增益可自動(dòng)變換的放大器的設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告浦江學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告（ 20013 2014 學(xué)年 第 二 學(xué)期） 課程名稱：電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)班 級： 浦電子1204 學(xué) 號： P1402120421 姓 名： 王帥 指導(dǎo)教師： 魏紅 2014 年 6 月課程設(shè)計(jì)題目：增益可自動(dòng)變換的放大器的設(shè)計(jì)目的與任務(wù)： 對所學(xué)的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識進(jìn)行一次綜合運(yùn)用，為下一步繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)知識奠定基礎(chǔ)。學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步理解模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路理論等方面的相關(guān)知識，并可綜合運(yùn)用這些知識解決一定的實(shí)際問題，使學(xué)生在所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力上以及分析問題、解決問題能力上得到一定的提高。內(nèi)容和要求：（一）設(shè)計(jì)一個(gè)增益

2、可自動(dòng)變換的直流放大器。 1、輸入信號為01V時(shí)，放大3倍；為1V2V時(shí)，放大2倍；為2V3V時(shí)，放大1倍；3V以上放大0.5倍 ； 2、通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前放大電路的放大倍數(shù)，用0、1、2、3分別表示0.5、1、2、3倍即可。 3、電源采用5V電源供電。（二）設(shè)計(jì)一個(gè)增益可自動(dòng)變換的交流放大器。 1、放大器增益可在1倍 2倍 3倍 4倍四檔間巡回切換，切換頻率為1Hz； 2、對指定的任意一種增益進(jìn)行選擇和保持，保持后可返回巡回狀態(tài); 3、通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前放大電路的放大倍數(shù)，用0、1、2、3分別表示1、2、3、4倍即可。 4、電源采用5V電源供電。設(shè)計(jì)內(nèi)容（原理圖以及相關(guān)說明、調(diào)試過程、結(jié)果）

3、一增益可自動(dòng)變換的直流放大器設(shè)計(jì)過程：（一）.方案總體設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)方案：將設(shè)計(jì)電路分為三塊，即：電壓比較電路，增益選擇電路，放大電路。電壓比較電路：通過電壓比較器將輸入電壓（vi）與既設(shè)定的比較范圍比較，確定其放大倍數(shù)； 增益選擇電路：根據(jù)譯碼器和模擬開關(guān)的邏輯功能對反饋電阻進(jìn)得到不同的反饋電阻；放大電路：由一般運(yùn)放構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路。數(shù)碼管顯示vivo反饋電阻模擬開關(guān)138譯碼器電壓比較器運(yùn)放 7412.電路流程圖：3.方案所需的元器件：（二）. 分部設(shè)計(jì):1.電壓比較電路：Q2如左圖所示：U2A.2B.U2C均為電壓比較器，工作原理：當(dāng)同向輸入端的電壓值大于反向輸入端的電壓值時(shí)，電壓比較

4、器輸出為VCC(+5V)，反之則為VEE(-5V)。在數(shù)字電路中，大于0V的電壓都認(rèn)為是高電平1，相反為0。Q1電壓比較器的存在使得信號從模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，進(jìn)而加以運(yùn)算。工作情況：輸入輸出ViQ2Q1Q0Q00v1v0001v2v1002v3v1103v111viQ0Q12. 增益選擇電路:Q2(1).138 譯碼器： 譯碼器的功能是將輸入的二進(jìn)制代碼翻譯成一個(gè)表示代碼意愿的特定的輸出信號。它是一種多輸入，多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡(luò)。74LS138是典型的譯碼器。 本電路中將電壓比較器的比較結(jié)果（Q2.Q1.Q0）送給譯碼器（138）的地址線，則可根據(jù)不同的比較結(jié)果對反饋電阻進(jìn)行選擇。譯碼器輸出所

