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2012
年
TI
杯
上海赛区竞赛题目
可控增益放大器
1
、
任务
基于乘法器型
DAC
或压控增益放大器设计
一个可控增益放大器，并将其用
于自动增益控制器中。
2
、基本要求
:
设计一
个负载为
1K
欧姆的可控增益放大器，
可控增益放大器的放大倍数从
1
至
12
8
倍可调；
通过按键短按，
控制步进为
4
倍循环
（
1
，
4
，
16<
/p>
，
64
，
128
，
1
，
?）<
/p>
；
（
1
）输入信号为频率为
1KHz
，
200mVpp
的正弦信号时，在所有增益条件下
：
a.
增益精度高于
1
％；
b.
无明显波形失真；
（
2
）
输入一个
1KHz
，
200mVpp
的方波，在所有增益条件下，
a.
输
出方波没有形态失真
（输出变为三角波
/
正弦波，
或有寄生振荡频率）
；
b.
输出方波的过冲不超过
5
％；
c.
输出方波的上升到
90
％的上升时间应小于
80uS;
（
3
）
制作一个
100mV
的直流电平（用万用表
测量），做为可控增益放大器的
输入，在增益为
128
倍时：
a.
用万用表测量得到的输出电压误差不超过
1
％；
b.
用示波器测量得到的电压纹波
不大于
1
％；
3
、发挥要求
:
（
1
）基于基本部分的可控增益放大器，设计一个自动增益控制器。长
按按键可
进入（
LED
亮）或退出（<
/p>
LED
灭）自动增益控制器功能，当向可控增益放大器
输入
1KHz
，
200mVpp
－
2Vpp
< br>间变化的正弦信号或其他波形信号时：
a.
<
/p>
输出波形稳定在
0.5Vpp
，幅度精度
为
1
％；
b.
频率和波形不变；
c.
<
/p>
响应时间小于
1s
；并尽可能提高响应速
度；
（
2
）将输入信号扩展为
1KHz
，
20mVpp
–
20Vpp
间变化的正弦信号或其他波
形信号时，完成自动增益控制功能：
a.
输出波形稳定在
0.5Vpp
，幅度精度为
1
％；
b.
频率和波形不变；
c.
<
/p>
响应时间小于
1s
；并尽可能提高响应速
度；
d.
在自动增益控制模式下，通过按键短按，输出信号的幅度可以
在
0.5Vpp
，
1Vpp
和
2Vpp
间切换；
<
/p>
（
4
）减少器件使用的数量，降低成本；
5
、说明
所
有放大器的供电由实验室台式电源提供，供电电压自由选择；
MSP430
和乘法
器型
DAC
的供电电
源由运放供电电压转换后获取，可利用
Launchpad
上的
线性
稳压器（测试时不得挂
USB
数据
线），注意调试时可能和
Launchpad
上的
USB
供电冲突。
附录：
一、
乘法器型
DAC
用作衰减器的原理：
如上图，乘法器型
DAC
的核心是一个
R-2R
电阻网络，让我们来分析一下当乘法器型
< br>DAC
和外部运放一起工作时是如何实现衰减器的：
1.
12
个选通开关由
SPI
协议控制，
使得
2R
的下端接入
Iout1
（蓝线）
或者
Iout2<
/p>
（红线）
2.
外部运放的
Vin+
，接地，这时红色
的线都接地。
3.
应用运放的
“虚短”
理论
（理
想运放工作在线性状态下时，
Vin-
和
Vin+
的电压相等）
，
我们可以看
做蓝色的线和红色的线连在一起。这时，最右边的两个
2R
相当
于并联，
阻值等于
R
，这个等效电阻<
/p>
R
会与红圈圈出的
R
串联，形成一个
2R
的等效电阻，
这个
2R
等效电阻会与右边第三个
2R
并联??，以此类推，最后，从
V
RE
F
端看进
去，整个
R-2R
电阻网络的阻值为恒定的
R
。
4.
于是，我们可以得到，流
入
V
REF
端的恒定的总电流为
I
TOTAL
=V
R
EF
/R
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