基于单片机的可控增益放大器设计
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１ 步进式可控增益放大器设计方案
在图１所示的基本放大电路中，其电压放大倍数（即增益）为：
（１ ）
从（１）式 得知，要使增益Ａ变化，
只需变化Ｒｆ或Ｒｉ之值即可。从理论上讲
只需用一只可变电阻器替代Ｒｆ或Ｒｉ即可
改变Ａ值。但实际上是不行的，因为可
变电器的阻值变化是很有限的，而且精
度也较差。如果用ＡＤ转换器（如ＡＤ７５２０） 代替Ｒｉ，如图２所示。其中Ｄ０￣Ｄ９是经单
只要前级和中间级的放大倍数 为：
（３）
由１０４０×１０００／１０２４＝１０１６Ｄ＝３Ｆ８Ｈ，对输出放大器置数成３Ｆ８Ｈ就 可以得到１０００倍的放大。又如要得到５００倍的放大倍数，则由１０４０× ５００／１０２４＝５０８Ｄ＝１ＦＣＨ，对输出放大器置数成１ＦＣＨ就可以得到５００倍
技术创新
２００８年第４期 102
的特点。②在耦合电感的电压中必须正确计入互感电压的作用。一般
情况下，耦合电感的电压不仅与本电感的电流有关，还与其他耦合电
感的电流有关，是电流的多元函数。所以分析计算含有耦合电感的电
路时，应当注意这两个特殊性 。 ［３］
由此看来，引入互感自阻抗和互感互阻抗的概念使方程式变得有
些繁杂，但这种解法直观性好，易于理解，用这种方法求解回路个数
少，互感少的电路不失为一种好方法。
２ 结论
本文在应用回路法求解互感电路问题中引入互感自阻抗和互感互 阻抗概念，是对回路法求解电路的有益补充。实践证明对于互感的同 侧和异侧等情况均适用，是分析互感电路的有效方法。
参考文献 ［１］ 邱关源 ． 电路（第三版）［Ｍ］ ． 北京：高等教育出版社， １９８１ ［２］ 王俊昆 ． 电路例题精选［Ｍ］ ． 郑州：河南科技出版社， １９９３ ［３］ 王仲奕，蔡理 ． 电路（第四版）习题解析［Ｍ］ ． 西安：西安交通 大学出版社， ２００２
图２ 接入ＡＤ７５２０的放大电路
图３ 带Ｒ－２Ｒ电阻网络的放大器
数字量Ｄ与放大器增益Ａ的关系表如表－１所示：
表－１ 数字量Ｄ与放大器增益Ａ的关系 通过调节的值，可使上表的对应关系得以满足。可见引入 ＡＤ７５２０及单片机控制后，放大器的增益可以任意改变且可以做到其 步距为１。
２ 系统的硬件设计
２．１ 程控放大器在测量放大器系统中的位置 程控放大器的常见应用之一是测量放大器。采用单片机控制的测 量放大器系统的组成框图如图４所示。在图４中，来自传感器或函数发 生器的模拟信号经过信号变换电路后送前置放大器，然后送程控放大
应用回路法分析互感电路的技巧
郭荣幸① 石 林②
（①郑州航空工业管理学院机电工程系 ②新乡航空工业集团客车空调研究所）
摘 要 耦合电感电路是一类典型的电路分析问题。针对耦合电感对电路电量的作用，本文在回路法分析中引入互感自阻抗与互 感互阻抗概念，根据回路电流对同名端的参考方向确定该阻抗在回路方程中的极性，实践证明此方法求解电路简便直观，具有普遍使 用价值。
又作了相应的放大，只要调整相应的输出放大器就得到要求的放大倍
数。现在采用的单片机控制的数／模转换器ＡＤ７５２０是１０位的Ｄ／Ａ转
换集成芯片，与微处理器完全兼容。１０位ＤＡＣ（ＡＤ７５２０）数字量每
改变一个ｂｉｔ，该放大器输 出就改变输入量的１／１０２４。因此，完全可以
实现放大倍数步距为１的变化。比如要求得到１０００倍的放大倍数，则
器进行再次放大；而程控放大器的增益要求可变，其数值则通过拨码 开关设置并送入单片机系统，单片机输出一方面送程控放大器控制其 增益按预置数值变化，一方面经译码驱动电路送ＬＥＤ显示该预置数 值。