5、選擇的地址，即和輸入電壓的范圍相對應(yīng)。74LS138功能表a 由138功能表及Q2.Q1.Q0的狀態(tài)可以得到138的輸出。如圖所示：bcd（2）.模擬開關(guān)：4066是一種雙向模擬開關(guān)，有四個(gè)獨(dú)立控制數(shù)字和模擬信號傳送的模擬開關(guān)。每個(gè)開關(guān)有一個(gè)輸入和輸出端，還有一個(gè)選通端，當(dāng)選通端為高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，反之，則截止。在設(shè)計(jì)電路中74LS138的譯碼輸出端有選擇的和4066輸入端連接，起到反饋電阻的選擇作用。3.放大電路： 本設(shè)計(jì)中用741是為了反向放大的作用。由AV=-Rf/R.可知：AV和R確定，通過改變反饋電阻的阻值能實(shí)現(xiàn)對增益不同的控制。 本方案中R=2K.選取反饋電阻分別為60K.40K

6、.20K.10K，實(shí)現(xiàn)增益放大倍數(shù)為3倍、2倍、1倍、0.5倍。CBA4.數(shù)碼管的顯示：考慮到方案的簡單性，選的數(shù)碼管集成了譯碼驅(qū)動(dòng)。D數(shù)碼顯示管將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制顯示出來。數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前的放大倍數(shù)：0、1、2、3分別表示0.5倍、1倍、2倍、3倍。138譯碼器輸出電壓放大倍數(shù)數(shù)碼顯示管輸入abCdDCBA11100.5000O110110001101120010011130011可以得出：D=C=0 (三).仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)分析：A. B. C. D. 上面的數(shù)據(jù)分別為輸入電壓，用電壓表測出的輸出電壓以及通過數(shù)碼管顯示出來放大倍數(shù)。通過與理論值相比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全正確，誤差非常的小。

7、因此，本方案可行！Multisim 10 模擬增益可自動(dòng)變換的直流放大器總的電路圖二增益可自動(dòng)變換的交流放大器的設(shè)計(jì)過程（一）. 方案總體設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)方案：在增益選擇電路部分以及放大電路原理部分與直流電路的差別不大，唯一區(qū)別就在切換電路部分。切換電路：設(shè)計(jì)要求放大器增益可在1倍、2倍、3倍、4倍四檔間巡回切換，切換頻率為1Hz；因此通過160構(gòu)成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)增益的循環(huán)變化；因?yàn)?4LS160的加入，所以在電路設(shè)計(jì)方面必須考慮對其置數(shù)問題。在進(jìn)行巡回檢測時(shí)，其增益的切換頻率由時(shí)鐘脈沖決定。設(shè)計(jì)還要求：對指定的任意一種增益進(jìn)行選擇和保持，保持后可返回巡回狀態(tài);對某一種增益的選擇、保持通常由芯

8、片的地址輸入和使能端控制；通過對160一個(gè)使能端得手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了指定的任意一種增益進(jìn)行選擇和保持。2. 電路流程圖：數(shù)碼管顯示頻率1Hz的四進(jìn)制計(jì)數(shù)器138譯碼器反饋電阻模擬開關(guān)vi運(yùn)放 741vo3. 方案所需的元器件：（二）.分布設(shè)計(jì)：（1）. 運(yùn)用160構(gòu)成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)四種增益之間的來回切換。下圖為74LS160的真值表，74LS160的輸入端接入的數(shù)值可以在脈沖到來時(shí)刻產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)值加1的改變，在輸入增加到0100時(shí)（十進(jìn)制對應(yīng)的4），就會讓計(jì)數(shù)器重新回到輸入端的狀態(tài)，開始新一周期的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)增益的可自動(dòng)變換。160 工作狀態(tài)表反饋清零法：在計(jì)數(shù)器尚未完成計(jì)數(shù)循環(huán)之前，使清零端有

