窄带遥控信号的波形转换与电路实现

摘要：本文首先介绍了利用运放器件实现窄带遥控信号的波形转换的背景以及本次设计的功能目标，然后逐步介绍设计方案具体思路和具体的电路实现，最后对成品电路进行测试。测试表明能该电路能将窄带遥控信号按需求电压进行实时调整和变换，满足了设计要求。
关键词：运放；遥控；波形转换

遥感遥测技术可利用多种手段实现，比如用可见光、红外、微波等各类传感器，通过数据采集、传输和处理，接受地面、水面等各种物体表面发射和反射的信号，识别物表相关数据和所需信息。以遥感遥测为主的相关技术在我国矿产、林业、农业、水利等部门已有大量应用，为国家社会经济发展做出了巨大贡献。
由于传输距离和气候等多种原因，遥测信号到达设备之后，其电压值大小需要转换成所需范围，才能配合下级电路正常工作。这种转换电路大多采用多级运算放大器组合实现。运算放大器具有很高的放大倍数，可以实现数学运算，将输入的电流、电压参数，经过相应的电路，转换为需要的信号。它的品种繁多，如高速差分放大器、低噪声放大器、高速轨到轨放大器等，并且依据应用的深入，其产品也越来越丰富，是电子业界不可缺少的重要应用元器件。

1 设计目的
根据项目实际需求，本次设计的电路要求达到如下性能。输入信号频率30kHz，电压范围0～4V，输出信号要求电压范围在4～6V左右，并且具有依据实际需求在一定范围内可调的功能。
设计电路必须同时调节电压均值以及电压范围宽度，而且保证输出信号的驱动能力和引入可调器件满足实际需求。

2 设计思路
此次设计的运放是为了进行大电压幅度信号转换的，工作电源为正负7．5V供电，所以必须要考虑运算放大器的正负供电大电压问题，同时需要特别考虑运放的压摆率的问题，选择带宽相对较宽的运算放大器，使其在工作频带不会发生相位翻转。一般运算放大器不能很有效的工作在大电压范围内，我们需选用一款具有大电压输入的运算放大器AD8674。同时它集四颗运算放大器于一身，可以大大减小芯片占用面积，而且可以大大简化布线难度。
由于输入电压的范围和要求的输出电压范围电压宽度不同，而且均值也不同，所以需要至少有两级波彤转换电路。设输入信号电压为Vin，第一级完成电压幅度的压缩，即V1=Vin×(-1／2)。第二级通过与基准源(4V)的减法运算，使其达到4V到6V的输出要求，即Vout=4-V1 =4+1／2Vin；同时为了保证可调功能，在这两级电路中均引入电位器考虑到电压的稳定性和减小前后级之间的相互影响和增大电路驱动能力，在输入和输出引入射随器，从而实现预期功能。

3 相关电路
由以上分析可知，本次运放电路采用四级结构。运放芯片采用AD8674芯片，具有低噪声(2．8nV／√Hz)，频带宽(10MHz)，低输入偏置电流(10nA)，高开环增益(135dB)等特性。
第一级首先对信号进行反向放大(1／2倍)处理，使其电压南0V到4V，转变为0V到-2V，为了使放大倍数可调，输入电阻采用可调式电位器。
第二级对输入信号进行射随处理，增强信号的稳定性和驱动能力，并且减轻运算放大器前后级的相互影响。
第三级电路完成反向减法器功能。首先必须提供5V的基准电压，本次设计采用ADR45基准电压源如图1，具有超低噪声、高精度和低温度漂移性能，采用了ADI公司的温度漂移曲线校正和XFET专利技术，可以使电压随温度变化非线性度大大降低。

然后，实现运放的减法功能，前三级运算放大器电路如图2所示。

最后一级仍采用射随结构如图3，增强驱动下级电路的能力。选用与AD8674同系列的AD8672运算放大器芯片。

4 测试
我们采用ACILENT 33250A任意波形发生器产生30KHz的三角波，电压峰峰值4V，示波器如图4测试图所示。

经过波形转换电路之后，图5为示波器测试结果。

从图中可以看出输出信号峰峰值变为2V，并且电压均值被抬高4V。若输入电压有差别，可微调电位器，从而达到输出要求。可见此次设计满足工程要求。

图6是运放的实物图，左方信号输入，右下方接线输出。包含两个超小封装电位器，下方正中为AD8674芯片，左上方是电压基准源芯片，右下角为AD8672芯片。

5 结束语
综上所述，说明该电路几乎无失真的将0～4V的输入波形转化为0～6V的电压波形，并且可用电位器按输入波形变化进行一定的调节。这证明本次设计的是能够满足要求的并且性能良好。