增益可自动变换的放大器的设计
开环增益和放大倍数的关系
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开环增益和放大倍数的关系（大纲）一、引言1.1背景介绍1.2开环增益与放大倍数的概念1.3研究目的与意义二、开环增益的定义与计算2.1开环增益的概念2.2开环增益的数学表达式2.3开环增益的测量方法三、放大倍数的定义与计算3.1放大倍数的概念3.2放大倍数的数学表达式3.3放大倍数的测量方法四、开环增益与放大倍数的关系4.1理论分析4.1.1开环增益与放大倍数的数学关系4.1.2影响因素分析4.2实验验证4.2.1实验设计4.2.2实验结果分析五、开环增益与放大倍数在实际应用中的优化5.1优化原则5.2优化方法5.2.1参数调整5.2.2结构优化5.3优化案例分析六、总结与展望6.1研究成果总结6.2存在问题与展望6.3未来研究方向一、引言在现代电子技术中，放大器电路是不可或缺的核心组成部分，它能够对微弱的信号进行增强，从而满足各种实际应用的需求。
放大器的性能优劣直接关系到整个电子系统的准确性和稳定性，因此，深入研究放大器的关键参数和特性具有重要意义。
其中，开环增益和放大倍数作为衡量放大器性能的两个重要指标，它们之间的关系备受关注。
1.1背景介绍随着科技的不断发展，放大器在通信、自动控制、生物医学等领域发挥着越来越重要的作用。
可变增益放大器
电子设计竞赛题目：可变增益放大器学院：自动化工程学院班级：08级自动化二班学号：200840604055姓名：杨嘉伟时间：2010年11月16日设计任务一、题目设计制作一个增益可变的交流放大器。
二、要求1．基本部分（1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz；（2）可以随机对当前增益进行保持，保持时间为5s，保持完后继续巡回状态；（3）对指定的任意一种增益进行选择和保持（保持时间为5s），保持完后返回巡回状态；（4）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍；2．发挥部分（1）对于不同的输入信号自动变换增益：a．输入信号峰值为0—1V，增益为3；b．输入信号峰值为1—2V，增益为2；c．输入信号峰值为2—3V，增益为1；d．输入信号峰值为3V以上，增益为0.5；（2）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。
基础部分一、设计方案及组成框图分析设计要求，确定大致思路如下：①这个电路可以采用反相比例放大器实现对输入信号进行放大。
A u=-R f/R 控制反相比例放大电路的反馈电阻实现放大器增益的变换, 即控制R f的阻值。
输出信号经过反相跟随器，使输入信号与放大信号同相。
②想实现R f的自动变换，需的使用模拟开关进行控制。
而要想实现电路的自动切换，需要使用多谐振荡器输出脉冲进行控制。
③要想对一种增益进行选择和保持，需要用一个单稳态触发器来实现电路这一功能。
④想随机和任意地对一种增益选择和保持，需要用到触发式单刀双掷开关以及逻辑与、逻辑或构成逻辑电路对其进行控制。
⑤最后该电路主要部分，则通过计数器计数来控制模拟开关。
另外想实现显示这一功能，需的加一个译码器驱动数码管，实现增益档位的显示。
如上所示流程图：由555组成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的振荡波形，由555组成的单稳态实现对增益保持5秒的功能。
增益可自动控制的放大器的课程设计
增益可自动变换的放大器设计一、设计题目及主要技术指标1．设计题目增益可自动变换的放大器设计2．主要技术指标（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1Hz。
（2）能够对任意一种增益进行选择和保持，能显示当前档位（演示：控制某个增益保持时间为4S）。
二、系统组成框图经过查阅书籍和相关资料，再有我们组讨论从而得出增益可自动变换的放大器设计的方案是：1、设计思路1）．放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。
2）．增益的自动切换，可通过译码器输出信号，四选一控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；3）、对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。
2、总体方框图三、单元电路设计与分析1、总体概述：增益可自动变换的放大器电路，由两个555，其中一个555组成的震荡电路产生频率为1Hz的振荡波形，再有第二个555组成的4秒脉冲电路实现对增益保持4秒的功能。
用74LS90实现计数器功能，用4选一模拟开关CD4052来控制接入放大器的反馈电阻的变换，从而实现增益为1倍，2倍，3倍，4倍的切换。
用74LS47来驱动数码管。
由uA741及其外围电路组成的同相放大器实现电压的放大。
2、NE555多谐振荡器说明：本电路需要两个脉冲信号，一个1HZ的时钟脉冲、一个4S的保持脉冲，所以需要两个555电路，分别产生1HZ的脉冲和4S的延时保持脉冲，两个信号都是从555的3脚输出的。
它的频率计算公式为：3、或门电路它的作用是：当两路信号同时输入时，高电平有效，故而当有4S的脉冲信号时，它便输出4S的脉冲信号，从而可以实现保持4S的功能。
4、五进制计数器本电路由74LS90实现，当74LS90的CP端（下降沿有效）输入一个脉冲信号时，计数器便计一个数，经过内部处理，从Q0 ~ Q3输出二进制编码。
当电路计数到100时，Q2便把1送到2和3脚，是计数器从00在开始计数。