图４ 采用单片机控制的测量放大器系统组成框图 图５ 程序控制放大器原理框图
２．２ 程序控制放大电路
程序控制放大电路由ＡＤ７５２０和运算放大器ＬＭ３１８［３］组成，增益控
制字由单片机送出。程序控制放大电路的原理框图如图５示。采用四
位ＢＣＤ拨码开关，用来预置调节差模电压增益。它的优点是断电后再
开启时，不用重新置数。单片机用于将拨码开关设置的数值转化为程
控放大器的控制字，并且送显示电路。显示驱动电路采用ＣＭＯＳ通用
型８位ＬＥＤ数码管驱动电路ＭＣ１４４９５［４］，它内含位和段驱动电路及自动
制能表示的最大十进制数为１０２３。如果
将每位定为０， 则十进制也为０；如将十
位二进制全定义为１，则
。ＡＤ７５２０可看成是一个Ｒ－２Ｒ电
阻网络（见图 ３）， 而１０位数据口的输
入则相当于对该网络的输入电阻进行编
程，对于输入不同的数值量， 得到不同
图６ Ａｄ７５２０引脚排列
的输出、输入电压比。由于前级放大器已经做了相应的放大，中间级
放大器增益是放大器的一项重要技术指标。电路设计时不但要求 增益尽可能高和稳定，而且在许多场合如测控技术、计算机自动控制 等方面都希望放大器增益能够按使用者的要求进行改变。如果直接用 改变电路参数的方法来达到此目的显然不方便，而且达不到测量的精 度。本文提出了一 种基于单片机编程的设计方法，可以做到方便地 改变放大器的增益且可使增益步距为１。
（收稿日期：２００８·０２·２６）
扫描控制电路，还有８×８位的静态存储器以及七段１６进制显示码和
１０进制显示译码电路。该电路采用单一＋５ ｖ电源供电，数据在电压降
至２ Ｖ时仍可保存不丢失；它与ＭＣＳ－５１系列单片机的接口非常简
单，而且８位ＬＥＤ数码管直接与ＭＣ１４４９５相连，不需接上拉电阻。程
控 放 大 部 分 包 括 Ｄ／Ａ转 换 器 Ａ Ｄ７５２０和 输 出 放 大 。 通 过 Ｄ ／ Ａ转换 器
解：对 回路，根据 可得：
式中 项
和
对 回路，根据
为互感互阻抗。 可得：
（１）
（２）
式中项 （２）式中
同理，对
和wenku.baidu.com
为互感互阻抗，应当注意的是在
既是自阻抗又是互阻抗。
回路有：
（３）
式中项
为互感互阻抗
联立方程式（１）式、（２）式、（３）式即为该电路的回路方
程。
从本题的解法可以看出：①含耦合电感的电路具有含受控源电路
（收稿日期：２００８·０２·２７）
的放大，从而实现步距为１的０倍￣５００倍的放大。
３ 程序控制增益流程图
增益控制由单片机完成。增益控制程序流 程图如图７所示。上电开始工作， 据所需的增益 值置拔码开关，由单片机取出存储器中的增益 控制字，然后进行ＢＣＤ码转换，形成送程控放 大部分的控制量，从而实现增益的程序控制。
加一项互感互阻抗
，若两回路电流的参考方向对同名端一致
时取“＋”，反之取“－”。
根据上述原则在回路法中引入互感自阻抗与互感互阻抗可以更
方便地列写回路方程。
例：如图１所示，列写该电路回路方程：
图１ 例题电路图 分析：该电路既包含互感的同侧并联又包含互感的异侧并联，还 具有电感的松耦合情况，是互感电路分析的典型例证。采用回路法分 析是有效方法，但由于互感情况较多，列方程容易出错，采用上述分 析原则，可以直观的求解。
图１ 基本放大电路
片机处理的数据，最小为 ０，最大为１０２３，这样就可以达到较精确的
改变Ａ的大小的目的，从而使放大器提高了测量精度［１］。ＡＤ７５２０可以
看成一个Ｒ－２Ｒ电阻网络，这样图２就可以等效成图３所示的带Ｒ－２Ｒ电
阻网络的放大器。结合图２、图３很容易得到增益Ａ的表达式如公式
（２）所示：
