一種高性能模擬電路實驗平臺的研制

桂林電子科技大學信息與通信學院 李橋鳴 劉 濤

一種高性能模擬電路實驗平臺的研制

桂林電子科技大學信息與通信學院 李橋鳴 劉 濤

針對現有模擬電子技術實驗教學的需要，對模擬實驗箱在設計中存在的缺陷和對TI公司產品進行分析，研制出一款高性能模擬電路實驗平臺。該實驗平臺可以獨立實現低頻放大器、有源濾波器、可控電流源、高速放大器、高速緩沖器、AGC+VCA、串行DAC、并行DAC、并行ADC和FPGA控制等電路模塊，并且可以對各個模塊進行組合實現其他的實驗項目。

模擬；實驗平臺；高性能

引言

目前，國內現有模擬電路實驗平臺均為較簡單的模擬單元電路，如單管放大器（共射、共基）、負反饋放大器、集成運算放大器基本運算電路、場效應管電路、OTL功率放大器等較為簡單的模擬電路單元。

普通單管放大器不能同時對輸入輸出電阻進行匹配，導致放大電路的帶寬受限；負反饋放大器的電流補償電路要消耗一定的功率，并且容易受到溫度等外界條件的影響，容易產生自激，從而導致放大倍數受限；場效應管電路采用電壓控制元件，它的放大倍數小，一級放大只能做到幾倍，并且輸入端由于靜電感應容易擊穿[1]。OTL功率放大器輸出端采用大容量電解電容，體積龐大，笨重，消耗有色金屬，且效率較低，低頻和高頻特性均較差。這些實驗項目，學生在做實驗的過程當中發現實驗結果差，并且有些較復雜的實驗項目根本無法開出。現市場上出售的模擬電子技術實驗裝置，雖然運用了先進技術，但價格昂貴，并且改裝、升級不方便，并且用于學生開展創新訓練、各類學科競賽常用的新型模擬器件，如高速運放、高精度運放、濾波器、高速AD/DA，可控增益放大器等，縱觀國內的模擬電路實驗箱此類資源卻較為貧乏[2]。

本實驗箱利用TI公司的芯片，研制出一種高性能的模擬電路實驗箱，該實驗箱既能滿足模擬電子技術基礎實驗的需要，提高當代大學生模擬技術水平，掌握模擬信號的實際調試情況，又可以作為綜合設計型實驗教學，為學生進行電子競技比賽提供開發平臺，提高大學生電子競技能力，奠定未來工程師道路。

1.總體設計方案

高性能模擬電路實驗箱總體設計框圖如圖1所示。其中包括低頻放大器模塊、有源濾波器模塊、可控電流源模塊、高速放大器模塊、高速緩沖器模塊、AGC+VCA模塊、串行DAC模塊、、并行DAC模塊、并行ADC模塊、單片機控制模塊、FPGA控制模塊。這些模塊均可以獨立開設相對應的實驗項目。

2.部分單元電路功能子模塊

2.1 信號檢測功能的實現

信號檢測功能的實現框圖如圖2所示，其中低頻放大器模塊和串行ADC模塊依次連接，輸入信號經過信號放大，再經過同相比例運算處理后，從ADS805芯片輸出，最終實現信號檢測。應用TI公司的雙電源運算放大器TL082芯片作為前級放大，放大電路可以實現雙電源放大、直流耦合反向放大、交流耦合反向放大、直流耦合同向放大、交流耦合同向放大，采用TI公司的儀表放大器INA128實現差分放大器。

圖1 總體設計框圖

圖2 信號檢測功能框圖

低頻放大器模塊包括雙電源放大器、單電源放大器1、單電源放大器2和差分放大器四部分。雙電源放大器部分，正電源接+12V電壓，負電源接-12V電壓，包含一路信號輸入和一路信號輸出。單電源放大器1是反向放大器包含直流耦合型和交流耦合型，兩種都設有輸入端和輸出端。單電源放大器2是同向放大器包含直流耦合型和交流耦合型，兩種都包含一路信號輸入和一路信號輸出。差分放大器包含兩路信號輸入和一路信號輸出。

2.2 自動增益測試功能的實現

自動增益測試功能的實現框圖如圖3所示，高速放大器模塊、高速緩沖器模塊、AGC+VCA模塊依次連接，可以實現自動增益測試。

圖3 自動增益測試功能框圖

高速放大器模塊包括電壓反饋同相電路、電壓反饋反相電路、電流反饋同相電路和電流反饋同相電路，所有的電路均設有輸入端和輸出端。

B廠在焚燒爐前后拱各設置17個噴嘴，大小噴嘴交錯布置，二次風在前后拱再循環噴嘴的上方布置。再循環噴嘴不單獨設置閥門。

2.3 函數信號發生器功能的實現

函數信號發生器的實現框圖如圖4所示，FPGA模塊、并行DAC模塊和高速放大器模塊依次連接，實現函數信號發生器。

圖4 函數信號發生器功能框圖

AGC+VCA模塊包括單元電路供電模塊、自動增益控制(AGC)電路和可控增益放大器(VCA)，單元電路供電模塊分別與自動增益控制(AGC)電路和可控增益放大器(VCA)相連接，為各模塊提供電源。

3.設計特點和技術指標

設計特點：

（1）配套性強，實驗箱可以完成模擬電子電路的多項實驗；

（2）可靠性高，實驗插口座的固定由螺絲擰緊式改為焊接式，克服實驗插孔座松動的現象；

（3）直觀性強，面板示意圖線分明，布置合理，插接方便，有利學生獨食操作實驗，提高實際動手能力。

技術指標：

（1）輸入電源：雙電源正負12V；

（2）信號采集：輸入信號頻率1Hz～5MHz，交流信號波形；

（3）自動增益控制：輸入信號頻率1MHz～8MHz,幅度1mV～5VPP，控制輸出幅度固定輸出1VPP；

（4）函數信號源：頻率范圍1Hz～10MHz,幅值0～5 VPP；

（5）工作環境：溫度-10攝氏度～+50攝氏度。

4.結束語

高性能模擬電路實驗平臺已經研制成功，并已經開始投入使用。其既可以為不同層次的學生提供綜合性、設計性的實驗環境，為大學生電子設計大賽提供軟硬件資源，也可以為教師開發新的實驗項目提供有力條件。

[1]蘇磊.分立式電工實驗裝置的開發與應用[J].電子設計工程2011,19(9):138-140.

[2]張清,朱雷平,崔厚梅.多功能電路實驗箱的研制[J]. 徐州工程學院學報,2006,21(12):70-72.

李橋鳴（1995-），男，廣西欽州人，桂林電子科技大學信息與通信學院，學生，本科，專業：電子信息工程。

劉濤（1983-），男，湖南永州人，桂林電子科技大學信息與通信學院，講師，碩士研究生，研究方向：無線通信、光通信、射頻技術。