可變的直流放大器

1、電子綜合設(shè)計電子綜合開發(fā)實踐報告設(shè)計課題:可變的直流放大器 專業(yè)班級:電子信息工程（1）班 學(xué)生學(xué)號:2011508176 學(xué)生姓名:徐蘭芬 設(shè)計時間:2014年1月15日 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2014年1月1 目錄一、 設(shè)計任務(wù)與要求21. 任務(wù)22. 要求2二、 方案設(shè)計與論證21. 選擇方案22. 系統(tǒng)原理框圖23. 系統(tǒng)模塊設(shè)計3三、 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算61.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(窗口比較器)62.模擬開關(guān)63.正相比例放大模塊6四、 總原理圖及元器件清單71、 總原理圖72、 元件清單7五、 性能測試與分析7六、 結(jié)論與心得9可變的直流放大器一、 設(shè)計任務(wù)與要求1. 任務(wù)用普通運算放大器

2、設(shè)計一個放大倍數(shù)可變的直流放大器 2. 要求 （1）輸入信號為050mV時，放大100倍；當(dāng)輸入信號為50mV500mV時，放大10倍；當(dāng)輸入信號為0.5V5V時，放大1倍； （2）根據(jù)輸入信號大小，自動改變放大倍數(shù)； （3）論文要有如下內(nèi)容：零點漂移及改進(jìn)措施；輸入阻抗及提高措施； 串模干擾、共模干擾及抑制措施。 二、 方案設(shè)計與論證1. 選擇方案 利用LM324放大器構(gòu)成窗口比較器,將模電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電路中的高低電平，設(shè)定門限電壓為0.5V和0.05V,當(dāng)輸入不同的電壓就將信號轉(zhuǎn)化為高低電平。 （1）當(dāng)輸入Ui0.5V時, B端輸出為低電平，A端輸出為高電平； （2）電壓0.05V Ui

3、 0.5V之間時,B端輸出為低電平，A端輸出為低電平； （3）當(dāng)輸入電壓Ui 0.05V時,B端輸出為高電平，A端輸出為低電平。 最后再利用CD4051八選一數(shù)據(jù)選擇器,選擇不同的電阻值實現(xiàn)不同的放大。2. 系統(tǒng)原理框圖輸入電壓輸出電壓LM324放大器構(gòu)成的電壓放大模塊CD4051八選一數(shù)據(jù)選擇器由LM324放大器構(gòu)成的窗口比較器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 3. 系統(tǒng)模塊設(shè)計（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(窗口比較器)： 當(dāng)輸入電壓Ui大于0.5V時,B端輸出為低電平，A端輸出為高電平； 當(dāng)輸入電壓Ui介于于0.5V與0.05之間時,B端輸出為低電平，A端輸出為低電平；輸入電壓A（運放1號輸出端）B（運放2號輸出端）

4、Ui0.05V010.05Ui0.510 當(dāng)輸入電壓Ui小于0.05V時,B端輸出為高電平，A端輸出為低電平。 3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 （2）模擬開關(guān)模塊(八選一數(shù)據(jù)選擇器) 此次設(shè)計選用CD4051作為數(shù)據(jù)選擇器. CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。 本系統(tǒng)設(shè)計使用的CD4051的部分功能真值表INH禁止端BACD4051選擇位000000110102 3.2模擬開關(guān)模塊 （3）正相比例放大模塊 本次設(shè)計最后一個模塊采用LM324集成運算放大器將輸入電壓進(jìn)出行放大，設(shè)計采用同相比例運算電路，因為此次設(shè)計供電

5、模式采用+5V單電源供電，LM324集成運算放大器只能工作在電壓正半軸，因此只能選擇正相比例放大。 電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故可以認(rèn)為輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零。根據(jù)“虛短”與“虛斷”的概念，集成運放的凈輸入電壓為零。由此可以得到： Uo=(1+Rf/R)*Ui； 經(jīng)綜合考慮選取反饋電阻為 Rf=100K， 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為1倍時，選取用R為 無窮大此時：Av=1+Rf/R=1； 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為10倍時，選取用R為10K的電阻此時：Av=1+Rf/R=10； 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為100倍時，選取用R為1k的電阻此時：Av=1+Rf/R=100。 3.2正相比例放大模塊三、 單元電路設(shè)計與參

6、數(shù)計算 1.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(窗口比較器) 選用LM324集成運算放大器作為窗口比較器。調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中的滑動變阻器，使門限電壓分別為0.5,0.05。當(dāng)輸入電壓進(jìn)來后分別與這兩個門限電壓比較，即可得出高低電平。 2.模擬開關(guān)此次設(shè)計選用CD4051作為數(shù)據(jù)選擇器，充當(dāng)模擬開關(guān)。從模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊得到高低電平后，即可得到正向比例放大模塊的通路。 3.正相比例放大模塊根據(jù)Uo=(1+Rf/R)*Ui 選取反饋電阻為 Rf=100K， 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為1倍時，選取用R為 此時：Av=1+Rf/R1+0=1； 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為10倍時，選取用R為10K的電阻此時：Av=1+Rf/R=1+100/1010；

7、 當(dāng)電壓放大倍數(shù)為100倍時，選取用R為1k的電阻此時：Av=1+Rf/R=1+100/1100。四、 總原理圖及元器件清單 1、 總原理圖 2、 元件清單序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1R（1.7)50,50,5.1,5.1,1,10,1007單位（k)2RV(1.4)12.5,1,1,1004單位（k）3AD704P3440511五、 性能測試與分析(1) 靜態(tài)數(shù)據(jù) 門限電壓靜態(tài)數(shù)據(jù)上門限LED2燈亮?xí)r電壓下門限LED3燈亮?xí)r電壓U=0.4990VU=0.0490V(2) 動態(tài)數(shù)據(jù)各輸入輸出電壓動態(tài)數(shù)據(jù)表位選端理論值實際值A(chǔ)BUiUoAvUiUoAv100.60.610.60.68451.141

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分析以上數(shù)據(jù)存在較大出入可能有以下原因產(chǎn)生： 零點漂移可能會造成放大倍數(shù)的偏差即輸出的電壓值的誤差。因為電路放大模塊采用同相比例放大，共模干擾就比較明顯。 采取措施： (1) 零點漂移及改進(jìn)措施：為了抑制零點飄移，電路的輸入可以采用差

9、動放大電路可以有效的抑制。電路圖如右圖所示。使用差動放大電路可以使電路的抗干擾性和穩(wěn)定性得到顯著的提高。（2）輸入阻抗及提高措施：,在電路中加一電壓跟隨器,電壓跟隨器的顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。六、 結(jié)論與心得 結(jié)論：這次設(shè)計題目還算簡單，但是要想做好卻很不容易。題目要求設(shè)計直流放大器，并且在規(guī)定的范圍內(nèi)設(shè)計相應(yīng)的放大倍數(shù)。我一共用了三個模塊來實現(xiàn)這一功能即模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、模擬開關(guān)、正相比例放大模塊，這三個模塊分別扮演著不同的角色，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號通過門限電壓的選通轉(zhuǎn)換成高低電平。模擬開關(guān)則通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊傳輸過來的高低電平進(jìn)行選擇端口。而正相比例放大模塊是將模擬開關(guān)模塊選擇的端口進(jìn)行放大，最后輸出電壓值。將這三個模塊連接起來就設(shè)計完成了一個簡單的可變直流放大器。 心得：這次的實訓(xùn)算是完成的比較順利的一次，但是還是有很多問題自己沒能解決，幸