程控放大器

在电路实现方面，选定51单片机、多路转换开关、精密可调电阻网和集成运算放大器来实现。设计框图如下。
2)方案二：运放+模拟开关+电阻网络
这一方案是采用模拟开关切换反馈电阻网络，通过这种方法来实现电阻网络阻值的变换，达到控制增益的效果。是根据网络节点上所满足的基尔霍夫定律和泊松方程的差分方程原理，从而改变放大电路的闭环增益。虽然这种方法所需要的元器件比较多，电路庞大，而且精度受到限制，但是比较容易实现。电路框图如下。
输入级：可以采用由双输入差分放大电路组成的电路。主要作用是提高输入电阻，提高共模信号的抑制能力，。
中间级：可以采用共射电路和复合管的差放和带恒流源负载的高增益的电压放大级，主要目的是提高电压增益。
输出级：为了提高电子电路的负载能力，降低电路中的输出电阻，输出电路有射极输出器和互补对称功放电子结构组成。
像恒流电路，提供T1、T2的集电集电流，即lc1+lc2=lc9，T12与T13组成镜像恒流电路，提供中间级T16、T17的京塔工作电流，并充当有源负载。
众所周知，在集成运放的很多技术指标中，输入级扮演着重要的角色。为了彰显集成电路制造工艺的先进性，各式各样的差动放大电路就成了输入级最主要的形式。其中，UP277C的输入级就是一种，其输入是由恒流源T1-T7和有源负载组成的放大电路。其有源负载是由三个复合管T5,T6,T7以及三个电阻R1,R2,R3组成的一种改进型的恒流电子电路。这种有源负载使用在差动放大电路中，一方面可以提高电压的放大倍数，另一方面，如果维持电压放大倍数不变的情况下，可以把双端输出简化为单端输出。
Amplifier is one of the most widely used electronic circuits. Its function is to amplify the input signal without distortion. In the broadcast, communication, automatic control, electronic equipment, the amplifier is an essential part of amplifier. Among all kinds of the electronic circuits used in all kinds of electronic instruments and equipments, the integrated operational amplifier is the most widely used analog electronic device. Integrated operational amplifier with different feedback network and using different feedback mode, you can constitute a completely different functions and features a variety of integrated operational amplifier circuit, referred to as the circuit. The operational amplifier circuit is the most basic part in various electronic circuits. The system can achieve gain from the program control, to meet the technical indicators, measurement accuracy, reliability, performance and price is relatively high.
Key words:gain programmable; Operational amplifier; feedback network; auto control ;
1
电子技术的发展促进了计算机技术的发展，计算机技术的发展又反过来推动了电子技术的发展，是电子技术中一些原本考电路来实现的功能可以通过计算机编程控制来实现，这就大大的提高了电子技术的效能和可控性。
3)方案三：.运算+数字电位器
由于数字电位器在电子电路中使用较为普遍，特别是在音频设备中，它可以基于线路较为简单的电压电阻转换电路。所以，方案三拟采用固态数字电网器来实现放大电路的增益控制。但是，鉴于市场上现有的数字电位器在分辨率方面尚无法达到要求，对于位数比较高的数据采集系统例如10位或者12位的还是无法达到要求。
2）模拟式可编程放大器。
1.1.
无论是模拟放大还是程控放大，都利用集成运算放大器来实现信号的放大功能，集成运算放大器由于其高阻抗输入使其具有较高的信号接收能力，由于其输出阻抗很低，所以，集成运放具有很好的带负载能力，另外，利用集成运放，其电路也比传统放大电路简单，且抗干扰能力强，下面先讲讲集成运放的放大原理。
3)
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2.2集成电路运算放大器原理图
偏置电路的作用是向各级放大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T8-T13组成。基准电流由T12、R5、T11和电源EC(15V)、EE（-15）决定：
T10、T11和R4组成微电流源电路，提供输入级所要求的微小而又十分稳定的偏置电流，并提供T9所需要的集电极电流，即lc10=lc9+2lB3；T8-T9
电子开关选用CD4051，由程序根据设计要求控制选同电阻，进而达到控制增益的目的。
单片机选用AT89C51,或者具有同等功能的STC15系列单片机实现程序控制。
增益数据用LCD1602显示。
电路实现如下：
该方案电路简单，控制方便，可以根据增益放大倍数的要求，调整电阻，通过编程控制，实现增益控制，并在液晶上显示增益数值。通过调整电阻器R3～R10的值还可实现从硬件电路改变增益。
6．电压增益Av>=40DB,而且在0—40DB范围内连续可调。
7．3DB通频带0—5MHZ；在0—4MHZ通频带内增益起伏<=1DB。
1.3
1.3.1.
本增益放大器的设计关键在于数字控制，根据设计思路提出以下三种可选方案：
1)方案一：多路转换开关+MCS-51单片机控制集成运算放大器
电子技术的发展使信号放大器可以通过多种方法实现，有些方法电路复杂，成本高，而且增益无法控制，所以，其适应性受到很多限制。本设计方案采用MCS-51单片机和放大器扩展多路开关的方式，来实现增益放大的成空可调。
根据可控性，考虑到设计要求和可实现性，本设计选定方案一来完成程控增益放大功能。
1.3.2.
