2012年TI杯—频率补偿实验报告.docVIP

题目：频率补偿电路 摘 要：本系统主要是由基于OPA2134PA芯片构成的高通滤波器为核心，制作完成频率补偿电路。补偿网络是由OPA2134PA芯片构成的高通滤波器、基于OPA2134PA芯片的电压放大器、OPA2134PA芯片构成的低通滤波器组成。通过计算出有源滤波电路各个参数，设计出各电路模块，并利用LM317和LM337自制稳压电源为系统供电。通过调试电路，最终较好的实现了对模拟模块的高频补偿，并且从测试结果表明各项指标都符合设计任务中的基本和发挥要求。 关键词：频率补偿 高通滤波器 传输函数 1系统方案设计 1.1模拟模块运放选择 根据题目要求，需要根据频带要求，直流特性和外部元件参数从TI公司的产品中自定义选择运算放大器的型号。 方案一：OPA2134PA 音频运算放大器，最低噪声8nV/√Hz，通频带宽8MHz，输入电源范围±2.5V～±18V，输入偏置电流最大值100pA，输入失调电压最大值2mV； 方案二：OPA2227P 高精度低噪声运算放大器，双通道运放，最低噪声8nV/√Hz，通频带宽8MHz，输入电源范围±2.5V～±18V, 输入偏置电流最大值10nA，输入失调电压最大值75uV； 方案三：OPA227P 高精度低噪声运算放大器，单通道运放，最低噪声8nV/√Hz，通频带宽8MHz，输入电源范围±2.5V～±18V, 输入偏置电流最大值10nA，输入失调电压最大值75uV。 方案论证：综合考虑频带要求，直流特性和外部元件参数，尽量减小放大器本身噪声造成的干扰，采取低噪运放，即需要所选运放具有：高阻，高频，低失调电流的特点，所以采取方案一，即OPA2134PA作为模拟模块的运算放大器。 1.2频率补偿电路的论证与选择 方案一：高通滤波器（HPF）、运算放大网络（AMP）、低通滤波器（LPF）三级级联构成频率补偿网络。 计算出模拟模块的传输函数H1（s），推算出系统增益为常量时的频率补偿网络的传输函数H2（s），根据H2（s）的特性求算出频率补偿网络的电路结构。由于模拟模块部分等效于一个低通滤波器，初步推测出频率补偿网络部分主要是高通滤波器，信号经模拟模块部分可变为幅度变化较小的信号，然后对其进行放大提高幅度，再通过截止频率50KHz以上的低通滤波器，便可以输出符合题干要求的信号，实现频率补偿。方案一的系统框图如图1所示。 图1 方案一系统框图 方案二：低通滤波器、程控运放AD603、低通滤波器、峰值检测电路构成频率补偿网络 信号经过模拟模块部分之后的幅频特性为低通，输入频率接近截止频率时，由于示波器都带有固定增益，经过放大可能产生较大的纹波抖动。 采用程控放大器AD603对幅度进行平稳调整，模拟模块信号输出经过峰值检测电路作为AD603的输入信号，经过模拟模块的信号先通过低通滤波器进行去噪处理，再接入AD603的电压控制端。AD603可控增益放大器放大特性与输入控制电压具有很好的线性度，可以对控制电压的线性调节来实现增益的线性控制，将输出信号控制在AD603的最大输出3V附近，波动维持在较小的范围内，AD603的输出最大电压±3V，不能达到输出电压有效值10V的要求，故而须再经一低通滤波器将?3dB高频截止频率扩展到大于50kHz。峰值检测电路的作用是将模拟模块部分输出的交流信号变为直流信号作为AD603的信号输入。方案二系统框图如图2所示： 图2 方案二系统框图 方案论证：从理论上分析，方案2可以使输出幅度纹波系数比较小，信号更加稳定，可以更好实现频率补偿。但是AD603容易自激振荡，要求输入的控制电压信号十分稳定，且对信号是对以分贝单位信号进行程控，即需要在电路中加入对数电路和反对数电路。即虽然方案2理论上更优越，但是实际电路会比较复杂。 综合以上两种方案，选择方案一，即高通滤波器、运算放大网络、低通滤波器三级级联构成频率补偿网络。 1.3 供电方式选择 方案一：实验室直流电源供电。 方案二：自制线性稳压电源 方案论证：实验室电源不便于搬动，为了方便为运放提供稳定的±15V供电电源，我们基于LM337和LM317自制可调供电电源。 2理论分析与计算 2.1 模拟模块部分传递函数计算及零点、极点分析 图3 模拟模块电路 模拟模块的传输函数求解过程如下： 检测T处为虚地，故而电平为零 设s=wj，则有模拟模块部分的传输函数H1(S) . 根据基本要求（2）①中条件，模拟模块与频率补偿模块的传输函数乘积须为1 故频率补偿部分的传输函数 很显然，频率补偿部分电路运放的外接元件在运放反相端左右两部分相当于对调，是一个高通滤波器，H2（S）的零点是方程的根，极点是0和。外接元件位于反相端左侧极点部分在低频