程控自动增益信号放大器的制作方法

本实用新型的实施例涉及一种信号放大器，具体而言，涉及一种程控自动增益信号放大器。

背景技术：

信号放大器在测控系统、智能仪器仪表等许多领域都有重要应用。信号采集装置采集到的信号需要进一步传输，信号在传输过程中会随传输距离的增加而发生改变，而且距离越长信号变化的幅度就越大，所以就需要在传输过程中对信号进行放大，但是如果按照固定增益的放大电路对信号进行放大，电路输出的结果就会过大或过小，这种不稳定性会给后续的处理电路带来很大的麻烦。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种输出的信号幅度在一定范围内保持一致的程控自动增益信号放大器。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种程控自动增益信号放大器，包括单片机控制电路、DA增益控制电路、自动增益放大电路和AD反馈控制电路；其中，单片机控制电路包括单片机及其外围电路，单片机信号输出端与DA增益控制电路耦合，输出增益控制字，单片机信号输入端与AD反馈控制电路耦合，输入反馈信号；DA增益控制电路包括数模转换器及其外围电路，数模转换器用于将单片机送来的增益控制字转换为模拟控制电压，并输出给自动增益放大电路；自动增益放大电路包括依次耦合的第一电压跟随器、第一信号放大器、第二电压跟随器、第二信号放大器和第三电压跟随器，外部信号从第一电压跟随器输入，第一信号放大器和第二信号放大器输入模拟控制电压，并对输入的外部信号进行逐级放大；AD反馈控制电路包括模数转换器及其外围电路，模数转换器信号输入端与第三电压跟随器输出端耦合，用于采样第三电压跟随器输出端信号，并转换为数字信号后反馈给单片机。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

单片机的型号为89C51或89C52，其外围电路包括晶振电路、复位电路和显示电路。

数模转换器的型号为MAX531，其第2-6引脚分别与单片机P1口耦合，其电源与地之间耦合有去耦电容。

第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器的型号都为OP07型运放，所述第一信号放大器和第二信号放大器的型号都为AD603型放大器。

第一电压跟随器同相端接入外部信号，反相端和输出端接第一信号放大器的运放输入端，第一信号放大器的正电压控制端接入DA增益控制电路送来的模拟控制电压，第一信号放大器的反馈端和运放输出端接第二电压跟随器同相端，第二电压跟随器的反相端和输出端接第二信号放大器的运放输入端，第二信号放大器的正电压控制端接入DA增益控制电路送来的模拟控制电压，第二信号放大器的反馈端和运放输出端接第三电压跟随器同相端，第二电压跟随器的反相端和输出端接负载。

第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器的外围均接有运放调零电位器。

模数转换器的型号为TLC548，其第2引脚接第三电压跟随器输出端，采样输出端信号，其第5-7引脚分别与单片机P2口耦合。

AD反馈控制电路的外围电路包括由三端可调分流基准源、电位器和电阻组成的基准电压源。

程控自动增益信号放大器还包括过流保护电路，该过流保护电路包括同相比例放大电路、电压比较器、基准电压源、开关三极管以及报警电路；同相比例放大电路耦合在第三电压跟随器输出端和电压比较器反相端之间，电压比较器的同相端接基准电压源、输出端接开关三极管基极，开关三极管耦合在电源和报警电路之间。

报警电路包括依次耦合的发光二极管、光耦、开关管和蜂鸣器。

相比于现有技术，本实用新型的程控自动增益信号放大器的优势在于：其包括单片机控制电路、DA增益控制电路、自动增益放大电路和AD反馈控制电路；单片机控制电路输出增益控制字，该增益控制字通过DA增益控制电路转换为模拟控制电压，该模拟控制电压对自动增益放大电路进行放大增益调节然后输出至负载端，负载端的电压经过AD反馈控制电路采样并进行模数转换，然后反馈给单片机控制电路，单片机控制电路再动态调整增益控制字，使自动增益放大电路输出的信号幅度在一定范围内保持一致。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是程控自动增益信号放大器的电路框图。

图2是程控自动增益信号放大器的单片机控制电路的电路图。

图3是程控自动增益信号放大器的DA增益控制电路的电路图。

图4是程控自动增益信号放大器的自动增益放大电路的电路图。

图5是程控自动增益信号放大器的AD反馈控制电路的电路图。

图6是程控自动增益信号放大器的过流保护电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1，本实施例的程控自动增益信号放大器包括：单片机控制电路1、DA增益控制电路2、自动增益放大电路3、AD反馈控制电路4和过流保护电路5。其中，单片机控制电路1用于输出增益控制字；DA增益控制电路2用于将增益控制字转换为模拟控制电压；自动增益放大电路3用于对外接信号进行放大增益调节；AD反馈控制电路4用于采样负载端信号并进行模数转换，然后反馈给单片机控制电路1；过流保护电路5用于对自动增益放大电路3的输出接负载时，防止输出电流过流。

