本實(shí)用新型屬于電子工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

寬帶直流放大電路系統(tǒng)主要應(yīng)用在電子工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在測量類的儀器以及自動化控制系統(tǒng)中有著很重要的作用。例如，在一些反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)中，需要把被控制量(大多數(shù)為非電量)首先使用傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，然后再與給定的電壓量進(jìn)行誤差比較得到一個偏差信號，但是這個偏差信號在大多數(shù)情況下幅度和功率都比較微弱，不足以推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的反應(yīng)，故需要把這個偏差信號進(jìn)行適度的放大，用放大后的信號去推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到自動控制的目的。因?yàn)楸容^所得到的偏差信號多數(shù)為變化比較緩慢的直流信號，而經(jīng)常使用的交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效的對這類低頻變化的信號進(jìn)行耦合，因此不能對這種低頻變化的信號進(jìn)行放大，故需要能夠?qū)⒌皖l信號進(jìn)行有效放大的寬帶直流放大器。

此外，在對一些信號進(jìn)行采樣時，信號變化的幅度都比較大，放大后的信號幅度有可能會超過ADC的量程，故應(yīng)該根據(jù)信號的變化相應(yīng)調(diào)整放大的增益。在一些自動化程度比較高的系統(tǒng)中，要求在程序中通過軟件來控制放大器的增益，或者放大器本身可以自動將增益調(diào)整到要求范圍內(nèi)，因此需要寬帶直流放大電路具有可控增益的功能。

實(shí)現(xiàn)增益可控寬帶直流放大的方案有兩個：一是可編程放大器的思想，將輸入交流信號作為高速DAC的基準(zhǔn)電壓，用DAC的電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成運(yùn)放反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分，通過改變DAC數(shù)字控制量實(shí)現(xiàn)增益控制。二是選用可編程變量增益放大器VCA810實(shí)現(xiàn)增益控制，VCA810增益與控制電壓成線性關(guān)系，控制電壓由FPGA控制DAC產(chǎn)生。可編程變量增益放大器VCA810具有-40dB到+40dB的增益控制范圍，與其他運(yùn)放級聯(lián)理論上可達(dá)到+60dB的增益控制范圍。但采用第一種方案控制的數(shù)字量和最后的20dB不成線性關(guān)系而成指數(shù)關(guān)系，造成增益調(diào)節(jié)不均勻，精度下降。故基于第二種方案實(shí)現(xiàn)本次的寬帶直流放大電路系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種在0～9MHz頻段內(nèi)的進(jìn)行信號放大，且放大增益可控的寬帶直流放大電路系統(tǒng)，其通帶內(nèi)衰減小，運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)交互良好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)，包括依次連接的前置放大電路、程控放大電路、濾波電路和后級功率放大電路，以及與程控放大電路連接的DAC轉(zhuǎn)換電路和FPGA控制，與FPGA控制連接的鍵盤輸入和LCD顯示。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，前置放大電路采用OPA690及其外圍電路，OPA690使用±5V雙電源供電，電源去耦，并具有電位器調(diào)零功能。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，程控放大電路包括反相電路和VCA810程控放大電路；反相電路采用OPA228芯片進(jìn)行反相，接DAC轉(zhuǎn)換電路的輸出，控制VCA810程控放大電路的增益。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，濾波電路選用七階無源巴特沃斯低通濾波器。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，后級功率放大電路包括放大電路和驅(qū)動電路，放大電路采用OPA820放大電路，驅(qū)動電路采用兩塊ths3091并聯(lián)。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，OPA820放大電路包括放大電路和調(diào)零電路；放大電路接濾波器電路的輸出，放大增益為10dB,用于補(bǔ)充信號經(jīng)過濾波電路所受的衰減；調(diào)零電路選用一個電位器，接運(yùn)放的反饋端，給運(yùn)放一個反饋電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)零。

在上述的基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)中，DAC轉(zhuǎn)換電路包括參考電壓產(chǎn)生電路和TLV5616轉(zhuǎn)換電路；參考電壓產(chǎn)生電路選用REF3140產(chǎn)生一個4.096V的恒定電壓；TLV5616轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓由REF3140產(chǎn)生，輸出0～2V的電壓再經(jīng)過OPA228反相得到0～-2V的控制電壓Vc，從而控制VCA810程控放大電路的增益。

本實(shí)用新型的有益效果是：電壓增益可預(yù)置并顯示，預(yù)置范圍為0～60dB，步距為5dB，最大增益輸出噪聲電平小于0.5V。能夠進(jìn)行0～9MHz頻段內(nèi)的信號的放大，且放大增益可控。適用時鐘頻率范圍0～9MHz，通帶內(nèi)衰減小，運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)交互良好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型一個實(shí)施例前置放大電路圖；

圖3為本實(shí)用新型一個實(shí)施例程控放大及DAC控制電路圖；

圖4為本實(shí)用新型一個實(shí)施例濾波電路圖；

圖5為本實(shí)用新型一個實(shí)施例的后級功率放大電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對本實(shí)用新型的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本實(shí)用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)，包括依次連接的前置放大電路、程控放大電路、濾波電路和后級功率放大電路，以及與程控放大電路連接的DAC轉(zhuǎn)換電路和FPGA控制，與FPGA控制連接的鍵盤輸入和LCD顯示。

進(jìn)一步，前置放大電路采用OPA690及其外圍電路，OPA690使用±5V雙電源供電，電源去耦，并具有電位器調(diào)零功能。

進(jìn)一步，程控放大電路包括反相電路和VCA810程控放大電路；反相電路采用OPA228芯片進(jìn)行反相，接DAC轉(zhuǎn)換電路的輸出，控制VCA810程控放大電路的增益。