（２）
关键词 耦合电感 回路法 电路 互感自阻抗 互感互阻抗
互感电路的计算方法与一般电路计算方法相同。常用的方法有等 效法、节点电压法、回路电流法等［１］。但耦合电感上的电压和电流关 系式的形式与其同名端位置有关，与其上电压和电流的参考方向也有 关，这使得互感电路的计算相对复杂。由于耦合电感上的电压是自感 电压和互感电压之和，因此列方程分析这类电路时，如不做去耦等 效，则多采用网孔法和回路法。为了使这一类问题的求解具有一般 性，本文提出相应的分析技巧。
ＡＤ７５２０把输入电压放大到手工调节的倍数。
增益控制的实现过程如下（电路原理图如图２示）：Ｄ／Ａ转换器
ＡＤ７５２０的管脚排列如图６示［２］。将模拟信号（－１０Ｖ￣＋１０Ｖ）从参考电
源
端输入，而放大倍数所转换成的二进制数从
输入。
通过Ｄ／Ａ转换将模拟信号放大到欲
实现的放大倍数并有倒相功能。设计中
要求将信号放大０倍￣１０００倍。十位二进
１ 回路法分析互感电路
采用回路法分析互感电路时，根据耦合电感对电路的作用。本文
引入互感自阻抗和互感互阻抗概念并应注意以下两个问题［２］：
（１）当本回路电流通过的线圈间存在互感时，自阻抗中增加一
项互感自阻抗
，若回路电流对同名端流入（流出）方向相同
取“＋”，反之取“－”。
（２）任何两个回路电流通过的线圈间存在互感时，互阻抗中增
101
２００８年第４期
技术创新
基于单片机的可控增益放大器设计
伍乾永 陈 彬
（四川理工学院电子与信息工程系）
摘 要 本文介绍了一种基于单片机步进式可变增益放大器的设计方法。该放大器由Ｄ／Ａ转换器、运放及单片机组成，实现了增 益步进距离为１，并能通过显示器动态显示其放大增益值。
关键词 可变增益放大器 Ｄ／Ａ转换器 单片机
４ 结论
本设计作为测量放大器的一部分，经验证， 它以较简洁的方式实现了增益范围为０倍到１０２４ 图７ 程序控制增益流程图
倍步距为１的可变增益放大，较好地满足了对不同强度信号的测量。
参考文献 ［１］ 张剑平 ． 程控放大器及其精度研究［Ｊ］ ． 仪器仪表学报， ２００６，６：３ ［２］ Ｔｈｅ ＡＤ７５２０ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ［Ｍ］ ． ＡＮＡＬＯＧ Ｉｎｃ． ２００７： １－２ ［３］ Ｔｈｅ ＬＭ３１８ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ［Ｍ］ ． ＴＩ Ｉｎｃ． １９９４，４：１－４ ［４］ Ｔｈｅ ＭＣ１４４９５ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ［Ｍ］ ． ＭＯＴＯＲＯＬＡ Ｉｎｃ． ２００１：１－２ ［５］ 姚福安 ． 电子电路设计与实践［Ｍ］ ． 山东： 山东科技出版社， ２００１ 作者简介 伍乾永（１９５５－），副教授，长期从事模拟、数字电子技 术的教学和研究。
在图１所示的基本放大电路中，其电压放大倍数（即增益）为：
（１ ）
从（１）式 得知，要使增益Ａ变化，
只需变化Ｒｆ或Ｒｉ之值即可。从理论上讲
只需用一只可变电阻器替代Ｒｆ或Ｒｉ即可
改变Ａ值。但实际上是不行的，因为可
变电器的阻值变化是很有限的，而且精
度也较差。如果用ＡＤ转换器（如ＡＤ７５２０） 代替Ｒｉ，如图２所示。其中Ｄ０￣Ｄ９是经单
只要前级和中间级的放大倍数 为：
（３）
由１０４０×１０００／１０２４＝１０１６Ｄ＝３Ｆ８Ｈ，对输出放大器置数成３Ｆ８Ｈ就 可以得到１０００倍的放大。又如要得到５００倍的放大倍数，则由１０４０× ５００／１０２４＝５０８Ｄ＝１ＦＣＨ，对输出放大器置数成１ＦＣＨ就可以得到５００倍
