自动增益控制AGC放大器Word文档下载推荐.docx
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理论低端,精度不够,没有创新,通用性不好。
方案二:
采用AD603和单片机结合,通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量,与理论输出电压值进行比较,得到差值转换为控制电压,通过DA转化,对程控增益放大器AD603的放大倍数惊醒调整,从而实现输出电压的恒定。
该方案控制精确,自动控制速度快,系统可移植性强,功能改变和增加容易,对后期改善和提升电路性能有益。
需要软硬件配合,系统稍复杂。
通过对两个方案的综合对比,我们选用方案二。
1.2控制模块
采用MCS-51。
Intel公司的MCS-51的发展已经有比较长的时间,以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统,为单片机的发展奠定了良好的基础,应用比较广泛,各种技术都比较成熟。
MCS-51优点是控制简单,二缺点也明显因为资源有限,功能实现有困难,而且需要大量外扩单元。
采用TI公司的MSP430。
MSP430是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机,基于闪存的产品系列,具有最低工作功耗,在1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达25MIPS。
包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。
由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。
MSP430的优点是资源丰富,操作语言灵活,但对编程的要求有所提高。
所以综合考虑,我们采用MAP430作为我们的主控制器。
1.3电压增益调整模块
AD603由5脚和7脚的连接方式不同而有三种:
5脚和7脚短接,增益为-10dB~30dB,带宽为90MHz;
5脚和7脚间接一个2,5k电阻,,再经5.6pF电容接地,该方案增益为0dB~40dB,带宽为30MHz;
方案三:
5脚接18pF电容到地,该方案增益为10dB~50dB,带宽为9MHz;
综合考虑课题要求,增益在约0dB~30dB之间,再考虑带宽所以采用方案一,芯片连接图如下图1所示。
1.4峰值检测模块
一个二极管和电容器组成最简单的峰值检测器,电路如图2所示,然而仅一个二极管和电容器组成的峰值检测器可以工作,但并不是很理想,对于1nF的电容器,100ms后达到稳定的峰值,误差达10%。
而且没有输入输出缓冲电路,在实际应用中,电容器中的电荷会被其他部分电路负载消耗,造成峰值检测器无法保持信号峰值电压。
分立二极管电容型。
其原理图如图3所示。
先将信号整流成半波,然后通过对电容的充电得到输入信号峰值。
将场效应管当二极管用,可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力。
该方案性能优良,检测相对准确。
制作稍复杂,带宽不够宽,并且随检测幅值不同,带宽也会有所改变。
综合对比上述方案,我们选用方案二。
2、理论分析及计算
2.1增益积计算
设计目标输出电压变化范围1~3V,而输入信号为100mV~1V,我们选定输出幅度为2V,即Av在2~20倍,根据程控增益调节放大器的连接方式可知,增益的计算公式为G=(40Vg+10)dB,带宽90MHz。
所以将AD采集得到的输出电压Vout,与预置电压进行比较,调整Vg大小,来改变增益,从而实现输出幅值稳定在某一个数值。
2.2后级缓冲及稳幅
因为要用到单片机内部的AD采样功能,所以一定要保证单片机的安全,在通过峰值检测电路的检测之后,把检测到的峰值经过一个后级缓冲电路再接一个3V稳压管之后送给单片机,既保证单片机端口的安全,同时把电路与单片机隔离。
2.3前级缓冲
因为AD603输入阻抗只有100Ω,考虑到信号源的输出阻抗是50Ω,所以在信号输入之前加了一个前级缓冲电路,以增加输入阻抗,提高电路对信号的索取能力。
3、系统总体设计
3.1系统整体设计框图
系统整体框图如下图4所示。
3.2硬件原理图
系统硬件部分设计原理图如图5所示。
3.3软件流程图