自动增益控制(AGC)
自动增益控制（AGC）电路自动增益控制（AGC）电路是无线电接收设备中的重要电路，用来保证接收幅度的稳定。
自动增益控制（AGC）电路的作用是能根据输入信号的电压的大小，自动调整放大器的增益，使得放大器的输出电压在一定范围内变化。
它一般由电平检测器（峰值检波电路）、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器和可控增益放大器组成。
其中可控增益放大器是实现增益控制的关键。
一、自动增益控制电路（AGC）的工作原理(一)AGC的作用自动增益控制电路的作用，是在输入信号幅度变化很大的情况下，自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。
自动增益控制电路可以看成由反馈控制器和（控制）对象两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器和控制电压产生器组成，被控对象是可控增益放大器。
可控增益放大器的输入信号就是AGC电路的输入信号.(二)AGC各单元电路的功能与基本工作原理1.电平检测器电平检测器的功能是检测出输出信号的电平值，通常由振幅检波器实现，它的输出与输入信号电平成线性关系，其输出电压为。
2.低通滤波器环路中的低通滤波器具有非常重要的作用。
由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度的变化是自动增益控制电路需要进行控制的范围，这些变化比较缓慢，而当输入为调幅信号时，调幅波的幅值变化是传递信息的有用幅值变化．这种变化不应被自动增益控制电路的控制作用减弱或抵消（此现象称为反调制），由于两类信号的变化频率不同，就可以恰当选择环路的频率响应特性，适当地选择低通滤波器的传输特性，使环路对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而对低于这一频率的缓慢变化具有抑制作用。
3.直流放大器直流放大器将低通滤波器输出的电平值进行放大后送至电压比较器，由于电平检测器输出的电平信号的变化频率很低，例如几赫左右，所以一般均采用直流放大器进行放大。
4.电压比较器经直流放大器放大后的输出电压与给定的基准电压进行比较，输出误差信号电压，当电压比较器增益为时，服从下列关系式5.控制电压产生器控制电压产生器的功能是将误差电压变换为适合可变增益放大器需要的控制电压，这种变换可以是幅度的放大或电压极性的变换。
增益可自动变换的放大器设计
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：图一时钟脉冲产生电路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5KΩ电阻的分压器而构成。
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。
20可变增益放大器的设计
DA转换器构成的可编程增益放大器 除法器型可编程增益放大器
可编程仪表放大器
• PGA205
(有电阻型，引脚型，数字型）
模拟开关的基本原理
模拟开关的结构是将n沟道MOSFET与p沟道MOSFET并联，可使信号在两个方向上同等顺畅地通过，因而 也没有严格的输入端与输出端之分。n沟道与p沟道器件之间承载信号电流的多少由输入与输出电压比决 定。两个MOSFET由内部反相与同相放大器控制下导通或断开。这些放大器根据控制信号是CMOS或是 TTL逻辑、以及模拟电源电压是单或是双电源，对数字输入信号进行所需的电平转换。（CD4066没有电 平转换）。
模拟开关的应用
3、音频信号的失真问题
音频信号对失真的要求都比较高，模 拟开关在切换音频信号时由于导通电 阻随信号变化（即非线性）产生了信 号失真。
模拟开关的应用
4、高频或视频的特殊要求：
RON和寄生电容之间的平衡对视频信号非常重要。RON较大的传统模拟开关需要额外增益级来补偿插 入损耗。同时，低RON开关具有较大寄生电容，减小了带宽，降低视频质量。低RON开关需要输入缓冲器， 以维持带宽，但是这会增加元件数量。L、T型开关适合高频开关，有比较高的隔离度，可以利用单刀双 置。
电阻越小、越平坦越好
模拟开关的基本原理
模拟开关CD4051-53特性
通路电阻与电源电压、输入电压的关系
通路电阻与温度、输入电压的关系
模拟开关CD4051-53参数
模拟开关CD4051-53参数
模拟开关CD4051-53参数
AD603程控增益调整放大器
AD603程控增益调整放大器AGC电路常用于RF/IF电路系统中，AGC电路的优劣直接影响着系统的性能。
因此设计了AD603和AD590构成的3~75dBAGC电路，并用于低压载波扩频通信系统中的数据集中器。
在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。
在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。
AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。
它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。
管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。
该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。
AD603的特点、内部结构和工作原理（1）AD603的特点AD603是美国AD公司继AD600后推出的宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片。