见图2，单片机控制电路包括单片机U5及其外围电路。单片机U5的型号为89C51或89C52，单片机的P1口(P13-16)与DA增益控制电路2耦合，输出增益控制字，单片机P2口(P20-22)与AD反馈控制电路4耦合，输入AD反馈控制电路4的反馈信号。单片机U5的外围电路包括晶振电路、复位电路和显示电路。晶振电路由电容C11、电容C13、晶振Y1构成，晶振频率为12MHz。复位电路由电容C12、电阻R1、复位按键K1构成，高电平复位。显示电路由排阻RP1、显示器LCD1、下拉电阻RT4构成，显示器通过排阻RP1与单片机P0口耦合，其型号为1602，主要用于各参数的信息显示，下拉电阻RT4调节显示器对比度。

见图3，DA增益控制电路包括数模转换器U14及其外围电路，数模转换器U14的型号为MAX531，其第2-6引脚分别与单片机P1口耦合，主要接收单片机U5输出的增益控制字，并将增益控制字以模拟电压形式从其第14脚输出。数模转换器U14的外围电路主要包括电源与地之间的耦合的去耦电容。MAX531芯片是美信集成产品公司生产的12位串行数据接口数模转换器，采用“反向”R－2R的梯形电阻网络结构，内置单电源CMOS运算放大器,其最大工作电流仅为260μA，具有很好的电压偏移、增益和线性度。

见图4，自动增益放大电路包括依次耦合的第一电压跟随器U7、第一信号放大器U9、第二电压跟随器U10、第二信号放大器U11和第三电压跟随器U12。上述三个电压跟随器的型号都为OP07型运放，上述两个信号放大器的型号都为AD603型放大器。其中，第一电压跟随器U7的同相端接入外部信号(即需要放大调整的信号)，同时在U7的同相端还耦合有两个滤波电容C17、C18，起到稳定作用；U7的反相端和输出端接第一信号放大器U9的运放输入端(VINP)；第一信号放大器U9的正电压控制端(GPOS)与数模转换器U14的第14脚耦合，接收送来的模拟控制电压，该U9的反馈端(FDBK)和运放输出端(Vout)接第二电压跟随器U10的同相端，第二电压跟随器U10的反相端和输出端接第二信号放大器U11的运放输入端(VINP)，第二信号放大器U11的正电压控制端(GPOS)与数模转换器U14的第14脚耦合，接收送来的模拟控制电压，第二信号放大器U11的反馈端(FDBK)和运放输出端(Vout)接第三电压跟随器U12的同相端，第二电压跟随器U12的反相端和输出端接负载，输出有效放大信号。第一电压跟随器U7外围耦合有运放调零电位器RT6，第二电压跟随器U10外围耦合有运放调零电位器RT8，第三电压跟随器U12外围耦合有运放调零电位器RT9。

两个信号放大器采用的AD603型放大器是一种具有程控增益调整功能的芯片，是美国ADI公司产品，是一个低噪、90MHz带宽、增益可调的集成运放。两个信号放大器采用顺序级联形式，可以满足带宽的条件下，有效扩大调节电路的增益范围。

自动增益放大电路的工作流程为：外接信号从J5端接入，经过第一电压跟随器U7进行隔离跟随后从运放输入端(VINP)进入第一信号放大器U9，信号经过U9一级放大，之后又经过第二电压跟随器U10进行隔离跟随，然后再输入到第二信号放大器U11内进行二级放大，最后经过第三电压跟随器U12隔离跟随后从J6端输出有效放大信号。通过单片机调节DA输出，可以有效调节U9和U11的增益控制电压，由此改变输出电压值。

见图5，AD反馈控制电路包括模数转换器U13及其外围电路，模数转换器U13的型号为TLC548，其信号输入端(第2引脚)接第三电压跟随器U12输出端，采样输出端信号，其信号输出端(第5-7引脚)分别与单片机的P2口耦合。模数转换器U13主要用于采样输出端信号，转换为数字信号后反馈给单片机进行判断输出是否稳定。单片机通过设定值和输出值进行比对后，动态调节第一信号放大器U9和第二信号放大器U11的增益控制电压，以达到稳定输出信号的目的。

模数转换器U13的第1脚耦合有基准电压源，基准电压源由三端可调分流基准源Q3、电位器RT11和电阻R5组成，模数转换器U13电压值可以通过RT11调节。三端可调分流基准源Q3的型号为TL431。

见图6，过流保护电路包括同相比例放大电路、电压比较器U15、基准电压源、开关三极管Q1以及报警电路。同相比例放大电路包括运放U16，自动增益放大电路的输出信号通过电阻R24后输入到运放U16的同相端，运放U16的反相端耦合有负反馈电阻R2，运放U16的第1、7、8脚耦合有运放调零电位器RT7。

自动增益放大电路的输出信号经运放U16同相放大后从其输出端输出到电压比较器U15的反相端。电压比较器U15的同相端耦合基准电压源，基准电压源由电位器RT10、稳压二极管D1和电阻R9组成，电压比较器U15的输出端耦合开关三极管Q1集电极，开关三极管Q1与报警电路耦合。

报警电路包括依次耦合的发光二极管D2、光耦U17、开关管Q5和蜂鸣器LS1。电压比较器U15作为比较器，当自动增益放大电路的输出信号过大(即负载过流)时，U15的反相端电压值会大于同相端的基准源，由此导致开关三极管Q1导通，报警电路从而接通电源，因此导致发光二极管D2发光报警，光耦U17导通，蜂鸣器LS1发声报警。

过流保护电路的过流值可以通过调节电位器RT10，即调节电压比较器U15的基准比较电压进行改变。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。