高性能模擬電路實(shí)驗平臺的研制探索

目前，國內現有模擬電路實(shí)驗平臺均為較簡(jiǎn)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(chǎng)效應管電路、OTL功率放大器等較為簡(jiǎn)單的模擬電路單元。

普通單管放大器不能同時(shí)對輸入輸出電阻進(jìn)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(chǎn)生自激，從而導致放大倍數受限；場(chǎng)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。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(shí)驗項目，學(xué)生在做實(shí)驗的過(guò)程當中發(fā)現實(shí)驗結果差，并且有些較復雜的實(shí)驗項目根本無(wú)法開(kāi)出?，F市場(chǎng)上出售的模擬電子技術(shù)實(shí)驗裝置，雖然運用了先進(jìn)技術(shù)，但價(jià)格昂貴，并且改裝、升級不方便，并且用于學(xué)生開(kāi)展創(chuàng )新訓練、各類(lèi)學(xué)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(guān)國內的模擬電路實(shí)驗箱此類(lèi)資源卻較為貧乏。

本實(shí)驗箱利用TI公司的芯片，研制出一種高性能的模擬電路實(shí)驗箱，該實(shí)驗箱既能模擬電子技術(shù)基礎實(shí)驗的需要，提高當代大學(xué)生模擬技術(shù)水平，掌握模擬信號的實(shí)際調試情況，又可以作為綜合設計型實(shí)驗教學(xué)，為學(xué)生進(jìn)行電子競技比賽提供開(kāi)發(fā)平臺，提高大學(xué)生電子競技能力，奠定未來(lái)工程師道路。

1．總體設計方案

高性能模擬電路實(shí)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(kāi)設相對應的實(shí)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(shí)現

信號檢測功能的實(shí)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(jīng)過(guò)信號放大，再經(jīng)過(guò)同相比例運算處理后，從ADS805芯片輸出，zui終實(shí)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(shí)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(shí)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+l2v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(dòng)增益測試功能的實(shí)現

自動(dòng)增益測試功能的實(shí)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(shí)現自動(dòng)增益測試。

圖3自動(dòng)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。

2．3函數信號發(fā)生器功能的實(shí)現

函數信號發(fā)生器的實(shí)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(shí)現函數信號發(fā)生器。

圖4函數信號發(fā)生器功能框圖

AGC+VCA模塊包括單元電路供電模塊、自動(dòng)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(dòng)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(diǎn)和技術(shù)指標

設計特點(diǎn)：

(1)配套性強，實(shí)驗箱可以完成模擬電子電路的多項實(shí)驗；

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

(3)直觀(guān)性強，面板示意圖線(xiàn)分明，布置合理，插接方便，有利學(xué)生獨食操作實(shí)驗，提高實(shí)際動(dòng)手能力。

技術(shù)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(dòng)增益控制：輸入信號頻率lⅢz~8Ⅷz，幅度lmV-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(huán)境：溫度-10攝氏度-+50攝氏度。

高性能模擬電路實(shí)驗平臺已經(jīng)研制成功，并已經(jīng)開(kāi)始投入使用。其既可以為不同層次的學(xué)生提供綜合性、設計性的實(shí)驗環(huán)境，為大學(xué)生電子設計大賽提供軟硬件資源，也可以為教師開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗項目提供有力條件。