課程設(shè)計：增益自動切換放大電路設(shè)計

模擬電路單元及系統(tǒng)實驗,華南理工大學呂念玲主編甘偉明劉鳳軍參編及課件制作機械工業(yè)出版社出版,實驗?zāi)康?熟練掌握常用集成模擬器件的應(yīng)用；學習模擬系統(tǒng)的設(shè)計方法；學習較復雜電路的調(diào)試方法。,設(shè)計任務(wù)1,設(shè)計題一：用給定的集成運算放大器、集成模擬開關(guān)等器件設(shè)計一個增益自動切換的電壓放大電路，輸入測試信號是直流電壓，其最大值不超過2V。具體要求如下：（1）當0VVi0.5V時，放大電路的增益為10倍；（2）當0.5VVi1.0V時，放大電路的增益為5倍；（3）當1.0VVi2.0V時，放大電路的增益為2.5倍；（4）采用12V電源供電；（5）用EDA工具對所設(shè)計的整機電路進行仿真。,設(shè)計任務(wù)2,2設(shè)計題二：當輸入測試信號是頻率f1000Hz，Vi2V的正弦交流信號時，完成上述設(shè)計和調(diào)試任務(wù)。,設(shè)計框圖,功能說明,增益的控制：集成運算放大器與相關(guān)的電阻構(gòu)成同相比例放大電路。調(diào)整接于運算放大器輸出端與反相端之間的反饋電阻，即可控制電壓增益。圖4-3-15中用模擬開關(guān)來切換反饋電阻。模擬開關(guān)的控制：模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，由兩個電壓比較電路組成的控制信號形成電路來控制。根據(jù)輸入信號的分界值設(shè)定電壓比較器的基準電壓，輸入的待測信號與之相比較，決定它們的輸出電平是高電平，還是低電平，并形成控制信號控制模擬開關(guān)接通相應(yīng)的反饋電阻。,功能說明,精密整流電路：為便于將正弦交流信號與比較電路的直流基準電壓進行比較，需將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出。圖示是精密整流電路，試分析其電路工作原理。要注意的是，正弦交流電壓通常以電壓有效值為據(jù)進行比較，所以本題比較電路的直流基準電壓應(yīng)按正弦交流電壓的有效值進行標度。,設(shè)計樣例,樣例說明,（1）增益的自動控制：在上圖中，運算放大器A1與相關(guān)的電阻構(gòu)成同相比例放大電路。其電壓增益Av=(1+RF/R1)，RF為接于運算放大器輸出端與反相端之間的反饋電阻。改變RF(或R1)，即可控制電壓增益。圖中用模擬開關(guān)來切換反饋電阻。當開關(guān)S1閉合(S2，S3斷開)時，電壓增益Av=(1+R2/R1)。類似地，當S2或S3單獨閉合時，電壓增益Av=(1+R3/R1)或Av=(1+R4/R1)。（2）輸入信號的幅度鑒別運算放大器A2，A3作為電壓比較器。它們的一個輸入端分別加基準電壓VRFE1和VRFE2（這兩個基準電壓由RW1，R5，R6組成的分壓器獲得）。輸入信號vI同時加A2，A3的另一個輸入端。A2，A3分別將vI與VRFE1、VRFE2進行比較，決定它們的輸出A，B是高電平，還是低電平。由A，B電平的高低可判斷出輸入信號處于什么范圍（即vIVRFE2）。這樣，用A、B兩個開關(guān)信號控制模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，切換反饋電阻即可實現(xiàn)增益的自動控制。,樣例說明,（3）模擬開關(guān)的工作原理采用CMOS模擬開關(guān)4052可以實現(xiàn)電壓增益的自動切換。實驗指導書P117圖C-9是4052（雙路四選一模擬開關(guān)）的等效電路圖。兩路開關(guān)的工作狀態(tài)由控制信號A1、A0來決定，其功能表如表C-6。當A1、A0都是低電平時，X接通X0，Y接通Y0；當A1為低電平，A0為高電平時，X接通X1，Y接通Y1；當A1為低電平，A0為高電平時，X接通X2，Y接通Y2；當A1、A0都是高電平時，X接通X3，Y接通Y3。