可用于RF/IF系统中的AGC电路、视频增益控制、A/D范围扩展和信号测量等系统中。
（2）ad603引脚排列是、功能及极限参数AD603的引脚排列如图1所示，表1所列为其引脚功能。
引脚1 增益控制输入“高”电压端（正电压控制）引脚2 增益控制输入“低”电压端（负电压控制）引脚3 运放输入引脚4 运放公共端引脚5 反馈端引脚6 负电源输入引脚7 运放输出引脚8 正电源输入●电源电压Vs：±7.5V；●输入信号幅度VINP：+2V；●增益控制端电压GNEG和GPOS：±Vs；●功耗：400mW；●工作温度范围；AD603A：-40℃～85℃；AD603S：-55℃～+125℃；●存储温度：-65℃～150℃（3）AD603内部结构及原理AD603内部结构图如图2所示。
自动增益放大系统的简易设计
自动增益放大系统的简易设计司马明【摘要】本设计以程控增益放大器AD603为核心,通过单片机STC89C52控制各模块,实现了输入信号及环境噪声幅度自动调节音量的自动增益控制音响放大器。
文章重点介绍了程控放大模块、噪声采集模块、有效值检测模块等主要电路模块。
系统从mp3或信号源输入音频（100 Hz~10 k Hz）信号给程控增益放大器AD603,将信号放大输出,通过峰值检测电路检测出输出信号,并送给单片机AD采样,与理想输出信号数值进行比较,若有多偏差,则通过调整对AD603的增益控制电压,从而实现带动600Ω负载或驱动8Ω喇叭。
【期刊名称】《企业技术开发：下旬刊》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】2页(P11-12)【关键词】AD603 STC89C52 自动增益控制【作者】司马明【作者单位】武昌工学院,湖北武汉430065【正文语种】中文【中图分类】TN721.1控制方案的论证与选择方案一：采用AD603和运放构成电压比较减法电路实现。
将输入电压与理想电压的误差经相应的幅值和极性处理后作为AD603的控制信号，从而实现放大倍数的自动调节，实现输出电压的恒定。
该方案结构简单，制作容易成本低，但控制精度不够，适用性不强。
方案二：以单片机作为控制器件，通过单片机对输入信号进行AD采样，与理想输出信号比较得到误差，根据误差调整AD603增益控制电压，从而实现对AD603放大倍数的精确控制，实现输出电压的恒定。
该方案控制精确，控制速度快，系统整体稳定性高，功能改变和增加容易。
但系统的设计稍复杂。
通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。
1.2程控增益放大论证与选择方案一：使用多个高速运放和模拟开关构成程控增益放大。
通过控制模拟开关选择不同的反馈电阻实现可控增益。
这种方案结构简单，易实现，但由于模拟开关其导通电阻很大，使得各通道信号容易相互干扰，甚至影响通频带宽，同时若要实现增益连续可调，整体结构复杂，调试麻烦。
增益可自动变换放大器课程设计
《模拟电子线路基础》课程设计报告增益可自动变换放大器专业班级学生姓名实验台号指导教师提交日期电话号码目录第一部分系统设计1.1 设计题目及要求 (2)1.2 总体设计方案 (2)1.2.1 设计思路 (2)1.2.2 设计方案 (2)1.2.3 方案论证与比较 (4)第二部分单元电路设计2.1各单元电路及其工作原理或功能说明 (5)2.2各单元电路元件的选取与计算 (9)第三部分整机电路3.1 整机电路图 (13)3.2 元件清单 (14)第四部分性能测量4.1 电路调试 (15)4.1.1 测试使用的仪器 (15)4.1.2指标测试步骤及测量数据 (15)4.1.3 故障分析及处理 (17)4.2电路实现的功能和系统使用说明 (18)第四部分课程设计总结 (20)第一部分设计任务1．1设计题目及要求设计制作一个增益可自动变换的交流放大器。
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1Hz;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4S）。
3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示1、2、3、4倍即可。
4、电源采用+5V单电源供电。
5. 能够对任意指定的增益倍数进行保持4秒后恢复到自动切换的巡回状态。
1．2总体设计方案说明1.21 设计方案分析论证1.电压增益可通过由集成运放构成的反相运算电路实现，采用uA324四通用单电源运算放大器。
2．放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。
3．增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入。
4.模拟开关可以用4052。
5.对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。
6.切换的频率由时钟频率决定,时钟脉冲可用由555构成的多谐振荡器产生。
7.保持的功能可以通过由555构成的单稳态电路实现，也可以用161计数器计时。
《高频电子线路》自动增益控制实验(AGC)
《高频电子线路》自动增益控制实验（AGC）一、实验目的1、掌握AGC工作原理。
2、掌握AGC主放大器的增益控制范围。
二、实验内容1、比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化范围。
2、测量AGC的增益控制范围。
