增益可变直流放大器教材Word文档格式.docx

1、1.3方案论证.2 1.3.1模数转换模块.2 1.3.2模拟开关模块.21.3.3电压放大模块.31.4电路工作原理.3 1.4.1总电路工作原理.31.4.2窗口比较器.41.4.3CD4051模块.51.4.4LMS324放大模块.61.5电路设计计算.81.6元器件的选择.8二、 仿真电路的搭建.92.1总仿真电路图.9 2.2仿真调试步骤.92.3仿真数据.10三、 仿真结果分析.103.1设计结果与数据处理.10 3.2设计总结.113.2.1实际电路中可能存在的问题.113.2.2电路改进措施.113.2.3设计电路总体总结.12四、 设计心得体会.12 五、 附录.131、系统

2、总体设计1.1设计要求1）输入信号为050mv时，放大100倍；2）当输入信号为50mv500mv时，放大10倍；3）当输入信号为500mv5v时，放大1倍；（根据输入信号大小，自动改变放大倍数。）1.2系统框图模拟开关（八选一数据选择器）模数转换模（窗口比较器）块输入信号输出信号正比例放大模块图1.2.1 系统总体设计框图1.3方案论证 本设计为增益可变直流放大电路,主要由三大模块组成模数转换模块（窗口比较器）、模拟开关（八选一数据选择器）、正相比例放大模块。模数转换模块 本模块需实现电压比较功能，将模拟电路中的不同档位的电压转换成数值电路中的高低电平，故需要用到电压比较器，常见的几种电压比

3、较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器。1）单限比较器 电路只有一个阈值电压，即只有一个电压比较值，而本设计要有500mV和50mV的两个阈值电压，故不能采用。2）滞回比较器 电路中虽然有两个阈值电压UT1和UT2，但当输入电压向单一方向变化时，输出电压只越变一次。这一点不符合本设计电压比较模块的功能要求，故也不采用。3）窗口比较器 电路有两个阈值电压，输入电压U1从小变大或从大变小过程中使输出电压U0产生两次跃变。窗口比较器与前两种比较器的区别在于：输入电压向单一方向变化过程中，输出电压跃变两次。而这一特性正是本模块设计所需要的，故本模块采用窗口比较。模拟开关模块 本模块需要实现对放大电路

4、中接地电阻的自动选取，故需要数据选择芯片，市场上常见的芯片有很多，单本模块采用CD4051芯片。该芯片接口操作简单，易于上手，并且完全满足本模块的设计要求，故本模块采用之。电压放大模块 在电压放大模块中，我选用LM324四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如下图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点 ，故本模块采用LM324四运放集成电路。图1.3.1 LM324四运放集成电路符号 1.4电路工作原理1.4.1总电路工作原理 利用LM324放大器构成的窗口

5、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500mV和50mV,当输入不同的电压就将信号转化为高低电平.当输入为大于500mV时, B端输出为高电平，A端输出为低电平。电压Ui介于于500mV与50mV之间时,B端输出为低电平，A端输出为低电平。当输入电压Ui小于50mV时,B端输出为低电平，A端输出为高电平。在利用CD4051八选一数据选择器,选择不同的电阻值实现不同的放大。1.4.2模数转换模块（窗口比较器）1）当输入电压Ui50mV时,B端输出为低电平，A端输出为高电平。2）当输入电压50mVUi500mV时,B端输出为高电平，A端输出为低电平。表1.4.1 数模转换数

6、据表输入电压A B50mV1 050mV0 1图1.4.2 窗口比较器仿真电路图（其中两个发光二极管分别检测两个LM324是否正常工作）1.4.3模拟开关（八选一数据选择器） 本设计选用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。幅值为4.520V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD+5V，VSS0，VEE-13.5V，则05V的数字信号可控制-13.54.5V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

7、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. 图1.4.3 CD4051管脚图 注：CD4051引脚功能描述： （A0A2 地址端 I0/O0I7/O7 输入输出端 INH 禁止端 O/I 公共输出/输入端 VDD 正电源 VEE 模拟信号地 Vss 数字信号地 ）图1.4.4 CD4051逻辑真值表注：CD4051参数（电源电压范围3V15V 输入电压范围0VVDD 工作温度范围 M类55125 E 类.4085 极限值： 电源电压.0.5V18V 输入电压0.5VVDD+0.5V 输入电流.10mA 储存温度65150）1.4.4

8、正相比例放大模块 本设计正相比例放大模块采用LM324集成运放将输入电压进出行放大。设计采用同相比例运算电路，供电模式采用+5V单电源供电。由于LM324集成运放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，因此可以认为输入电阻为无穷大，输出电阻为零。由“虚短”与“虚断”可得，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Rf=100K（即图中R5的值）。 当Av=1+Rf/R=1时，选取用R=1M的电阻。 当Av=1+Rf/R=10时，选取用R=10K的电阻。 当Av=1+Rf/R=100时，选取用R=1k的电阻。图1

9、.4.5 正向比例放大电路图1.5电路设计计算 窗口比较器两阈值电压UT1=50mV UT2=500mV;（滑动变阻器RV1和RV2分别调节两阈值电压到所需值，其阻值一般选为10k） LM324通过CD4051数据选择器中对三电阻阻值的选取反馈电阻Rf=100k;由公式Au=U0/Ui=（1+Rf/R）可得：a.当Av=1+Rf/R=1时，选取用R3=1M的电阻。b.当Av=1+Rf/R=10时，选取用R2=10K的电阻。c.当Av=1+Rf/R=100时，选取用R4=1k的电阻。1.6元器件的选择表1.6.1 元器件参照表序号元件名称参数备注1电阻1K、10K、100K、1M2发光二极管（两个）红色3滑动变阻器10K（三个）4LM3245CD40516直流电源+5V二、仿真电路的搭建2.1总仿真电路图图2.1.1总仿真电路图2.2仿真调试步骤1）先给电路上+5V电的直流电。2）调节滑动变阻器RV1和RV2，使2点电压输出为500mV，5点电压为5mV。3）分别输入不同范围值的电压，分别测试模拟开关CD4051数据选择器的芯片管脚10，11即A,B端输出的高低电平。当输入信号小于50mV时，A为高电平，B为低电平；当输入信号为50mV500mV时，B为低电平，A也为低电平；当输入信号大于500mV时，B为高电