高性能模拟电路实验平台的研制探索

目前，国内现有模拟电路实验平台均为较简单的模拟单元电路，如单管放大器(共射、共基)、负反馈放大器、集成运算放大器基本运算电路、场效应管电路、OTL功率放大器等较为简单的模拟电路单元。

普通单管放大器不能同时对输入输出电阻进行匹配，导致放大电路的带宽受限；负反馈放大器的电流补偿电路要消耗一定的功率，并且容易受到温度等外界条件的影响，容易产生自激，从而导致放大倍数受限；场效应管电路采用电压控制元件，它的放大倍数小，一级放大只能做到几倍，并且输入端由于静电感应容易击穿。OTL功率放大器输出端采用大容量电解电容，体积庞大，笨重，消耗有色金属，且效率较低，低频和高频特性均较差。这些实验项目，学生在做实验的过程当中发现实验结果差，并且有些较复杂的实验项目根本无法开出。现市场上出售的模拟电子技术实验装置，虽然运用了先进技术，但价格昂贵，并且改装、升级不方便，并且用于学生开展创新训练、各类学科竞赛常用的新型模拟器件，如高速运放、

高精度运放、滤波器、高速AD／DA，可控增益放大器等，纵观国内的模拟电路实验箱此类资源却较为贫乏。

本实验箱利用TI公司的芯片，研制出一种高性能的模拟电路实验箱，该实验箱既能模拟电子技术基础实验的需要，提高当代大学生模拟技术水平，掌握模拟信号的实际调试情况，又可以作为综合设计型实验教学，为学生进行电子竞技比赛提供开发平台，提高大学生电子竞技能力，奠定未来工程师道路。

1．总体设计方案

高性能模拟电路实验箱总体设计框图如图1所示。其中包括低频放大器模块、有源滤波器模块、可控电流源模块、高速放大器模块、高速缓冲器模块、AGC+VCA模块、串行DAC

模块、、并行DAC模块、并行ADC模块、单片机控制模块、FPGA控制模块。这些模块均可以独立开设相对应的实验项目。

2．部分单元电路功能子模块

2．1信号检测功能的实现

信号检测功能的实现框图如图2所示，其中低频放大器模块和串行ADC模块依次连接，输入信号经过信号放大，再经过同相比例运算处理后，从ADS805芯片输出，zui终实现信号检测。

应用TI公司的双电源运算放大器TL082芯片作为前级放大，放大电路可以实现双电源放大、直流耦合反向放大、交流耦合反向放大、直流耦合同向放大、交流耦合同向放大，采用TI公司

的仪表放大器INA128实现差分放大器。

图1总体设计框图

图2信号检测功能框图

低频放大器模块包括双电源放大器、单电源放大器1、单电源放大器2和差分放大器四部分。双电源放大器部分，正电源接+l2v电压，负电源接．12V电压，包含一路信号输入和一路信号

输出。单电源放大器1是反向放大器包含直流耦合型和交流耦合型，两种都设有输入端和输出端。单电源放大器2是同向放大器包含直流耦合型和交流耦合型，两种都包含一路信号输入和一路信号输出。差分放大器包含两路信号输入和一路信号输出。

2．2 自动增益测试功能的实现

自动增益测试功能的实现框图如图3所示，高速放大器模块、高速缓冲器模块、AGC+VCA模块依次连接，可以实现自动增益测试。

图3自动增益测试功能框图

高速放大器模块包括电压反馈同相电路、电压反馈反相电路、电流反馈同相电路和电流反馈同相电路，所有的电路均设有输入端和输出端。

2．3函数信号发生器功能的实现

函数信号发生器的实现框图如图4所示，FPGA模块、并行DAC模块和高速放大器模块依次连接，实现函数信号发生器。

图4函数信号发生器功能框图

AGC+VCA模块包括单元电路供电模块、自动增益控制(AGC)电路和可控增益放大器(VCA)，单元电路供电模块分别与自动增益控制(AGC)电路和可控增益放大器(VCA)相连接，为各

模块提供电源。
3．设计特点和技术指标

设计特点：

(1)配套性强，实验箱可以完成模拟电子电路的多项实验；

(2)可靠性高，实验插口座的固定由螺丝拧紧式改为焊接式，克服实验插孔座松动的现象：

(3)直观性强，面板示意图线分明，布置合理，插接方便，有利学生独食操作实验，提高实际动手能力。

技术指标：

(1)输入电源：双电源正负12V；

(2)信号采集：输入信号频率1Hz～5MHz，交流信号波形；

(3)自动增益控制：输入信号频率lⅢz~8Ⅷz，幅度lmV-5VPP，控制输出幅度固定输出1VPP；

(4)函数信号源：频率范围1Hz~10MHz，幅值0～5 VPP：

(5)工作环境：温度-10摄氏度-+50摄氏度。

高性能模拟电路实验平台已经研制成功，并已经开始投入使用。其既可以为不同层次的学生提供综合性、设计性的实验环境，为大学生电子设计大赛提供软硬件资源，也可以为教师开发新的实验项目提供有力条件。