1、 遼 寧 工 業 大 學電子技術基礎課程設計（論文）題目：程控增益放大器院（系）：電子與信息工程學院專業班級： 電氣09 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 起止時間： 課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程學 號 090303051學生姓名昂宸旭 專業班級電氣092 課程設計（論文）題目程控增益放大器課程設計（論文）任務設計任務：1. 設計并制作放大倍數由數碼控制程控增益放大器。2. 電壓放大倍數n由撥碼開關控制，1。3. vo電壓絕對值在110v范圍，輸入電阻，輸出電阻 設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、

2、指標及應用環境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐個設計。4.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日目 錄第一章 程增益放大器設計方案論證11.1程控增益放大器的應用意義11.2程控增益放大器設計的要求及技術指標11.3 設計方案論證11.4 總體設計

3、方案框圖及分析2第二章 程控增益放大器各單元電路設計22.1 撥碼開關的設計22.2 集成電路運算放大器的設計52.3增益調整電路設計8第三章 程控增益放大器整體電路設計83.1 整體電路圖及工作原理83.2 電路參數計算93.3 整機電路性能分析9第四章 設計總結9參考文獻10附錄：器件清單11第一章 程控增益放大器設計方案論證1.1程控增益放大器的應用意義程控增益放大器是一種放大倍數由程序控制的放大器符號pga，在多通道多參數空間一個測量放大器，多通道放大器的信號的大小并不相同，都是放大至a/d交換器輸入要求的標準是電壓，因此對各個通路要求測量放大器的增益也不同。放大器的交流是由數字信號控

4、制的反反饋電阻完成的，這種電路結構簡單成本低使其幅度程控增益放大器(pga)主要用于對幅度較小信號進行增益控制，達到adc轉化器所工作的要求。利用撥碼開關的數碼代替電位器刻度，具有線性度好、精度高、直觀，可直接或間接取代一般線性電位器或多圈線性電位器。在電子儀器儀表設備、工業自動化控制，穩壓、恒流、供電、機電保護、電動機保護、溫控、濕度、壓力、重量等自動控制中達到數字設定的目的。放大器的增益的變化是由數字信號控制其反饋電阻完成的。1.2程控增益放大器設計的要求及技術指標1.2.1設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環境等，廣開思路，構思出各種總體方

5、案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐個設計。4.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規律擺放各電路，并標出必要的說明。1.2.2技術指標1.電壓放大倍數n由撥碼開關控制，1。2.輸出電壓絕對值在110v范圍。3.輸入電阻。3.輸出電阻1.3設計方案論證程控增益放大器并不多見，需要采用其它方法來實現，通常有兩種方法：1）運放+模擬開關+電阻網絡2）運放+數字電位器。

6、 其中，前一種方法利用模擬開關切換電阻反饋網絡，從而改變放大電路的閉環增益。此種方法所需元器件較多，電路龐大，而且精度受到限制。第二種方案采用固態數字電位器來控制放大電路的增益，線路較為簡單。但現有的數字電位器分辨率有限，常見的有32、64抽頭，少數可達1024抽頭，因而構成的放大器精度有限，無法滿足10位甚至12位數據采集系統的要求。本節采用第二種加以論證1.4總體設計方案框圖及分析根據放大倍數以步距1在1100范圍內變化的要求，可用3位撥碼開關對d/a置數來設置放大倍數，并用撥碼開關控制增益。該方案電路簡單，但置的是十六進制數，使用者必須根據增益在哪一擋來換算放大倍數，且只能實現預置數功能

7、 圖1 程控增益放大器框圖第二章 程控增益放大器各單元電路設計2.1撥碼開關的設計2.1.1所示的電路中，輸入3位10進制數1999時，輸出為20，實際上是3個位上的電阻器并聯，相當于1個560k的電位器，共有101010=1000種組合的阻值，在一般情況下，完全可以取代在模擬電路中廣泛使用的無級調節的電位器。按圖上所標的阻值，輸入的3位數字越大，等效的并聯電阻越小。圖2 3位8421撥碼開關組成的電位器電路所謂8421碼，也是一種二進制碼，是一種數字字符編碼，每四位分為一段，該段內的四個二進制位分別對應2的3次方(8)，2的2次方(4)，2的1次方(2)，和2的0次方(1)。而3、2、1、0

8、是2的冪指數，稱為對應為的權。它對應只有09十個數字，還有一種是二進制碼，有09加上af共16個數字。以下是8421bcd碼，二進制碼和十進制數的對應8421碼二進制碼對應數字0000000000001000110010001020011001130100010040101010150110011060111011171000100081001100191010a1011b1100c1101d1110e1111f而向上所列，大于9以后，8421bcd碼就沒有了。以91為例：轉換為8421bcd碼很簡單，看表對應9的8421bcd碼為1001，1的8421bcd碼為0001，所以十進制數91的8

