模電課設(shè)報(bào)告書

1、 武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書附件1：學(xué) 號(hào)： 012110931923課 程 設(shè) 計(jì)題 目自動(dòng)增益直流放大器設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)學(xué) 院信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程班 級(jí)電信1102班姓 名指導(dǎo)教師2013年1月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電信1102班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 自動(dòng)增益直流放大器設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn) 初始條件： 可選元件：集成運(yùn)算放大器、電阻、電位器、電容若干，直流電源，或自備元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，函數(shù)發(fā)生器要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)要求，完成設(shè)計(jì)一個(gè)增益可自動(dòng)變換的直流放大器電路的仿真設(shè)計(jì)、裝配與

2、調(diào)試鼓勵(lì)自制穩(wěn)壓電源。（2）設(shè)計(jì)要求 輸入信號(hào)為01V時(shí)，放大3倍；為1V2V時(shí)，放大2倍；為2V3V時(shí)，放大1倍；3V以上放大0.5倍； 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。 利用Proteus或Multisim仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計(jì)功能進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。時(shí)間安排：1、 前半周，完成仿真設(shè)計(jì)調(diào)試；并制作實(shí)物。 2、 后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1.緒論41.1自動(dòng)增

3、益控制簡(jiǎn)介41.2設(shè)計(jì)目的51.3設(shè)計(jì)內(nèi)容51.4設(shè)計(jì)要求52.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.1設(shè)計(jì)方案52.2電路流程圖63.硬件設(shè)計(jì)63.1電壓比較電路63.1.1電路參數(shù)63.1.2電路原理圖73.2增益選擇電路73.2.1電路參數(shù)73.2.2電路原理圖83.3放大電路93.3.1電路參數(shù)93.3.2電路原理圖93.4系統(tǒng)總體電路114. 仿真124.1仿真電路整體圖125.所需元件146.實(shí)物測(cè)試157.總結(jié)168.參考書目171.緒論1.1自動(dòng)增益控制簡(jiǎn)介 使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的自動(dòng)控制方法。實(shí)現(xiàn)這種功能的電路簡(jiǎn)稱AGC環(huán)。AGC環(huán)是閉環(huán)電子電路，是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它可以分成增

4、益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分。增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變?？刂齐妷盒纬呻娐返幕静考茿GC 檢波器和低通平滑濾波器，有時(shí)也包含門電路和直流放大器等部件。放大電路的輸出信號(hào)u0 經(jīng)檢波并經(jīng)濾波器濾除低頻調(diào)制分量和噪聲后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的電壓uc 。當(dāng)輸入信號(hào)ui增大時(shí)，u0和uc亦隨之增大。 uc 增大使放大電路的增益下降，從而使輸出信號(hào)的變化量顯著小于輸入信號(hào)的變化量，達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的。放大電路增益的控制方法有：改變晶體管的直流工作狀態(tài)，以改變晶體管的電流放大系數(shù)。在放大器各級(jí)間插入電控衰減器。用電控可變電阻作放大器負(fù)載等。AGC電路

5、廣泛用于各種接收機(jī)、 錄音機(jī)和測(cè)量?jī)x器中，它常被用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍內(nèi)，因 而也稱自動(dòng)電平控制； 用于話音放大器或收音機(jī)時(shí)，稱為自動(dòng)音量控制器。AGC有兩種控制方式：一種是利用增加AGC電壓的方式來減小增益的方式叫正向AGC，一種是利用減小AGC電壓的方式來減小增益的方式叫反向AGC .正向AGC 控制能力強(qiáng)，所需控制功率大被控放大級(jí)工作點(diǎn)變動(dòng)范圍大，放大器兩端阻抗變化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范圍也小。AGCAutomatic Gain Control的縮寫。所有攝像機(jī)都有一個(gè)將來自CCD的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使

6、其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號(hào)畸變。為此，需利用攝像機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGC）電路去探測(cè)視頻信號(hào)的電平，適時(shí)地開關(guān)AGC，從而使攝像機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動(dòng)態(tài)范圍，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝像機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號(hào)的強(qiáng)度來獲得清晰的圖像。具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高，但此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯。這是由于信號(hào)和噪聲被同時(shí)放大的緣故。 1.2設(shè)計(jì)目的 加深對(duì)模擬電路、數(shù)字邏輯電路、通信電子線路等相關(guān)課程理論知識(shí)的理解與工程實(shí)際運(yùn)用，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和一般規(guī)則，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和綜合應(yīng)用能力，要求學(xué)生完成一個(gè)電子系統(tǒng)設(shè)

7、計(jì)的全過程：選題-方案論證-電路設(shè)計(jì)-電路實(shí)現(xiàn)-安裝調(diào)試-系統(tǒng)測(cè)試-總結(jié)報(bào)告。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1.查閱資料，確定設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)方案；2.設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行參數(shù)計(jì)算；3.用ptoteus軟件進(jìn)行仿真；4.電路的安裝、調(diào)試與測(cè)試；5.寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。1.4設(shè)計(jì)要求 輸入信號(hào)為01V時(shí)，放大3倍；為1V2V時(shí)，放大2倍；為2V3V時(shí)，放大1倍；3V以上放大0.5倍 ；自制直流穩(wěn)壓電源。2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案：將設(shè)計(jì)電路分為三塊，即：電壓比較電路，增益選擇電路，放大電路。電壓比較電路：通過電壓比較器將輸入電壓（vi）與既設(shè)定的比較范圍比較，確定其放大倍數(shù)。 增益選擇電路：根據(jù)譯碼器和模擬

