一种高精度程控电压放大器的制作方法

本实用新型属于信号调整与控制电路领域，尤其涉及一种高精度程控电压放大器。

背景技术：

如今的大多数放大器存在的缺点是控制电路过于复杂，成本比较高而且又不容易实现；或是会产生有害的高频噪声，不能满足高精度控制要求；或是应用范围比较小，不能做到宽频使用。例如利用数字电位器作为放大器的反馈电阻，实现放大器的放大倍数改变。此方案选用数字电位器，通过调节反馈电阻来实现对增益的控制，而数字电位器为了扩大使用电压范围，内部附加了由振荡器组成的充电泵，因而会产生有害的高频噪声，不能满足高精度控制要求。而利用新型单片集成电压控制放大器实现程控放大器则精度高，响应速度快，能够实现精确控制的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供高精度程控电压放大器，旨在解决放大器中存在的控制电路过于复杂，成本比较高而且又不容易实现，不能满足高精度控制要求的缺点。

本实用新型的技术方案如下：

一种高精度程控电压放大器，包括：增益可调放大模块、增益控制电压产生模块、控制和数据处理模块、峰值检波模块和显示控制模块，控制和数据处理模块通过增益控制电压产生模块连接增益可调放大模块，增益可调放大模块通过峰值检波模块连接控制和数据处理模块，显示控制模块连接控制和数据处理模块。

进一步根据本实用新型所述的高精度程控电压放大器，所述增益可调放大模块的电路结构包括放大器VCA822、C1、C2、C3、C4、C5、C11、C22、R1、R2、R3、R4、反馈电阻RF、增益电阻RG，VG；C1、C2正级并联一端接输入端，一端放大器管脚4，R1一端接放大器管脚4另一端接地；增益电阻RG两端分别接放大器管脚5、6；C3、C4并联一端接地一端接管脚2；C5一端接地，一端接管脚3，C11、C22并联一端接地一端接管脚8；R2一端接输出端一端接管脚9，R3一端接地一端接管脚7，R4一端接地一端接管脚3，RF一端接管脚1一端接管脚9；VG是控制电压输入端，电压范围为-1～+1V。

进一步根据本实用新型所述的高精度程控电压放大器，所述增益控制电压产生模块整个模块包括数模转换芯片DAC7611，运算放大器OPA228、稳压二极管LM385、可变电阻RP1、R32、R33、R37、R38、R48、R105、R109、C39、C40、C45、C50、C104；C45一端接地一端接DAC7611的管脚1，DAX7611管脚2接地、管脚3接P1.5、管脚4接P1.6、管脚5接P1.7，R48一端接VCC一端接管DAX7611脚6，C59一端接DAX7611管脚6一端接地，LM385一端地一端分别接C104、R109、R32，C104另一端接地，R32另一端接OPA228的管脚3，R109另一端接OPA228的管脚4，R37一端接DAC7611的管脚8一端接OPA228的管脚3，C104一端接地一端接OPA228的管脚2，C40一端接地一端接OPA228的管脚7，C39一端接地一端接OPA228的管脚4，可变电阻RP1一端接OPA228的管脚8一端接OPA228的管脚1、滑动端接VCC，R38一端接OPA228的管脚6一端接OPA228的管脚2，R105一端接OPA228的管脚6一端接VG；P1.0，Pl.l，P1.2供键盘电路使用，Pl.3为A/D转换的模拟量输入端，Pl.4引脚作为A/D转换的外部基准电压源的输入，P1.5，P1.6，P1.7提供外接串行数据D/A转换芯片DAC7611的时钟输出端、串行数据输出端和数据锁存端，P2.6，P2.7用作显示电路的数据输出端和时钟信号输出端，10，11引脚用作JTAG连接和上电复位；本模块由DAC7611一12位串行D/A完成数字量到模拟量的转换，由OPA228构成的电压变换电路实现0～1V电压变化到一1～+1V电压变化的转换。

