FPGA简易数字频率计课程设计报告+原理图+电路路+源代码 第4页
4 硬件系统实现4．1 硬件系统原理图
图4-1 硬件电路原理图
当被测信号进入频率计系统，需先经过宽带放大器，在经过比较器输出TTL电平。输入通道对200mV～5V、频率从1Hz到10MHz的信号进行放大和整形，成为TTL电平的标准数字信号。
4．1．1放大电路的选择
本系统在设计放大电路比较多种方案来实现，通过不断改进来达到系统要求的性能。对放大电路的要求是把0.5V~3V的信号转换为TTL电平，频带宽度为1hz~10Mhz，所以放大电路应具有较大的输入阻抗、较小的输入电流、较强的抗干扰能力，并有很宽的通频带（1Hz～10MHz）和输出幅值达到TTL电平幅值。有以下几种方案。
（1）高频三极管
三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。）。
采用单级高频三极管：
如图4-2所示，三极管工作在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，否则放大信号会出现失真。
在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。
图4-2 单级三极管放大电路
该电路参数达到在100Hz到1.5MHz频段中电压增益20DB。而更高频段三极管放大倍数锐减，显然一级的三极管放大电路增益带宽积满足不了要求。采用多级晶体三极管 ：
使用射极输出器作为输入级，以提高输入阻抗。中、后级作为放大级，级与级之间电容耦合，前后级静态工作点相互独立，互不影响。使用截止频率为1000MHz的三极管9018做放大级，由于放大器本身特性受到结电容影响，在高频时放大倍数下降，为补偿高频段放大倍数的下降，采用了RC高频补偿电路。
实验情况如下图4－3所示。在图中，由于低频不能通过 103，而通过220uF，信号被衰减，而在数百千赫兹以上的高频带，由于电容电抗减小，所以信号不衰减。这就达到了降低低频增益、使频率特性均匀的目的。
图4-3 三级三极管放大电路
本电路经过多次调试，参数仍不能达到题目的要求，且外围电路比较复杂，各偏置电阻受各三极管质量参次不齐需逐个调试，因而分立元件不予考虑，下面使用集成电路进行实验。
（2）采用集成运算放大器
运算放大器是集成器件，集成电路中大量使用有源器件组成的有源负载，以获得大电阻，提高放大电路的放大倍数；将其组成电流源，以获得稳定的偏置电流。所以一般集成运放的放大倍数与分立元件的放大倍数相比大得多。而且其相对精度好，故对称性能好，特别适宜制作对称性要求高的电路。
AD811是一款宽带放大器，在增益为10的情况下，频带宽带可达到10M以上，可以轻松满足系统的要求。
图4-5 增益-带宽图4-4 AD811 电路图4．1．2 整形电路（1）施密特整形电路
施密特整形电路具有回滞比较特性，利用多级反相器对放大后的波形进行施密特整形，使输出变为脉冲波形。毕业论文
http://www.youerw.com由于CMOS门电路有一个固定的阀值电平，对于信号脉冲中低于阀值电平的部分，门电路的输入端不予响应。利用门电路的这一特点，常将其直接用于对脉冲的整形。在实际电子电路中，集成门电路是其中应用最多的电路之一。如图4－6所示。本文来自优.文~论^文;网
图4-6 74HC04原理图
它的用途除了作控制门之外，还用来组成时钟脉冲发生器。由于一块集成门电路中往往包含几个独立的门电路，在组成一些电路的主要结构之后总有一些多余的部分。可以利用这些多余的部分来作脉冲的整形、反相以及放大等用途。对于某些要求较高的电路，直接用门电路整形，有时还不能满足要求，而是将门电路组成一个施密特触发器，利用施密特触发器的滞后特性，使脉冲的整形符合电路的要求。
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