课程设计：增益自动切换放大电路设计.ppt

模拟电路单元及系统实验 华南理工大学吕念玲主编甘伟明刘凤军参编及课件制作机械工业出版社出版 实验目的 熟练掌握常用集成模拟器件的应用 学习模拟系统的设计方法 学习较复杂电路的调试方法 设计任务1 设计题一 用给定的集成运算放大器 集成模拟开关等器件设计一个增益自动切换的电压放大电路 输入测试信号是直流电压 其最大值不超过2V 具体要求如下 1 当0V Vi 0 5V时 放大电路的增益为10倍 2 当0 5V Vi 1 0V时 放大电路的增益为5倍 3 当1 0V Vi 2 0V时 放大电路的增益为2 5倍 4 采用 12V电源供电 5 用EDA工具对所设计的整机电路进行仿真 设计任务2 2 设计题二 当输入测试信号是频率f 1000Hz Vi 2V的正弦交流信号时 完成上述设计和调试任务 设计框图 功能说明 增益的控制 集成运算放大器与相关的电阻构成同相比例放大电路 调整接于运算放大器输出端与反相端之间的反馈电阻 即可控制电压增益 图4 3 15中用模拟开关来切换反馈电阻 模拟开关的控制 模拟开关的工作状态 由两个电压比较电路组成的控制信号形成电路来控制 根据输入信号的分界值设定电压比较器的基准电压 输入的待测信号与之相比较 决定它们的输出电平是高电平 还是低电平 并形成控制信号控制模拟开关接通相应的反馈电阻 功能说明 精密整流电路 为便于将正弦交流信号与比较电路的直流基准电压进行比较 需将正弦波电压转换为直流电压输出 图示是精密整流电路 试分析其电路工作原理 要注意的是 正弦交流电压通常以电压有效值为据进行比较 所以本题比较电路的直流基准电压应按正弦交流电压的有效值进行标度 设计样例 样例说明 1 增益的自动控制 在上图中 运算放大器A1与相关的电阻构成同相比例放大电路 其电压增益Av 1 RF R1 RF为接于运算放大器输出端与反相端之间的反馈电阻 改变RF 或R1 即可控制电压增益 图中用模拟开关来切换反馈电阻 当开关S1闭合 S2 S3断开 时 电压增益Av 1 R2 R1 类似地 当S2或S3单独闭合时 电压增益Av 1 R3 R1 或Av 1 R4 R1 2 输入信号的幅度鉴别运算放大器A2 A3作为电压比较器 它们的一个输入端分别加基准电压VRFE1和VRFE2 这两个基准电压由RW1 R5 R6组成的分压器获得 输入信号vI同时加A2 A3的另一个输入端 A2 A3分别将vI与VRFE1 VRFE2进行比较 决定它们的输出A B是高电平 还是低电平 由A B电平的高低可判断出输入信号处于什么范围 即vIVRFE2 这样 用A B两个开关信号控制模拟开关的工作状态 切换反馈电阻即可实现增益的自动控制 样例说明 3 模拟开关的工作原理采用CMOS模拟开关4052可以实现电压增益的自动切换 实验指导书P117图C 9是4052 双路四选一模拟开关 的等效电路图 两路开关的工作状态由控制信号A1 A0来决定 其功能表如表C 6 当A1 A0都是低电平时 X接通X0 Y接通Y0 当A1为低电平 A0为高电平时 X接通X1 Y接通Y1 当A1为低电平 A0为高电平时 X接通X2 Y接通Y2 当A1 A0都是高电平时 X接通X3 Y接通Y3 这样控制A1 A0的电平即可实现四选一功能 实验内容 1 根据提示完成设计图 2 根据设计图仔实验箱上安装电路 3 分块调节每一个模块的功能直到正常为止 4 联机调节整机的工作性能 布件与布线的一般原则 1 集成电路的插装集成电路的布局 一般按主电路信号流向的顺序在插板上直线排列 插入时应使所有集成电路的插入方向一致 缺口朝左 所有引脚均对准插件电路板中央凹槽两边的小孔 均匀用力按下 注意管脚不能弯曲 拔出时用专用拔钳夹住集成块两头 垂直往上拔起 或用一字批对撬 以免集成块受损 2 元器件的插装元器件应按信号的流向顺序地连接 一般插板左端为输入 右端为输出 同一块插板上的同类元器件应采用同一组装方式 距离插板表面的高度应大体一致 各元件间的距离应视周围元件的多少而定 一般不能太密 以方便检查和调试电路 元器件型号或标称值应朝同一方向 并能看到其极性和标志以便检查 元器件的引线一般不宜剪得过短 以利重复使用 3 布线的原则布线要有步骤地进行 一般是先布电源线和地线 然后按组装图从输入级 中间级到输出级依次连接好各元器件 在此条件下 尽量做到接线短 接线少 测量方便 尽量使电源线和地线靠近电路板周边 故障的检测与排除 整机电流检查接好全部电路后 对照实验原理图仔细地复查一遍 无误后接通电源 同时监视直流稳压电源电流表头示数 若显示电流较大 可能有短路 应先关闭电源 按下面方法检查 1 断开所有IC与电源的接入线 如图中3模块将打叉的线断开 再接通电源 2 此时若还有短路故障现象 存在 则故障在IC以外的区域 如VI电路产生电路或分界值电路 3 若此时短路故障消失 则依次将断开的IC电源线接入 同时监视直流稳压电源电流表头示数 若接入某级时短路故障重现 则故障就在该级 整机电路功能检查当整机电路功能不正常时 一定将整机电路分为若干模块分别进行检查 个单元电路功能的检查方法 可用指示灯 发光二极管 显示输出状态 或用万用表 示波器检查各模块输入 输出端的直流电平是否符合真值表的要求 不符合 则故障可能在此模块 低电平 0 4 高电平 3 一般为供电电压 对电路各模块独立检查要领 必需把要检测的模块与其它模块断开连接 如红点所示 3 分别测量模块 的功能 如输出端保持高电平不变 则集成块可能没接地或接触不良 若输出信号保持与输入信号同样的规律变化 则集成块可能没接电源 4 对模块 要用一导线 虚线所示 把反馈电阻与2脚相连后加一个信号进行检测 1 VI电压产生模块 调节RW1 测量A点的输出电压VI能否在0 2V变化 2 分界值模块 调节RW2 能否使VB 1V VC 0 5V 测试步骤 1 调节RW1 测量A点的输出电压VI的变化范围 2 调节RW2使VB 1V VC 0 5V 然后调节VI分别为0 3V 0 8V 1 5V 用万用表测量此时D点和E点的电压 判断4052输入端A1 A0的高 低电平 判断结果与设计的是否一致 如果结果与设计的不一致 则此电路工作不正常 测试步骤 3 将4052的3脚与LM324断开 D E脚也与LM311断开 测试A1 A0分别加入不同的电压时 4052的 Y 脚与相应的导通脚 如A0 A1 0时 Y与YO 之间的电压 与4052的功能表进行比较 判断模拟开关电路接通 断开是否正常 测试步骤 4 将F脚接到LM324的 2 脚 输入VI 0 5V的电压 测量VO的值 与理论值比较 判断