中北大学2010届毕业设计说明书
移信号与直流放大器所放大的缓慢变化的信号又十分相似，所以当漂移严重时，就无法分辨清输出电压的变化性质，它究竟是由于输入信号的变化引起的，还是因零点漂移而造成的。
放大器工作一段时间会发热，导致放大性能发生变化，本系统采用差分放大电路，故当放大器发生零点漂移时，由于差分放大器使用同样参数的放大器故零点漂移的大小是同样的，假设温漂量为T ，差分放大信号为A，B。
V0?Vα-Vβ
V0?(A?T)-(B?T)
由于差分信号是大小相等相位反
V0?2A
可见直流温度漂移抵消，被抑制。 3.5 放大器稳定性
直流放大器：在自动控制及自动测量系统中，需要把一些非电量（如温度、转速、压力）等参数通过传感器转变成电信号，这些微弱的电信号经放大后就可以推动测量、记录机构或控制执行机构，从而实现自动控制或自动测量。这些电信号大都是变化极为缓慢、且极性固定不变的非周期性信号（直流信号），它需要直流放大器放大。宽带直流放大器通频带必须从0开始 。
提高放大器稳定性能的方法有中和法与适配法。中和法通过在输入端和输出端引入中和电路来抵消晶体管内部的反馈作用。适配法利用阻抗不匹配原理，减少了反馈信号对输入电路的影响。使增益减少，提高稳定性。
放大器在工作时会出现自激，外部干扰等，影响放大器稳定的工作。
当放大器深度负反馈时输出信号带有一定的纹波。此时需要在输出口加一个小的电容，消除高频的纹波干扰。在负反馈的电阻上串接一个小电感，可以消除自激。
为抑制干扰在放大器电源两端并接一个0.1uF 的瓷片电容可以消除输出信号的干扰。在印制PCB 板时敷铜走线，可以大大降低信号的干扰。
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4 系统硬件电路设计
4.1 跟随、反相电路的设计
差分放大器的输入信号要求为双端输入，故对于信号需要进行变换来得到双端输入。信号经过跟随和反相电路后得到的信号即为原始信号的两倍，并且能提高输入电阻，原理图如图4.1 。
电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的，就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。
电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。
C2C1R11C3C4U1INU2OUT1+-+-OUT2R10R12C5C6
图4.1 跟随反向电路
在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输
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入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。
电压跟随作用：由于它的高输入电阻、低输出电阻，所以电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，完成阻抗匹配的功能。 4.2 差分放大电路的设计
AD829是一款低噪、高性能高速运算放大器[3]。其压摆率230V/μs，±15V供电，输出电压最大幅值可达28VPP，带宽750MHz，满足系统设计需要[6]。
差分放大器由两个同相放大器和一个差动放大器组成[4][5]，如图4.2所示。该电路具有输入阻抗高，电压放大倍数容易调节，输出不包含共模信号。
C1C2C7R7OUTOUT1+-C5U1R3C8+-R4C9R5U3R1RV1R2C6OUT2-+U2R6C3C4
图4.2 差分放大电路
由原理图可知，改变RV1的值就能改变电路的电压放大倍数。 4.3 增益控制电路的设计
该系统用单片机控制继电器选通不同电阻值达到增益控制效果。共分为12 级，步进间隔为5dB。
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+5V+5VIN+-OUTJK-5VAD603D1P0.0R1240Q19014手动4007D24007+5VDA-+U1uA741程控R26.8K-5V-5V
图4.3 增益控制模块原理图
4.4 补偿电路的设计
一般线性工作的放大器(即引入负反馈的放大电路)的输入寄生电容Cs 会影响电路的稳定性[6]。放大器的输入端一般存在约几皮法的寄生电容Cs，这个电容包括运放的输入电容和布线分布电容，它与反馈电阻Rf组成一个滞后网络，引起输出电压相位滞后，当输入信号的频率很高时，Cs的旁路作用使放大器的高频响应变差，其频带的上限频率约为：
ωh?1/(2πRfCs) 式4.1 若R f 的阻值较大，放大器的上限频率就将严重下降，同时Cs、Rf引入的附加滞后相位可能引起寄生振荡，因而会引起严重的稳定性问题[7][8]。对此，一个简单的解决方法是减小Rf的阻值，使ωh高出实际应用的频率范围，但这种方法将使运算放大器的电压放大倍数下降(因Av=-Rf/Rin)。为了保持放大电路的电压放大倍数较高，更通用的方法是在Rf上并接一个补偿电容Cf使RinCf网络与RfCs网络构成相位补偿。RinCf将引起输出电压相位超前，由于不能准确知道Cs的值，所以相位超前量与滞后量不可能得到完全补偿，一般是采用可变电容Cf，用实验和调整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10k
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Ω，Cf 的典型值为3～10pF。对于电压跟随器而言，其Cf值可以稍大一些[9]。 4.5 后级功率放大电路的设计
采用电流反馈型运放THS3091做5倍功率放大，如图4.4所示。THS3091具有高达
7300V/?s的摆率，带宽不小于200MHz，采用±18V供电。其最大输出电流为250mA，
若采用一片THS3091,驱动不了题目要求的最大电压有效值不小于10V的输出，因此采用两片THS3091并联，每片THS3091为50Ω负载提供一半电流。
1.6KΩ+18+187400Ω235输入53400Ω2-+4+1871+-41.6KΩ-18470uF685ΩTHS3091RL50Ω-18-18861THS30915Ω0.1uF470uF
图4.4 功率放大电路
4.6 各级增益控制的设计
通过放大电路，系统总增益可调范围是42 dB~62 dB，不能满足题目的要求。利用两组衰减网络分别将系统增益衰减20 dB和42 dB，如图4.5所示，可实现系统增益分别在0~20 dB、22 ~42 dB和42~62 dB间变化，再结合增益控制模块实现了系统增益手动连续可调、5 dB步进和预置。实验测试得，经42 dB衰减网络后，系统频率特性仍较好。而经20 dB衰减网络后，输入信号频率在1MHZ以上时，增益有所下降，为稳定增益，在衰减电阻上并联15pF的电容进行频率补偿。采用三组继电器对增益范围进行切换，由单片机的I/O口P2.0、P2.1和P2.2控制继电器的动作。
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