三、实验仪器1、1号模块 1块2、6号模块 1块3、2号模块 1块4、双踪示波器 1台四、实验原理图15-1是以MC1350作为小信号选频放大器并带有AGC的电路图，F1、F2为陶瓷滤波器（中心频率分别为4.5MHz和10.7MHz），选频放大器的输出信号通过耦合电容连接到输出插孔P4。
输出信号另一路通过检波二极管D1进入AGC反馈电路。
R14、C18为检波负载，这是一个简单的二极管包络检波器。
运算放大器U2B为直流放大器，其作用是提高控制灵敏度。
检波负载的时间常数C18•R14应远大于调制信号（音频）的一个周期，以便滤除调制信号，避免失真。
这样，控制电压是正比于载波幅度的。
时间常数过大也不好，因为那样的话，它将跟不上信号在传播过程中发生的随机变化。
跨接于运放U2B的输出端与反相输入端的电容C17，其作用是进一步滤除控制信号中的调制频率分量。
二极管D3可对U2B输出控制电压进行限幅。
W4提供比较电压，反相放大器U2A的2、3两端电位相等（虚短），等于W4提供的比较电压，只有当U2B输出的直流控制信号大于此比较电压时，U2A才能输出AGC控制电压。
图15-1 自动增益控制电路原理图（AGC）对接收机中AGC的要求是在接收机输入端的信号超过某一值后，输出信号几乎不再随输入信号的增大而增大。
根据这一要求，可以拟出实现AGC控制的方框图，如图15-2所示。
图15-2自动增益控制方框图图中，检波器将选频回路输出的高频信号变换为与高频载波幅度成比例的直流信号，经直流放大器放大后，和基准电压进行比较放大后作为接收机的增益调节电压。
不超过所设定的电压值时，直流放大器的输出电压也较小，加到比较器上的电压低于基准电压，此时环路断开，AGC电路不起控。
增益可自动变换放大器
设计报告内容（设计方案、设计过程、电路图及电路工作原理、调试过程及结果）：设计一：增益可自动变换的直流放大器一：实验器材：LM324，，74138译码器，若干电阻，LM339，CD4066 74LS00，74LS04，LED数码管二：元器件原理：1、LM339LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器3、CD4066 4066四双向模拟开关,4、74138 74138是3线-8线译码器，输出低电平有效。
5、LM324：四集成运算放大器三：实验原理及设计图（一）1．用三个电压比较器进行电压选择。
电压比较器负相端加一个固定电压做参考2、通过调节滑动变阻器控制信号输入，使得输入信号范围分别为0～1V，1V～2V, 2V～3V, 3V以上。
经过电压比较器后，不同范围的电压信号，对应唯一的地址码，在通过74138译码器，将每一个唯一地址码转换成有用信号。
根据74138的功能，000，001，011，111分别通过Y0，Y1，Y3，Y7输出。
（二）1、74138输出低电平有效，而CD4066双向模拟开关高电平有效，故经过7400反向转换器来利用74138控制模拟开关，实现自动控制开关，使增益的自动切换。
2、放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益，用LM324运算放大器实现电压增益，如图，第一个运放实现了反向放大V o=-(Ri/ Rf)*Vi 其中Ri=10K Ω第二个LM 实现的增益为-1的反向电路，使整体的增益为正。
（三）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍即可。
a=b=0;d=d b +;c=d c +,则使用两个或非逻辑门实现数码管的计数。
增益可自动变换的直流放大器总图如下：输入电压 译码器输出端信号放大倍数反馈电阻阻值（Ω）0～1V0Y3 30K 1～2V1Y2 20K 2～3V3Y 110K3V 以上Y 70.55KY0 Y1 Y3 Y 8 a b c dLED 显示1 0 0 00 0 1 13 0 1 0 00 0 1 020 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 10 0 0 0检验设计图是否正确，利用万用表观察电压增益显示的现象：其中XMM1为输入电压信号。
自动增益控制(AGC)
任务一自动增益控制（AGC）电路任务引入在调幅接收机接收电台信号时，由于各发射台功率有大有小，发射台离接收机的距离远近不一，无线电波传播过程中的多径效应和衰落等原因，使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊，而且往往有很大的起伏变化（约为～倍），有可能在接收微弱信号时造成某些电路（例如检波器）不能正常工作而丢失信号，而在接收强信号时造成放大电路的阻塞（非线性失真）。
为此在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路，用来压缩有用信号强度的变化范围。
任务分析自动增益控制（AGC）电路的作用是能根据输入信号的电压的大小，自动调整放大器的增益，使得放大器的输出电压在一定范围内变化。
自动增益控制（AGC）电路是无线电接收设备中的重要电路，用来保证接收幅度的稳定。
它一般由电平检测器（峰值检波电路）、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器和可控增益放大器组成。
其中可控增益放大器是实现增益控制的关键。
相关知识一、自动增益控制电路（AGC）的工作原理1．AGC的作用自动增益控制电路的作用，是在输入信号幅度变化很大的情况下，自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。
2．AGC的组成框图自动增益控制电路的组成框图如图3-5-2所示。
图3-5-2 自动增益控制电路的组成框图由图可见，自动增益控制电路可以看成由反馈控制器和（控制）对象两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器和控制电压产生器组成，被控对象是可控增益放大器。
