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一、选题的背景
当前,随着数字化技术的不断发展,各类测量仪表越来越趋于采集数字化和智能化方向的发展。这些设备仪表由前端的传感器、放大器电路和后端的数据处理电路组成。其中后端数据处理电路通常采用高精度A/D和高速单片机,以保证仪表的精度和速度要求。而对于前端电路,由于传感器输出信号的幅度和驱动能力均比较微弱,必须加接高精度的测量放大器才能满足后端电路的要求。
在自动控制系统或智能仪器中,当被测信号的幅值变化范围很大时,为了保证测量精度的一致性,经常采取改变量程的办法,采用程控放大器可惊险量程自动切换。当改变量程时测量放大器的增益也相应的加以改变。这种变化通常是自动惊醒,即不需要人为的改变电路连接,而是通过软件实现放大器增益的改变。
二、选题的目的意义和应用价值
程控放大器(programming gain amplifier,PGA)是指可以通过程序或指令控制而改变其增益等性能的放大器,PGA在现代测控系统中是经常会用到的,可以通过程序来自动调节放大器的放大倍数。例如,在一些比较高档的电子测量仪器中可以根据输入信号的大小自动调节量程的范围,就是通过改变放大器的放大倍数来实现的。在多通道或多参数的数据采集系统中,多个通道或多个参数共用一个测量放大器。各通道或各参数送入测量放大器的信号大小并不相同,但都要放大至A/D变换器输入要求的标准电压,因此各通道要求测量放大器的增益就每个通道的数据采集而言,还可实现自动控制增益或量程自动切换,因此程控增益放大器得到广泛的应用。随着各种新型原件的不断发展,PGA的实现并不太难,但由于PGA必须具有可以实现自动调节增益的功能,因而其精度总会因使用一些调节元器件而受到影响,在精密测量场合对PGA的精度要求比较高,实现较精密的PGA是众望所归。
程控放大器试用方便、性能好,故可在数据采集系统、自动增益控制、动态范围扩展、远程仪表测试等方面试用尤为适宜,程控增益调整比手工调整更优越。在使用放大器的场合中,往往希望增益能够调整,使波形显示更完美,数据采集更精确。而程控增益调整比手工调整更优越。
AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器以DAC0832内部的电阻网络为核心,利用AT89S52单片机控制所选D/A的电阻网络状态,同时利用两个独立键盘来控制正弦波的放大倍数,并利用四位数码管将其显示出来。可以实现通频为20Hz~20KHz,Vpp为20mV~20V,放大0.4~100倍,且步进为0.4可调的无失真的波形放大器。采用单片机来控制放大器有操作简单、经济适用,最重要的是基于单片机控制的程控放大器的精度比较高,在实际仪器测量过程中,是一种重大的改革。所以研究基于单片机控制的程控放大器是很有意义的,对生产个方面有很重要的作用。
三、放大器的分类
一、A类(甲类)放大器:A类(甲类)放大器是指电流连续的流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器,由于避免了开关所在的非线性,只要偏置和动态范围控制得当,仅从失真角度来看,也已人为它是一种良好的线性放大器。A类放大器在结构上,还有两类不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相连工作,其偏置电流要增加到正常负载下有足够的电流流过,而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然的耗尽输出电流,如果负载阻抗低于标定值,放大器会短期出现截止现象,在失真上可能略有增加,但不致于出现直感上的严重缺陷。另一类可乘坐控制电流源型(VCIS),它本质上是一个单独的射极跟随器,并带有一个有源发射极负载,以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时,需要在开始设计之前酒吧所要驱动的阻抗搞清楚。
二、B类(乙类)放大器:B类(乙类)放大器是指器件导通时间为50%的一直工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器,也许目前所生产的放大器有99%是属于这一类。
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