增益可自动变换的放大器设计.doc

1、 1 增益可自动变换的放大器设计 一、 设计要求 1、 放大器增益可在 1 倍 2 倍 3 倍 4倍四档间巡回切换，切换频率为 1赫兹。 2、 能够对任意一种增益进行选择和保持（演示：控制某个增益保持时间为 4 秒）。 二、 设计方案 1、 方案图： 2、 功能说明： 此电路由电源电路，时钟脉冲产生电路，具有延时功能的脉冲产生、反相电路、计数电路、译码驱动电路、 数码显示电路、具有选择功能的电路 、电阻网络 以及放大电路九部分组成。 增益可自动变换的放大器是通过以下方式来实现其功能的： 时钟脉冲产生电路控制增益的切换频率，并通过计数电路对某一种增益进行选择；具有延时 功能的脉冲产生电路通过对计

2、数电路使能端的控制达到对某一种增益保持的目的；通过译码驱动显示电路显示不同的放大倍数；通过计数电路输出的信号控制具有选择功能的电路来实现不同反馈电阻的接入，从而实现了不同增益范围的切换。 三、 电路设计与分析 1、 时钟脉冲产生电路、具有延时功能的脉冲产生电路及反向电路 该部分电路的核心器件是 555 定时器，其中，时钟脉冲产生电路是由555 定时器组成的多谐震荡器，具有延时功能的脉冲产生电路是由 555 定时器组成的单稳态触发器。 其具体电路如下： 2 TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE555P0.01uFC1100UFC210KR110KRp1

3、VCC图一 时钟 脉冲产生电路 1 2U8A74LS04S1TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE555P0.01uFC3100UFC4VCC1KR239KR3图二 具 有延时功能的脉冲产生电路及反向电路 555 定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工艺分双极型和 CMOS 型两类，其应用非常广泛。 2、 555 定时器的组成和功能 图 1 1 是 555 定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器 A1、A2，一个 RS 触发器，一个放电三极管和三个 5K电阻的分压器而构成。 3 图 6 1 555 定时器组成框图 它的

4、各个引脚功能如下： 1 脚：外接电源负端 VSS 或接地，一般情况下接地。 8 脚：外接电源 VCC，双极型 时基电路 VCC 的范围是 4.5 16V， CMOS 型时基电路 VCC 的范围为 3 18V。一般用 5V。 3 脚：输出端 Vo 2 脚： TL 低触发端 6 脚： TH 高触发端 4 脚： DR 是直接清零端。当 DR 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL 、 TH 处于何电平，时基电路输出为“ 0”，该端不用时应接高电平。 5 脚： VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内 部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01F 电容接地，以防引入干扰。

5、 7 脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 在 1脚接地， 5 脚未外接电压，两个比较器 A1、 A2基准电压分别为CCCC V31,V32的情况下， 555 时基电路的功能表如表 1 1 示。 表 1 1 555 定时器的功能表 清零端 DR 高触发端 TH 低触发端 TL Qn+1 放电管 T 功能 0 0 导通 直接清零 1 CCV32CCV310 导通 置 0 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 2- J un - 20 0 5 S he e

6、 t o f F i l e : E : 指导书 电子技术指导书 数字电路 .d db D r a w n B y :5K5K5K+-TQ&Q+-AASRV 1V 21DQVTHTLV RCCV SS128 4563712CD4 1 CCV32CCV311 截止 置 1 1 CCV32CCV31Qn 不变 保持 3、 555 定时器的应用 如图所示的时钟脉冲产生电路是用 555 定时器组成的多谐震荡器，其工作波形如下所示： 计算公式如下： 输出高电平时间 tpL=RP1C2ln2 0.7RP1C2 输出低电平时间 tpH=（ R2+RP1） C2ln2 0.7（ R2+RP1） C2 振荡周期

7、 f=1/ tpL+tpH 1.43/ （ R2+RP1） C2 由以上计算公式可知：通过确定电阻阻值及电容容值和调节电位器 RP1 可以实现频率为 1赫兹的时钟脉冲输出。 如图 2所示的具有延时功能的脉冲产生电路是 555定时器组成的单稳态触发器，其工作波形如下： 计算公式如下： 5 输出电压 Vo的脉宽 tw： tw=R1C1ln3 1.1R1C1 电路工作原理如下： 没有触发信号时 Vi 处于高电平（ ViVcc/3） ，电路通电后在没有触发信号时，电路只有一 种稳定状态 Vo=0，若触发输入端施加触发信号（ ViVcc/3），电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极

8、管 T截止。此后电容 C1 充电，当 C1 充电至 Vc1=2Vcc/3 时，电路的输出电压 Vo由高电平翻转为低电平，同时 T导通，于是电容 C1 放电，电路返回到稳定状态。 由计算公式可知：通过确定电阻阻值和电容容值可以得到实际中需要的 tw。 图二所示电路中的反向电路采用 74LS04，通过它将脉宽为 tw 高电平转变为低电平，将低电平转变为高电平。 4、 计数电路及反向电路 该电路的电路图如下： P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U374LS1613 4U7A74LS04+5V74LS161的功能表如下： 输入 输出