可控增益放大器的输入信号就是AGC电路的输入信号，其输出信号，其增益为增益受控制电压的控制，控制电压是由电压比较器产生的误差电压经控制电压产生器变换后得到的，增益可写成或，它是误差电压（或控制电压）的函数。
也可以直接用误差电压控制可控增益放大器的增益。
3．AGC各单元电路的功能与基本工作原理（1）电平检测器电平检测器的功能是检测出输出信号的电平值，通常由振幅检波器实现，它的输出与输入信号电平成线性关系，其输出电压为。
程控宽带直流放大器的设计
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3.1 设计任务书
3.1.4 设计及论文的时间安排
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 阅读相关资料，学习相关理论知识（3周）。 设计系统的总体设计方案（3周）。 绘制PCB版图并完成硬件系统（3周）。 编制相应的软件设计（2周）。 系统各模块调试以及系统总体联调（2周）。 完成论文写作（3周）。 评阅及答辩。
第3章 程控宽带直流放大器的设计
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本章导读
本章将介绍一种增益可调、通频带可预置的程控宽带直流 放大器，其中包括了宽带直流放大器的原理、硬件的制作、 软件程序的编写及系统的调试等。
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3.1 设计任务书
设计任务书的作用是让设计者了解本系统设计的目的、意义，有关的 要求以及整个设计的时间安排，只有这样才能高质量地完成系统设计。
1. 可控增益放大器部分 方案一：用AD603进行两级放大。 方案二：用AD811和可控电阻权网络AD7520。 方案三：用增益可控直流放大器LMH6505。 综合上述方案，这里选择方案三。 2. 后级固定增益部分 方案一：使用分立元件自行搭建二级放大器。 方案二：使用集成电路芯片。 考虑到性能的稳定性和时间紧迫等因素，这里选择方案二。
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3.3 系统方案论证与理论分析
模拟电子技术中许多器件的物理特性往往是电类学习中的难点，想 要成为一名优秀的硬件工程师必须要对这些特性充分熟悉。在进行方案 设计之前需要对这些知识有个大概了解。
3.3.1 宽带直流放大器总体方案分析
与一般宽带放大器相比，宽带直流放大器要求具有良好的低频放大 特性，其幅频特征示意图如下图所示。所以在芯片选型时，其作用频率 范围要从0Hz开始。
电压自动切换
元器件说明：LM311以及2 kΩ电阻
（3）放大电路以及模拟开关：
工作原理：通过两个UA741运算放大器可以实现电压的正向放大，通过模拟开关选择运算放大器的负反馈通路来控制增益的数值。
参数选择：由于运算放大器的虚短、虚断的要求，因此输入电路的电阻为100 kΩ，负反馈电阻分别为10 kΩ、100 kΩ、1 MΩ，由此来实现3种增益的选择。
(6)调试中出现的故障、原因及排除方法：
在调试中，电路搭好后发现无法得到电压的自动增益转换，由于是直流电压源，于是，用万用表进行排查，后发现第二个反向的运算放大器居然不满足虚短、虚断的原则，后来，发现在面包板的一排没有给予负电压，导致了运算放大器没有正常工作，也就导致了自动增益的无法实现。
再次实验时，10与1时都可以实现了，但是，0.1却无法实现，或者说，增益不是0.1，而是0.01，于是，我检查增益为0.1的一条支路，发现应该使用10kΩ的电阻，我使用的是1 kΩ的电阻。换为10 kΩ的电阻后，实现了0.1的增益。
四、总结
(1)阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决方法：
设计中主要的问题是如何实现比较与整流。
方法：通过查阅电子线路书发现LM311可以实现电压的比较，并且输出高电平，于 是通过使用LM311和4052实现了增益的自动切换。
整流是通过查阅网络，实现了交流信号转换为直流信号。
(2)总结设计电路和方案的优缺点：
（3）：当5<V<10时，电压增益为0.1
2、当输入电压为交流电压时，通过交流整合电路和滤波电路得到交流电路的峰峰值， 通
过得到的电压选择放大增益，其增益的具体选择与直流电压时相同。
（2）性能指标：
在各个增益的需要范围内能够得到相应的增益输出，在增益跳变时要在0.5V和5V
可变增益放大器 (数电)
可变增益放大器设计报告院系：自动化工程学院电气工程系学号：姓名：摘要该方案采用555定时器电路作为基准时间产生电路，产生频率为1Hz的脉冲接到计数器的计数端，使得电路能够实现在四种不同的状态间切换。
再通过模拟开关CD4052组成的控制电路和运算放大器LM324增益电路实现4种增益的切换。
运用拨动开关来控制计数器的预置数值，当计数器组成的定脉冲产生电路产生5s高电平接到计数器的保持端，使计数器处于保持状态。
同时数控开关经过编码成的二进制数接到模拟开关的控制端端，由简单与非门对数控开关进行编码，将编码送到计数器置位，从而实现数字控制不同增益。
一、设计任务1．基本部分（1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz；（2）可以随机对当前增益进行保持，保持时间为5s，保持完后继续巡回状态；（3）对指定的任意一种增益进行选择和保持（保持时间为5s），保持完后返回巡回状态；（4）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。
