各部分指标的分析与计算 - 锁相放大器设计

　　二、各部分指标的分析与计算

　　2.1、交流放大器

　　交流放大器部分采用INA128三级同相放大电路放大。根据公式GB=1+50K/R，第一级放大16倍，第二级放大为26倍，第三级放大为26倍，三级相乘最终的放大倍数可达10816倍，满足设计要求；由此每一级的电阻选择分别为3.3K、2K、2K。INA128的外围电路简单，输入阻抗高，同时能有效的抑制共模干扰，其电路图如图2.1所示。

　　

　　图2.1交流放大器电路

　　2.2 、带通滤波器

　　带通滤波器部分的核心部件为UAF42芯片。UAF42是一款通用有源滤波器，可配置为低通、高通、带通滤波器。它使用了一种经典的状态可调的模拟结构，通过一个反向放大器和两个积分器。积分器包含上1nF电容。这种结构解决了有源滤波器设计的一个重要的难题——获得紧密对准公差、低损耗电容。它是一种单片集成电路，其中包含了运算放大器、匹配电阻和状态可调双极滤波极对所需的精密电容，以及四个独立的精密运放。对于带通滤波器的设计，采用Filter42软件计算出外围电阻RF1=RF2=158K，达到中心频率为1000Hz，频带范围为950Hz—1050Hz的滤波要求。其电路如图2.2所示

　　

　　图2.2带通滤波器电路

　　2.3、相敏检波器

　　相敏检波器主要部件为MPY634，其电路如图2.3所示。

　　

　　图2.3相敏检波器电路

　　2.4、低通滤波器

　　低通滤波器同样采用UAF42构成，其外围电阻分别为44K、470K。电路图如图2.4所示。

　　

　　图2.4低通滤波器电路

　　2.5、直流放大器

　　直流放大器电路如下图2.5所示。

　　

　　图2.5直流放大器电路

　　2.6、显示部分

　　单片机最小系统设计。本设计电流源通过键盘模块输入给定的电流值传送给单片机，单片机在接收到信号后进行处理运算，并显示其给定的电流值，然后经过D/A转换以输出电压，驱动恒流源电路实现电流输出，并将采样电阻上的电压经过A/D转换输入单片机系统，通过补偿算法进行数值补偿处理，调整电流输出并驱动显示器当前的电流值。最小系统核心为MSP430，将单片机的引脚用接口引出，电路图如图2.6中单片机最小系统模块所示。

　　

　　图2.6单片机最小系统

　　A/D转换器选用具有16位分辨率高精度模数转换器ADS1115。ADS1115具有一个板上基准和振荡器，数据通过一个I2C兼容型串行接口进行传输，可以选择4个I2C从地址。如图2.7所示电路中，ADS1115的SDA与单片机P1.2口相接，SCL与单片机P1.3口相接。上接上拉电阻通过编程模拟ADS1115的通信时序实现对ADS1115的操作。

　　

　　液晶显示电路设计如图2.8所示

　　

　　2.7、参考通道部分

　　参考通道部分采用LM324及外围电阻搭建而成，整个通道分为触发整形、移相、方波驱动三个部分。其电路图如图2.9所示。

　　

　　2.8、自制电源设计

　　本设计共用到电源有2种：即±15V 、 +5V 。电源原理：稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，整流作用是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压输出。图2.10所示的电源电路图由L7815和L7915组成，输出±15V电压给压控恒流电路中的OP07等器件供电。图2.11所示为+5V电源电路。

　　

　　三、软件设计

　　3.1 软件流程设计

　　软件流程图如图3.1所示