摘要：首要进行了计划证明与比较，剖析各种计划的长处缺陷，终究挑选亚德诺半导体公司出产的低噪声增益可控集成运算扩大器AD603和电流反应型宽带运算扩大器AD811等器材规划宽带直流扩大器。输入级选用两级AD603级联，输出级规划通频带0～10 MHz的带宽，经过单片机可以对扩大器增益进行操控。该扩大器具有频带宽、功率高、增益可调、带宽可挑选等特色。此外、对进步直流扩大器的各种功能指标提出了多种具体措施，在要求较高的体系中具有较强的实用性。
导言
在工业范畴运用中，特别是在一些操控体系和检测体系中，直流扩大电路运用十分广泛。传感器将一些非电量(如温度、流量、压力、速度、角速度等)转化为电信号，该电信号较为弱小，幅值和功率都不足以可以驱动下一级的履行机构，所以需求将这个电信号扩大到所需的程度，再去推进履行机构履行，然后到达丈量的意图。一般的运算扩大器存在着频带窄、噪声系数大、增益低一级自身不行疏忽的缺陷。在较为杂乱的体系中，期望可以在程序顶用软件操控扩大器的增益，或许扩大器自身能主动将增益调整到恰当的规模。因而，规划一款频带宽、低噪声、增益可调的扩大器有着十分重要的现实意义。本规划以亚德诺半导体公司的AD603为中心研讨频带宽、功率高、增益可调的宽带直流扩大器。
1 计划证明与比较
1.1 可控增益扩大器部分
计划一：选用独立的分立元件。运用高频三极管构成多极扩大电路来满意增益的要求，一起运用二极管在输出端检波发生电压反应，完结主动增益操控的意图。因为选用分立元件，致使电路杂乱，不易完结增益的精确操控，电路安稳度差，简略发生自激，频带内增益的安稳也不易完结。
计划二：可直接选用可调增益运放来完结，选用电压操控增益扩大器AD603。该计划选用了高集成元件电路简略，简略调理，可控性强。运用AD603的线性dB增益操控特色结合D/A改换可以完结增益及其步进的精确操控。
计划三：挑选高速、宽带扩大器，组成两级扩大电路，自行建立扩大倍数电阻网络，经过单片机操控继电器的导通与关断，来挑选不同的增益调理。可是操控的数字量和终究的增益(dB)不成线性联系而是成指数联系，形成增益调理不均匀，精度下降。
计划一选用分立元件，坏处极多，因而不予考虑;计划三存在阻抗匹配的问题，并且自行建立的电阻网络，可能会导致体系搅扰变大，面对步进难以进一步细分的困难，且增益量(dB)不成线性;计划二可以到达步进0.2 dB的精度，单片机易于操控，主动增益操控也可以经过软件办法来完结，考虑到尽可能好的完结体系要求，因而终究挑选了计划二。计划二中的AD603是一种低噪声、高宽带精细可控增益扩大器，最大增益差错仅为0.5 dB。
1.2 后级扩大部分
输出级要可以驱动必定的负载，要求输出电压的有效值大于2 V。因为AD603构成扩大器最大输出电压较小且不超越2 V，不能满意规划的根本要求，所以需求添加后级功率扩大电路。
计划一：选用分立元件建立。为确保高频端扩大器的安稳性和通频带内崎岖的平整度，宜选用互补推挽和深度电压串联负反应电路办法。
计划二：选用高速、宽带扩大器AD811作为后级扩大。AD811的单位增益带宽为140 MHz，摆率为2500 V/μs，输出电流可达100mA，彻底可以满意要求。
选用集成运放电路简略，搅扰较少，很简略完结扩大器的安稳性和带内崎岖安稳的要求;选用分立元件虽节省了本钱，但体系搅扰可能会较大，调试也比较费事，归纳考虑挑选计划二。
2 体系框图
依据规划要求，充分运用数字部分的长处，完结两部分优缺陷互补，结构安稳易于完结的宽带扩大体系。
单片机选用价格低、运用方便的C8051F000。体系整体方框图如图1所示。本规划中的单片机选用C8051F000作为主操控器来完结增益操控和人机对话。其间包含4 x 4矩阵按键、1602液晶显现，扩大部分由可控增益扩大和后级扩大两部分构成。后级扩大完结电压扩大和负载的驱动。单片机经过D/A转化发生精确的增益操控电压完结对扩大器增益的精确操控。
3 首要电路原理剖析与核算
3.1 增益操控
AD603的根本增益可以由下式算出：
Gain(dB)=40Vg+10 (1)
其间，Vg是差分输入电压，单位是V，规模为-0.5～+0.5 V。Gain是AD603的根本增益，单位是dB。改变规模为20～+40 dB。
为满意规划的要求最大增益≥60 dB要求，进行两级级联，那么总增益可由下式得出：
