模电课设报告书

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书附件1：学号：012110931923课程设计题目自动增益直流放大器设计仿真与实现学院信息工程学院专业电子信息工程班级电信1102班姓名指导教师2013年1月日

课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信1102班指导教师：工作单位：信息工程学院题目:自动增益直流放大器设计仿真与实现初始条件：可选元件：集成运算放大器、电阻、电位器、电容若干，直流电源，或自备元器件。可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，函数发生器要求完成的主要任务:（1）设计任务根据要求，完成设计一个增益可自动变换的直流放大器电路的仿真设计、装配与调试鼓励自制稳压电源。（2）设计要求①输入信号为0～1V时，放大3倍；为1V～2V时，放大2倍；为2V～3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍；②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。时间安排：1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录114421.绪论 4206201.1自动增益控制简介 458981.2设计目的 585411.3设计内容 5197621.4设计要求 5319272.系统总体设计 5232412.1设计方案 5106612.2电路流程图 6135753.硬件设计 6208463.1电压比较电路 633983.1.1电路参数 61323.1.2电路原理图 7257683.2增益选择电路 7102653.2.1电路参数 7209593.2.2电路原理图 8279553.3放大电路 9129143.3.1电路参数 9147053.3.2电路原理图 928043.4系统总体电路 11253094.仿真 12138184.1仿真电路整体图 12111435.所需元件 14163546.实物测试 1578677.总结 16321628.参考书目 171.绪论1.1自动增益控制简介使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环。AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号u0经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。uc增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：①改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数β。②在放大器各级间插入电控衰减器。③用电控可变电阻作放大器负载等。AGC电路广泛用于各种接收机、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电平控制；用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制器。AGC有两种控制方式：一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC，一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC.正向AGC控制能力强，所需控制功率大被控放大级工作点变动范围大，放大器两端阻抗变化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范围也小。AGC——AutomaticGainControl的缩写。所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。1.2设计目的加深对模拟电路、数字逻辑电路、通信电子线路等相关课程理论知识的理解与工程实际运用，掌握电子系统设计的基本方法和一般规则，培养学生的创新思维能力和综合应用能力，要求学生完成一个电子系统设计的全过程：选题-方案论证-电路设计-电路实现-安装调试-系统测试-总结报告。1.3设计内容1.查阅资料，确定设计任务的设计方案；2.设计电路，进行参数计算；3.用ptoteus软件进行仿真；4.电路的安装、调试与测试；5.写出设计总结报告。1.4设计要求输入信号为0～1V时，放大3倍；为1V～2V时，放大2倍；为2V～3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍；自制直流稳压电源。2.系统总体设计2.1设计方案设计方案：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的选择进而得到不同的反馈电阻。放大电路：由一般运算放大器构成的负反馈放大电路。 2.2电路流程图图2-23.硬件设计3.1电压比较电路3.1.1电路参数电压比较电路的工作原理：当反向输入端的电压值大于同向输入端的电压值时，电压比较器输出为VEE(-12V)，反之则为VCC(+12V)。在数字电路中，大于0V的电压都认为是高电平1，相反为0。这里选择的都是1K的电位器，用于选择比较器的阈值电压。选定的阈值电压分别为1V、2V、3V。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。3.1.2电路原理图

电压比较电路图3-1-23.2增益选择电路3.2.1电路参数这里用来选择电路的是模拟开关CD4051。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。幅值为4.5～15V的数字信号可控制峰值至15V的模拟信号。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。

3.2.2电路原理图增益选择电路图3-2-2

本实验模拟开关的工作情况：输入信号ABC导通的端口放大效果0～1V00013（X0）放大3倍1～2V10014（X1）放大2倍2～3V11012（X3）放大1倍>=3V1114（X7）放大0.5倍本实验模拟开关的工作表表3-2-23.3放大电路3.3.1电路参数本实验所用的放大电路为LM324加负反馈的放大电路，Vo=-Rf/R1*Vi。R4=5K欧，Rf用的是20K欧的电位器（为了不使其输出电压为负值，又加了一个放大倍数为-1的放大器）3.3.2电路原理图放大电路图图3-3-2放大电路图图3-3-23.4系统总体电路系统总体电路图3-4仿真4.1仿真电路整体图仿真电路原理图图4-1输入0.5V仿真图4-2输入1.5V仿真图4-3输入2.5v仿真图4-3输入4v仿真图4-4由上面四幅图可以看出，输出信号与输入信号之间的倍数关系与设计要求相符，所以仿真成功。自制直流稳压电源电路图如下：自制直流稳压电源电路（图7）5.所需元件元件数量+12V直流稳压电源1电位器（1K）3电位器（5K）1电位器（20K）2电位器（10K）1LM3244CD405115K电阻3所需元件表表5-1

6.实物测试下表为调节成功后所测量的数据：输入信号放大倍数理论输出信号实际输出信号误差0.56V31.68V0.74V32.22V0.88V32.64V1.15V22.30V1.44V22.88V1.68V23.36V2.04V12.04V2.29V12.29V2.70V12.70V3.07V0.51.535V3.54V0.51.77V3.98V0.51.99V实物测试数据表（表3）7.总结方案设计中的不足以及设计中遇到的问题：1、仿真观察可知：直流时U3：A输出显示的输出电压为负值，即运算放大器和电阻组成的负反馈放大结构获得的增益为负值。可以在输出电压值的引线段加上一个增益为-1的运放，使得输出电压与输