9、清零 CR非 预置 PE非 使能 CEP CET 时钟 CP 预置数据输入 D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 进位TC L X X X X X X X X L L L L L H L X X D3* D2* D1* D0* D3 D2 D1 D0 # H H L X X X X X X 保持 # H H X L X X X X X 保持 L H H H H X X X X 计数 # 6 如上面逻辑电路图所示。其主循环状态如下： 以上电路的接法是将 74LS161 计数到 1111 状态时产生的进位信号反相后，反馈到预置控制端。预置数据输入端成 1100 状态。该电路从 1100

10、状态开始加 1 计 数 ， 输 入 第 三 个 CP 脉 冲 后 到 达 1111 状 态 ， 此 时Tc=CET .Q3.Q2.Q1.Q0=1， PE非 =0，在第 4个 CP 脉冲作用后， Q3 Q2 Q1 Q0 。被置成 1100 状态，同时使 TC=0， PE 非 =1，新的计数周期又从 1100 开始。 上图所示电路的反相电路采用 74LS04 。 5、 译码驱动电路和显示电路 f6g8e5d4c3DPb2a1DS1A7B1C2D6LT3BI/RBO4RBI5a13b12c11d10e9f15g14U574LS471R10-17234567200 . 7+5V以上两部分组合成译码显示

11、电路。其中译码驱动电路采用 74LS47 译码器，显示电路采用七段码 共阳数码管。 译码驱动电路的设计需要 用一制数码管，而半导体数码管的基本单位是 PN 结，加正向电压时，就能发出清晰的光线。单个 PN结可以封装成发光二极管，多个PN 结可以组成分段式封装半导体数码管。 半导体数码管将十进制数分成七个段，每段为一个发光二极管。 在共阳极半导体数码管的七段输入引脚上分别接入相应的高低电平，观察数码管所显示的十进制数，并观察各段的亮暗关系。电阻起到限流的作用。 8421 BCD 码 二一十进制译码器真值表： 输入 8421 代码 输出对应段亮暗 显示字 型 D C B A a b c d e f

12、 g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 7 6、 具有选择功能的电路、电阻网络和放大电路 三部分电路组合而成的电路图如下所示： 74LS04X012X114X215X311Y01Y15Y22Y34INH6A10B9VEE7X13Y3U44052231A411U6A+5V100KR41KR5INOUT100KR7200KR8300KR9-5V如上图所示，具有选择功能的电路由模拟开关 4502 实现，电阻网络由电阻阻值分别为 0， 100K，

13、 200K， 300K 的电阻组成，放电电路的核心器件是 LM324。 模拟开关 4502 相当于一个双刀开关，具体接通哪一通道，由输入地址码 AB来决定。 其真值表见下表所示： 输入状态 接通通道 INH B（ Q1） A（ Q0） 0 0 0 “ 0” X, “ 0” Y 0 0 1 “ 1” X, “ 1” Y 0 1 0 “ 2” X, “ 2” Y 0 1 1 “ 3” X, “ 3” Y 1 X X 均不导通 通过以上不同接通通道的选择，实现了不同反馈电阻的接入，就实现了放大电路增益在 1 倍 2 倍 3 倍 4倍四档间巡回切换 。 放大电路的增益的计算公式如下： AoF=1+Rf

14、x/R4（ R4=100K， Rfx=0， 100K， 200K 或 300K） 3、 电源电路：由直流稳压电源分别提供 +5V 和 -5V 电压。 四、 整机电路图与仿真波形图 见附图 五、 焊接与调试 a) 焊接（或插接）调试及性能检测 首先，对元件进行合理布局，然后按照原理图连接各元气件，连接导线按块进行。焊接完毕后，通电进行调试。 调试，观察时钟脉冲产 生电路能否实现放大器增益在 1 倍 2 倍 3 倍 4 倍四档间实现频率为 1HZ 的巡回切换，同时观察具有延时功能脉冲产生电路能否实现8 对某一种增益进行选择和 4S 保持。若不能正常工作，需根据低那路原理分析对电路进行检查维修，直到

15、电路能够正常工作为止。 。 b) 性能指标测量记录 在调试过程中，通过测量，电路中各个元器件的性能指标均合格。 六、 元件清单 （ 1） NE555 定时器 2个 （ 2）数码管 1 个 （ 3） 4052 1 个、 LM324 1 个 （ 4） 74LS161 1个 （ 5） 74LS04 1 个 （ 6） 电阻： 200 7个， 10K 1 个 、 10K 可调、 39K 1 个、 100K 2 个 300K 1 个 （ 7） 电容： 100UF 2 个 、 0.01UF 2 个 七、 总结 通过本次课程设计，我们对增益可自动变换的放大器的工作原理有了较为深入的了解。经过多次通电调试和检修

16、，时钟脉冲产生电路和具有延时功能的脉冲产生电路均实现了其功能。 9 TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE555P0.01uFC1100UFC2P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1U374LS1611 2U8A74LS043 4U7A74LS04f6g8e5d4c3DPb2a1DS1A7B1C2D6LT3BI/RBO4RBI5a13b12c11d10e9f15g14U574LS471R10-17234567200 . 7+5VX012X114X215X311Y01Y15Y22Y34INH6A10B9VEE7X13Y3U44052231A411U6A10KR110KRp1VCCS1+5V+5V100KR41KR5INOUT100KR7200KR8300KR9TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE555P0.01uFC3100UFC4VCC1KR239KR3-5V10