程控增益放大器

辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：程控增益放大器院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.7.1—2013.7.12本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计题目程控增益放大器课程设计（论文）任务设计任务：1.设计并制作放大倍数由数码控制程控增益放大器。2.电压放大倍数N由拨码开关控制，1≤N≤99。3.vo电压绝对值在1—10V范围，输入电阻Ri≥8MΩ，输出电阻Ro≤20Ω设计要求：1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）III摘要本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。关键词：运算放大器；多路转换开关；程控；增益放大本科生课程设计（论文）IV目录第1章程控增益放大器方案论证........................................11.1程控增益放大器的意义.........................................11.2程控增益放大器的设计要求和技术指标...........................11.2.1设计要求：.............................................................................................11.2.2技术指标.................................................................................................21.3总体设计方案.................................................2第2章程控增益放大器各单元电路设计..................................42.1模拟开关.....................................................42.2集成电路运算放大器设计.......................................42.2.1集成电路运算放大器中的电流源.........................................................42.2.2偏置电路.................................................................................................52.2.3输入级.....................................................................................................62.2.4中间级.....................................................................................................72.2.5输出级.....................................................................................................72.3反馈电阻网络.................................................72.4增益调整电路设计.............................................8第3章程控增益放大器整体电路设计....................................93.1整体电路图及工作原理.........................................93.2电路参数计算与选择..........................................103.3电路仿真结果................................................10第4章设计总结.....................................................13参考文献............................................................14附录I总体电路图...................................................15附录II元器件清单..................................................16本科生课程设计（论文）1第1章程控增益放大器方案论证1.1程控增益放大器的意义程控增益放大器是一种放大倍数由程序控制的放大器符号PGA，在多通道多参数空间一个测量放大器，多通道放大器的信号的大小并不相同，都是放大至A/D交换器输入要求的标准是电压，因此对各个通路要求测量放大器的增益也不同。放大器的交流是由数字信号控制的反馈电阻完成的，这种电路结构简单成本低使其幅度程控增益放大器(PGA)主要用于对幅度较小信号进行增益控制，达到ADC转化器所工作的要求。利用拨码开关的数码代替电位器刻度，具有线性度好、精度高、直观，可直接或间接取代一般线性电位器或多圈线性电位器。在电子仪器仪表设备、工业自动化控制，稳压、恒流、供电、机电保护、电动机保护、温控、湿度、压力、重量等自动控制中达到数字设定的目的。放大器的增益的变化是由数字信号控制其反馈电阻完成的。1.2程控增益放大器的设计要求和技术指标1.2.1设计要求：1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。本科生课程设计（论文）21.2.2技术指标1.电压放大倍数N由拨码开关控制，1=N=99。2.输出电压绝对值在1—10V范围。3.输入电阻Ri=8MΩ。4.输出电阻Ro=20Ω。1.3总体设计方案一方案论证程控增益放大器并不多见，需要采用其它方法来实现，通常有三种方法：1)放大器+多路转换开关+MCS-51单片机第一种方法采用MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。2）运放+模拟开关+电阻网络第二种方法利用模拟开关切换电阻反馈网络，从而改变放大电路的闭环增益。此种方法所需元器件较多，电路庞大。虽然精度受到限制，但是较易实现。3）运放+数字电位器。第三种方案采用固态数字电位器来控制放大电路的增益，线路较为简单。但现有的数字电位器分辨率有限，常见的有32、64抽头，少数可达1024抽头，因而构成的放大器精度有限，无法满足10位甚至12位数据采集系统的要求。本设计采用方案2。二总体设计方案框图及分析根据放大倍数以步距1在1～100范围内变化的要求，可用3位拨码开关对D/A置数来设置放大倍数，并用模拟开关控制增益。该方案电路简单，使用者必须根据增益在哪一挡来换算放大倍数，且只能实现预置数功能。总体框图如图1.1本科生课程设计（论文）3所示。图1.1程控增益放大器框图模拟开关电阻网络运算放大器本科生课程设计（论文）4第2章程控增益放大器各单元电路设计2.1模拟开关如图2.1所示为模拟开关部分，由DSWPK_10来控制反馈电阻网络。从而控制增益。图2.1模拟开关2.2集成电路运算放大器设计集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路输入级：通常由双输入差分放大电路构成。主要作用是提高抑制共模信号能力，提高输入电阻。中间级：带恒流源负载和复合管的差放和共射电路组成的高增益的电压放大级，主要作用是提高电压增益。输出级：采用互补对称功放或射极输出器组成，主要是降低输出电阻，提高带负载能力。2.2.1集成电路运算放大器中的电流源1．基本电流源分压式射极偏置电路为基本电流源电路。当三级管工作在放大区，由于射极电流仅由两分压电阻决定，因此当负载发生变化（也即集电极电阻发生变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。本科生课程设计（论文）52．有源负载由于电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使用，称为有源负载。3．电流源的应用（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；（2）作为各放大级的有源负载，提高电压增益。图2.2集成电路运算放大器原理图2.2.2偏置电路偏置电路的作用是向各级放大电路提供合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。F007的偏置电路由T8～T13组成。基准电流由T12、R5、T11，和电源EC（15V）、EE（-15V）决定：Ir=（Ec+Ee-Ube11-UBE12）÷R5T10、T11和R4组成微电流源电路，提供输入级所要求的微小而又十分稳定的偏置电流，并提供T9所需的集电极电流，即IC10＝IC9＋2IB3；T8与T9组成镜本科生课程设计（论文）6像恒流源电路，提供T1、T2的集电极电流，即IC1＋IC2＝IC9，T12与T13组成镜像恒流源电路，提供中间级T16、T17的静态工作电流，并充当其有源负载。2.2.3输入级输入级对集成运放的多项技术指标起着决定性的作用。它的电路形式几乎都采用各种各样的差动放大电路，以发挥集成电路制造工艺上的优势。UPC277C的输入级电路是由T1～T7组成的带有恒流源及有源负载的差动放大电路。有源负载是由T5，T6、T7及R1、R2、R3组成的改进型镜象恒流源电路。用它作差动放大电路