通信电子线路课程设计

1、目录1.设计要求12.方案设计12.1 课程分析及总体结构12.2方案论证23.单元电路设计、参数计算和器件选择23.1单元电路设计23.2系统调试73.3 器件选择84.电路的工作原理85.总结106.系统需要的元器件清单10参考文献11通信电子线路课程设计（报告）1.设计要求（1）设计输入阻抗1k；单端输入，单端输出；放大器负载电阻600。（2）设计3d通频带10kHz6MHz，在20kHz5MHz频带内增益起伏1dB。（3）设计最大增益40dB,增益调节范围10dB40dB（增益6级可调，步进 间 隔6d B，增益值与实测值误差的绝对值2dB），需显示预置值。（4）设计最大输出电压有效值

2、3V，数字显示输出正弦波电压值。（5）自制放大器所需的稳圧电源。2.方案设计2.1课题分析及总体结构增益及电压有效值显示 键盘放大器增益控制峰值检波单片机后级放大输出小信号前级放大图1 系统总体方框图本设计全部采用集成电路，具有硬件电路形式简单，调试容易，频带宽，增益高，AGC动态范围宽的特点，且增益可调，步进间隔小。本宽带放大器以可编程增益放大。器AD603为核心，由三级放大器组成，前级放大主要是提高输入阻抗，对小信号进行放大；中间级为可变增益放大器，主要作用是实现增益可调及AGC功能，增益控制和AGC功能都由单片机控制，可预置并显示增益值，增益可调范围10dB58dB，步进1dB，由单片机

3、自动调节放大倍数可实现AGC功能，使输出电压稳定在4.5V5.5V之间；后级放大进一步增加放大倍数，扩大输出电流，提升放大器的带负载能力，提高输出电压幅度。后级输出接峰值检波电路，检波电路输出由单片机采样并计算后，用液晶显示屏显示输出正弦波电压的有效值和峰峰值。由于宽带放大器普遍存在容易自激及输出噪声过大的缺点，本系统采用多种形式的屏蔽措施减少干扰，抑制噪声，以改善系统性能。2.2方案论证方案一：选用结电容小，fT 高的晶体管，采用多种补偿法，多级放大加深度负反馈，以及组合各种组态的放大电路形式，可以组成优质的宽带放大器，而且成本较低。但若要全部采用晶体管实现题目要求，有一定困难，首先高频晶体

4、管配对困难，不易购买；其次，理论计算往往与实际电路有一定差距，工作点不容易调整；而且，晶体管参数易受环境影响，影响系统总体性能。另外，晶体管电路增益调节较为复杂，不易实现题目要求的增益可调。方案二：使用专用的集成宽带放大器。如TITHS6022、NE592等集成电路。通过外接少数的元件就可以满足本题目要求，甚至远超过题目要求的带宽和增益的指标，但这种放大器难以购买，价格较贵，灵活性不够，不易满足题目扩展功能要求。方案三：市面上有多种型号、各具特色的宽频带集成运算放大器。这些集成运算放大器有的通频带宽，有足够的增益，有的可以输出较高电压，使用方便，有的甚至可以实现增益可调及AGC的功能。总体上硬

5、件的实现和调试较为简单，所以，我们决定采用多个集成运放级连实现本题目。3.单元电路设计、参数计算和器件选择3.1单元电路设计(1) 前级放大器图2 前级放大器由于AD603输入阻抗只有100欧，需加大输入阻抗才能满足题目要求，而且前级信号比较小，容易受噪声干扰，综合考虑。我们前级放大采用视频放大器AD818，其带宽有100MHz，接成反相放大形式，电路 为了满足题目要求输入阻抗大于1k，选取R1 = 2K，Rf =7K，则放大倍数为A 3.5。(2) 增益控制电路它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端（VINP）的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，

6、衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值VG有关，由于控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50M，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。而且，如果AD603的增益用dB表示，则与控制电压成线性关系，以上特点很适合构成本题要求的放大器中的“滑动臂”从左到右是可以连接移动的。当VOUT和FDBK两管脚的连接不同时，其放大器的增益范围也不一样，带宽在9MHz 90MHz之间为加大中间级的放大倍数及增益调节范围，我们使用两片AD603级联作为中间级放大。如果将AD603的5脚和7脚相连，单级AD603增益调整范围为，1030

