增益自动切换电压放大电路设计

A苏倍息聃业载术摩虧毕业设计论文增益自动切换电压放大电路设计系专业姓名班级_学号指导教师职称指导教师职称设计时间目录摘要2关键词：2Abstract3第一章前言41.1概述41.2课题分析41.3系统整体方案的设计41.3.1设计一个增益可自动变换的直流放大器41.3.2设计一个增益可自动变换的交流放大器4第二章 系统的结构设计（一）52.1增益可自动变换的直流放大器设计过程52.1.1方案总体设计52.1.2 单元电路设计52.2仿真结果及数据分析：11第三章 系统的结构设计（二）123.1方案总体设计123.2分布设计：133.3仿真结果及数据分析：15总结错误！未定义书签。致谢18参考文献19附录一 Muitisim 10模拟增益可自动变换的直流放大器总的电路图20附录二Muitisim 10模拟增益可自动变换的交流放大器总的电路图21摘要一种可变增益和时变增益自适应的放大器电路，包括低噪声放大器、数控衰减器、驱动放大器、 末级功率放大器、耦合器、检波器、CPU以及A/D转换器，其中信号输入端与低噪声放大器的信号端 相连，信号输入端同时与耦合器的输入端相连，低噪声放大器的输出端与数控衰减器的输入端相连， 数控衰减器的输出端与驱动放大器输入端相连，同时数控衰减器控制电平使能端与CPU输出端相连， 驱动放大器输出端与末级功率放大器输入端相连，末级功率放大器输出端作为信号输出端，耦合器的 耦合输出端与检波器的输入端相连，检波器的输出端与A/D转换器的信号端相连，A/D转换器的输出 端与CPU的输入端相连。本实用新型的优点在于：结构简单，电路稳定、增益调节精度高。关键词：电压比较器，模拟开关，138译码器，运放741AbstractA variable gain and time varying gain adaptive amplifier circuit, including a low noise amplifier, numerical control att enuator, drive amplifier, power amplifier, coupler, detector, CPU and A / D converter, wherein the signal input end and the low noise amplifier is connected to signal input end of the signal, and the coupler is connected to the input end, low noise amplifier and the output end of the numerical control att enuator is connected to the input end, numerical control att enuator and the output end of the driver amplifier is connected with an input terminal, at the same time numerical control att enuator control level enable end and CPU connected to the output end of the output end of the amplifier, driver and power amplifier is connected with an input terminal, a final power amplifier output signal as an output end, the coupling output end of the detector is connected to the input end, the output of the detector and A / D converter is connected to the signal, the A / D converter and the output terminal CPU is connected to the input end. The utility model has the advantages of : simple structure, stable circuit, gain adjustment with high precision.苗 立 Af.第早刖言1.1概述对所学的电子技术基础知识进行一次综合运用，为下一步继续学习专业知识奠定 基础。