可变的直流放大器

1、电子综合设计电子综合开发实践报告设计课题:可变的直流放大器 专业班级:电子信息工程（1）班 学生学号:2011508176 学生姓名:徐兰芬 设计时间:2014年1月15日 信息科学与技术学院 2014年1月1 目录一、 设计任务与要求21. 任务22. 要求2二、 方案设计与论证21. 选择方案22. 系统原理框图23. 系统模块设计3三、 单元电路设计与参数计算61.模数转换模块(窗口比较器)62.模拟开关63.正相比例放大模块6四、 总原理图及元器件清单71、 总原理图72、 元件清单7五、 性能测试与分析7六、 结论与心得9可变的直流放大器一、 设计任务与要求1. 任务用普通运算放大器

2、设计一个放大倍数可变的直流放大器 2. 要求 （1）输入信号为050mV时，放大100倍；当输入信号为50mV500mV时，放大10倍；当输入信号为0.5V5V时，放大1倍； （2）根据输入信号大小，自动改变放大倍数； （3）论文要有如下内容：零点漂移及改进措施；输入阻抗及提高措施； 串模干扰、共模干扰及抑制措施。 二、 方案设计与论证1. 选择方案 利用LM324放大器构成窗口比较器,将模电信号转化为数字电路中的高低电平，设定门限电压为0.5V和0.05V,当输入不同的电压就将信号转化为高低电平。 （1）当输入Ui0.5V时, B端输出为低电平，A端输出为高电平； （2）电压0.05V Ui

3、 0.5V之间时,B端输出为低电平，A端输出为低电平； （3）当输入电压Ui 0.05V时,B端输出为高电平，A端输出为低电平。 最后再利用CD4051八选一数据选择器,选择不同的电阻值实现不同的放大。2. 系统原理框图输入电压输出电压LM324放大器构成的电压放大模块CD4051八选一数据选择器由LM324放大器构成的窗口比较器的模数转换模块 3. 系统模块设计（1）模数转换模块(窗口比较器)： 当输入电压Ui大于0.5V时,B端输出为低电平，A端输出为高电平； 当输入电压Ui介于于0.5V与0.05之间时,B端输出为低电平，A端输出为低电平；输入电压A（运放1号输出端）B（运放2号输出端）

4、Ui0.05V010.05Ui0.510 当输入电压Ui小于0.05V时,B端输出为高电平，A端输出为低电平。 3.1 模数转换模块 （2）模拟开关模块(八选一数据选择器) 此次设计选用CD4051作为数据选择器. CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。 本系统设计使用的CD4051的部分功能真值表INH禁止端BACD4051选择位000000110102 3.2模拟开关模块 （3）正相比例放大模块 本次设计最后一个模块采用LM324集成运算放大器将输入电压进出行放大，设计采用同相比例运算电路，因为此次设计供电

5、模式采用+5V单电源供电，LM324集成运算放大器只能工作在电压正半轴，因此只能选择正相比例放大。 电路引入了电压串联负反馈，故可以认为输入电阻为无穷大，输出电阻为零。根据“虚短”与“虚断”的概念，集成运放的净输入电压为零。由此可以得到： Uo=(1+Rf/R)*Ui； 经综合考虑选取反馈电阻为 Rf=100K， 当电压放大倍数为1倍时，选取用R为 无穷大此时：Av=1+Rf/R=1； 当电压放大倍数为10倍时，选取用R为10K的电阻此时：Av=1+Rf/R=10； 当电压放大倍数为100倍时，选取用R为1k的电阻此时：Av=1+Rf/R=100。 3.2正相比例放大模块三、 单元电路设计与参

6、数计算 1.模数转换模块(窗口比较器) 选用LM324集成运算放大器作为窗口比较器。调节模数转换模块中的滑动变阻器，使门限电压分别为0.5,0.05。当输入电压进来后分别与这两个门限电压比较，即可得出高低电平。 2.模拟开关此次设计选用CD4051作为数据选择器，充当模拟开关。从模数转换模块得到高低电平后，即可得到正向比例放大模块的通路。 3.正相比例放大模块根据Uo=(1+Rf/R)*Ui 选取反馈电阻为 Rf=100K， 当电压放大倍数为1倍时，选取用R为 此时：Av=1+Rf/R1+0=1； 当电压放大倍数为10倍时，选取用R为10K的电阻此时：Av=1+Rf/R=1+100/1010；

7、 当电压放大倍数为100倍时，选取用R为1k的电阻此时：Av=1+Rf/R=1+100/1100。四、 总原理图及元器件清单 1、 总原理图 2、 元件清单序号型号主要参数数量备注1R（1.7)50,50,5.1,5.1,1,10,1007单位（k)2RV(1.4)12.5,1,1,1004单位（k）3AD704P3440511五、 性能测试与分析(1) 静态数据 门限电压静态数据上门限LED2灯亮时电压下门限LED3灯亮时电压U=0.4990VU=0.0490V(2) 动态数据各输入输出电压动态数据表位选端理论值实际值ABUiUoAvUiUoAv100.60.610.60.68451.141

8、011111.00021.001044144.00081.00000.070.7100.070.766910.96000.11100.11.066510.67000.44100.44.233410.58010.0441000.044.2446106.12010.0111000.011.2072120.72010.0090.91000.0091.0869120.77分析以上数据存在较大出入可能有以下原因产生： 零点漂移可能会造成放大倍数的偏差即输出的电压值的误差。因为电路放大模块采用同相比例放大，共模干扰就比较明显。 采取措施： (1) 零点漂移及改进措施：为了抑制零点飘移，电路的输入可以采用差

9、动放大电路可以有效的抑制。电路图如右图所示。使用差动放大电路可以使电路的抗干扰性和稳定性得到显著的提高。（2）输入阻抗及提高措施：,在电路中加一电压跟随器,电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。六、 结论与心得 结论：这次设计题目还算简单，但是要想做好却很不容易。题目要求设计直流放大器，并且在规定的范围内设计相应的放大倍数。我一共用了三个模块来实现这一功能即模数转换模块、模拟开关、正相比例放大模块，这三个模块分别扮演着不同的角色，模数转换模块将模拟信号通过门限电压的选通转换成高低电平。模拟开关则通过数模转换模块传输过来的高低电平进行选择端口。而正相比例放大模块是将模拟开关模块选择的端口进行放大，最后输出电压值。将这三个模块连接起来就设计完成了一个简单的可变直流放大器。 心得：这次的实训算是完成的比较顺利的一次，但是还是有很多问题自己没能解决，幸