模擬電路課程設(shè)計(jì)-程控放大器設(shè)計(jì)

模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：程控放大器設(shè)計(jì)目錄一、 內(nèi)容提要 二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 三、 總體方案選擇的論證 四、 單元電路的設(shè)計(jì)、元器件選擇和參數(shù)計(jì)算 五、 繪出總體電路圖，并說(shuō)明電路的工作原理 六、 組裝與調(diào)試，內(nèi)容含 七、 所用元器件的編號(hào)列表 八、 設(shè)計(jì)總結(jié) 九、 列出參考文獻(xiàn) 程控放大器設(shè)計(jì)一內(nèi)容提要本次課程設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，了解實(shí)現(xiàn)程控放大器的方法，進(jìn)一步理解設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)理念，擴(kuò)展設(shè)計(jì)思路與視野。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一程控放大器，增益在10～60dB之間，以10dB步進(jìn)可調(diào)；當(dāng)增益為40dB時(shí)，－3dB帶寬≥40kHz.電壓增益誤差≤10％，最大輸出電壓≤10V。不可用專用集成塊三、 總體方案選擇的論證用模擬開(kāi)關(guān)來(lái)控制運(yùn)算放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)要原理：通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)開(kāi)來(lái)獲得6種不同的增益。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，易于焊接缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高四、 單元電路的設(shè)計(jì)、元器件選擇和參數(shù)計(jì)算 1、單元電路的設(shè)計(jì)（1）通過(guò)CC4051模擬開(kāi)關(guān)對(duì)輸出電阻進(jìn)行控制選擇CC4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。C、B、A為二進(jìn)制控制輸入端(9、10、11端)改變C、B、A的數(shù)值，可以譯出8種狀態(tài)，并選中其中之一，使輸入輸出接通。（CC4051管腳見(jiàn)元器件附表）該單元電路的設(shè)計(jì)依據(jù)主要是根據(jù)CC4051模擬開(kāi)關(guān)能對(duì)輸出電阻進(jìn)行控制和選擇，從而實(shí)現(xiàn)接入電路的電阻阻值的改變，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。（2）利用三運(yùn)放構(gòu)成的數(shù)據(jù)放大器（儀表放大器）對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大儀表放大器主要由兩級(jí)差分放大器電路構(gòu)成。其中，運(yùn)放A1，A2為同相差分輸入方式，同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減；差分輸入可以使電路只對(duì)差模信號(hào)放大，而對(duì)共模輸入信號(hào)只起跟隨作用，使得送到后級(jí)的差模信號(hào)與共模信號(hào)的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。這樣在以運(yùn)放A3為核心部件組成的差分放大電路中，在CMRR要求不變情況下，可明顯降低對(duì)電阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，從而使儀表放大器電路比簡(jiǎn)單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的條件下，圖1電路的增益為：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可見(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變Rg阻值實(shí)現(xiàn)。其電路圖如下：結(jié)合設(shè)計(jì)要求指標(biāo)給出：2、元器件選擇（1）電阻類（1%精度金屬膜電阻）：150kΩ電阻（2個(gè)）；100kΩ電阻（3個(gè)）；10kΩ電阻（4個(gè)）；20kΩ電阻（2個(gè)）。（2）電位器類（3296立式電位器）：50kΩ電位器（1個(gè)）；10kΩ電位器（1個(gè)）；5kΩ電位器（1個(gè)）；2kΩ電位器（1個(gè)）；500Ω電位器（1個(gè)）；50Ω電位器（1個(gè)）；（3）芯片類：運(yùn)放芯片（OP^07，3片）；CC4051模擬開(kāi)關(guān)（1片）（4）其他元件：萬(wàn)能板1塊3位微動(dòng)開(kāi)關(guān)1個(gè)DIP16管座1個(gè)DIP8管座3個(gè)錫條漆包線等。3、參數(shù)計(jì)算（放大器增益）增益：Av=（1+（2R1/Rg））*（-R3/R2）選擇R3/R2=3使得A3實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的三倍放大。因此可取R3=10kΩ，R2=150kΩ,同時(shí)，可選取R1=150kΩ，便于進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算。五、 繪出總體電路圖，并說(shuō)明電路的工作原理總體電路圖如下：電路的工作原理：根據(jù)CC4051模擬開(kāi)關(guān)能對(duì)輸出電阻進(jìn)行控制和選擇，從而實(shí)現(xiàn)接入電路的電阻阻值的改變，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。電路的增益：Av=（1+（2R1/Rg））*（-R3/R2），由公式可見(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變Rg阻值實(shí)現(xiàn)。