9、421bcd碼為10010001。反過來也可以。如bcd碼01110101的對應的十進制數為75。但十進制91轉換為二進制數則不同了，整數部分采取除2取余數法，而且最后的余數為二進制數的高位。91轉換為二進制數為01011011，也可以去掉高位0后得到1011011。2.1.2 10進制編碼開關在圖3所示的電路中，輸入3位10進制數0999時，若電阻器r1r9取1k 電阻器r10r18取100，電阻器r19r27取10，則輸出為010k的等效電阻，實際上是3個位上的電阻器串聯，相當于1個10k的電位器，也有101010=1000種組合的阻值，在一般情況下，也可以取代在模擬電路中廣泛使用的無級調

10、節的電位器。顯然，輸入的3位數字越大，等效的串聯電阻也越大。圖3 3位10進制編碼開關組成的電位器電路2.2集成電路運算放大器設計集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路輸入級：通常由雙輸入差分放大電路構成。主要作用是提高抑制共模信號能力，提高輸入電阻。中間級：帶恒流源負載和復合管的差放和共射電路組成的高增益的電壓放大級，主要作用是提高電壓增益。輸出級：采用互補對稱功放或射極輸出器組成，主要是降低輸出電阻，提高帶負載能力。2.2.1集成電路運算放大器中的電流源1基本電流源分壓式射極偏置電路為基本電流源電路。當三級管工作在放大區，由于射極電流僅由兩分壓電阻

11、決定，因此當負載發生變化（也即集電極電阻發生變化），輸出電流（即集電極電流）保持不變，體現了恒流特性。2有源負載由于電流源具有直流電阻小而交流電阻大的特點，因此在模擬集成電路中，常把它作為負載使用，稱為有源負載。3電流源的應用（1）為集成運放各級提供穩定的偏置電流；（2）作為各放大級的有源負載，提高電壓增益。圖4集成電路運算放大器原理圖2.2.2偏置電路 偏置電路的作用是向各級放大電路提供合適的偏置電流，決定各級的靜態工作點。f007的偏置電路由t8t13組成。基準電流由t12、r5、t11，和電源ec（15v）、ee（- 15v）決定：t10、t11和r4組成微電流源電路，提供輸入級所要求的

12、微小而又十分穩定的偏置電流，并提供t9所需的集電極電流，即ic10ic9 2ib3；t8與t9 組成鏡像恒流源電路，提供t1、t2的集電極電流，即ic1ic2ic9，t12與t13組成鏡像恒流源電路，提供中間級t16、t17的靜態工作電流，并充當其有源負載。2.2.3輸入級 輸入級對集成運放的多項技術指標起著決定性的作用。它的電路形式幾乎都采用各種各樣的差動放大電路，以發揮集成電路制造工藝上的優勢。f007的輸入級電路是由t1t7組成的帶有恒流源及有源負載的差動放大電路。有源負載是由t5，t6、t7及r1、r2、r3組成的改進型鏡象恒流源電路。用它作差動放大電路的有源負載，不僅可以提高電壓放大

13、倍數，還能在保持電壓放大倍數不變的條件下，將雙端輸出轉化為單端輸出。 t1t4組成共集一共基型差動放大電路。其中，t1、t2接成共集電極形式，可以提高電路的輸入阻抗，同時由于uc1uc2 = ec - ube8，因而共模信號正向界限接近ec，即提高了共模信號的輸入范圍；t3、t4，組成共基極電路，具有較好的頻率特性，同時 圖5集成電路符號輸還能完成電位移動功能，使輸入級出的直流電位低于輸入直流電位，這樣后級就可直接接npn型管；由于pnp型管的發射結擊穿電壓很高，這種差動放大電路的差模輸入電壓也很高，可達30v以上，此外，共基極電路輸入電阻較小，而輸出電阻較大，有利于接有源負載，并起到將負載與

14、npn管隔離開的作用。2.2.4中間級 中間級電路的主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數，并向輸出級提供較大的推動電流，有時還要完成雙端輸出變單端輸出，電位移動等功能。f007的中間級是由復合管t16、t17和電阻r6組成的共發射極放大電路，t12、t13組成的鏡象恒流源作為它的有源負載，因而可以獲得很高的電壓放大倍數。r6起電流負反饋作用可以改善放大特性。2.2.5輸出級 輸出級的作用是向負載輸出足夠大的電流，要求它的輸出電阻要小，并應有過載保護措施。輸出級大都采用互補對稱輸出級，兩管輪流工作，且每個管于導電時均使電路工作在射極輸出狀態，故帶負載能力較強。f007輸出級采用的就是由t14和復合

