电子技术基础课程设计报告.doc

课 程 设 计 报 告信息科学与工程学院课程设计报告（ 2007 2008 学年 第 二 学期）课程名称： 电子技术基础 _班 级： 学 号： 1 姓 名： 指导教师： 2008 年 6 月课程设计题目：增益可自动变换的放大器内容和要求：一、设计任务和要求 ： （一） 设计一个增益可自动变换的直流放大器。1、输入信号为01V时，放大3倍；为1V2V时，放大2倍；为2V3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍 ；2、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍即可。3、电源采用5V电源供电。 （二） 设计一个增益可自动变换的交流放大器。1、放大器增益可在1倍 2倍 3倍 4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz；2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态;3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示1、2、3、4倍即可。4、电源采用5V电源供电。二、设计思路提示 1放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。2增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；3、对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。三、课程设计步骤1、查阅资料，确定上述两个设计任务的设计方案；2、设计电路，进行参数计算；3、用MULTISIM软件进行仿真；4、写出设计总结报告。四、参考元器件 集成电路：NE555、LM324、74LS138、CC40106, CC4013、CD4052、CC4066、74LS161，CD4011，741等（ 集成电路器件资料，自己查阅）。电阻若干；电容若干；LED若干；LED数码管；设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）增益可自动变换的直流放大器一、 设计方案放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围；增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；通过输入电压与参考电压的比较，选择相应的防大电路增益。由此得出大致设计方案如下图： vi反相放大器电压比较模拟开关电阻网络译码 vo二、 电路设计左图所示为反相输入单门限电压比较器。其工作原理为：当同相电压输入大于反相电压输入时，放大器的输出为高电平；反之，则输出为低电平。1、 用并行比较型A/D转换器实现电压比较，同时将输入的模拟量转换为数字量输出。 R11.0k?R21.0k?R31.0k?R41.0k?VDD4VV11.2 V U6OPAMP_5T_VIRTUALU7OPAMP_5T_VIRTUALU8OPAMP_5T_VIRTUALVSS-5VVCC5VVDD650VSS32174VCC由课题设计要求可知，若将基准电压定为4V,则输入信号为0V1V时，输出信号为：000；输入信号为1V2V时，输出信号为：100；输入信号为2V3V时，输出信号为：110；输入信号为3V4V时，输出信号为：111。 将分压总电阻取R=4K，可以计算出电压比较电路串联网络中各个分压电阻的阻值，得出该电压比较电路的四个电阻均为1K。此时，即可将反相 输入端的电压取为1V、2V、3V,分别与通向输入端电压进行比较，得出所需结果。综上所述，可设计出如左图所示的电路图。2、利用74LS138译码器进行译码，以控制模拟开关。74LS138芯片是常用的3-8线译码器。引脚图和真值表如下：。三、电路仿真和测试增益可自动变换的交流放大器一、 设计方案放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围；增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定；对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制 。由此得出大致设计方案如下图：反相时钟脉冲译码模拟开关 巡回 电阻网络4S 保持 置数放大器 vi vo（1） 时钟控制电路（2） 循环电路（3）二、 电路设计三、 电路仿真和测试心得体会参考文献CD4066芯片是常用的四双向模拟开关。引脚图和真值表如下：输入开关状态H接通L断开由于74138译码器是非门输出，故74138译码器相应的输出与其控制的4066开关输入端之间需用非门进行连接。综上所述，可设计出如下图所示的电路图。3、对输入电压进行相应倍数的放大。电压放大可以通过同相放大电路、反相放大电路等多种途径实现，此处考虑通过改变电阻大小来调整电压增益，故采用反相放大电路在计算上相对简单，且设计思路更明朗。左图所示为反相放大电路的基本电路图，其电压增益是AV=-R2/R1。负号表示输出电压与输入电压相位相反。若将R1设定为1K，欲得到3倍、2倍、1倍、0.5倍的增益，则将R2分别3K、2K、1K、0.5K，对这些电阻大小的控制选择可以由上述CD4066四双向模拟开关实现。为了使最后的输出电压与输入电压相位相同，增加一个电压增益为1的反相放大电路即可。利用上述的模拟开关控制这些电阻的使用，实现电压增益的自主选择。U143214、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数。将AD转换电路的二进制输出转换成十进制，再 通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。