7、 dB，带宽为90MHz，两级AD603级联，使得增益可调范围扩大到20 dB60 dB。可满足题目要求的10dB58dB的增益调节。 图3 增益控制电路(3) 单片机小系统单片机系统采用AT89C52为核心，时钟信号采用12MHz晶体，扩展了32k的外部数据存储器，采样FLASH ROM 28C256作为外部数据存储器，可以保存预置增益值1。采用可编程键盘专用接口芯片8279。扩展键盘；显示部分采用128×64的点阵液晶显示器，A/D转换器用AD1674，D/A转换器用AD667。键盘控制模块：用8279控制8×2键盘，键盘扫描方式采用编码方式，由于8279能够自动消除按

8、键抖动，以及可以使用中断方式处理按键。所以，使用8279可以代替单片机完成键盘的许多接口操作，从而大大的减轻了单片机的负担，使单片机可以腾出更多资源。液晶显示模块：本系统采用信利的MSC-G12864DYSY-5W作为显示器，该液晶屏是128×64的点阵液晶显示屏，可通过控制字实现指令和数据的写入，但显示数据占用的存储器空间太大，因此，系统上加了一个512k的Flash Rom（29F040），将国标汉字点阵信息存放在Flash Rom中，显示汉字时，只需给出内码，由内码算出该汉字点阵存放的地址，读取后送显。汉字的内码有两个字节（X，Y），X，Y为16进制数，由内码算汉字点阵在字库中

9、存放位置的公式为：offset10H×（X0A1H）×5EH（Y0A1H）由于29F040的地址线超过16根，我们用单片机和配合控制它，单片机每次从字库中读出一个汉字的点阵信息共32个字节，所以由单片机给出高位地址，CPLD给出低五位地址，将字库中的点阵信息读入单片机。D/A转换器采用AD667，AD667是12位的D/A转换器，由它输出控制电压给AD603的控制端GPOS，精确控制AD603的增益，达到增益控制的目的。A/D转换器使用AD1674，AD1674是12位的A/D转换器，其管脚与AD574兼容2，并带采样保持。用于采样输出信号，送由单片机计算并显示输出正弦电压

10、有效值及峰峰值，并与D/A配合实现AGC功能。软件设计：由于本系统中单片机只起控制增益和显示的作用，所以软件设计比较简单。启动后进入增益控制界面，可以通过按键调节增益，步进1dB，还可以切换显示输出正弦电压有效值和峰峰值，以及切换到AGC功能。 图3 单片机系统电路图(4) 输出级的电路设计输出级电路带动600欧负载有些不够，在频率较高时输出电压峰峰值有较大下降，频率增高后，由于压摆率Sr限制3，在高频大信号输入情况下，使得输出电压下降，故输出电流下降，导致带负载能力下降。为此，我们采取扩大输出电流方式输出来驱动负载。给运放扩流输出有多种方式，最常用的为三极管射随输出，但会稍微降低输出电压幅度

11、，对发挥部分中提高输出幅度有影响。为此我们在运放输出端加入两个并联的高速电流缓冲器来驱动负载 。我们使用的电流缓冲器BUF634在负载为100欧姆时最大输出电流250mA，其单位增益带宽可在30M180M变化，由于本题对功率要求不高，使用BUF634完全可以满足题目要求的指标。 图4 输出级电路图(5)自动增益控制电路本系统的自动增益控制功能，实际是由增益控制电路转化而来。在输出级加入检波电路，检出直流电压送入A/D采样，经单片机计算后控制D/A输出，此电压加到AD603的增益控制端，从而控制AD603的增益达到使输出电压恒定的目的。检波电路设计：由于本系统信号频率很宽，如果采用有源器件组成的

12、峰值检波电路，在低频和高频段均有较大失真，不能得到与峰值线性对应的直流电平。所以我们采用无源峰值检波电路。图中D1、D2均为锗管，采用锗管因为其特性近似平方率曲线4，变化较为平缓，二极管导通时电容充放电速度较为缓慢，从而控制AD603的增益达到使输出电压恒定的目的。从而控制AD603的增益达到使输出电压恒定的目的。检波电路设计：由于本系统信号频率很从而控制AD603的增益达到使输出电压恒定的目的。检波电路设计：由于本系统信号频率很检波电路设计：由于本系统信号频率很输出幅度较为平坦，纹波较小。R1、R2、D2保证输入信号小于二极管导通电压时，二极管D1也能导通，进行检波，R3、R4进一步抑制检波