2．发挥部分（1）对于不同的输入信号自动变换增益：a．输入信号峰值为0—1V，增益为3；b．输入信号峰值为1—2V，增益为2；c．输入信号峰值为2—3V，增益为1；d．输入信号峰值为3V以上，增益为0.5；（2）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。
二、各模块方案论证1．1S时钟脉冲用555构成多谐振荡器，产生1S的时间脉冲，接计数器从0、1、2、3循环显示1）555内部结构图1.555内部结构2）555外部原理图和真值表图2.555原理图及真值表3）555管脚功能1－接地端2－低电平触发端3－输出端，输出电流可达200mA，直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等，输出电压约低于电源电压1－3V。
4－复位端，若此端输入一负脉冲，而使触发器直接复位。
不用时加以高电平。
5－电压控制端，此端可外加一电压以改变比较器的参考电压，不用是可悬空或通过0.01μF的电容接地。
可调增益差分放大电路
可调增益差分放大电路
可调增益差分放大电路（Adjustable Gain Differential Amplifier Circuit）是一种常见的电子电路，用于放大差分信号并可以调节增益大小。
差分放大电路由两个输入端和一个输出端组成。
其中一个输入端称为非反相输入端（+IN），另一个输入端称为反相输入端（-IN）。
增益是通过调节反相输入端的电阻值来实现的。
一种常见的实现方式是使用一个可变电阻（通常为电位器）作为反相输入端的电阻。
调节电位器的位置可以改变反相输入端的电阻值，从而改变整个电路的增益。
这种电路常用于信号放大、滤波和运算等应用中。
例如，在音频应用中，可以使用可调增益差分放大电路来控制音量大小。
在数据通信应用中，可以使用可调增益差分放大电路来放大接收到的信号。
需要注意的是，增益的调节范围和精度取决于可变电阻的特性和电路设计。
在实际应用中，还需要考虑其他因素，比如输入和输出的电压范围、频率特性等。
总结起来，可调增益差分放大电路是一种常见的电子电路，用于放大差分信号并可以通过调节反相输入端的电阻值来调节增益大小。
它在各种应用中都有广泛的应用。
程控增益放大器原理
程控增益放大器原理
程控增益放大器是一种能够调节放大倍数的放大器，其原理是通过改变控制电压，来实现对放大倍数的调节。
在程控增益放大器中，控制电压的变化会引起放大器的工作点变化，从而改变放大器的增益。
程控增益放大器通常由两个关键部分组成：放大单元和反馈网络。
放大单元负责提供基本的放大功能，而反馈网络通过控制电压来调节放大倍数。
在程控增益放大器中，放大单元可以使用不同的电子元器件实现，如晶体管、运放等。
反馈网络通常由电阻、电容等元件构成，通过连接到放大单元的输出端来实现对放大倍数的调节。
当控制电压为0时，反馈网络不起作用，放大器的增益由放大单元确定。
而当控制电压发生变化时，反馈网络开始起作用，通过改变反馈路径上的电阻或电容等元件的特性，来改变放大器的工作点，从而实现对放大倍数的调节。
通过控制电压的变化，程控增益放大器可以实现连续的放大倍数调节，从而适应不同的输入信号强度和需求。
这种放大器在许多应用中都非常有用，如音频放大器、通信系统中的前置放大器等。
总结起来，程控增益放大器通过调节控制电压来改变放大倍数，可以实现对放大器的灵活调节，并且能够适应不同的信号强度和需求。
这种放大器在许多电子设备中有广泛的应用。
增益可变运放AD603的原理及应用
山西电子技术2001年第3期应用实践增益可变运放AD 603的原理及应用杨世忠,邢丽娟(包头钢铁学院,内蒙古包头市014010) 摘 要:AD 603是一种低噪声、电压控制增益的新型运放,其传输带宽高达90M H Z ,增益最高可达51dB ,最低达211dB 。
详细描述AD 603内部结构,功能特点和工作原理,并给出具体应用。
关键词:运放 增益 带宽中图分类号:T P 342 文献标识码:A AD 603是AD 公司研制的一种新型的运算放大器,它不但具有低噪声影响,高频带宽度,稳定性能好的特点,还具有电压控制的可变增益功能。
这种可变增益功能是其它运放所不能比拟的。
特殊的性能使该集成芯片取代原来由众多器件搭成的增益调整电路。
本文详细介绍AD 603的结构,特性、功能及其原理,并利用一个传统增益调整电路与AD 603比较来说明该芯片的优势所在,最后给出一个应用实例。
1 AD 603的原理框图[1]其原理图如图1所示:图1 AD 603原理图 原理图中内部结构分成3个功能区:增益控制区;无源输入率减区;固定增益运放区。
下面依次分析各区的作用。
111 增益控制区AD 603采用电压控制增益的方式,图中差动输入口GPO S 和GN EG 之间的电压差V G 就是控制电压。
该差动输入口呈高输入阻抗(50M 8),低偏流电流(200nA )。
增益和电压的换算系数是25mV dB ,即若V G 的变化范围为1V ,增益的变化范围为40dB 。
差动输入口允许使用差动控制电压或单电压,正负均可。
即差动输入口GPO S 和GN EG 可同时接不同的控制电压或一端接地另一端接控制电压,控制电压可正可负。
112 无源输入率减区AD 603采用一种专用的电路拓扑结构—X 2AM P (X 2AM P 是AD 公司的一种商标),该结构由一个可从0dB 到242114dB 变化的率减器组成,这个率减器与固定增益运放区中的固定增益运放相连。
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信息科学与工程学院课程设计报告（2009 —2010 学年第一学期）课程名称：电子技术基础设计与实现班级：学号：姓名：指导教师：2010 年 1 月课程设计题目：增益可自动变换的放大器的设计目的与任务：对所学的电子技术基础知识进行一次综合运用，为下一步继续学习专业知识奠定基础。