15、管t18、t19組成的互補對稱電路。r7、r8和t15組成電壓并聯負反饋偏置電路，使t15的c、e兩端具有恒壓特性，為互補管提供合適而穩定的偏壓，以消除文越失真。 d1、d2和r9、r10組成過載保護電路，正常工作時，r9、r10上的壓降較小，d1、d2均處于截止狀態，即保護電路處于斷開狀態，一旦因某種原因而過載，t14及復合管的電流超過了額定值，則r9、r10上的壓降明顯增大，d1、d2將導通，從而對t14和t15的基極電流進行分流，限制了輸出電流的增加，保護了輸出管。 集成運放的新產品不斷出現，它們的性能更加優越，除通用型集成運放外，還出現了一些專用集成運放。 集成運放作為一個有源放大器件

16、應用于實際電路時，常用圖z0608所示符號表示。它有兩個輸入端、一個輸出端。大箭頭表示信號傳輸方向。當信號從反相端輸入時，輸出電壓與輸入電壓成反相關系，當信號從同相端輸入時，輸出電壓與輸入電壓同相。2.3增益調整電路設計利用撥碼開關接通通道改變一個狀態，從而反饋電阻改變一次，相應的電壓增益改變一次數值。 第三章 程控增益放大器整體電路設計返回 3.1整體電路圖及工作原理電源電路為了保證足夠的電源供應，我們制作了一個有5v、12v、15v、030v可調的電壓源。圖6程控增益放大器整體電路撥碼開關輸入3位10進制數1999時，輸出為20，實際上是3個位上的電阻器并聯，相當于1個560k的電位器，共

17、有101010=1000種組合的阻值，在一般情況下，完全可以取代在模擬電路中廣泛使用的無級調節的電位器。這種用法不需任何外部調整元件件就能可靠地工作。但為了保證效果更好，應該在正、負電源供電端連接一個1f的旁路鉭電容到模擬地，且應盡可能靠近放大器的電源引腳，并按圖中所示點接地。使輸入級輸出的直流電位低于輸入直流電位，這樣后級就可直接接npn型管；由于pnp型管的發射結擊穿電壓很高，這種差動放大電路的差模輸入電壓也很高，可達30v以上，此外，共基極電路輸入電阻較小，而輸出電阻較大，有利于接有源負載，并起到將負載與npn管隔離開的作用。集成電路運算放大器偏置電路的作用是向各級放大電路提供合適的偏置

18、電流，決定各級的靜態工作點輸出級的作用是向負載輸出足夠大的電流，要求它的輸出電阻要小，并應有過載保護措施。輸出級大都采用互補對稱輸出級，兩管輪流工作，且每個管于導電時均使電路工作在射極輸出狀態，故帶負載能力較強。該電路是利用接通通道改變一個狀態，從而反饋電阻改變一次，相應的電壓增益改變一次數值。3.2電路參數計算電路增益au=1+rf/rx只要算出相應的即可，如數據0011，rx等于20m與25m的并聯，即rx=11.1.相應的au=1+100/11.1=10.01.在輸出電壓為110v之間求出相應的相應的放大倍數在199之間，根據相應的撥碼開關計算出輸入電阻與輸出電阻的適當值即ri8m,ro

19、20.所以，增益公式g=20au得到所要調整的范圍。3.3整機電路性能分析本電路滿足微小信號在各種狀態下的放大調節，同時能夠有效地抑制干擾信號，可靠地檢測出缺隱信號，常常需要高精度的測量放大器和合適的濾波器。因事先不知道被測信號的大小，用微控制器來檢測，從而控制放大器的放大倍數，能將信號調到最佳，獲得最佳測量數據。又因為不知控制系統中激勵信號的頻率以及在不同的環境條件下的干擾情況，因此，為了實現大動態范圍、多干擾因素的檢測系統的智能化，程控放大與程控濾波是必然的選擇，以實現軟件與硬件有機地結合。這是目前比較新穎、實用的電路設計按照上述方法設計的可編程增益放大電路，克服了傳統可編程放大器增益范圍

20、小的缺點，擴大了增益范圍、提高了增益精度。基本完成了系統基本及發揮部分的要求，在某些方面性能有極大的提高，大大超過了要求。但由于時間緊張等原因，整個系統還存在著設計簡陋，測量精度不是很高等問題。由于系統采用了模塊化設計，系統還有很大的升級擴展空間。經過進一步的完善，完全可以應用于實際測量中。第四章 設計總結 通過本次課設，我懂得了課設的過程是艱辛的，但是最終我的收獲是非常巨大的。首先，我們再一次的加深鞏固了對學過知識的理解及認識；其次，我們第一次將課本知識運用到了實際設計上，使得所學的知識在更深層次上得到了加深。再次，因為這次課程設計的過程中有一定難度，這對我們來說不為是一種鍛煉，培養了我們自學、查閱搜集資料等等的能力；再有，計算操作過程中，我曾經面臨過很多的失敗、品味過了茫然，但是最后我們還是堅持了下來，另一方面對于課外的相關知識也有了許多理解。也給了我們這一代生活在幸福中的大學生上了一堂艱苦樸素的教育課。通過本次課設還有就是能夠掌握ewb軟件的基本使用方法。為我