增益可控放大电路-电路与电子技术课程设计

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1 设计任务与要求

1.1 设计任务

1.设计一款放大电路,其增益包括0.01、0.1、1、10、100、1000倍可选。
2.设计一个增益选择电路,可利用若干按钮(非开关)进行选择。
3.设计一个数字显示电路,显示当前增益大小(分贝显示)。

1.2 设计要求

通过本项目实验,使学生熟悉掌握电路原理和设计方法,尤其在电路出现异常现象或故障时,学生按照量测观察查找原因、调整电路再进行实验的步骤,解决电路中的问题。

1.本电路利用运放反向比例放大电路,Au=-RF/R1;
2.由电路设计要求共有六档放大倍数;
3.在proteus中设计及仿真电路,测量并调试;
4.写出设计报告。

2 方案设计与论证

LM358放大器是一个综合了数字电路与模拟电路特点于一身的集成电路,在一些与时间相关的电路上得到广泛的应用。放大电路是模拟电子电路中最常用、最基本的一种典型电路。无论日常使用的收音机、电视机、还是精密的测量仪表和复杂的自动控制系统等,其中一般都有各种各样不同类型的放大电路。可见,放大电路是应用十分广泛的模拟电路。

平时我们讨论的模拟信号运算电路、信号处理电路以及波形发生电路等,实质上都是在放大的基础上发展、演变而得到的,因此说,放大电路是最基本的模拟电路。

2.1 方案设计

1.设计一款放大电路,其准确的将电路放大0.01倍、0.1倍、1倍、10倍、100倍、1000倍;

2.设计一个增益选择电路,可利用若干按钮(非开关)进行选择;

3.设计一个数字显示电路,显示当前增益大小(分贝显示);

4.最终将得出的电路在proteus中实现,并记录实验结果。

2.2 论证

增益可控放大电路我们通过4017计数器依次改变输入电阻的阻值来实现对电路的可控,通过示波器来判断放大倍数。实验过程中,会出现较大误差,经过试验证明4066开关存在350Ω内阻。为排除内阻的影响,分别计算出输入电阻阻值,实现精准的放大电路。

3 放大电路设计与计算

3.1 放大电路设计

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图 1 放大电路设计

3.2 电子开关切换电路设计

本电路采用4066模拟开关,吧6个4066电子开关部分的输出连接在一起,对应R11-R16的输入电子开关切换,如图:
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图 2 电子开关切换电路设计

3.3 六档控制电路

本电路由4017计数实现六档切换。4017的Q0~Q5每次只有一路输出的高电平,控制4066电子开关接通,其余的电路输出为低电平,其他的五个4066电子开关是断开状态,即每次只有一档工作,如图:
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图 3 六档控制电路

3.4 参数计算

由电路设计要求共有六档放大倍数,分别为0.01、0.1、1、10、100、1000,所以在RF和R1中固定RF,改变R1即可以改变放大倍数。

取RF=350KΩ,计算(忽略反向关系,只计算比例)

①当Au=0.01时,R11=350KX100=35MΩ

②当Au=0.1时,R12=350KX10=3.5M

③当Au=1时,R13=350KX1=350K

④当Au=10时,R14=350KX0.1=35K

⑤当Au=100时,R15=350KX0.01=3.5K

⑥当Au=100时,R16=350KX0.001=350Ω

4 总原理图及元器件清单

4.1 总原理图

画出整体电路如图 :
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图 4 总原理图

4.2 整体电路及仿真

转入信号源Up=10MV,且频率为100HZ时进行仿真,用示波电观测转入信号Ui和转入信号U0。

1.每次按压一次按键时,4017的Q0~Q5轮流切换,每次只有一路为高电平,说明控制电路正常;

2.每档切换时,转入信号不变时,输出信号的波形幅度发生明显变化,利用示波 ,增益挡位旋钮,使波形是整显示出来;说明4066开关切换正常;

3.在每一挡位进行具体测试并且调整参数。

4.3 元件清单

表1 元件清单

元件序列号 元件 主要参数 数量 备注
1 R1、R2、R3、R4、R5、R6 6个
2 4017 1个
3 4066 6个
4 BATTERY 2个
5 BUTTON 1个
6 LM358 1个
7 RES 8个
8 示波器 1个

5 性能测试与分析

5.1 参数记录及电阻数值的调整

1.在仿真时测试出来电阻开关4066导出时有内阻R=350Ώ;

2.离线挡位0.01、0.1和1位档,输入信号Ui=1V时,测试如下表:

表2 参数测试

档位1 Ui U Au
档位2 20mV 0.2mV 0.01
档位3 20mV 2mv 0.1
档位4 20mV 20mV 1
档位5 20mV 200mV 10
档位6 20mV 2000mV 100

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图 5参数记录

5.2 参数计算

1.测试步骤

①输入信号源 Ui=10mv,且频率 100Hz 进行仿真,用示波器观测输入信号 Ui 和输出信号 Uo。

每次按压一次按键时,4017 的 Q0-Q5 轮流切换,每次只有一路为高电平,说明控制电路正常。

②每档切换时,输入信号不变时,输出信号波形幅度发生明显变化,利用示波器的增益档挡住旋钮,使波形完整显示出来;说明 4066 开关切换时正常。

③在每一档位进行具体测试并且调整参数。

2.测试结果

①当Au=0.01时,R11=350Kx100=35MΩ

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图 6 Au=0.01

②当Au=0.1时,R12=350Kx10=3.5MΩ

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图 7 Au=0.1

③当Au=1时,R13=350Kx1=350KΩ

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图 8 Au=1

④当Au=10时,R14=350K÷10=35KΩ
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图 9 Au=10

⑤当Au=100时,R15=350K÷100=3.5KΩ
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图 10 Au=100

6 结论与心得

在做这次课程设计的过程中,我们学到了一些理论知识和涉及到课程设计的基本思路。我们的动手能力得到了锻炼,也了解了我们真实的水平。最终做多谐振荡器这个实验。虽然这个实验原理较简单,设计起来并不复杂,但还是需要在实验前确定各种参数和电路图。

通过这次课程设计,更加明白了理论知识需要和实践相结合的重要性。要通过实践,来培养我们的动手能力。也要通过我们设计的作品与其他的作品相比较,从而准确的认识到我们的差距在哪里。在今后的学习中,我们会努力提高自己的动手能力,将理论与实际相结合,让学到的知识能够得到更好的运用。

参考文献

[1]李心广、王金矿、张晶.电路与电子技术基础学习指导与实验教程 [M].北京:机械工业出版社,2012文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-572313.html

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