进一步根据本实用新型所述的高精度程控电压放大器，所述控制和数据处理模块的核心是MSP430F2012电路，它由单片机电路、键盘电路、显示电路和JTAG电路四部分组成；它包括4个数码管74LS164，分别记为U12、U13、U14、U15，4个数码管DFPY分别记为Ds1、Ds2、Ds3、Ds4，8个二极管IN4007分别记为D1、D2、D3、D4、D12、D13、D14、D15，单片机MSP430F2012记为U19，稳压二极管ML385记为D10，JTAG接口记为JP2，开关K、K1、K2、K3，R100、R114、R115、R116、R54、R55、R56、R108、R62、C53、C62、C64、C65、C106；C53一端接JP2管脚1一端接地，R62一端接JP2管脚2一端接开关K，C65一端接地一端接开关K，JP2管脚2分别接开关K和U19的管脚1，R100一端接地一端接开关K，D1、D2、D3、串联一端接开关K一端接VCC，R54一端接VCC一端接U19管脚2，R55一端接VCC一端接U19管脚3，R56一端接VCC一端接U19管脚4，R108一端接VCC一端接U19管脚6，R114一端接地一端接U19管脚2，R115一端接地一端接U19管脚3，R116一端接地一端接U19管脚4，D10一端接地一端接U19管脚6，C106一端接地一端接U19管脚6，U19管脚14接地，U19管脚12分别接U12、U13、U14、U15的管脚8，U19管脚13接U12的管脚1、2，U13的管脚1、2接U12的管脚13，U14的管脚1、2接U13的管脚13，U15的管脚1、2接U14的管脚13，U11、U12、U13、U14串联一端接VCC一端接DS1、DS2、DS3、DS4，U11、U12、U13、U14的管脚9接VCC，U12的管脚3、4、5、6、10、11、12、13分别接DS1的管脚1、2、3、4、5、6、7、8，U13、U14、U15同U12一样；单片机系统时钟采用内部DCO时钟源，经程序设定为1MHz，P1.0，Pl.l，P1.2供键盘电路使用，Pl.3为A/D转换的模拟量输入端，Pl.4引脚作为A/D转换的外部基准电压源的输入，P1.5，P1.6，P1.7提供外接串行数据D/A转换芯片DAC7611的时钟输出端、串行数据输出端和数据锁存端，P2.6，P2.7用作显示电路的数据输出端和时钟信号输出端，10，11引脚用作JTAG连接和上电复位。

进一步根据本实用新型所述的高精度程控电压放大器，峰值检波模块的电路结构包括3个运算放大器OPA37分别记为U16、U17、U18，二极管2KA16记为D15，二极管2AK16记为D16，R111、R44、R112、R42、R51、R43、R45、R113、R52、R56、R41、C52、C51、C111、C47、C10、C46、C63、C7、C9、C102；R112一端接地一端接U16管脚3，R111一端接输出端一端接U16管脚3，R44一端接VSS一端接U16管脚3，R42一端接地一端接U16管脚2，R43一端接U16管脚3一端接U16管脚6，C51一端接地一端接VSS，U16管脚4接VSS，R45一端接地一端接U16管脚6，C111一端接U16管脚6一端接U17管脚，C52一端接U16，管脚1一端接U16管脚8，C52一端接地一端接VCC，U16管脚7接VCC，R113一端接U17管脚3一端接地，C10一端接U17管脚2一端接地，U17管脚4接VSS，C46一端接地一端接VSS，D15一端接U17管脚2一端接U17管脚6，C47一段接地一端接VCC，可变电阻R49一端接U17管脚1一端接U17管脚8，U17管脚7接VCC，D16一端接U18管脚3一端接U17管脚6，C63一端接U19管脚3一段就地，R52一端接U17管脚2一端接U18管脚2，，18管脚2接U18管脚6，C7一端接地一端接VSS，U18管脚4接VSS，C102一端接地一端接ADC10，R41一端接U18管脚6一端接ADC10，C9一端接地一端接U18管脚7，R56一端接U18管脚1一端接U18管脚8，U18管脚7接VCC；该模块由隔离放大级、同相峰值检波器电路和输出跟随级组成；隔离放大级由U16，R43，R42，R44，8111和8112组成，主要作用是补偿后级检波电路的误差，同时也使检波电路的输入信号稳定；同相峰值检波器电路主要由元件U17，D15，D16，C63等组成，完成交流到直流的转换，D15作用是提高对小信号的检波能力。

进一步根据本实用新型所述的高精度程控电压放大器，所述显示控制模块由键盘和显示器组成，键盘和显示器分别连接控制和数据处理模块，系统通过键盘操作来控制控制和数据处理模块，而产生的结果在显示器中显示。