系统软件流程图如图6所示,开发板系统初始化后,预置输出一个控制电压,然后启动AD转化,采样得到输出信号,然后与标准电压比较,修改增益控制电压,稳定输出电压。
4、系统测试及数据分析
4.1测试仪器
(1)直流稳压源:
YB1732A3A
(2)数字存储示波器:
SIGLENTSDS1102CFL100MHZ2GSa/s
(3)数字万用表:
UNI-TUT802
(4)信号发生器:
F120型1Uhz~20MHZ
4.2测试方案及数据分析
测试方案:
(1)稳幅测试:
输入频率10KHZ,峰值为100mV的正弦波信号。
测试输出信号,通过示波器读取输出信号峰值,然后改变输入信号峰值,测量输出信号的峰值变化,计算相对误差。
测试数据如表1所示。
输入信号(mV)
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
输出信号(V)
1.62
1.64
输入信号(V)
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
1.68
1.66
表1稳幅测试
测试数据分析:
(测试数据分析:
系统基本可以按照预置输出电压稳定输出,我们输出信号稳定电压为1.62。
(2)频率响应:
输入峰值分别为为100mV和1V的正弦波信号,将信号频率从10Hz调整到输出信号不是真即500KHz为止,测试数据如表2表3所示。
对应的频率响应特性图像如图7和图8所示。
输入信号频率(KHZ)
0.01
0.05
0.1
1
5
10
15
20
30
2.0
1.60
40
50
1.72
1.80
1.88
1.96
2.00
表2100mV频率响应
放
表31V频率响应
1.76
50
1.92
可以通过表2和表3看出,当输入信号为100mV时,在频率很低10Hz时,频率响应很差,从50Hz直到100KHz时,信号输出幅值都很稳定。
当输入幅值为1V时,10Hz响应依然不好,直到50Hz直到30KHz,输出很稳定,在30Hz到100Hz时,输出幅值略有增加,但依然可以稳定。
(3)增益控制特性曲线输入信号为10KHz,峰值为500mV时,改变Vc的值,测量相对应的放大倍数。
控制电压Vc(mV)
-0.6308
-0.5309
-0.4309
-0.3309
-0.2309
-0.1309
-0.0309
-0.0691
放大倍数Av
0.34
0.356
0.528
0.7
1.2
1.82
2.82
4.56
通过用软件画增益控制特性曲线,可以看出,放大倍数Av和增益控制电压Vc为指数关系,随着Vc的增加Av以指数形式增加。
4.3误差分析
误差可由多种因素导致:
由峰值检测电路产生,由于峰值检测电路在不同频率,不同幅值输入信号时,测量存在误差,AD采集到的峰值就会存在误差。
造成输出信号与预置输出电压存在误差。
由稳压管产生误差,为保证单片机端口安全,在信号输入前,我们加了一个3V稳压管,它会对AD测量也会产生一定影响。
电压源不稳定,由于AD603电压控制端2端口,基准电压为电阻分电源电压得到,而电源电压存在一定的波动,导致增益控制电压Vc会有一定的波动,这个微小的波动对信号增益造成误差。
受器件影响,我们采用的是普通集成运放芯片TL072,这款芯片的通频带只有3MHz左右,也会影响系统的频率响应。
5、设计总结
系统能够满足题目基本要求:
(1)输出信号可以在输入信号改变时,而不改变稳定输出。
(2)测得100mV输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为50KHz。
(3)测得1V输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为40KHz。
(4)测得的增益控制电压Vc和放大倍数Av绘制的增益控制特性曲线可以得出,Av和Vc成指数关系,跟AD603数据手册给出的计算增益的公式基本吻合。
本设计基本完成了题目要求,实现了的增益自动控制,由于受到器件和部分电路本分影响,频率响应略低,可以使用高速更优性能的芯片,提高峰值检测的精度,或在软件部分给予补偿误差。
6、参考文献
[1]康华光.电子技术基础模拟部分[R].北京:
高等教育出版社,2006.1
[2]康华光.电子技术基础模拟部分[R].北京:
[3]李先允,姜宁秋.电力电子技术[R].北京:
中国电力出版社,2006