8、開關(guān)的邏輯功能對(duì)反饋電阻的選擇進(jìn)而得到不同的反饋電阻。放大電路：由一般運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路。2.2電路流程圖 圖2-23.硬件設(shè)計(jì)3.1電壓比較電路3.1.1電路參數(shù) 電壓比較電路的工作原理：當(dāng)反向輸入端的電壓值大于同向輸入端的電壓值時(shí)，電壓比較器輸出為VEE(-12V)，反之則為VCC(+12V)。在數(shù)字電路中，大于0V的電壓都認(rèn)為是高電平1，相反為0。這里選擇的都是1K的電位器，用于選擇比較器的閾值電壓。選定的閾值電壓分別為1V、2V、3V。電壓比較器的存在使得信號(hào)從模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，進(jìn)而加以運(yùn)算。3.1.2電路原理圖 電壓比較電路 圖3-1-23.2增益選擇電路3.2.1電路

9、參數(shù)這里用來選擇電路的是模擬開關(guān)CD4051。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個(gè)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。幅值為4.515V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至15V的模擬信號(hào)。例如，若VDD+5V，VSS0，VEE-13.5V，則05V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.54.5V的模擬信號(hào)。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。3.2.2電路原理圖 增益選擇電路 圖3-2-2本實(shí)驗(yàn)?zāi)M開關(guān)的工

10、作情況：輸入信號(hào) A B C 導(dǎo)通的端口 放大效果01V 0 0 0 13（X0） 放大3倍12V 1 0 0 14（X1） 放大2倍23V 1 1 0 12（X3） 放大1倍>=3V 1 1 1 4（X7） 放大0.5倍 本實(shí)驗(yàn)?zāi)M開關(guān)的工作表 表3-2-23.3放大電路3.3.1電路參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)所用的放大電路為L(zhǎng)M324加負(fù)反饋的放大電路，Vo=-Rf/R1*Vi。R4=5K歐，Rf用的是20K歐的電位器（為了不使其輸出電壓為負(fù)值，又加了一個(gè)放大倍數(shù)為-1的放大器）3.3.2電路原理圖 放大電路圖 圖3-3-2 放大電路圖 圖3-3-23.4系統(tǒng)總體電路 系統(tǒng)總體電路 圖3-4 4.

11、 仿真4.1仿真電路整體圖仿真電路原理圖 圖4-1 輸入0.5V仿真 圖4-2 輸入1.5V仿真 圖4-3 輸入2.5v仿真 圖4-3 輸入4v仿真 圖4-4由上面四幅圖可以看出，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的倍數(shù)關(guān)系與設(shè)計(jì)要求相符，所以仿真成功。自制直流穩(wěn)壓電源電路圖如下： 自制直流穩(wěn)壓電源電路（圖7）5.所需元件元件 數(shù)量+12V直流穩(wěn)壓電源 1電位器（1K） 3電位器（5K） 1電位器（20K） 2電位器（10K） 1LM324 4CD4051 15K電阻 3 所需元件表 表5-16.實(shí)物測(cè)試 下表為調(diào)節(jié)成功后所測(cè)量的數(shù)據(jù)： 輸入信號(hào) 放大倍數(shù) 理論輸出信號(hào) 實(shí)際輸出信號(hào) 誤差 0.56V 3

12、 1.68V 0.74V 3 2.22V 0.88V 3 2.64V 1.15V 2 2.30V 1.44V 2 2.88V 1.68V 2 3.36V 2.04V 1 2.04V 2.29V 1 2.29V 2.70V 1 2.70V 3.07V 0.5 1.535V 3.54V 0.5 1.77V 3.98V 0.5 1.99V 實(shí)物測(cè)試數(shù)據(jù)表（表3）7.總結(jié)方案設(shè)計(jì)中的不足以及設(shè)計(jì)中遇到的問題：1、仿真觀察可知：直流時(shí)U3：A輸出顯示的輸出電壓為負(fù)值，即運(yùn)算放大器和電阻組成的負(fù)反饋放大結(jié)構(gòu)獲得的增益為負(fù)值?？梢栽谳敵鲭妷褐档囊€段加上一個(gè)增益為-1的運(yùn)放，使得輸出電壓與輸入電壓相位相同，

13、使得增益為正值。2、直流放大中，在增益顯示的仿真結(jié)果有微小的誤差，然而在較大增益的顯示結(jié)果中就沒有誤差。誤差是普遍存在的，只是去修正電路使其誤差降到最小，但是自己還是沒有找到減小誤差的結(jié)果。后來自己查閱資料知道：同向輸入端直接接地與同向輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻之后接地之間的確會(huì)存在誤差，但是對(duì)整個(gè)電路的功能不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。心得體會(huì)：進(jìn)過這次模電課程設(shè)計(jì)，覺得非常有意思，同學(xué)們之間互相幫助，互相合作，做出來屬于自己的作品，真的很開心。大家分工合作，自己做好自己的那一部分的工作，然后與小組成員之間相互交流溝通，為大家而努力。這次課設(shè)有做實(shí)物的部分，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，也發(fā)掘了我們對(duì)于實(shí)物制作的熱愛。什么事情都要親身經(jīng)歷一番才能體會(huì)其中真正的樂趣。我們有了很多的收獲，同時(shí)也在與別人的合作中看到了自己的不足和他人的優(yōu)點(diǎn)，只有通過相互取長(zhǎng)補(bǔ)短大家才能有更大的進(jìn)步更多