Gain(dB)=80Vg+20 (2)
增益规模是20～+80 dB，满意规划的要求。
从式中可以看出，以dB作单位的对数增益和电压之间是线性的联系。由此可以得出，只需单片机进行简略的线性核算就可以操控对数增益，增益步进可以很精确的完结。后级扩大器增益设定为6 dB。满意规划要求完结的最大电压增益AV≥40 dB增益操控的要求。
图2所示为两级AD603级联，VIN引脚为扩大信号的输入，GPOS引脚与单片机的D/A输出引脚相连，由单片机发生输出操控电压信号。关于AD603没有接入反向扩大器，且可控增益扩大器和功率扩大器都是同向，关于深度负反应较易发生自激振荡使相位发生偏移，本电路选用开环操控，故不易发生相位偏移和反向。
3.2 功率扩大级
选用高速单运放AD811完结扩大。AD811为电流反应型宽带运放，其带宽增益积为140 MHz，±15 V供电，增益为10 dB的状况下，-3 dB带宽达100 MHz，远远满意本体系的宽带扩大要求，有±15 V的输出摆幅，且输出电流最大可达100 mA，彻底可满意峰峰值要求。AD811的电压摆率为2 500 V/μs，依据摆率核算公式：在输出信号有效值Vom为2 V，频率fmax为6 MHz的状况下，所需求的最小电压摆率可由式(3)算出为960.28 V/μs，AD811彻底可以满意要求。如图3所示，图中AD811的3脚与AD603的输出端相衔接。
SR=2π·Vom·fmax (3)
3.3 D/A转化
C8051F000系列MCU有两个12位的电压办法DAC。每个DAC的输出摆幅均为0～VREF(本规划中选用的是5 V的基准源)，对应的输入码规模是0x000～0xFFF。本规划只运用DAC0，首要在DACOCN操控寄存器中的DACOEN位(DAC0CN.7)使能DAC0，经过DACOCN[2：0]位挑选数据字格局，规划中选用的是12位数据右对齐，而实际操作中只需求向DAC0H和DAC0L寄存器中写入数据即可。C8051F000的内部D/A转化电路结构如图4所示。
3.4 电源部分规划
线性电源尽管简略，但在整个体系中有十分重要的效果。因为是信号的频率较高，所以电源的安稳性决议着整个体系的安稳性，所以要求电源输出安稳，纹波小。
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成发生各种所需的直流电压，其间±15 V、±5 V都可以运用相应的固定输出的三端稳压芯片LM7805、LM7905、LM7815、LM7915，如图5所示。
4 体系测验
测验仪器包含：GOS6050数字示波器;DT9973数字万用表;TFG6030 DDS函数信号发生器;直流稳压电源;负载电阻，RL=50 Ω。
测验办法及数据如下所述。
(1)噪声丈量
选取在增益为60 dB时丈量电路的噪声，将输入端接地，丈量输出端的电压为峰峰值≈230 mV，远小于规划要求。
(2)输出电压有效值丈量
输入加10 kHz正弦波，调理电压和增益测得不失真最大输出电压有效值在2.6 V±0.5 V规模内起浮，到达标题要求输出电压有效值大于2 V。
(3)3 dB通频带丈量
为了测验体系的功能，在丈量通频带时，选取增益为40 dB状况，输入峰峰值20 mV的正弦信号。因为试验设备的原因，只能用抽样取样的办法来描绘幅频特性，如表1所列。
从表格中可以看出3 dB点的通频带值在10 MHz邻近。可见本规划契合标题要求的通频带的要求，可是仅在0～4 MHz通频带内增益崎岖≤1 dB，满意规划要求。
(4)增益丈量
表2为增益测验的数据，其间输入信号的频率为1 MHz。
因为所用的模仿示波器和数字信号源并不是很匹配，所以在数据丈量的时分存在差错，会给测验成果带来必定差错。但整体上还附合差错操控要求。
(5)其他测验状况
最大输出电压≥2 V;增益规模为0～45 dB;通频带0～10.7 MHz;增益步进能完结5 dB可调，一起可以恣意设定增益值;输出增益显现。
结语
本文是根据单片机C8051F000的宽带直流扩大器，电路由几个首要模块一起构成，扩大器选用两级AD603级联的办法，可以满意0～10 MHz带宽规模内的信号，并完结0～45 dB可调增益规模。经过测验验证了体系的可行性和实用性。
