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1、 辽 宁 工 业 大 学电子技术基础课程设计（论文）题目：程控增益放大器院（系）：电子与信息工程学院专业班级： 电气09 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程学 号 090303051学生姓名昂宸旭 专业班级电气092 课程设计（论文）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。3. vo电压绝对值在110V范围，输入电阻，输出电阻 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、
2、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成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第一章 程增益放大器设计方案论证11.1程控增益放大器的应用意义11.2程控增益放大器设计的要求及技术指标11.3 设计方案论证11.4 总体设计
3、方案框图及分析2第二章 程控增益放大器各单元电路设计22.1 拨码开关的设计22.2 集成电路运算放大器的设计52.3增益调整电路设计8第三章 程控增益放大器整体电路设计83.1 整体电路图及工作原理83.2 电路参数计算93.3 整机电路性能分析9第四章 设计总结9参考文献10附录：器件清单11第一章 程控增益放大器设计方案论证1.1程控增益放大器的应用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
4、制的反反馈电阻完成的，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程控增益放大器设计的要求及技术指标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
5、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。1.2.2技术指标1.电压放大倍数N由拨码开关控制，1。2.输出电压绝对值在110V范围。3.输入电阻。3.输出电阻1.3设计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，通常有两种方法：1）运放+模拟开关+电阻网络2）运放+数字电位器。
6、 其中，前一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，而且精度受到限制。第二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。本节采用第二种加以论证1.4总体设计方案框图及分析根据放大倍数以步距1在1100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，并用拨码开关控制增益。该方案电路简单，但置的是十六进制数，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
7、 图1 程控增益放大器框图第二章 程控增益放大器各单元电路设计2.1拨码开关的设计2.1.1所示的电路中，输入3位10进制数1999时，输出为20，实际上是3个位上的电阻器并联，相当于1个560k的电位器，共有101010=1000种组合的阻值，在一般情况下，完全可以取代在模拟电路中广泛使用的无级调节的电位器。按图上所标的阻值，输入的3位数字越大，等效的并联电阻越小。图2 3位8421拨码开关组成的电位器电路所谓8421码，也是一种二进制码，是一种数字字符编码，每四位分为一段，该段内的四个二进制位分别对应2的3次方(8)，2的2次方(4)，2的1次方(2)，和2的0次方(1)。而3、2、1、0
8、是2的幂指数，称为对应为的权。它对应只有09十个数字，还有一种是二进制码，有09加上AF共16个数字。以下是8421bcd码，二进制码和十进制数的对应8421码二进制码对应数字0000000000001000110010001020011001130100010040101010150110011060111011171000100081001100191010A1011B1100C1101D1110E1111F而向上所列，大于9以后，8421BCD码就没有了。以91为例：转换为8421BCD码很简单，看表对应9的8421bcd码为1001，1的8421bcd码为0001，所以十进制数91的8
9、421bcd码为10010001。反过来也可以。如bcd码01110101的对应的十进制数为75。但十进制91转换为二进制数则不同了，整数部分采取除2取余数法，而且最后的余数为二进制数的高位。91转换为二进制数为01011011，也可以去掉高位0后得到1011011。2.1.2 10进制编码开关在图3所示的电路中，输入3位10进制数0999时，若电阻器R1R9取1k 电阻器R10R18取100，电阻器R19R27取10，则输出为010k的等效电阻，实际上是3个位上的电阻器串联，相当于1个10k的电位器，也有101010=1000种组合的阻值，在一般情况下，也可以取代在模拟电路中广泛使用的无级调
10、节的电位器。显然，输入的3位数字越大，等效的串联电阻也越大。图3 3位10进制编码开关组成的电位器电路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
11、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。2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4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T8T13组成。基准电流由T12、R5、T11，和电源EC（15V）、EE（- 15V）决定：T10、T11和R4组成微电流源电路，提供输入级所要求的
12、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IC10IC9 2IB3；T8与T9 组成镜像恒流源电路，提供T1、T2的集电极电流，即IC1IC2IC9，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。F007的输入级电路是由T1T7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的有源负载，不仅可以提高电压放大
13、倍数，还能在保持电压放大倍数不变的条件下，将双端输出转化为单端输出。 T1T4组成共集一共基型差动放大电路。其中，T1、T2接成共集电极形式，可以提高电路的输入阻抗，同时由于UC1UC2 = EC - UBE8，因而共模信号正向界限接近EC，即提高了共模信号的输入范围；T3、T4，组成共基极电路，具有较好的频率特性，同时 图5集成电路符号输还能完成电位移动功能，使输入级出的直流电位低于输入直流电位，这样后级就可直接接NPN型管；由于PNP型管的发射结击穿电压很高，这种差动放大电路的差模输入电压也很高，可达30V以上，此外，共基极电路输入电阻较小，而输出电阻较大，有利于接有源负载，并起到将负载与NPN管隔离开的作用。2.2.4中间级 中间级电路的主要任务是提供足够大的电压放大倍数，并向输出级提供较大的推动电流，有时还要完成双端
