模拟电路课程设计-程控放大器设计

模拟电路课程设计报告设计课题：程控放大器设计目录一、 内容提要 二、 设计任务和要求 三、 总体方案选择的论证 四、 单元电路的设计、元器件选择和参数计算 五、 绘出总体电路图，并说明电路的工作原理 六、 组装与调试，内容含 七、 所用元器件的编号列表 八、 设计总结 九、 列出参考文献 程控放大器设计一内容提要本次课程设计的目的是通过设计与实验，了解实现程控放大器的方法，进一步理解设计方案与设计理念，扩展设计思路与视野。二、 设计任务和要求设计和实现一程控放大器，增益在10～60dB之间，以10dB步进可调；当增益为40dB时，－3dB带宽≥40kHz.电压增益误差≤10％，最大输出电压≤10V。不可用专用集成块三、 总体方案选择的论证用模拟开关来控制运算放大器的反馈网络简要原理：通过开关的闭合和断开开来获得6种不同的增益。优点：电路简单，易于焊接缺点：频率稳定度不高四、 单元电路的设计、元器件选择和参数计算 1、单元电路的设计（1）通过CC4051模拟开关对输出电阻进行控制选择CC4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。C、B、A为二进制控制输入端(9、10、11端)改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。（CC4051管脚见元器件附表）该单元电路的设计依据主要是根据CC4051模拟开关能对输出电阻进行控制和选择，从而实现接入电路的电阻阻值的改变，以实现相应的功能。（2）利用三运放构成的数据放大器（仪表放大器）对信号进行放大仪表放大器主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。其电路图如下：结合设计要求指标给出：2、元器件选择（1）电阻类（1%精度金属膜电阻）：150kΩ电阻（2个）；100kΩ电阻（3个）；10kΩ电阻（4个）；20kΩ电阻（2个）。（2）电位器类（3296立式电位器）：50kΩ电位器（1个）；10kΩ电位器（1个）；5kΩ电位器（1个）；2kΩ电位器（1个）；500Ω电位器（1个）；50Ω电位器（1个）；（3）芯片类：运放芯片（OP^07，3片）；CC4051模拟开关（1片）（4）其他元件：万能板1块3位微动开关1个DIP16管座1个DIP8管座3个锡条漆包线等。3、参数计算（放大器增益）增益：Av=（1+（2R1/Rg））*（-R3/R2）选择R3/R2=3使得A3实现对输入数据信号的三倍放大。因此可取R3=10kΩ，R2=150kΩ,同时，可选取R1=150kΩ，便于进行进一步的计算。五、 绘出总体电路图，并说明电路的工作原理总体电路图如下：电路的工作原理：根据CC4051模拟开关能对输出电阻进行控制和选择，从而实现接入电路的电阻阻值的改变，实现相应的功能。电路的增益：Av=（1+（2R1/Rg））*（-R3/R2），由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。六、 组装与调试，内容含： 调试时部分波形如下Rg1=470kΩRg2=78.4kΩRg3=19.6kΩRg4=5.0kΩRg5=1.4kΩRg6=297Ω误差分析：由于本次设计实验购买的元器件为OP07运放芯片，不是预想中的OP37芯片，因此性能不是很好，导致最终的带宽和放大倍数不能达到相应的要求，因此测量的数据主要为10dB-40dB之间；关于电路电阻方面，由于电路焊接时产生的多余阻值（如开关的电阻和焊锡的电阻等），使得最终测定的Rg的值普遍比计算值小，这是本实验的主要误差。组装与调试的方法、技巧和注意事项(1)组装与调试的方法将电路进行分块焊接，分别进行组装与调试，由于电路具有一定的复杂性，因此进行分块组装与调试有利于让实验更顺利的进行。(2)电路焊接技巧及注意事项1、首先是要准备好所有所需的元器件，分清电阻与电位器的大小，确保焊接时不会搞错对象。2、排版问题，在焊接元器件之前要整体规划好整体布局，从前级再到后一级，以保证工艺上的美观。3、焊接过程中，要注意焊接到技巧，锡块不要太大影响美观，也不能太小，防止虚焊。电阻尽量卧式放置。焊接过程要尽量减少引线。4、接地线不能贪图省事，要把所有的地线统一用锡连接在一起，尽量不用导线作为引线。5、电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则用鳄鱼夹加电时易发生短路碰电调试中出现的故障及其诊断与排除方法故障一：电路调试时，连接好电路后，发现示波器上出现杂波波形，而没有正弦波。诊断与排除方法：通过对电路板的排查发现，电路版的部分元件没有接地，用电烙铁焊好后继续测试即可。故障二：进行调试时，发现示波器的波形是一种类似于失真了的矩形波形。诊断与排除方法：通过对电路与电源以及示波器、函数发生器的连线排查时发现，示波器的地端没有与函数发生器的地端没有接在一起，改变接法后即可。故障三：进行电路调试时，发现示波器上显示的波形的幅值并没有达到相应的放大要求。诊断与排除方法：通过调节相应电位器的阻值来改变Rg的值即可。所设计电路的特点及改进意见。本次设计的电路具有原理简单、易操作、易于焊接等特点，对本次实现程控放大器的设计来说，是一个很好的设计。七、 所用元器件的编号列表。序号符号与编号名称型号与规格数量1R1电阻150kΩ22R2电阻10kΩ23R3电阻20kΩ24R4电阻10kΩ25R5电阻100kΩ36Rg1电位器500kΩ17Rg2电位器100kΩ18Rg3电位器50kΩ19Rg4电位器10kΩ110Rg5电位器2kΩ111Rg6电位器500Ω112A1,A2,A3运放OP07313CC4051模拟开关CC4051114d0,d1,d23位微动开关普通3附一：OP07芯片介绍特点：超低偏移：150μV最大。低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5μV/℃。超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V。OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+，ABSOLUTEMAXIMUMRATINGS最大额定值芯片管脚如下：附二：CC4051芯片介绍功能概述CC4051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4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V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。CC4051管脚图：CD4051引脚功能说明引脚号符号功能124512131415IN/OUT输入/输出端91011ABC地址端3OUT/IN公共输出/输入端6INH禁止端7VEE模拟信号接地端8Vss数字信号接地端16VDD电源+八、 设计总结通过本实验的关于程控放大器工作原理分析及其设计安装与调试，加深了我对程控放大器工作原理的理解，同时对线性电子线路的理论与实践应用知识有了新的认识，并且提高基本的实验技能与试验分析技巧，提高运用理论知识解决实际问题的能力。在实验过程中，通过选取元件、确定电路形式、以及计算等等，提高我的实践动手操作能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障。 九、 列出参考文献 谢嘉奎，《电子线路（线性部分）》，高等教育出版社基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制