窄帶遙控信號(hào)的波形轉(zhuǎn)換與電路實(shí)現(xiàn)

摘要：本文首先介紹了利用運(yùn)放器件實(shí)現(xiàn)窄帶遙控信號(hào)的波形轉(zhuǎn)換的背景以及本次設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)，然后逐步介紹設(shè)計(jì)方案具體思路和具體的電路實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)成品電路進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試表明能該電路能將窄帶遙控信號(hào)按需求電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和變換，滿足了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：運(yùn)放；遙控；波形轉(zhuǎn)換

遙感遙測(cè)技術(shù)可利用多種手段實(shí)現(xiàn)，比如用可見光、紅外、微波等各類傳感器，通過數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，接受地面、水面等各種物體表面發(fā)射和反射的信號(hào)，識(shí)別物表相關(guān)數(shù)據(jù)和所需信息。以遙感遙測(cè)為主的相關(guān)技術(shù)在我國(guó)礦產(chǎn)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等部門已有大量應(yīng)用，為國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。
由于傳輸距離和氣候等多種原因，遙測(cè)信號(hào)到達(dá)設(shè)備之后，其電壓值大小需要轉(zhuǎn)換成所需范圍，才能配合下級(jí)電路正常工作。這種轉(zhuǎn)換電路大多采用多級(jí)運(yùn)算放大器組合實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算放大器具有很高的放大倍數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，將輸入的電流、電壓參數(shù)，經(jīng)過相應(yīng)的電路，轉(zhuǎn)換為需要的信號(hào)。它的品種繁多，如高速差分放大器、低噪聲放大器、高速軌到軌放大器等，并且依據(jù)應(yīng)用的深入，其產(chǎn)品也越來越豐富，是電子業(yè)界不可缺少的重要應(yīng)用元器件。

1 設(shè)計(jì)目的
根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，本次設(shè)計(jì)的電路要求達(dá)到如下性能。輸入信號(hào)頻率30kHz，電壓范圍0～4V，輸出信號(hào)要求電壓范圍在4～6V左右，并且具有依據(jù)實(shí)際需求在一定范圍內(nèi)可調(diào)的功能。
設(shè)計(jì)電路必須同時(shí)調(diào)節(jié)電壓均值以及電壓范圍寬度，而且保證輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和引入可調(diào)器件滿足實(shí)際需求。

2 設(shè)計(jì)思路
此次設(shè)計(jì)的運(yùn)放是為了進(jìn)行大電壓幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換的，工作電源為正負(fù)7．5V供電，所以必須要考慮運(yùn)算放大器的正負(fù)供電大電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)需要特別考慮運(yùn)放的壓擺率的問題，選擇帶寬相對(duì)較寬的運(yùn)算放大器，使其在工作頻帶不會(huì)發(fā)生相位翻轉(zhuǎn)。一般運(yùn)算放大器不能很有效的工作在大電壓范圍內(nèi)，我們需選用一款具有大電壓輸入的運(yùn)算放大器AD8674。同時(shí)它集四顆運(yùn)算放大器于一身，可以大大減小芯片占用面積，而且可以大大簡(jiǎn)化布線難度。
由于輸入電壓的范圍和要求的輸出電壓范圍電壓寬度不同，而且均值也不同，所以需要至少有兩級(jí)波彤轉(zhuǎn)換電路。設(shè)輸入信號(hào)電壓為Vin，第一級(jí)完成電壓幅度的壓縮，即V1=Vin×(-1／2)。第二級(jí)通過與基準(zhǔn)源(4V)的減法運(yùn)算，使其達(dá)到4V到6V的輸出要求，即Vout=4-V1 =4+1／2Vin；同時(shí)為了保證可調(diào)功能，在這兩級(jí)電路中均引入電位器考慮到電壓的穩(wěn)定性和減小前后級(jí)之間的相互影響和增大電路驅(qū)動(dòng)能力，在輸入和輸出引入射隨器，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

3 相關(guān)電路
由以上分析可知，本次運(yùn)放電路采用四級(jí)結(jié)構(gòu)。運(yùn)放芯片采用AD8674芯片，具有低噪聲(2．8nV／√Hz)，頻帶寬(10MHz)，低輸入偏置電流(10nA)，高開環(huán)增益(135dB)等特性。
第一級(jí)首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行反向放大(1／2倍)處理，使其電壓南0V到4V，轉(zhuǎn)變?yōu)?V到-2V，為了使放大倍數(shù)可調(diào)，輸入電阻采用可調(diào)式電位器。
第二級(jí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行射隨處理，增強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性和驅(qū)動(dòng)能力，并且減輕運(yùn)算放大器前后級(jí)的相互影響。
第三級(jí)電路完成反向減法器功能。首先必須提供5V的基準(zhǔn)電壓，本次設(shè)計(jì)采用ADR45基準(zhǔn)電壓源如圖1，具有超低噪聲、高精度和低溫度漂移性能，采用了ADI公司的溫度漂移曲線校正和XFET專利技術(shù)，可以使電壓隨溫度變化非線性度大大降低。