本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：

1.控制电路成本较低。

2.电路结构简单，精度高，响应速度快，能够实现精确控制的要求。

附图说明

图1是高精度程控放大器结构框图；

图2是VCA822组成的增益控制放大电路；

图3是VG电压产生电路；

图4是MSP430F2012电路；

图5是峰值检波电路。

具体实施方式

高精度程控放大器原理框图如图1所示，由增益可调放大模块、增益控制电压产生模块、控制和数据处理模块、峰值检波模块、显示控制模块组成。

控制和数据处理模块通过增益控制电压产生模块连接增益可调放大模块，增益可调放大模块通过峰值检波模块连接控制和数据处理模块，显示控制模块连接控制和数据处理模块。

其中显示控制模块由键盘和显示器组成，键盘和显示器分别连接控制和数据处理模块。系统通过键盘操作来控制控制和数据处理模块，而产生的结果在显示器中显示。

增益可调放大模块的电路结构如图2所示，包括放大器VCA822、C1、C2、C3、C4、C5、C11、C22、R1、R2、R3、R4、反馈电阻RF、增益电阻RG，VG。C1、C2正级并联一端接输入端，一端放大器管脚4，R1一端接放大器管脚4另一端接地。增益电阻RG两端分别接放大器管脚5、6。C3、C4并联一端接地一端接管脚2。C5一端接地，一端接管脚3。在图下方C11、C22并联一端接地一端接管脚8。R2一端接输出端一端接管脚9，R3一端接地一端接管脚7，R4一端接地一端接管脚3，RF一端接管脚1一端接管脚9。如图2所示，VG是控制电压输入端，电压范围为-1～+1V。

增益控制电压产生模块的电路结构如图3所示，整个模块包括数模转换芯片DAC7611，运算放大器OPA228、稳压二极管LM385、可变电阻RP1、R32、R33、R37、R38、R48、R105、R109、C39、C40、C45、C50、C104。C45一端接地一端接DAC7611的管脚1，DAX7611管脚2接地、管脚3接P1.5、管脚4接P1.6、管脚5接P1.7，R48一端接VCC一端接管DAX7611脚6，C59一端接DAX7611管脚6一端接地，LM385一端地一端分别接C104、R109、R32，C104另一端接地，R32另一端接OPA228的管脚3，R109另一端接OPA228的管脚4，R37一端接DAC7611的管脚8一端接OPA228的管脚3，C104一端接地一端接OPA228的管脚2，C40一端接地一端接OPA228的管脚7，C39一端接地一端接OPA228的管脚4，可变电阻RP1一端接OPA228的管脚8一端接OPA228的管脚1、滑动端接VCC，R38一端接OPA228的管脚6一端接OPA228的管脚2，R105一端接OPA228的管脚6一端接VG。P1.0，Pl.l，P1.2供键盘电路使用，Pl.3为A/D转换的模拟量输入端，Pl.4引脚作为A/D转换的外部基准电压源的输入，P1.5，P1.6，P1.7提供外接串行数据D/A转换芯片DAC7611的时钟输出端、串行数据输出端和数据锁存端，P2.6，P2.7用作显示电路的数据输出端和时钟信号输出端，10，11引脚用作JTAG连接和上电复位。本模块由DAC7611的12位串行D/A完成数字量到模拟量的转换，由OPA228构成的电压变换电路实现0～1V电压变化到一1～+1V电压变化的转换。