根据增益放大器放大倍数的要求，其放大倍数的范围为0——100，放大的步距为12.5，可以通过编程控制，控制多路电子开关控制增益，增加电子开关数量可缩小放大步距，提高精度。
电阻网络选用8路电阻网络，或者根据参数要求，外接8路电阻，外接电阻可根据参数要求进行调解，便于对增益进行不同要求的设置。
电子技术的发展虽然不能缩短人们空间上的距离，但却大大拉近了人们的沟通距离，这实际上就是人们利用电子技术，迅速而准确地传递信息的结果。如程控交换机、手机和互联网，无不依赖电子技术。电子技术在工程控制方面，已经使工程控制由自动化转向智能转变，而智能化的显著特点就是程序控制。
电子技术的这一变化，不是简单意义上的量变过程，就本质来说，他是由模拟信号处理向数字信号处理转变的质地飞跃。例如，无人机技术、远程遥控技术以及在各种现代通信技术、广播电视技术等领域，数字通信扮演着重要的角色，从传统语音通信到互联网，现在几乎都是数字电路的一统天下。电子技术的这一转变，使得人们对信号的处理要求越来越高。而信号的传递过程中，能量衰减不可避免，对衰减的电子信号进行放大就成了电子技术的必然。所以，放大器就成了信号处理的重要组成部分。
在电子技术高度发达的今天，无论是通信技术还是自动在控制，电视还是广播，民用还是军用，大到卫星上天，小到手提电子设备，对电信号的处理都变得尤为重要和不可或缺，而电信号在传递过程中会出现衰减，往往接收设备接收到的信号都比较微弱，所以，对信号的放大就变得尤为重要。
放大器就是因应这样要求而诞生的，它是一种把输入的微弱信号进行必要放大的一种电子电路或仪器设备，可以对输入的电压信号、电力信号或者功率进行必要的放大，这种放大必须保证放大信号保持原有状态，即不失真。所以，放大电路和具有放大功能的集成电路在各种电子设备和比较常见的电子电路中得到了广泛的应用，比如，常见的手机、音响、电视、雷达和各种工业自动控制等。
陕西电子科技学院
本科毕业论文（设计）
题目程控增益放大器的设计
（中、英文)The Design of programmable gain amplifier
作者姓名高亚丽
专业名称电子信息科学与技术
学科门类理学
指导老师余建权
提交论文日期二〇一六年五月
成绩等级评定
摘
文章主要是论述程控增益放大器这一电子线路元器件，对其主要的功能和结构进行了详细的说明，并且详细的设计了程控增益放大器的使用电路。
2.2.1
1)
分压射极偏置电路是一种基本的电流源电子电路。对于工作在放大区的三极管来说，由于两个分压电阻决定了射极电流的大小，所以即使工作负载发生了变化，也即集电极的负载电阻发生了改变，输出的电流大小会依然保持不变，这也表明了其具有恒流的特性。
2)
电流源有一个很明显的特征，就是处于直流电路中电阻小，而处于交流电路中，其电阻大。所以在信号连续的模拟电路中，它常常被当作有源负载来使用。
2集成运算放大器
2.1
设计电路程控开关选择CD4051作为电阻网的程控选择开关，其外形见图2.1。
图2.1模拟开关
其真值表为：
INH
C
B
A
输出
0
0
0
0
"0"
0
0
0
1
"1"
0
0
1
0
"2"
0
0
1
1
"3"
0
1
0
0
"4"
0ຫໍສະໝຸດ Baidu
1
0
1
"5"
0
1
1
0
"6"
0
1
1
1
"7"
1
x
x
x
均不接通
CD4051是双向可选通控制开关，其连接的内部结构如下：
1）由模拟开关控制的集成放大电路
原理图如图1所示
开关S1，S2，…，Sn实现对放大电路增益的控制。若开关闭合表示逻辑1，开关断开表示逻辑0.
那么增益G为
式中
2）数控放大电路
如果把图1电路中的模拟开关换成数控开关，则电路的增益就可通过数字逻辑控制来实现。
3）数控放大电路
数字控制开关都可以用编程控制来实现，把图2中的数控开关换成程控开关，就很容易实现程控放大。其放大原理课模拟开关方法原理相同。
在众多的放大电路中，集成运算放大器一枝独秀，被很多电子设备广泛采用。而程控集成运放因其增益可控的优点，以及可靠性高，成本低成为放大电路的佼佼者。本文将重点介绍程控放大器。
关键词：程控增益；集成运放；反馈网络；自动控制
Abstract
Programmable gain amplifier is designed in this paper. This structure and function of programmable gain amplifier and its main features are described. Finally cited the use of circuit.
本设计的连接见原理图。
2.2
现存的电子电路基本都是以单晶硅作为芯片的，并且把芯片与电子电路结合在一起，集成运放放大器也不例外，其将输入信号放大的功能使其具有广泛的应用。集成运放电路主要由输入、中间、输出三部分组成。输入部分是差动放大电路，有同相和反相两个输入端；前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。中间部分提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载。它把场效应管、晶体管、电阻和电容、二级管、等元器件连接的，也就是高输入电阻、高电压增益和低输出电阻等组成的多级直接耦合放大电路
1.2
1.2.
电路设计既要考虑放大增益的要求，又要兼顾电路其他参数，达到理想的放大效果，所以，根据电路的要求，对电路参数的选定如下：
1．电压放大倍数N由拨码开关控制1<=N<=99。
2．输出电压绝对值在1-10v范围。
3．输入电阻Ri>=8MΩ。
4．输出电阻Ro<=20Ω。
5.输入电压有效值Vi<=20mV,
随着数字电子技术和计算机技术的发展，程控增益放大器在现代电子技术中变得越来越重要。
1.1
1.1.1
程控增益放大器（Programmable Gain Amplifier），简称PGA，其放大倍数主要是由由计算机软件编程控制来实现。
对于程控放大电路来讲，根据其处理信号的类型，放大电路可分为两类：
1）数字式可编程放大器。