首先，将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码。该编码功能主要由集成芯片8位优先编码器CD4532完成。左图为8位优先编码器CD4532引脚图，依题要求，只需控制前4个输入端即可。当输入I0、I1、I2、I3分别是高电平时，对应输出为000、001、010、011，控制数码管显示0、1、2、3。增益可自动变换的直流放大器电路图：三、调试过程1、输入电压：0.8V，数码管显示：3，输出电压：2.4V；2、输入电压：1.5V，数码管显示：2，输出电压：3V；3、输入电压：2.2V，数码管显示：1，输出电压：2.2V；4、输入电压：3.6V，数码管显示：0，输出电压：1.836V。电路中的R9，即电压增益取0.5 所对应的电压使用的为0.51K，此时实际增益为0.51，所以调试时输入3.6V电压，输出电压为1.836V，而非1.8V。增益可自动变换的交流放大器 一、设计方案放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围；增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。由此得出大致设计方案如下图： 反相时钟脉冲译码模拟开关 巡回 电阻网络4S 保持 置数放大器 vi vo二、电路设计1、1Hz的切换频率可以用555构成的多谐振荡器提供1Hz的时钟脉冲。 左图是由555定时器组成的多谐振荡器，其振荡频率为f=1.43/（R1+2R2）C1。要使f=1Hz，这里可取R1=R2=100K，C1=4.7uF, C2=10pF,其中，C2为保护电容。2、通过开关和74161和4532这两块芯片实现放大器增益的选择保持和巡回切换。74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，管脚图介绍：时钟CLK和四个数据输入端A、B、C、D,清零CLR, 置数LOAD,使能ENP、ENT,数据输出端QA、QB、QC、QD,以及进位输出RCO。 （RCO=QAQBQCQDENT） 。此处，采用反馈清零法，由于74LS161的清零端低电平有效，将输出高位端与清零端用非门连接，即当QC输出1时计数器的输出立刻复位为0000，实现0000 0011的循环。用开关控制4532 芯片的输入，将其输出送给 74LS161 的输入端，当161芯片处于有效置数的状态时，这些开关起到选择和保持74LS161输出的功能。计数器的置数端是否处于有效状态可以用开关直接进行控制。74LS161 计数器的时钟CLK是由上述 555构成的多谐振荡器提供1Hz的时钟脉冲。实现0000 0111的循环切换频率为1Hz。综上所述，可设计出如下图所示的电路图。 （剩余部分电路设计思路与直流放大电路类似。）3、利用74LS138译码器进行译码，以控制模拟开关，从而控制选择相应的电阻，实现电压增益的自主选择。电路图如下：4、对输入电压进行相应倍数的放大。此处依然采用两个反相放大电路连用，通过改变电阻大小来点整电压增益。题目要求次电压增益分别取得1倍、2倍、3倍、4倍，如将R1设定为1K，则，R2 可分别设置为1K、2K、3K、4K。利用上述的模拟开关控制这些电阻的使用，实现电压增益的自主选择。5、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数。此电路中的数码管显示由74LS161的输出控制，QDQA分别输出为0000、0001、0010、0011时，数码管对应显示0、1、2、3，由于74LS161的QC输出反馈清零，故只能在03之间巡回，符合设计要求。增益可自动变换的交流放大器电路图三、调试过程1、增益巡回切换，数码管0、1、2、3循环显示，输入输出波形： 2、选择增益为1，数码管显示：0 ，输入输出波形：3、选择增益为2，数码管显示：1 ，输入输出波形：4、选择增益为3，数码管显示：2 ，输入输出波形：5、选择增益为4，数码管显示：3 ，输入输出波形：电路中的R5、R6，即电压增益取3倍、4倍所对应的电压使用的分别为3.01K、4.02K，此时实际增益分别是3.01、4.02，所以调试时，这两种情况的输出与输入电压比，即channel B 与channel A的比值并不是严格的3 和4。心得体会此次的课程设计的题目设计增益可自动变换的直流、交流放大器，是一个需要将数电和模电知识结合使用的设计任务。刚刚接触到这个设计题目时，我感觉无从下手，于是努力提醒自己静下心来，仔细读题，分析题意。明白了题目要求，我试着根据设计提示将设计任务细化并归类，初步形成设计思路，列出大概的方框图。然后按照方框图进行各个击破，分别设计电路实现相应功能，最后再将设计好的各部分结合成一个整体电路，最终实现提目要求的功能。在设计思路正确、清晰的前提下，这种化整为零，再化零为整的设计方法大大降低了设计难度。在根据功能设计电路的过程中我遇到了不少障碍。例如，实现相同的功能可以有多种不同的途径供选择，我学着根据电路原理简洁明了、电路简单、所用芯片性能较好等方面进行考察比较，舍孬取优。在设计过程中需要大量元器件，由于对一些元器件的功能了解不够，稍有偏差便会严重影响设计结果。我学会了正确利用网络资源，搜索相关资料，认真阅读其引脚图、真值表，充分掌握所需元器件的相关知识。由于设计过程的疏忽，将设计好的电路进行仿真时，发现个别器件仿真软件中找不到，所以要根据功能相近原则进行合理替代 ，例如，在设计电路时我选择双四路模拟开关CD4052，可是在仿真时未能找到该器件，故改为作用相似的四双向模拟开关CD4066，由于两者原理上稍有区别，所以不得不对前一部分电路进行相应的调整。在调试过程中，我发现有些结果与题目要求略有偏差，经检查了解，这是由于没有找到与计算出的置完全匹配的电容、电阻，在仿真时不得不采取就近原则所致。对交流放大器进行调试时，我的控制开关作