福州大学模拟电路课程设计报告.docx
福州大学模拟电路课程设计报告 模拟电路课程设计报告 设计课题：程控放大器设计 班级：电子科学与技术 姓名：1111111 学号：1111111 指导老师：杨 设计时间：2022年6月24日26日 学院：物理与信息工程学院 目录 一、摘要及其设计目的 (3) 二、设计任务和要求 (4) 三、方案论证及设计方案 (5) 四、单元电路的设计、元器件选择和参数计算 (8) 五、总体电路图，电路的工作原理 (10) 六、组装与调试，波形电路实际图及数据 (12) 七、所用元器件及其介绍 (16) 八、课程设计心得与体会 (18) 一、摘要 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。程控放大器的组成结构：1.利用3个运放OP07构成的耳机放大电路；2.芯片CD4051八位的选择器通过片选端的控制调节R1电阻值的大小，从而改变放大倍数。实现最大放大60db的目的。 A summary The purpose of this course design is to design and experiment, to understand the method of program control amplifier, to further understand the design scheme and design concept, to expand the design idea and the visual field. The structure of programmable amplifier: 1. The three operational amplifier OP07 constitute the headset amplifier circuit; chip CD4051 eight selector through the chip selection terminal control regulating resistor R1 value of size, thus changing the magnification. The purpose of achieving maximum amplification of 60db. 设计目的： 加深对程控放大器的性能和特点的理解，理解程控放大器的工作原理，学习差分放大器的主要性能测试方法。 设计一个电路，要求程控放大器在不同的输入，输出模式时差模电压的放大倍数测试方法。 二、设计任务和要求 设计和实现一程控放大器，指标要求： 增益在1060dB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。 三、方案论证及设计方案 方案对比： 方案一：采用分立元件放大器电路 简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益40dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的 调节。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常 困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差 ,容易产生自激现象。 图1 分立元件放大器电路图 方案二：通过数字选择反馈网络对输入信号进行放大，电路原理图如下： 简要原理： 用模拟开关来控制运算放大器的反馈网络来设计程控放大器。通过对微动开关的闭合和断开，由CC4051模拟开关控制输出的电阻，作为三运放构成的数据放大器的电阻Rg，构成程控放大器，改变Rg的值可以对输入的信号进行相应的放大。 优缺点： 优点：该种方案的电路相对于其他两种方案的电路来说，电路结构较为简单， 原理容易理解，使用器件较少，而且使用起来也十分方便。 缺点：如果电路器件选择不当，可能造成电路无法达到设计的要求，即增益 无法达到60dB或者当增益为40dB时，3dB带宽40kHz。 方案三：用场效应管 原理框图（如下图所示），场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定 场效应管放大器电路图 对比得出的结论： 本次设计考虑到使实验器材尽量可以在市场上及时的买到以及节省不必要 的实验器材，最终考虑使用方案二模拟开关来控制运算放大器的反馈网络来实现 实现程控放大器。 该种设计电路简单，使用器件少，可在实验室内操作，焊接起来较为方便，调试较为简单，符合课程设计的原则。 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。 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： 实际焊接电路图 2、元器件选择 （1）电阻类： 100k电阻（3个）；20k电阻（2个）； 10k电阻（2个）；150k电阻（2个）。 （2）电位器类： 100k电位器（1个）；50k电位器（1个）；20k电位器（1个）；5k电位器（1个）；2k电位器（1个）；500电位器（1个）. （3）芯片类： 运放芯片（OP07，三片）；CC4051模拟开关（1片） （4）其他元件： 电路板一块船型开关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） 使得A3实现对输入数据信号的三倍放大。因此可取R2=20k,同时，可选取R1=10k，便于进行进一步的计算。 五、总体电路图，电路的工作原理 1.总电路图 R1=10k，R2=10k，R=20k，R5=100kRg1=100k电位器Rg2=20k，Rg3=5kRg4=2k，Rg5=500Rg6=50电位器 电路的工作原理：根据CC4051模拟开关能对输出电阻进行控制