学生通过本课程设计可以进一步理解模拟电子技术、数字电子技术、电路理论等方面的相关知识，并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。
内容和要求：（一）设计一个增益可自动变换的直流放大器。
1、输入信号为0～1V时，放大3倍；为1V～2V时，放大2倍；为2V～3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍；2、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍即可。
3、电源采用±5V电源供电。
（二）设计一个增益可自动变换的交流放大器。
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1Hz；2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态;3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用1、2、3、4分别表示1、2、3、4倍即可。
4、电源采用±5V电源供电。
三、课程设计步骤1、查阅资料，确定上述两个设计任务的设计方案；2、设计电路，进行参数计算；3、用MULTISIM软件进行仿真；4、写出设计总结报告。
四、参考元器件集成芯片：NE555、LM324、74LS138、CC40106, CC4013、CD4052、CC4066、74LS161，CD4011，741等。
电阻若干；电容若干；LED数码管；设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）增益可自动变换的直流放大器一、设计方案放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围；增益的自动选择，可通过比较器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入,从而实现选择相应的放大电路增益。
由此得出大致设计方案如下图：二、电路设计1、反相器2、比较器电路左图所示为反相器，通过负反馈电路的输出与输入关系，可令R1=R2，，那么vo=-vi。
负号就表示vo与vi反相。
左图所示为反相输入单门限电压比较器。
其工作原理为：当同相电压输入大于反相电压输入时，放大器的输出为高电平；反之，则输出为低电平。
放大电路输入信号电压比较器负反馈选择信号模拟开关负反馈电路编码器数码管反相器由课题设计要求可知：输入信号为0V～1V时，输出信号为:“1000”；输入信号为1V～2V时，输出信号为：“1100”；输入信号为2V～3V时，输出信号为：“1110”；输入信号大于3V时，输出信号为：“1111”。
v i上图所示电路，将比较结果的模拟信号转换为数字信号，再由下一级的模拟开关来选择相应的负反馈电路。
模拟信号转换为数字信号后，四位信号只有一个是高电位，从而能准确地选择负反馈电路。
上图电路使用的是单门限，所以要满足题目要求必须得用与的逻辑关系使之实现双门限的功能。
门电路所反馈的信号可作为模拟开关接通电路的使能信号。
3、模拟开关——四双向模拟开关CD4066CD4066的引脚功能如图1所示。
每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。
当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。
模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。
模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz 。
各开关间的串扰很小，典型值为－50dB 。
4、负反馈电路根据负反馈电路的输出与输入关系可以构成不同放大倍数的电路，采用模拟开关来选择反馈电阻，从而实现不同的放大倍数。
左图所示为负反馈电路,有负反馈电路特性可知：，其中负号表示输出与输入反相。
v iV o5、编码器及数码管 8位优先编码器CD45324532BD_5VO09O17O26GS 14I313I41I52I212I111I010I74I63EIN5EOUT15将电压比较电路的比较结果（高低电平）进行二进制编码。
该编码功能主要由集成芯片8位优先编码器4532完成。
编码的结果是放大倍数0、1、2、3分别对应到数码管的0、1、2、3显示出来，对应输出为000、001、010、011，对应的输入I0、I1、I2、I3分别是高电平。
左图所示为负反馈电路,有模拟开关来选择接通的负反馈的电阻,从而实现不同的放大倍数,从上到下放大倍数依次为3、2、1、0.5。
模拟开关的使能信号则由比较器比较后的信号输入，控制接入的电阻。
v i数码管6、综合上述各部分电路功能，组合成完整电路图如下图： （图示为输入1.5V 的直流电压时的放大情况）左图所示是以8421BCD 码为输入信号的数码管，从左向右依次从高位到低位。
本次使用的是0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。
8 4 2 1v o增益可自动变换的交流放大器一、设计方案放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围；增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定；对放大倍数的选择有手动输入来控制选择。
