自动增益放大器

摘 要：本系统有四个模块组成：程控放大器，峰值检测，液晶。程控放大器采用两片AD603接连组成，放大电压增益可达50dB，增益0.2v步进可调，电压增益误差不大于5%。放大器输出无明显失真。峰值测量采用真有效值采样芯片AD637先进行有效值采样，然后通过PCF8951进行AD采样，最后再转换成峰值，液晶采用LCD1602，系统以stc89c51单片机为控制核心，经测试验证，系统运行稳定，操作方便。

关键词： 程控放大器，峰值检测，AD采样，单片机。

Abstract：This system has three modules: SPC amplifiers, peak detection,

liquid crystal. By two AD603 program-controlled amplifier amplification voltage gain one, can gain 1db stepping 0.2v, adjustable, voltage gain error is not more than 5%. Amplifier output without obvious distortion. Measure true RMS peak by sampling AD637 chip on sampling, then PCF8951 through effective sampling, finally to AD convert peak, LCD USES lcd1602 management system with stc8951 SCM as control core and tested, the system runs stably, convenient operation.

Key: SPC amplifier Peak detection AD sampling

chip SCM

1. 方案的论证与比较

1.1 设计需求 1.1.1 基本要求

（1） 放大器可以从信号发生器或音乐播放器输入音频信号（50Hz~10KHz）， 输出可以带 200Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。（20 分）

（2） 当输入信号幅度在 10mV~5V 间变化时，放大器输出默认值保持在 2V ±0.2V（有效值）内，波动越小越好。（30 分） （3） 可以显示输入信号幅度和频率。（10 分）

（4） 能够在1V~3V 范围内步进式调节放大器输出幅度，步距 0.2V。（15 分） （5） 能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。（15分） （6） 其它发挥设计。（10 分） （7） 设计报告。（20 分）

1.1.2 发挥部分

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（1）输出电压步距可通过按键调整：0.2v、0.3v、0.4v； （3）显示当前放大输出。 （4）其它。

1.2 总体方案

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

1.3 增益控控制：

方案一：利用电阻网络和拨码开关，手动调节增益，可实现增益控制，但硬件

规模较大，控制繁琐且人机界面欠佳，另外，利用电阻网络实现增益调节需使用不同阻值的高精度电阻，这种电阻价格昂贵且不易购买。

方案二：可以用继电器或模拟开关构成电阻网络，由单片机控制以改变信号增益。

这种方案同样存在方案一电阻网络的缺点，同时，如果使用模拟开关，其导通电阻较大，而且各通道信号会互相干扰，容易影响系统性能。

方案三：由单片机、D/A转换器和可编程增益放大器AD603构成压控放大器。

单片机通过对控制D/A输出直流电压来控制AD603的内部电阻衰减网络，实现增益调节。其外围元件少，电路简单，由于AD603带宽最大能达到90MHz，增益范围有40dB，增益精度在±0.5dB,可精确实现增益控制，可以实现题目发挥部分减小增益步进间隔的要求。所以本部分采用该方案。

1.4 峰值检测：

方案一：采用分段逼近式有效值检波电路。该方法示值虽然是被测电压的有效值，但由于放大器动态范围的限制，对于被测信号会产生一定的波形误差，并且硬件电路搭接复杂，且稳定性能不好。 方案二：采用真有效值转换芯片 AD637和高速A/D芯片PCF8951测量市电有效值。将从AD603输出的信号通过AD637转换成直流信号后接入PCF8951，利用单片机读取数据后进行相应的幅值变换得到峰值。利用集成电路芯片测量精度高，误差小、稳定性好，

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硬件电路实现简单，可减小硬件体积，所以本部分采用该方案。

1.5 处理器选择：

通过实验测试我以前买的stc89c51可以满足要求，为了节约成本就选择它为微处理器

2. 系统设计

2.1 理论分析与计算

本系统以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。

由于题目的发挥部分要求电压的输出范围2V～2.5V，对于10mv的小信号，则至少要将信号放大200倍，而且输入信号的频率范围为10Hz～500KHz，故采用两片AD603对信号进行放大，单片AD603增益公式为：

DB = 40 * Vo+ Go；

Vo为1、2脚之间的电压，范围为-500mv—500mv，Go根据5、7脚的不同连接方式Go可取10dB,20dB,30dB。本系统将AD603的5脚和7脚相连，单级AD603增益调整范围为，－10～＋30 dB，带宽为90MHz，两级AD603级联，使得增益可调范围扩大到－20 dB～＋60 dB。可满足题目要求的电压放大和频率的要求，当AD603的增益为46dB的时候电压可以放大200倍，当AD603的增益为48dB的时候电压可以放大250倍.所以只要正确的控制1、2脚之间的电压就能实现电压的不同放大倍数，从而满足题目要求。

2.2 总体设计

根据带宽、电压的放大倍数，系统采用两级AD603程控增益放大器，增益可达60dB，能过满足题目的要求，而且AD603能够满足带宽的要求，有效值测量可有多种实现方案,但选用测量有效值的专用芯片AD637,则电路简洁方便，而且精度较高。由于系统模块所用IO口过多，一般51单片机不能够满足需求，故采用功能较强的C8051f020 单片机作为主控机器。通过键盘进行增益和档位的调节，而液晶显示增益和峰值。 系统的整体框图如下:

AD603小信号采集与放大 AD637有效值检测 PCF8951AD转换 3