增益可自动变换的放大器的设计

1、课 程 设 计 报 告浦江学院课程设计报告（ 20013 2014 学年 第 二 学期） 课程名称：电子技术基础设计与实现班 级： 浦电子1204 学 号： P1402120421 姓 名： 王帅 指导教师： 魏红 2014 年 6 月课程设计题目：增益可自动变换的放大器的设计目的与任务： 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。内容和要求：（一）设计一个增益

2、可自动变换的直流放大器。 1、输入信号为01V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。（二）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。设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）

3、一增益可自动变换的直流放大器设计过程：（一）.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。数码管显示vivo反馈电阻模拟开关138译码器电压比较器运放 7412.电路流程图：3.方案所需的元器件：（二）. 分部设计:1.电压比较电路：Q2如左图所示：U2A.2B.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

4、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。Q1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ViQ2Q1Q0Q00v1v0001v2v1002v3v1103v111viQ0Q12. 增益选择电路:Q2(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

5、选择的地址，即和输入电压的范围相对应。74LS138功能表a 由138功能表及Q2.Q1.Q0的状态可以得到138的输出。如图所示：bcd（2）.模拟开关：4066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。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。3.放大电路： 本设计中用741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60K.40K

6、.20K.10K，实现增益放大倍数为3倍、2倍、1倍、0.5倍。CBA4.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。D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可以得出：D=C=0 (三).仿真结果及数据分析：A. B. C. D. 上面的数据分别为输入电压，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。

7、因此，本方案可行！Multisim 10 模拟增益可自动变换的直流放大器总的电路图二增益可自动变换的交流放大器的设计过程（一）. 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

8、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：数码管显示频率1Hz的四进制计数器138译码器反馈电阻模拟开关vi运放 741vo3. 方案所需的元器件：（二）.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。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

9、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。根据设计要求：我选择了反馈清零法。如右图所示：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.如左图所示。 将得到的1HZ脉冲加到160的时钟端。 （3）. 增益选择和保持: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。 如右图：我加了单刀双掷开关J1.实现了对160使能端ENT的控制。（4）.反馈电阻选择原理与直流一样。这里选了4K、3K、2K、1K。(三).仿真结果及数据分析：一倍放大: 二倍放大: 三倍放大:

10、 : 四倍放大：巡回切换放大:Multisim 10 模拟增益可自动变换的交流放大器总的电路图组装与调试1. 使用的主要仪器：数字万用表，直流电源，仿真器，烙铁，焊锡，钳子等2.测试数据：连接好电源，电路要双电源供电，接入输入信号，用万用表测量并记录数据，在测量输出信号并记录。改变输入信号大小再重复记录数据，得到下面几组数据。输入/V增益输出/V误差理论实际0.531.51.6820.1821.623.23.2650.0652.512.52.5570.0573.50.53.53.6120.112 实验小结：老师在几星期前就给出课程设计的任务，设计之前查阅了好多资料，形成了整个设计方案的思路，也

11、对每个元器件的结构及工作原理有了进一步的了解。方案设计中的不足以及设计中遇到的问题：1.在使用Multisim10软件进行电路设计过程中，自己对这个软件比较陌生，慢慢地才熟悉起来，在原理图元器件连接的时候，由于自己的粗心，导致最后仿真结果错误，仔细检修哈后才发现电路原理图上有的线没有真正连接上。2、直流放大中，在增益显示的仿真结果有微小的误差，然而在较大增益的显示结果中就没有误差。自己查阅资料知道：同向输入端直接接地与同向输入端串联一个电阻之后接地之间的确会存在误差，适当修改反向输入电阻和正向输入电阻的阻值可以减小误差。3在使用计数器74LS160时一始没有弄清楚LOAD和CLR的功能，于是设

12、计的控制和保持电路部分无法起到理想的效果，增益始终随着脉冲的输入而变化。回忆反馈清零和反。控制电路只有在四个开关同时闭合时LOAD输入值为1，则置数功能失效。当输入值变化到0100时，就会反馈清零重新计数，从而产生增益循环的放大效果。4.在组装调试按照原理图在PCB板上焊接器件的时候，更需要自己胆大细心，尽管第一次焊接好以后测试的功能并不正确，但是自己经过一次次排查，用万用表查出不少错误，包括电路短路和短路情况。通过本次实验设计，充分感受到数字电路和模拟电路结合设计电路的魅力。在电路设计中，通常可以把复杂的电路按原理和功能拆分为几个不同的小电路或器件的组合要从大到小，从繁到简，紧密结合相关知识，大胆心细，充分做好准备才能设计好的电路。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能