由此得出大致设计方案如下图：放大倍数选择控制电路时钟信号计数器译码器模拟开关负反馈电路放大电路输入信号反相器二、电路设计1、1Hz的切换频率可以用555构成的多谐振荡器提供1Hz的时钟脉冲。
左图是由555定时器组成的多谐振荡器，其振荡频率为。
要使f=1Hz，这里可取R1=R2=10K，C1=47uF, C2=10nF,其中，C2为保护电容。
2、放大倍数选择电路因为交流放大倍数是自动循环，所以可以用计数器来自动循环通过4532译码器来选择反馈电路，放大倍数只有四种情况，所以用161（或160）做一个四进制的计数器即可。
74LS161DQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2四进制计数器的设计过程：接入时钟信号后，161可以自动计数，如下图，从零开始计数，当到0100时清零信号有效，直接清零不等时钟，所以计数器可以0000~0011四个数内自动循环。
VCC5V74LS161DQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2而放大倍数选择可以有不同方法构成，此处将类出两种一共参考：1>.通过控制时钟信号，来控制161的计数与否，因为161时等时钟的下降沿来计数的，控制555的时钟产生，使之维持一个输出不变，则161将不再计数，放大电路将维持当前的放大倍数不变，此后将555继续工作，那么161等到时钟的下降沿后会继续计数，从而由当前的放大状态进入循环。
左图是由161构成的四进制的计数器，当接入时钟信号（此处的时钟信号由555构成的1Hz 的信号）后开始计数。
LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 210kΩ10kΩ47µF10nFVCC5V上述方法简单，但是不能自主选择放大倍数，只有当电路进入循环后工作到当前的放大倍数才可以选择，并且，选择时可能是时钟信号产生下降沿从而使放大倍数后移而不是自己所想要的放大倍数。
2>.直接控制置数端和161的输入来选择需要的放大倍数，如果置数端有效则置数，保持相应的放大倍数，置数端无效时计数器由当前状态工作进入循环。
左图所示，采用此方法后，选择放大倍数只需将置数端的电平置于低电平，此时即使时钟信号有效，计数器也不会计数；当置数端置于高电平的时候，由当前放大倍数进入循环。
（图示为置数有效且输入为0001）左图所示，将555的清零端接低电位后清零，计数器维持0输出不变，则161不能计数，放大电路维持当前放大倍数；接高电位正常工作，产生时钟信号，161等到时钟信号后继续工作，进入循环。
3、其余的电路部分类似于支流放大电路，此处我采用的是直接用1、2、3、4表示放大倍数1、2、3、4。
各器件工作原理不再赘述，电路图如下图：（此处数码管显示的2即表示放大倍数2）三、小结1、在设计电路的过程有些芯片在multisim中难以找到，只有用类似功能的芯片来替代，如4052模拟开关没有，用4066模拟开关替代，但4066接通后自身有一定的内阻，使得放大倍数存在一定的误差，但相对于所采用的电阻，内阻影响并不是很大，最后的放大情况与要求的接近，但不是严格意义上的整数。
2、设计电路前各部分功能的电路设计并不困难，主要的是如何将它们连接到一起，所以在连整个电路前在multisim中先找到设计过程中所需的芯片，利用网络资源查找相应的功能，了解每个引脚该如何连接，其功能表等，再考虑如何将它们连到一个电路中。
3、本次设计将模电和数电知识结合，在以前的实验中没有碰到过，所以思路一开始并不是很开阔。
利用网络资源后，发现自己大胆的想象有可行之处，所以敢大胆地着手电路设计。
当然电路的调试过程并不是一帆风顺的，比如模拟开关的选择会对电路放大倍数的影响，就4066而言，我所采用的版本的multisim中不同型号道统后的内阻相差很大，4066BD 和4066BP 的内阻就不同，前者的内阻达到M Ω，后者只有350Ω左右，一开始没有测量，在阅读其功能后以为导通内阻都一样，所以一开始的放大倍数出现严重的错误。
一开始以为是电路设计有问题,但用万用表测量各部分电路并没有发现有错误,考虑到是输出与输入比例严重错误后测量反馈电阻，发现不是电路错误，而是模拟开关的内阻太大，换取不同型号后再次测量，输出与理论值相接近。
在555时钟信号电路中,由于参数不可能确切的满足1Hz 的要求，产生的信号是1.2s 的时钟信号。
在设计交流放大器时，不仅要使放大倍数能自行循环，还要能手动选择一个放大倍数，并且能从当前的放大倍数进入循环，我一开始考虑得是用锁存器，但是要保持当前状态的话，计数器还在工作，那么后面的放大电路还在选择,所以此方法被否决。
后来考虑到计数器是靠时钟的下降沿工作的，就在555时钟发生器上考虑如何使时钟保持输出，就采取直接清零的方法，此方法的不足在上文已讲明。
在同学的帮助下，开始考虑计数器方面使得电路保持当前放大倍数，一开始只考虑到上面的方法，直接控制计数器的使能和输入，但上述方法需要知道二进制的表达，如果想要通过外部直接输入放大倍数则只需要再输入端加一个编码器，通过编码器给161置数。
74LS160NQA QB QC QD RCOA B C D ENP ENT ~LOAD ~CLR CLKVCC5VVCC5V4532BD_5VO 0O 1O 2G SI 3I 4I 5I 2I 1I 0I 7I 6E I NE O U T通过这次实习让我学到了很多，首先在资源利用方面，网络不再是简单的娱乐工具，在学习方面的帮助更大；再者，帮助我们结合数电和模电的知识，让我们对芯片的工作和电路的工作进一步了解；还有，在设计电路的时候考虑的不仅是各器件单独工作情况，要考虑对整体电路的影响，还有优化电路也是很重要的工作。