9、效，讓計(jì)數(shù)器提前回到全零狀態(tài)。反饋發(fā)生在最大狀態(tài)加1處。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：我選擇了反饋清零法。如右圖所示：構(gòu)成四進(jìn)制計(jì)數(shù)。并可以通過顯示管顯示當(dāng)前增益倍數(shù):（2）. 555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ時(shí)鐘脈沖 根據(jù)公式：求出電阻、電容的大小。實(shí)現(xiàn)了1HZ.如左圖所示。 將得到的1HZ脈沖加到160的時(shí)鐘端。 （3）. 增益選擇和保持:通過對160一個(gè)使能端得手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了指定的任意一種增益進(jìn)行選擇和保持。 如右圖：我加了單刀雙擲開關(guān)J1.實(shí)現(xiàn)了對160使能端ENT的控制。（4）.反饋電阻選擇原理與直流一樣。這里選了4K、3K、2K、1K。(三).仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)分析：一倍放大: 二倍放大: 三倍放大:

10、 : 四倍放大：巡回切換放大:Multisim 10 模擬增益可自動(dòng)變換的交流放大器總的電路圖組裝與調(diào)試1. 使用的主要儀器：數(shù)字萬用表，直流電源，仿真器，烙鐵，焊錫，鉗子等2.測試數(shù)據(jù)：連接好電源，電路要雙電源供電，接入輸入信號，用萬用表測量并記錄數(shù)據(jù)，在測量輸出信號并記錄。改變輸入信號大小再重復(fù)記錄數(shù)據(jù)，得到下面幾組數(shù)據(jù)。輸入/V增益輸出/V誤差理論實(shí)際0.531.51.6820.1821.623.23.2650.0652.512.52.5570.0573.50.53.53.6120.112 實(shí)驗(yàn)小結(jié)：老師在幾星期前就給出課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，設(shè)計(jì)之前查閱了好多資料，形成了整個(gè)設(shè)計(jì)方案的思路，也

11、對每個(gè)元器件的結(jié)構(gòu)及工作原理有了進(jìn)一步的了解。方案設(shè)計(jì)中的不足以及設(shè)計(jì)中遇到的問題：1.在使用Multisim10軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)過程中，自己對這個(gè)軟件比較陌生，慢慢地才熟悉起來，在原理圖元器件連接的時(shí)候，由于自己的粗心，導(dǎo)致最后仿真結(jié)果錯(cuò)誤，仔細(xì)檢修哈后才發(fā)現(xiàn)電路原理圖上有的線沒有真正連接上。2、直流放大中，在增益顯示的仿真結(jié)果有微小的誤差，然而在較大增益的顯示結(jié)果中就沒有誤差。自己查閱資料知道：同向輸入端直接接地與同向輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻之后接地之間的確會存在誤差，適當(dāng)修改反向輸入電阻和正向輸入電阻的阻值可以減小誤差。3在使用計(jì)數(shù)器74LS160時(shí)一始沒有弄清楚LOAD和CLR的功能，于是設(shè)

12、計(jì)的控制和保持電路部分無法起到理想的效果，增益始終隨著脈沖的輸入而變化?；貞浄答伹辶愫头?。控制電路只有在四個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合時(shí)LOAD輸入值為1，則置數(shù)功能失效。當(dāng)輸入值變化到0100時(shí)，就會反饋清零重新計(jì)數(shù)，從而產(chǎn)生增益循環(huán)的放大效果。4.在組裝調(diào)試按照原理圖在PCB板上焊接器件的時(shí)候，更需要自己膽大細(xì)心，盡管第一次焊接好以后測試的功能并不正確，但是自己經(jīng)過一次次排查，用萬用表查出不少錯(cuò)誤，包括電路短路和短路情況。通過本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分感受到數(shù)字電路和模擬電路結(jié)合設(shè)計(jì)電路的魅力。在電路設(shè)計(jì)中，通?？梢园褟?fù)雜的電路按原理和功能拆分為幾個(gè)不同的小電路或器件的組合要從大到小，從繁到簡，緊密結(jié)合相關(guān)知識，大膽心細(xì)，充分做好準(zhǔn)備才能設(shè)計(jì)好的電路。這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多，不僅是鞏固了先前學(xué)的模電、數(shù)電的理論知識，而且也培養(yǎng)了我的動(dòng)手能