学生通过本课程设计可以进一步理解模拟电子技术、数字电子技术、电路理论 等方面的相关知识，并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识 的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。1.2课题分析1.3系统整体方案的设计1.3.1设计一个增益可自动变换的直流放大器1、输入信号为0IV时，放大3倍；为1V2V时，放大2倍；为2V3V时，放 大1倍；3V以上放大0.5倍；2、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、 3倍即可。3、电源采用5V电源供电。1.3.2设计一个增益可自动变换的交流放大器1、放大器增益可在1倍 2倍 3倍 4倍四档间巡回切换，切换频率为 1Hz；2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态；3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示1、2、3、 4倍即可。4、电源采用5V电源供电。第二章系统的结构设计（一）2.1增益可自动变换的直流放大器设计过程2.1.1方案总体设计1设计方案：将设计电路分为三块，即：电压比较电路，增益选择电路，放大电 路。电压比较电路：通过电压比较器将输入电压（vi）与既设定的比较范围比较，确 定其放大倍数；增益选择电路：根据译码器和模拟开关的逻辑功能对反馈电阻进得到不同的反馈 电阻；放大电路：由一般运放构成的负反馈放大电路。2电路流程图（图一）：2.1.2单元电路设计 1.电压比较电路：如下图（图二）所示：U2A.U2B.U2C均为电压比较器，工作原理：当同向输入端 的电压值大于反向输入端的电压值时，电压比较器输出为VCC（+5V），反之则为VEE（-5V）。在数字电路中，大于0V的电压都认为是高电平1,相反为0。电压比较器 的存在使得信号从模拟量转变为数字量，进而加以运算。工作情况:输入输出ViQ2Q1QOOv lv000lv 2v1002v 3v1103v111图三2.增益选择电路: （1）. 138译码器：译码器的功能是将输入的二进制代码翻译成一个表示代码意愿的特定的输出信 号。它是一种多输入，多输出的组合逻辑网络。74LS138是典型的译码器。本电路中将电压比较器的比较结果（Q2.Q1.Q0）送给译码器（138）的地址线， 则可根据不同的比较结果对反馈电阻进行选择。译码器输出所选择的地址，即和输入电压的范围相对应。74LS13SD图四仏YjSTc石為r0齐石与匚r； %片0 0 00 1 f 111 i 10 0 1! 0 1 1 1 1 1 10 1 &11 G 1 1 1 110 111110 111 1I 0I 1110 I 11J 0 111 E 11 0 1 i1 t 0i 1 I i i i o i11 It I 1! I 11074LS138功能表（图五）由138功能表（图五）及Q2.Q1.Q0的状态可以得到138的输出。如图（图六）所示:d忙/图六（2）模拟开关4066 （图七）是一种双向模拟开关，有四个独立控制数字和模拟信号传送的模拟 开关。每个开关有一个输入和输出端，还有一个选通端，当选通端为高电平时，开关 导通，反之，则截止。14在设计电路中74LS138的译码输出端有选择的和4066输入端连接，起到反馈电 阻的选择作用。U31312TTIN1S1DlIN2S2D2IN3S3IM4S4d4VDDVSS104066BP 5V图七3放大电路：本设计中用741 （图八）是为了反向放大的作用。由AV=-Rf/R可知：AV和R确 定，通过改变反馈电阻的阻值能实现对增益不同的控制。本方案中R=2K.选取反馈电阻分别为6K.4K.2K.1K,实现增益放大倍数为3倍、2 倍、1倍、0.5倍。图八4.数码管的显示：考虑到方案的简单性，选的数码管集成了译码驱动。数码显示管将二进制数据转换为十进制显示出来。数码显示管显示当前的放大倍 数：0、1、2、3分别表示0.5倍、1倍、2倍、3倍。138译码器输出电压放大 倍数数码显示管输入abCdDCBA11100.5000O110110001101120010011130011图九如图九可以得出：D=C=0 错误！未找到弓|用源。错误！未找到弓|用源。2.2仿真结果及数据分析:U6-U5-1.496DC 10MflU6B.1.5 VU6U5-2.49BDC 10MDU6-2.997DC 10MDD.V14V-1.999DC 10M13图十上面的数据（图十）分别为输入电压，用电压表测出的输出电压以及通过数 码管显示出来放大倍数。通过与理论值相比较，发现结果完全正确，误差非常的 小。因此，本方案可行！