电子技术课程实验报告——数控增益放大器(DOC)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
一、 设计目的
1、了解并掌握电子电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力。
2、通过查阅手册和文献资料,进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则;进一步掌握电子仪器的正确使用方法。
3、学会使用EDA 软件Multisim 对电子电路进行仿真设计。
4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。
5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力,学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、 设计内容及要求
1、任务
设计并制作1个数控增益放大器。
2、基本要求
1)设计一个数字控制增益的放大器,要求在控制按键的作用下,放大器的增益依次在1~ 8之间转换。
2)用LED 数码管显示放大器的增益。
3、主要元器件
包括:74LS283,74LS48,74LS160,74LS04,LF412,CC4051。
三、 设计方案
可选择同相输入比例放大器,其电压增益为
121R R A uf +=
如果取R 1=10k Ω,则可以通过改变R 2实现增益的改变,当R 2=0时,A uf =1;当R 2=l0k Ω,A uf =2;当R 2=20k Ω, A uf =3;依次类推,当R 2=70k Ω, A uf =8。
为达到放大器增益数字控制的目的,可由数据选择器和电阻构成数控电阻网络,代替图中的R 2,通过改变数据选择器的地址编码,实现数控电阻的目的。
设计原理图(包括电路各部分的功能):
根据数控增益放大器功能要求,最终设计方案将电路分为以下几部分:
(1)信号产生及观测部分:实现信号的输入与增益的观测
(2)放大电路部分:实现信号的增益放大功能
(3)放大倍数输入及控制部分:实现增益放大倍数的手动自由控制
(4)放大倍数显示部分:实现放大倍数的显示
在实际电路接线中,由于异步计数器芯片的缺乏,采用一个同步计数器来代替,实现放大倍数0~7的显示。
四、本人负责的部分
(1)设计电路实现增益放大倍数的输入、控制与显示。
(2)实际接线中设计、检查74161同步计数器与其他部分的接线;调试过程中部分问题的发现与排除。
设计过程及遇到的问题:
整个设计过程我先后使用了以下三套设计方案,
(1)最初确定使用74LS283四位加法器实现放大倍数的显示比输入到模拟开关的数值+1,如图
使用加法器可以方便地实现显示放大倍数比输入地址+1的功能,接线简洁,所需芯片数量少,芯片功能简单易懂,可大大地减少工作量,但由于实验室没有74LS283加法器,我不得不更换其他方案。
(2)采用两片74161同步计数器代替加法器实现放大倍数的输入、控制与显示,如图,
左边的计数器输出信号引入到模拟开关的输入端,两片同步计数器采用同一个脉冲信号,在第一个计数循环,两片计数器均从0计数到8;之后左边的计数器反馈置数为0,右边的计数器反馈置数为1,从而第二个计数循环,右边的计数器总比左边的计数器输出超前1,实现放大倍数的显示比输入到
模拟开关的数值+1。
该方案只需一个开关控制脉冲,操作较方便。然而,接下来的测试中,我发现其存在很大的漏洞。进入第三个计数循环之后,实际放大倍数为1时,显示却为2;实际放大倍数为2时,显示却为3……下面我来分析一下为何会发生此类问题。
使用该方案只有在第二个计数循环能实现+1功能,进入第三个循环之后则会发生错位。因为进入第二个循环左边计数器的循环为0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000,而右边计数器循环
0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-0001;此时可以正常地完成显示+1功能。
下面进入第三个计数循环:左边计数器的计数循环为0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-0000,右边计数器为0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-0001-0010-0011。左边计数器循环模长为9,右边计数器循环模长为8,同样,接下来每经过一次循环就会发生一次错位,因此在第二个循环之外的其他计数循环都会发生错位,而且每过八个计数循环才能出现一次所需要的正常的计数过程。
两个计数循环模长不等是造成错位问题的根本原因,也正是我在设计过程中所忽略的一点,这使得该部分的操作、观测变得极为繁琐,而无法完整地、稳定地实现显示+1功能。由于上述问题,我不得不放弃该方案,不过该方案也为我接下来的设计提供了基本思路,我只需针对这些错位问题做些改进。
(3)最终设计方案:采用两片74193异步计数器代替74161同步计数器实现放大倍数的输入、控制与显示,如图,异步计数器只需置数端达到有效电平无需脉冲到来就能完成置数,这个特点对于我的设计非常有用。
与方案(2)一样采用一个开关控制脉冲,另一个开关在电路运行瞬间断开,稳定运行时闭合,中间使用一个反相器将输入信号同时导入两个芯片的置数端,左边的计数器进行0~7计数循环,右边计数器进行1~8计数循环,两者循环模长相等,不会发生错位。
当然,该方案也并不完美,还有可以改进的地方,例如置数开关可以简化
或省略,采用其他手段简化或减少一个计数器等等,由于个人能力有限以及时间较为紧张,仅做到了这种程度,但这已经可以很好地完成所需的功能。
五、仿真设计结果
1、仿真电路图
由仿真电路图,根据电路各部分的原理和功能,将整个电路分为四部分:(1)信号产生及观测部分
该部分包括一个信号发生器和一个双踪示波器。由信号发生器产生相应的一定频率、幅度和波形的信号输入到放大器同向输入端,示波器分别连接到同相输入端和输出端,同时观测并对比两端的波形。
(2)放大电路部分
该部分包括LF412运算放大器、ADG408(实际接线采用CC4051)八位模拟开关、一个1Ω
k电阻串联。一个1Ω
k电阻R1
k电阻、七个1Ω
通过运放反向输入端接地,由运算放大器虚短特性,反向输入端与同向输入端电压相同。当八位模拟开关接收到某个二进制信号,控制相应的那个开关接通,其余开关断开,将N个1Ω
k电阻从运放方向输入端到输出端接入电路,从而控制电阻R2的阻值,实现输出信号为输入信号的N+1倍。
(3)放大倍数输入及控制部分(该部分由本人设计)
该部分由一个74193异步置数计数器、一个74LS04反相器和一个开关组成。该异步计数器为脉冲上升沿触发,开关每次断通则输入一个上升沿脉冲,则放大倍数加一,当计数器输出二进制数为1000时,反相器输出高电平,立即反馈清零,1000值停留很短时间就瞬间跳变为0000,因此该计数器输出到八位模拟开关的二进制信号为000—001—010—011—100—101—110—111—000的循环,增益放大倍数为1-2-3-4-5-6-7-8-1的循环。
(4)放大倍数显示部分(该部分由本人设计)
该部分由一个异步计数器、一个显示器和一个开关组成。在整个电路运行之初,开关断开,计数器直接置数到0001,显示器显示放大倍数为1;然后开关闭合,电路进入正常运行,该计数器和倍数输入控制部分的计数器共用同一个脉冲和同一个置数信号,实现两个计数器