13、输出纹波，并将直流电压分压输出。该检波电路输出信号电压约为输入电压峰值的1/6。 图5 自动增益控制电路3.2系统调试3.2.1检查电路：照电路图检查电路器件是否连接正确，器件引脚、电容极性、电源线、地线是否对接，连接是否牢靠，电源的数值与方向是否符合设计要求。将各部分电路连接起来，先调整0dB，使输出信号幅度和输入信号幅度相等。接上600的负载电阻进行整机测试。3.2.2按功能模块分别调试：按单元电路，把每一部分单元电路调试得正常工作，才把它们连接成整机，然后在进行整体调试。输入端加有效值为10mV，频率为1MHz的正弦信号，保持幅度稳定，然后预设增益值测量输出信号来计算增益误差。扩展功能中

14、的增益步进1dB也达到了，且增益是从080dB可调。0dB放大是后级功放的调零点,需事先校正，所有大于0dB的增益都以0dB为基准。测58dB以上的增益时，以10mV输入会使输出饱和，故采用固定输出的方法：给定增益，然后减小输入信号，使得输出信号有效值保持为7.00V，再计算增益。高增益时，输入信号的噪声较大，实际波形有些不理想，不过有效值变化范围不大，当增益达到80dB时，输入1mV就能使输出饱和，噪声电平和信号电平差不多，只能看到噪声信号中有输入信号的轮廓，且这时输入信号电压有效值用示波器无法测量，但是输出却有和输入同频率的正弦波。由于示波器测量电压有效值，当信号很小时误差较大，所以增益高

15、时误差较大。从变化趋势来看，放大80dB误差应该小于2dB，满足题目要求。从整体来看，我们设计的放大器增益为080dB，步进1dB，60dB以下增益误差0.2dB。自动增益控制（AGC）测量：将放大器切换到AGC模式，改变输入信号电压，观察输出信号并记录输出电压。由于我们采用单片机控制增益，AGC范围和增益控制范围一致，理论上AGC控制范围为080dB。设定AGC输出电压范围4.5 5.5V，把输入信号调到1MHz，把有效值从1mV起往上调，测量输出电压有效值。3.3器件选择集成电路的选择：在前级放大器中所选择的集成电路为4060和74LS74，其中74LS74的上下两个电压输入VCC为5V，

16、晶振所产生的频率为32768MHz。在增益控制电路的集成电路的选择为3个4511，两个4518，一个4069，一个74LS00和一个74LS161，3个晶体管为LED晶体管，输入电压VCC为5V。在单片机中的集成电路的选择为3个74LS21和2个74LS32，还有一个蜂鸣器，输入电压为5V。在输出级电路中的集成电路选择为5个74LS00和一个74LS74，开关选择为单刀双掷开关，4个输入电压为5V。在自动增益控制电路中的集成电路选择为两个4069，输入电压为5V。电阻电容的选择：可以通过计算算出，但是本电路图所用的都是集成电路，计算起来比较繁琐，一般按照经验数值选择，电容C1,C2,C3的大小

17、为20pF，10pF，22Uf。电阻R1，R2，R3的大小为10千欧，22兆欧，300欧。4.电路的工作原理本系统由可变增益增益放大器AD603为核心，其它各单元电路都是根据AD603及题目要求设计。题目要求最大增益要大于40dB，最大输出电压有效值大于等于3V，而中间级采用的可编程增益放大器AD603对输入电压和输出电压均有限制5，所以，必须合理分配三级放大器的放大倍数。AD603的最大输出电压有效值约为1.2V，假如要实现发挥部分的最大输出电压有效值大于等于6V的要求，即输出电压峰峰值为16.9 V，为得到最大输出电压,则后级放大至少要有5倍。由于放大器频带很宽，且级数较多，整个系统容易自激，必须采用有效措施抑制自激发生，因此电路布局对整个系统性能起着至关重要的作用。 图6 放大器电路图5.总结综合上述各部分的测试结果：本设计圆满地完成了题目基本部分的要求，还较好地完成了题目发挥部分的要求并扩展了掉电存储和输入限定等功能。前级降压、后级升压的设计不但扩展了AGC的范围，还提高了输出电压幅度。各种去耦和降噪措施的综合应用保证放大器稳定工作并且降低了噪声如果能对输出增益进行进一步实测校正或者使用性能更好的器件，还可以进一步提高指标。6.系统需要的元器件清单表1 元器件清单序号元器件类型元器件规格数量备注1 芯片 827932函数信号发生器HP3312