控制和数据处理模块的电路结构如图4所示，它的核心是MSP430F2012电路，它由单片机电路、键盘电路、显示电路和JTAG电路四部分组成。它包括4个数码管74LS164，分别记为U12、U13、U14、U15，4个数码管DFPY分别记为Ds1、Ds2、Ds3、Ds4，8个二极管IN4007分别记为D1、D2、D3、D4、D12、D13、D14、D15，单片机MSP430F2012记为U19，稳压二极管ML385记为D10，JTAG接口记为JP2，开关K、K1、K2、K3，R100、R114、R115、R116、R54、R55、R56、R108、R62、C53、C62、C64、C65、C106。C53一端接JP2管脚1一端接地，R62一端接JP2管脚2一端接开关K，C65一端接地一端接开关K，JP2管脚2分别接开关K和U19的管脚1，R100一端接地一端接开关K，D1、D2、D3、串联一端接开关K一端接VCC，R54一端接VCC一端接U19管脚2，R55一端接VCC一端接U19管脚3，R56一端接VCC一端接U19管脚4，R108一端接VCC一端接U19管脚6，R114一端接地一端接U19管脚2，R115一端接地一端接U19管脚3，R116一端接地一端接U19管脚4，D10一端接地一端接U19管脚6，C106一端接地一端接U19管脚6，U19管脚14接地，U19管脚12分别接U12、U13、U14、U15的管脚8，U19管脚13接U12的管脚1、2，U13的管脚1、2接U12的管脚13，U14的管脚1、2接U13的管脚13，U15的管脚1、2接U14的管脚13，U11、U12、U13、U14串联一端接VCC一端接DS1、DS2、DS3、DS4，U11、U12、U13、U14的管脚9接VCC，U12的管脚3、4、5、6、10、11、12、13分别接DS1的管脚1、2、3、4、5、6、7、8，U13、U14、U15同U12一样。单片机系统时钟采用内部DCO时钟源，经程序设定为1MHz，P1.0，Pl.l，P1.2供键盘电路使用，Pl.3为A/D转换的模拟量输入端，Pl.4引脚作为A/D转换的外部基准电压源的输入，P1.5，P1.6，P1.7提供外接串行数据D/A转换芯片DAC7611的时钟输出端、串行数据输出端和数据锁存端，P2.6，P2.7用作显示电路的数据输出端和时钟信号输出端，10，11引脚用作JTAG连接和上电复位。

峰值检波模块的电路结构如图5所示，它包括3个运算放大器OPA37分别记为U16、U17、U18，二极管2KA16记为D15，二极管2AK16记为D16，R111、R44、R112、R42、R51、R43、R45、R113、R52、R56、R41、C52、C51、C111、C47、C10、C46、C63、C7、C9、C102。R112一端接地一端接U16管脚3，R111一端接输出端一端接U16管脚3，R44一端接VSS一端接U16管脚3，R42一端接地一端接U16管脚2，R43一端接U16管脚3一端接U16管脚6，C51一端接地一端接VSS，U16管脚4接VSS，R45一端接地一端接U16管脚6，C111一端接U16管脚6一端接U17管脚，C52一端接U16，管脚1一端接U16管脚8，C52一端接地一端接VCC，U16管脚7接VCC，R113一端接U17管脚3一端接地，C10一端接U17管脚2一端接地，U17管脚4接VSS，C46一端接地一端接VSS，D15一端接U17管脚2一端接U17管脚6，C47一段接地一端接VCC，可变电阻R49一端接U17管脚1一端接U17管脚8，U17管脚7接VCC，D16一端接U18管脚3一端接U17管脚6，C63一端接U19管脚3一段就地，R52一端接U17管脚2一端接U18管脚2，18管脚2接U18管脚6，C7一端接地一端接VSS，U18管脚4接VSS，C102一端接地一端接ADC10，R41一端接U18管脚6一端接ADC10，C9一端接地一端接U18管脚7，R56一端接U18管脚1一端接U18管脚8，U18管脚7接VCC。该模块由隔离放大级、同相峰值检波器电路和输出跟随级组成。隔离放大级由U16，R43，R42，R44，8111和8112组成，主要作用是补偿后级检波电路的误差，同时也使检波电路的输入信号稳定。同相峰值检波器电路主要由元件U17，D15，D16，C63等组成，完成交流到直流的转换，D15作用是提高对小信号的检波能力。

该放大器工作时通过键盘设定放大器的电压放大倍数或应输出的电压值，通过显示电路实时进行显示。设置完毕后，经MSP430F2012单片机处理，输出相应的控制数据，由DAC7611将数字量转换为相应的模拟电压。低噪声集成运放OPA228构成电压变换电路，把DAC7611输出的正向电压转换成符合VCA822的VG要求的电压值，即在-1V～+1V间变化。而为了使电压放大倍数调节更加准确，增加了峰值检波、A/D转换电路，把输出电压的峰值转换成相应的数字量，经MSP430F2012分析处理，并对VCA822的VG电压再次进行调整，消除由VCA822控制特性所产生的误差，使设定的电压放大倍数和输出电压更加准确。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。