進(jìn)一步，濾波電路選用七階無源巴特沃斯低通濾波器。

進(jìn)一步，后級功率放大電路包括放大電路和驅(qū)動電路，放大電路采用OPA820放大電路，驅(qū)動電路采用兩塊ths3091并聯(lián)。

進(jìn)一步，OPA820放大電路包括放大電路和調(diào)零電路；放大電路接濾波器電路的輸出，放大增益為10dB,用于補(bǔ)充信號經(jīng)過濾波電路所受的衰減；調(diào)零電路選用一個電位器，接運(yùn)放的反饋端，給運(yùn)放一個反饋電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)零。

更進(jìn)一步，DAC轉(zhuǎn)換電路包括參考電壓產(chǎn)生電路和TLV5616轉(zhuǎn)換電路；參考電壓產(chǎn)生電路選用REF3140產(chǎn)生一個4.096V的恒定電壓；TLV5616轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓由REF3140產(chǎn)生，輸出0～2V的電壓再經(jīng)過OPA228反相得到0～-2V的控制電壓Vc，從而控制VCA810程控放大電路的增益。

具體實(shí)施時，如圖1所示，一種基于VCA810的寬帶直流放大電路系統(tǒng)，包括：依次連接的前置放大電路，程控放大電路，濾波電路，后級功率放大電路及與程控放大電路連接的DAC轉(zhuǎn)換電路，與DAC轉(zhuǎn)換電路連接的FPGA控制，與FPGA控制連接的鍵盤輸入和LCD顯示。

而且，前置放大電路輸入阻抗51Ω，用OPA690實(shí)現(xiàn)同相放大4.4倍，將輸入10mV有效值的信號放大至Vpp約為120mV的信號，使得程控放大器VCA810能實(shí)現(xiàn)增益控制范圍60dB。OPA690使用±5V雙電源供電，電源去耦，并具有電位器調(diào)零功能。

而且，程控放大電路以程控放大器VCA810為核心進(jìn)行搭建，控制電壓Vc由DA控制電路產(chǎn)生，由于VCA810的輸入信號Vin幅值約為100mVpp，根據(jù)芯片手冊數(shù)據(jù)可知VCA810線性增益可調(diào)范圍為-30dB～30dB。

而且，濾波電路采用七階無源巴特沃斯低通濾波器，設(shè)計-3dB點(diǎn)10MHz，為滿足阻抗匹配Rs和RL都取51Ω。

而且，后級功率放大電路先用OPA820放大10倍，再用兩塊ths3091做驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)在50Ω負(fù)載上最大電壓有效值達(dá)到10V。在OPA820上連接電位計使其具有調(diào)零功能。

而且，DAC轉(zhuǎn)換電路選用TLV5616串行DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生0～2V的控制電壓，TLV5616的基準(zhǔn)電壓由REF3140產(chǎn)生一個4.096V的恒定電壓。

如圖2所示，本實(shí)施例的前置放大電路采用OPA690及其外圍電路構(gòu)成，通過輸入端接一個51Ω接地，試輸入阻抗為51Ω。通過調(diào)節(jié)R1和R2使(R1+R2)/R2＝4.4。實(shí)現(xiàn)OPA690同相放大4.4倍，將輸入10mV有效值的信號放大至Vpp約為120mV的信號，使得程控放大器VCA810能實(shí)現(xiàn)增益控制范圍60dB。OPA690使用±5V雙電源供電，電源去耦，并使用電位器為輸入端提供偏置電壓，使其具有調(diào)零功能。

如圖3所示，本實(shí)施例的程控放大及DAC轉(zhuǎn)換電路由DAC轉(zhuǎn)換電路及程控放大電路兩部分組成，此處選用TLV5616串行DAC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生0～2V的控制電壓，使用FPGA處理鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，來控制DAC的數(shù)字信號輸入，TLV5616的基準(zhǔn)電壓由REF3140產(chǎn)生一個4.096V的恒定電壓，輸出0～2V的電壓再經(jīng)過OPA228反相得到0～-2V的控制電壓Vc，控制VCA810的增益，實(shí)現(xiàn)增益可控。由于VCA810的輸入信號Vin幅值約為100mVpp，根據(jù)芯片手冊數(shù)據(jù)可知VCA810線性增益可調(diào)范圍為-30dB～30dB，達(dá)到60dB的調(diào)節(jié)范圍要求。

如圖4所示，本實(shí)施例的濾波電路七階無源巴特沃斯低通濾波器，在系統(tǒng)總體的通頻帶內(nèi)，通頻帶起伏僅由濾波器的通頻帶內(nèi)起伏決定，在-3dB通頻帶為10MHz時，在9MHz處的衰減小于-1dB，故需要做一個比較陡峭的濾波器來實(shí)現(xiàn)，由濾波器設(shè)計軟件FilterSolution設(shè)計仿真得到，利用4階LC低通濾波器的邊緣特性即可達(dá)到要求。為使濾波器性能更佳，此處選用一個7階無源巴特沃斯低通濾波器，既能滿足通帶波紋小于1dB，也能滿足邊界衰減需求。

如圖5所示，本實(shí)施例的后級功率放大電路包括放大電路和驅(qū)動電路兩部分組成，濾波后的信號有所衰減，故先用OPA820放大10倍，再用兩塊ths3091做驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)在50Ω負(fù)載上最大電壓有效值達(dá)到10V。OPA820的輸入端和輸出端連接了電位器進(jìn)行電壓的反饋，使其具有調(diào)零功能。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)。本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。