六、 組裝與調(diào)試，內(nèi)容含： 調(diào)試時(shí)部分波形如下Rg1=470kΩRg2=78.4kΩRg3=19.6kΩRg4=5.0kΩRg5=1.4kΩRg6=297Ω誤差分析：由于本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)購(gòu)買(mǎi)的元器件為OP07運(yùn)放芯片，不是預(yù)想中的OP37芯片，因此性能不是很好，導(dǎo)致最終的帶寬和放大倍數(shù)不能達(dá)到相應(yīng)的要求，因此測(cè)量的數(shù)據(jù)主要為10dB-40dB之間；關(guān)于電路電阻方面，由于電路焊接時(shí)產(chǎn)生的多余阻值（如開(kāi)關(guān)的電阻和焊錫的電阻等），使得最終測(cè)定的Rg的值普遍比計(jì)算值小，這是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差。組裝與調(diào)試的方法、技巧和注意事項(xiàng)(1)組裝與調(diào)試的方法將電路進(jìn)行分塊焊接，分別進(jìn)行組裝與調(diào)試，由于電路具有一定的復(fù)雜性，因此進(jìn)行分塊組裝與調(diào)試有利于讓實(shí)驗(yàn)更順利的進(jìn)行。(2)電路焊接技巧及注意事項(xiàng)1、首先是要準(zhǔn)備好所有所需的元器件，分清電阻與電位器的大小，確保焊接時(shí)不會(huì)搞錯(cuò)對(duì)象。2、排版問(wèn)題，在焊接元器件之前要整體規(guī)劃好整體布局，從前級(jí)再到后一級(jí)，以保證工藝上的美觀。3、焊接過(guò)程中，要注意焊接到技巧，錫塊不要太大影響美觀，也不能太小，防止虛焊。電阻盡量臥式放置。焊接過(guò)程要盡量減少引線。4、接地線不能貪圖省事，要把所有的地線統(tǒng)一用錫連接在一起，盡量不用導(dǎo)線作為引線。5、電源線和地線排放的位置不能靠太近，否則用鱷魚(yú)夾加電時(shí)易發(fā)生短路碰電調(diào)試中出現(xiàn)的故障及其診斷與排除方法故障一：電路調(diào)試時(shí)，連接好電路后，發(fā)現(xiàn)示波器上出現(xiàn)雜波波形，而沒(méi)有正弦波。診斷與排除方法：通過(guò)對(duì)電路板的排查發(fā)現(xiàn)，電路版的部分元件沒(méi)有接地，用電烙鐵焊好后繼續(xù)測(cè)試即可。故障二：進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)示波器的波形是一種類似于失真了的矩形波形。診斷與排除方法：通過(guò)對(duì)電路與電源以及示波器、函數(shù)發(fā)生器的連線排查時(shí)發(fā)現(xiàn)，示波器的地端沒(méi)有與函數(shù)發(fā)生器的地端沒(méi)有接在一起，改變接法后即可。故障三：進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)示波器上顯示的波形的幅值并沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的放大要求。診斷與排除方法：通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器的阻值來(lái)改變Rg的值即可。所設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)及改進(jìn)意見(jiàn)。本次設(shè)計(jì)的電路具有原理簡(jiǎn)單、易操作、易于焊接等特點(diǎn)，對(duì)本次實(shí)現(xiàn)程控放大器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)。七、 所用元器件的編號(hào)列表。序號(hào)符號(hào)與編號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1R1電阻150kΩ22R2電阻10kΩ23R3電阻20kΩ24R4電阻10kΩ25R5電阻100kΩ36Rg1電位器500kΩ17Rg2電位器100kΩ18Rg3電位器50kΩ19Rg4電位器10kΩ110Rg5電位器2kΩ111Rg6電位器500Ω112A1,A2,A3運(yùn)放OP07313CC4051模擬開(kāi)關(guān)CC4051114d0,d1,d23位微動(dòng)開(kāi)關(guān)普通3附一：OP07芯片介紹特點(diǎn)：超低偏移：150μV最大。低輸入偏置電流：1.8nA。低失調(diào)電壓漂移：0.5μV/℃。超穩(wěn)定，時(shí)間：2μV/month最大高電源電壓范圍：±3V至±22V。OP07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳6為輸出，7接電源+，ABSOLUTEMAXIMUMRATINGS最大額定值芯片管腳如下：附二：CC4051芯片介紹功能概述CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。CC4051管腳圖：CD4051引腳功能說(shuō)明引腳號(hào)符號(hào)功能124512131415IN/OUT輸入/輸出端91011ABC地址端3OUT/IN公共輸出/輸入端6INH禁止端7VEE模擬信號(hào)接地端8Vss數(shù)字信號(hào)接地端16VDD電源+八、 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的關(guān)于程控放大器工作原理分析及其設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試，加深了我對(duì)程控放大器工作原理的理解，同時(shí)對(duì)線性電子線路的理論與實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)，并且提高基本的實(shí)驗(yàn)技能與試驗(yàn)分析技巧，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)選取元件、確定電路形式、以及計(jì)算等等，提高我的實(shí)踐動(dòng)手操作能力，同時(shí)通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤并分析及排除這些故障。 九、 列出參考文獻(xiàn) 謝嘉奎，《電子線路（線性部分）》，高等教育出版社基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開(kāi)發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放功能的嵌入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的氨分解率檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的電磁振動(dòng)式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的WDR-01型聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀的研制