1 係統設計

 

本係統采用小體積MSP430單片機為控製芯片，並用INA128構成的放大電路。末級采用IRF9540和IRF540兩個MOS管實現功率放大。電路實現簡單，功耗低，性價比很高。該電路由電路穩壓電源模塊、帶阻濾波模塊
、電壓放大模塊、功率放大模塊、AD轉換模塊以及液晶顯示模塊組成
，圖1所示是其組成框圖。電路穩壓電源模塊為係統提供能量；帶阻濾波電路要實現50Hz頻率點輸出功率衰減；電壓放大模塊采用兩級放大來將小信號放大，以便為功率放大提供足夠電壓；功率放大模塊主要提高負載能力；AD轉換模塊便於單片機信號采集
；顯示模塊則實時顯示功率和整機效率。

 

 

 

2 硬件電路設計

 

2.1 帶阻濾波電路的設計

 

采用OP07組成的二階帶阻濾波器的阻帶範圍為40～60 Hz
，其電路如圖2所示。帶阻濾波器的性能參數有中心頻率ω0或f0，帶寬BW和品質因數Q。Q值越高，阻帶越窄，陷波效果越好。

 

 

 

2.2 放大電路的設計

 

電壓放大電路可選用兩個INA128芯xin片pian來lai對dui微wei弱ruo信xin號hao進jin行xing放fang大da。若ruo采cai用yong一yi級ji放fang大da，當dang放fang大da倍bei數shu較jiao大da時shi
，電dian路lu可ke能neng不bu穩wen定ding
，故gu應ying采cai用yong兩liang級ji放fang大da，並bing在zai級ji間jian采cai用yong電dian容rong耦ou合he電dian路lu，圖tu3所示是其電路圖。圖中
，INA128具有低失調電壓漂移和低噪聲等性能指標

，且放大倍數設置簡單
，隻用一個外部電阻就能改變放大倍數。圖3中1、8腳跨接的電阻就是用來調整放大倍率，4
、7腳需提供正負相等的工作電壓，2
、3腳輸入要放大的電壓，並從6腳輸出放大的電壓值。5腳則是參考基準
，如果接地
，則6腳的輸出即為與地之間的相對電壓。

 

 

 

2.3 功率放大電路的設計

 

功gong率lv放fang大da電dian路lu往wang往wang要yao求qiu其qi驅qu動dong負fu載zai的de能neng力li較jiao強qiang，從cong能neng量liang控kong製zhi和he轉zhuan換huan的de角jiao度du來lai看kan，功gong率lv放fang大da電dian路lu與yu其qi它ta放fang大da電dian路lu在zai本ben質zhi上shang沒mei有you根gen本ben的de區qu別bie
，隻zhi是shi功gong放fang既ji不bu是shi單dan純chun追zhui求qiu輸shu出chu高gao電dian壓ya
，也ye不bu是shi單dan純chun追zhui求qiu輸shu出chu大da電dian流liu，而er是shi追zhui求qiu在zai電dian源yuan電dian壓ya確que定ding的de情qing況kuang下xia，輸shu出chu盡jin可ke能neng大da的de功gong率lv。

 

本電路采用兩個MOS管構成的功率放大電路，其電路如圖4所示。此電路分別采用一個N溝道和一個P溝道場效應管對接而成，其中RP2和RP3為偏置電阻
，用來調節電路的靜態工作點。特征頻率fT放大電路上限頻率fH的關係為：fT≈fhβh
，係統階躍相應的上升時間tr與放大電路上限頻率的關係為：trfh=0.35。

 

 

 

對於OCL放大器來說
，一般有：PTM≈0.2POM，其中PIM為單管的最大管耗
，POM為最大不失真輸出管耗。根據計算，並考慮到項目要求
，本設計選用IRF950和IRF50來實現功率放大。

 

2.4 AD轉換電路的設計

 

此工作可由單片機內部的10位AD轉換器完成，但實驗發現
，單片機的10位AD芯片的處理效果不是很好。因此本設計采用了兩個AD轉換芯片來對負載輸出的信號進行轉換，並使用單片機控製計算，然後送入液晶顯示其功率和效率。

 

AD1674是一片高速12位逐次比較型A／D轉(zhuan)換(huan)器(qi)
，該(gai)芯(xin)片(pian)內(nei)置(zhi)雙(shuang)極(ji)性(xing)電(dian)路(lu)構(gou)成(cheng)的(de)混(hun)合(he)集(ji)成(cheng)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，具(ju)有(you)外(wai)接(jie)元(yuan)件(jian)少(shao)，功(gong)耗(hao)低(di)

，精(jing)度(du)高(gao)等(deng)特(te)點(dian)，並(bing)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)校(xiao)零(ling)和(he)自(zi)動(dong)極(ji)性(xing)轉(zhuan)換(huan)功(gong)能(neng)
，故(gu)隻(zhi)需(xu)外(wai)接(jie)少(shao)量(liang)的(de)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)容(rong)元(yuan)件(jian)即(ji)可(ke)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)A／D轉換器。AD8326是TI公司推出的16位高速模數轉換器，其轉換速度快，線性度好

，精度高。AD8326和A1674的電路連接圖分別如圖5和圖6所示。

 

 

 

2.5 顯示電路

 

本電路采用12864液晶來實時顯示輸出的功率
、直流電源供給的功率和整機效率。該液晶具有屏幕反應速度快

、對比度高
、gonghaodidengyoudian。keyishixianyouhaoderenjijiaohu。weilejianhuadianlu，benshejicaiyongchuankoulianjie。bingzaidanpianjidekongzhixia，anzhaoyaoqiudegeshixianshijieshoudaodeshujuhezifuxinxi。tu7為液晶顯示電路的連接圖。其中D0～D7為數據口，R／W為液晶讀寫信號
，E是使能端。

 

 

 

3 係統軟件設計

 

由於本係統是低頻正弦信號的功率放大

，要求能測量並顯示輸出功率、整機效率等信息，所以要用到AD轉換。ADxinpianceliangdejiaoliuxinhao，suoyi
，celiangdedianyashujujinxingbijiao，yihuodezuidadianyazhi，cizhijiweizhengxianxinhaodezuidazhi。eryaoxiangdedaozhengxianxinhaodeyouxiaozhi，jiuyaoduizuidazhijinxingchuli

，congerhuodeyouxiaozhi。zheyang
，jiukeyijiangdianyuandeshuchugonglvhegonggeigonglv，genjuoumudinglvjisuanchuqishuzhi


，bingjiangcededeshujuyongyejingshishidexianshichulai。

 

因此
，本係統軟件實現的功能應當可以實現對正弦信號有效值的測量；同時能夠通過液晶準確顯示輸出功率和係統供給功率和整機效率。

 

圖8所示是本係統軟件的設計流程圖。

 

 

 

4 結束語

 

本設計的低頻功率放大器，可實現項目的基本要求，經過測試，當輸入正弦波信號電壓有效值為5 mV時，而且其輸出功率大於5 W，其功率放大器的整機效率也比較高。