特征在于 所述调零放大电路(2)由电压反馈型运算放大器构成。
4.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于 所述双通道数模转换器(4)为TLV5638型号数模转换器。
5.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于所述控制及显示系统(6)由MSP430F449型号单片机、显示器和键盘构成，其中，显示器和键盘均与MSP430F449型号单片机连接。
6.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于所述椭圆滤波电路(7)包括(Γ5ΜΗζ的低通椭圆滤波器、(TlOMHz的低通椭圆滤波器及继电器。
7.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于所述后级程控放大电路(8)由集成运算放大器0PA699构成。
8.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于所述末级功率放大电路(9)由两个运算放大器THS3091并联构成。
9.根据权利要1所述的宽带直流放大装置，其特征在于所述电源模块(11)包括电源变压器、桥式全波整流电路、用来滤除电源纹波的电容、低压差稳压器件稳压电路。
专利摘要本实用新型公开了一种宽带直流放大装置，包括前级放大电路、调零放大电路、单刀双掷开关、双通道数模转换器、连续可调电位器、控制及显示系统、椭圆滤波电路、后级程控放大电路、末级功率放大电路、负载接口电路和电源模块，其中，前级放大电路、调零放大电路、椭圆滤波电路、后级程控放大电路、末级功率放大电路、负载接口电路依次级联，连续可调电位器、双通道数模转换器通过单刀双掷开关与前级放大电路连接，双通道数模转换器还与调零放大电路连接，控制及显示系统分别与调零放大器、双通道数模转换器、椭圆滤波电路、后级程控放大电路相连，电源模块给整个装置供电。本装置信噪比较高，耗能低，能实现信号的大功率输出，且有较宽的通频带。
文档编号H03F3/68GK202043080SQ20112008491
公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者吴晓潭, 张雪滨, 陈小桥, 黄恩民 申请人:武汉大学