第三章系统的结构设计（二）3.1方案总体设计1.设计方案：在增益选择电路部分以及放大电路原理部分与直流电路的差别不 大，唯一区别就在切换电路部分。切换电路：设计要求放大器增益可在1倍、2倍、3倍、4倍四档间巡回切换，切 换频率为1Hz；因此通过160构成四进制计数器实现增益的循环变化；因为74LS160 的加入，所以在电路设计方面必须考虑对其置数问题。在进行巡回检测时，其增益 的切换频率由时钟脉冲决定。设计还要求：对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态； 对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；通过对160 一 个使能端得手动控制实现了指定的任意一种增益进行选择和保持。2.电路流程图（图一）:频率1Hz的四进制计数器图十3.2分布设计：（1）.运用160构成四进制计数器，实现四种增益之间的来回切换。下图（图十二）为74LS160的真值表，74LS160的输入端接入的数值可以在脉冲 到来时刻产生二进制数值加1的改变，在输入增加到0100时（十进制对应的4）,就 会让计数器重新回到输入端的状态，开始新一周期的计数，实现增益的可自动变 换。清零预置使能时钟预置数据输入输出工作模式6EP ETCP2 2 P鸟昼& S.区0XXXXX X X X0 0 0 0异歩涪零10XXt込说说|卫m le说口同歩置数110 XXX X X X保持数据磔持11X0XX X X X保持数据保持111 1tX X X X计数加法计数11X 0X x X X111 11吒吒：X计数图十二160工作状态表反馈清零法：在计数器尚未完成计数循环之前，使清零端有效，让计数器提前 回到全零状态。反馈发生在最大状态加1处。L 345G710Vc CLKU41574LS160D1413121174tSWU2图十三根据设计要求：我选择了反馈清零法。如图十三所示：构成四进制计数。并可 以通过显示管显示当前增益倍数。(2) 555构成的多谐振荡器产生1HZ时钟脉冲根据公式：求出电阻、电容的大小。实现了 1HZ.如图十四所示。将得到的1HZ 脉冲加到160的时钟端。Vcc 5VClA1vccR5TOUTDETHR.IRICDNC2IRTUAL10nFIC=GV1GGnF图十四(3) .增益选择和保持：通过对160 个使能端得手动控制实现了指定的任意一种增益进行选择和保 持。J1tey = Space5 V45610AQABQECQCDQDENPR.COENTLOADYLR. CLKU41574LS160D-14131211如图十五：我加了单刀双掷开关J1.实现了对160使能端ENT的控制。图十五(4) 反馈电阻选择原理与直流一样。这里选了 4K、3K、2K、1K。3.3仿真结果及数据分析:一倍放大：二倍放大:瞬示液器三倍放大:四倍放大:巡回切换放大:诊示液器-XEC1总结致谢参考文献1. 可编程逻辑器件GAL教学参考资料之一王楚、刘新元2. PLD设计语言ABEL数字逻辑电路与实验教学参考资料之二王楚、刘新元3. 电子线路王楚、余道衡北京大学出版社4. 数字逻辑电路王楚、沈伯弘北京大学出版社1999年5. 逻辑设计基础（第二版）殷鸿玺、刘新元、禹莹等译，清华大学出版社，2006 年3月6. 电子线路实验电子线路编写组，北京大学出版社，2008年2月7. 刘宝琴等，数字电路与系统，第二版，清华大学出版社，20078. 江巨浪;吴昭方;郑江云;丁宪锟；模拟电子技术教学改革初探J;安庆师范 学院学报（自然科学版）；2006年01期9. 刘景春，邓永和,李玉琮;电容式压力微传感器的研制J;微纳电子技术;2004年 03期10. 杨雷,郑国恒,潘跃年,裴红星;基于MCU芯片的车流检测装置J;传感器技 术;2003年07期11. 元增民；基本共射放大器频率特性的分析计算J;长沙大学学报;2006年05 期12. 郑清水，马志瀛,钱华；一种短路电流快速识别电路的研究J;电工技术学 报;2004 年 03附录一Multisim 10模拟增益可自动变换的直流放大器总的电路图V1VCCLM324ADV2_dr.-LM324AD2VLM324ADR2-Wv矶 R1Iw-丄 2klLVCCctjA E C心YQY1SIyaY4虫ZBY5Y6 TJ74LS138DU9B74LS08D74LS08D4066BD_5V丄VEE =U7A 74LS04DU7B 74LS04DU7C 74LS04DU7D 74LS04DVDDDIHil51D2TS2DAF2LNSD41Z33H1 ?7k!R3didR 易VCCDC 10MQ附录二Multisim 10模拟增益可自动变换的交流放大器总的电路图