課程設(shè)計(jì)：增益自動(dòng)切換放大電路設(shè)計(jì)

模擬電路單元及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),華南理工大學(xué)呂念玲主編甘偉明劉鳳軍參編及課件制作機(jī)械工業(yè)出版社出版,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟練掌握常用集成模擬器件的應(yīng)用；學(xué)習(xí)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；學(xué)習(xí)較復(fù)雜電路的調(diào)試方法。,設(shè)計(jì)任務(wù)1,設(shè)計(jì)題一：用給定的集成運(yùn)算放大器、集成模擬開關(guān)等器件設(shè)計(jì)一個(gè)增益自動(dòng)切換的電壓放大電路，輸入測(cè)試信號(hào)是直流電壓，其最大值不超過(guò)2V。具體要求如下：（1）當(dāng)0VVi0.5V時(shí)，放大電路的增益為10倍；（2）當(dāng)0.5VVi1.0V時(shí)，放大電路的增益為5倍；（3）當(dāng)1.0VVi2.0V時(shí)，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(duì)所設(shè)計(jì)的整機(jī)電路進(jìn)行仿真。,設(shè)計(jì)任務(wù)2,2設(shè)計(jì)題二：當(dāng)輸入測(cè)試信號(hào)是頻率f1000Hz，Vi2V的正弦交流信號(hào)時(shí)，完成上述設(shè)計(jì)和調(diào)試任務(wù)。,設(shè)計(jì)框圖,功能說(shuō)明,增益的控制：集成運(yùn)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(yùn)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(lái)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(gè)電壓比較電路組成的控制信號(hào)形成電路來(lái)控制。根據(jù)輸入信號(hào)的分界值設(shè)定電壓比較器的基準(zhǔn)電壓，輸入的待測(cè)信號(hào)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(hào)控制模擬開關(guān)接通相應(yīng)的反饋電阻。,功能說(shuō)明,精密整流電路：為便于將正弦交流信號(hào)與比較電路的直流基準(zhǔn)電壓進(jìn)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(jìn)行比較，所以本題比較電路的直流基準(zhǔn)電壓應(yīng)按正弦交流電壓的有效值進(jìn)行標(biāo)度。,設(shè)計(jì)樣例,樣例說(shuō)明,（1）增益的自動(dòng)控制：在上圖中，運(yùn)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(yùn)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(lái)切換反饋電阻。當(dāng)開關(guān)S1閉合(S2，S3斷開)時(shí)，電壓增益Av=(1+R2/R1)。類似地，當(dāng)S2或S3單獨(dú)閉合時(shí)，電壓增益Av=(1+R3/R1)或Av=(1+R4/R1)。（2）輸入信號(hào)的幅度鑒別運(yùn)算放大器A2，A3作為電壓比較器。它們的一個(gè)輸入端分別加基準(zhǔn)電壓VRFE1和VRFE2（這兩個(gè)基準(zhǔn)電壓由RW1，R5，R6組成的分壓器獲得）。輸入信號(hào)vI同時(shí)加A2，A3的另一個(gè)輸入端。A2，A3分別將vI與VRFE1、VRFE2進(jìn)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(hào)處于什么范圍（即vIVRFE2）。這樣，用A、B兩個(gè)開關(guān)信號(hào)控制模擬開關(guān)的工作狀態(tài)，切換反饋電阻即可實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)控制。,樣例說(shuō)明,（3）模擬開關(guān)的工作原理采用CMOS模擬開關(guān)4052可以實(shí)現(xiàn)電壓增益的自動(dòng)切換。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)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(hào)A1、A0來(lái)決定，其功能表如表C-6。當(dāng)A1、A0都是低電平時(shí)，X接通X0，Y接通Y0；當(dāng)A1為低電平，A0為高電平時(shí)，X接通X1，Y接通Y1；當(dāng)A1為低電平，A0為高電平時(shí)，X接通X2，Y接通Y2；當(dāng)A1、A0都是高電平時(shí)，X接通X3，Y接通Y3。這樣控制A1、A0的電平即可實(shí)現(xiàn)四選一功能。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,1根據(jù)提示完成設(shè)計(jì)圖。2根據(jù)設(shè)計(jì)圖仔實(shí)驗(yàn)箱上安裝電路。3分塊調(diào)節(jié)每一個(gè)模塊的功能直到正常為止。4聯(lián)機(jī)調(diào)節(jié)整機(jī)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(hào)流向的順序在插板上直線排列，插入時(shí)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(duì)準(zhǔn)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(shí)用專用拔鉗夾住集成塊兩頭，垂直往上拔起，或用一字批對(duì)撬，以免集成塊受損。,2.元器件的插裝元器件應(yīng)按信號(hào)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(hào)或標(biāo)稱值應(yīng)朝同一方向，并能看到其極性和標(biāo)志以便檢查。元器件的引線一般不宜剪得過(guò)短，以利重復(fù)使用。,3.布線的原則布線要有步驟地進(jìn)行，一般是先布電源線和地線，然后按組裝圖從輸入級(jí)、中間級(jí)到輸出級(jí)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(cè)量方便，盡量使電源線和地線靠近電路板周邊。,故障的檢測(cè)與排除,整機(jī)電流檢查接好全部電路后，對(duì)照實(shí)驗(yàn)原理圖仔細(xì)地復(fù)查一遍，無(wú)誤后接通電源。同時(shí)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(shí)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(shí)短路故障消失，則依次將斷開的IC電源線接入，同時(shí)監(jiān)視直流穩(wěn)壓電源電流表頭示數(shù)，若接入某級(jí)時(shí)短路故障重現(xiàn)，則故障就在該級(jí)。,整機(jī)電路功能檢查當(dāng)整機(jī)電路功能不正常時(shí)，一定將整機(jī)電路分為若干模塊分別進(jìn)行檢查！個(gè)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(wàn)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(duì)電路各模塊獨(dú)立檢查要領(lǐng)：必需把要檢測(cè)的模塊與其它模塊斷開連接（如紅點(diǎn)所示）。,（3）分別測(cè)量模塊的功能。如輸出端保持高電平不變，則集成塊可能沒(méi)接地或接觸不良；若輸出信號(hào)保持與輸入信號(hào)同樣的規(guī)律變化，則集成塊可能沒(méi)接電源。（4）對(duì)模塊要用一導(dǎo)線（虛線所示）把反饋電阻與2腳相連后加一個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。,（1）VI電壓產(chǎn)生模塊：調(diào)節(jié)RW1，測(cè)量A點(diǎn)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(cè)試步驟,（1）調(diào)節(jié)RW1，測(cè)量A點(diǎn)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(wàn)用表測(cè)量此時(shí)D點(diǎn)和E點(diǎn)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(jì)的是否一致。（如果結(jié)果與設(shè)計(jì)的不一致，則此電路工作不正常）,測(cè)試步驟,（3）將4052的3腳與LM324斷開，D、E腳也與LM311斷開，測(cè)試A1、A0分別加入不同的電壓時(shí)，4052的“Y”腳與相應(yīng)的導(dǎo)通腳（如A0A10時(shí)，Y與YO）之間的電壓。與4052的功能表進(jìn)行比較，判斷模擬開關(guān)電路接通、斷開是否正常。,測(cè)試步驟,（4）將F腳接到LM324的“2”腳，輸入VI=0.5V的電壓，測(cè)量VO的值，與理論值比較，判斷運(yùn)算放