這樣控制A1、A0的電平即可實現(xiàn)四選一功能。,實驗內(nèi)容,1根據(jù)提示完成設(shè)計圖。2根據(jù)設(shè)計圖仔實驗箱上安裝電路。3分塊調(diào)節(jié)每一個模塊的功能直到正常為止。4聯(lián)機調(diào)節(jié)整機的工作性能。,布件與布線的一般原則,1.集成電路的插裝集成電路的布局，一般按主電路信號流向的順序在插板上直線排列，插入時應(yīng)使所有集成電路的插入方向一致，缺口朝左，所有引腳均對準插件電路板中央凹槽兩邊的小孔，均勻用力按下，注意管腳不能彎曲；拔出時用專用拔鉗夾住集成塊兩頭，垂直往上拔起，或用一字批對撬，以免集成塊受損。,2.元器件的插裝元器件應(yīng)按信號的流向順序地連接。一般插板左端為輸入，右端為輸出；同一塊插板上的同類元器件應(yīng)采用同一組裝方式，距離插板表面的高度應(yīng)大體一致，各元件間的距離應(yīng)視周圍元件的多少而定，一般不能太密，以方便檢查和調(diào)試電路。元器件型號或標稱值應(yīng)朝同一方向，并能看到其極性和標志以便檢查。元器件的引線一般不宜剪得過短，以利重復使用。,3.布線的原則布線要有步驟地進行，一般是先布電源線和地線，然后按組裝圖從輸入級、中間級到輸出級依次連接好各元器件。在此條件下，盡量做到接線短、接線少、測量方便，盡量使電源線和地線靠近電路板周邊。,故障的檢測與排除,整機電流檢查接好全部電路后，對照實驗原理圖仔細地復查一遍，無誤后接通電源。同時監(jiān)視直流穩(wěn)壓電源電流表頭示數(shù)，若顯示電流較大(可能有短路)，應(yīng)先關(guān)閉電源，按下面方法檢查：（1）斷開所有IC與電源的接入線（如圖中3模塊將打叉的線斷開），再接通電源。（2）此時若還有短路故障現(xiàn)象,存在，則故障在IC以外的區(qū)域(如VI電路產(chǎn)生電路或分界值電路）；（3）若此時短路故障消失，則依次將斷開的IC電源線接入，同時監(jiān)視直流穩(wěn)壓電源電流表頭示數(shù)，若接入某級時短路故障重現(xiàn)，則故障就在該級。,整機電路功能檢查當整機電路功能不正常時，一定將整機電路分為若干模塊分別進行檢查！個單元電路功能的檢查方法：可用指示燈(發(fā)光二極管)顯示輸出狀態(tài)、或用萬用表、示波器檢查各模塊輸入、輸出端的直流電平是否符合真值表的要求。不符合，則故障可能在此模塊。（低電平0.4,高電平3一般為供電電壓）,對電路各模塊獨立檢查要領(lǐng)：必需把要檢測的模塊與其它模塊斷開連接（如紅點所示）。,（3）分別測量模塊的功能。如輸出端保持高電平不變，則集成塊可能沒接地或接觸不良；若輸出信號保持與輸入信號同樣的規(guī)律變化，則集成塊可能沒接電源。（4）對模塊要用一導線（虛線所示）把反饋電阻與2腳相連后加一個信號進行檢測。,（1）VI電壓產(chǎn)生模塊：調(diào)節(jié)RW1，測量A點的輸出電壓VI能否在02V變化；（2）分界值模塊：調(diào)節(jié)RW2，能否使VB=1V，VC=0.5V,測試步驟,（1）調(diào)節(jié)RW1，測量A點的輸出電壓VI的變化范圍。（2）調(diào)節(jié)RW2使VB=1V，VC=0.5V，然后調(diào)節(jié)VI分別為0.3V，0.8V，1.5V，用萬用表測量此時D點和E點的電壓，判斷4052輸入端A1、A0的高/低電平。判斷結(jié)果與設(shè)計的是否一致。（如果結(jié)果與設(shè)計的不一致，則此電路工作不正常）,測試步驟,（3）將4052的3腳與LM324斷開，D、E腳也與LM311斷開，測試A1、A0分別加入不同的電壓時，4052的“Y”腳與相應(yīng)的導通腳（如A0A10時，Y與YO）之間的電壓。與4052的功能表進行比較，判斷模擬開關(guān)電路接通、斷開是否正常。,測試步驟,（4）將F腳接到LM324的“2”腳，輸入VI=0.5V的電壓，測量VO的值，與理論值比較，判斷運算放