增益可控無線數控脈沖信號放大器的設計

摘 要：文章提出了一種可放大微粒脈沖信號的無線控制系統的設計方法。本設計的放大電路是由前置放大、固定增益放大、增益可變放大三部分組成，可將傳感器采集到的毫伏級信號放大到后續處理電路所要求的伏特級。放大增益的步進調節由非易失性數字電位器X9312Z程控實現，使增益控制更為準確。本系統還具有無線控制、增益實時顯示等功能，滿足不同使用場合的需求。

關鍵詞：脈沖信號放大器；增益可控；無線控制；數字電位器

引言

21世紀是電子信息的時代，每個完整的電子產品幾乎都離不開放大電路，而放大器的性能好壞直接影響電子產品的質量。開發一種體積小、功耗低、運行效率高的無線脈沖信號放大系統具有很重要的現實意義。

本文所設計的可控脈沖信號放大器，放大倍數滿足從46dB到74dB的1dB步進增益可調，增益可通過無線設定，通過數碼管實時顯示增益，輸出的放大信號經過濾波處理，使得輸出的信號截止頻率為200KHz?？蓮V泛應用于各種傳感器控制領域，如工業生產過程中各環節的監控、發電廠設備維護、中央空調設備用戶端、井下溫度控制、礦井瓦斯濃度檢測系統、水產養殖、倉庫管理系統等各種場合。

1 設計方案

利用STC89C52RC單片機做為核心的控制處理單元，通過紅外收發模塊的相互通信，實現無線程控放大器的放大增益，并且通過數碼管實時顯示當前設定的增益值，系統框圖見圖1

圖1 系統框圖

該脈沖放大器分為三級，分別為前置放大、二級放大以及三級放大，其中第三級放大部分采用無線數控的方式控制放大倍數，以便根據實際情況調節放大電路的放大倍數。

1.1 電源設計

由于系統需要用到±15V和±5V電源，所以市電經變壓器整流濾波后分別用三端穩壓器7815、7915和7805、7905產生±15V和±5V的穩壓電源。

1.2 放大電路設計

第一級前置放大采用集成運放NE5532芯片實現，其內部采用差動結構，可以較好地消除共模信號，使反饋電阻比輸入電阻為1K/100=10，即增益為20dB。第二級固定增益放大同樣采用NE5532，調整其增益為26dB。第三極壓控放大采用ADI公司的AD603，電路采用其數據手冊中的b接法，這種外圍電路接法使AD603的增益起點為20dB，由VG=VC1-VC2的電壓差控制AD603的增益大小，增益調整范圍是0～40dB。只需要控制VC1的電平從2.5V至3.2V漸變，使第三級運放從0dB到26dB范圍內以步進1dB可調，就可使放大電路總增益在46～72dB之間可調，即系統達到的最大放大倍數為4000倍，滿足設計要求。

控制AD603管腳電平采用數字電位器X9312Z的方法實現，因其內部都是電子開關，無機械觸點，調節精度高、工作性能穩定可靠。

1.3 顯示電路設計

在本設計中，顯示模塊采用MAX7219為主驅動模塊，采用動態掃描的方式使四個數碼管協調工作。MAX7219的操作比較簡單，MCU只需通過模擬SPI三線接口就可以將相關的指令寫入其內部指令和數據寄存器，同時它還允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。

1.4 無線控制電路

無線部分采用紅外收發實現通信。使用的紅外發射管是IR333-A，正常工作時壓降為1.4V，工作電流為20mA；紅外接收管是IR2638；編解碼芯片分別是PT2262和PT2272。

本設計中將PT2262的A0-A7直接接地，它最多有6位（D0-D5）數據端管腳，設定的地址碼和數據碼加載在同步碼中，它們組成一個完整的碼字從17腳串行輸出，通過后續的IR333將攜帶信息的紅外信號發送出去，完成信息的傳播。

解碼芯片PT2272接收到信號后，對包含的地址碼經兩次比較，如果和發送端的地址位相同，則VT腳輸出高電平，與此同時，數據位相對應的數據腳也輸出高電平，如果發送端一直按住按鍵，則編碼芯片也會連續發射。根據經驗，將PT2262振蕩電阻選為430KΩ，PT2272振蕩電阻選為1MΩ，紅外通信的距離可以達到5米左右。

1.5 軟件部分設計

程序初始化時主要完成MAX7219中寄存器地址的配置，當一切準備就緒后會顯示后續啟動界面，這樣表示顯示模塊工作正常。后續只要不斷的掃描按鍵接入的單片機管腳，判斷是否有按鍵觸發，若有則交由單片機執行相應的操作。程序大致的流程圖見圖2。

圖2 軟件流程圖

2 系統測試

函數發生器設置輸出Uin為正弦波，頻率1KHz，Vpp=3mV：

測試Uin點，Vpp=0.6div*5mV/div=3mV；

測試第一級放大輸出點-U1點，Vpp=3div*10mV/div=30mV；

測試第二級放大輸出點-U2點，Vpp=3.1div*0.2V/div=0.62V；

測試第三級放大輸出點-Uout點，Vpp通過AD603可調，當Vpp=6div*0.5V/div=3V時，數碼管顯示總增益為：20+26+14=60dB。當Vpp=7div*1V/div=7V時，總增益實際為68dB，但數碼管顯示為70DB，這是由于數字電位器線性度不理想造成的。

3 結束語

本文設計了一種增益可控的無線數控脈沖信號放大系統，采用AD603程控放大器，通過紅外遙控對脈沖信號進行可控放大，并可實時顯示增益。這套系統可應用于某些傳感器采集電路后續的信號放大部分，采用無線控制的方式可使系統的控制方式更加安全靈活。

參考文獻

[1]關雪梅，喬雙等.程控增益線性脈沖放大器的設計[J].核電子學與探測技術，2006，26（3）：108-110.

[2]傅越千.基于數字電位器的程控放大器的設計[J].航空計算技術，2003，33（1）.

[3]曾繁政，黃河.基于AD603的可控直流寬帶放大器[J].大眾科技，2010（04）：40-41.

[4]曾國強，倪師軍，葛良全.乘法器與乘法型DAC在核儀器程控增益放大器中的設計[J].核電子學與探測技術，2010，30（6）：149-152.

[5]葛康康.高速運算放大器的設計[J].浙江大學電氣工程學院學報，2008.