技术创新
２００８年第４期 102
的特点。②在耦合电感的电压中必须正确计入互感电压的作用。一般
情况下，耦合电感的电压不仅与本电感的电流有关，还与其他耦合电
感的电流有关，是电流的多元函数。所以分析计算含有耦合电感的电
路时，应当注意这两个特殊性 。 ［３］
由此看来，引入互感自阻抗和互感互阻抗的概念使方程式变得有
些繁杂，但这种解法直观性好，易于理解，用这种方法求解回路个数
少，互感少的电路不失为一种好方法。
２ 结论
本文在应用回路法求解互感电路问题中引入互感自阻抗和互感互 阻抗概念，是对回路法求解电路的有益补充。实践证明对于互感的同 侧和异侧等情况均适用，是分析互感电路的有效方法。
参考文献 ［１］ 邱关源 ． 电路（第三版）［Ｍ］ ． 北京：高等教育出版社， １９８１ ［２］ 王俊昆 ． 电路例题精选［Ｍ］ ． 郑州：河南科技出版社， １９９３ ［３］ 王仲奕，蔡理 ． 电路（第四版）习题解析［Ｍ］ ． 西安：西安交通 大学出版社， ２００２
图２ 接入ＡＤ７５２０的放大电路
图３ 带Ｒ－２Ｒ电阻网络的放大器
数字量Ｄ与放大器增益Ａ的关系表如表－１所示：
表－１ 数字量Ｄ与放大器增益Ａ的关系 通过调节的值，可使上表的对应关系得以满足。可见引入 ＡＤ７５２０及单片机控制后，放大器的增益可以任意改变且可以做到其 步距为１。
２ 系统的硬件设计
２．１ 程控放大器在测量放大器系统中的位置 程控放大器的常见应用之一是测量放大器。采用单片机控制的测 量放大器系统的组成框图如图４所示。在图４中，来自传感器或函数发 生器的模拟信号经过信号变换电路后送前置放大器，然后送程控放大
应用回路法分析互感电路的技巧
郭荣幸① 石 林②
（①郑州航空工业管理学院机电工程系 ②新乡航空工业集团客车空调研究所）
摘 要 耦合电感电路是一类典型的电路分析问题。针对耦合电感对电路电量的作用，本文在回路法分析中引入互感自阻抗与互 感互阻抗概念，根据回路电流对同名端的参考方向确定该阻抗在回路方程中的极性，实践证明此方法求解电路简便直观，具有普遍使 用价值。
又作了相应的放大，只要调整相应的输出放大器就得到要求的放大倍
数。现在采用的单片机控制的数／模转换器ＡＤ７５２０是１０位的Ｄ／Ａ转
换集成芯片，与微处理器完全兼容。１０位ＤＡＣ（ＡＤ７５２０）数字量每
改变一个ｂｉｔ，该放大器输 出就改变输入量的１／１０２４。因此，完全可以
实现放大倍数步距为１的变化。比如要求得到１０００倍的放大倍数，则
器进行再次放大；而程控放大器的增益要求可变，其数值则通过拨码 开关设置并送入单片机系统，单片机输出一方面送程控放大器控制其 增益按预置数值变化，一方面经译码驱动电路送ＬＥＤ显示该预置数 值。
图４ 采用单片机控制的测量放大器系统组成框图 图５ 程序控制放大器原理框图
２．２ 程序控制放大电路
程序控制放大电路由ＡＤ７５２０和运算放大器ＬＭ３１８［３］组成，增益控
制字由单片机送出。程序控制放大电路的原理框图如图５示。采用四
位ＢＣＤ拨码开关，用来预置调节差模电压增益。它的优点是断电后再
开启时，不用重新置数。单片机用于将拨码开关设置的数值转化为程
控放大器的控制字，并且送显示电路。显示驱动电路采用ＣＭＯＳ通用
型８位ＬＥＤ数码管驱动电路ＭＣ１４４９５［４］，它内含位和段驱动电路及自动
制能表示的最大十进制数为１０２３。如果
将每位定为０， 则十进制也为０；如将十
位二进制全定义为１，则
。ＡＤ７５２０可看成是一个Ｒ－２Ｒ电
阻网络（见图 ３）， 而１０位数据口的输
入则相当于对该网络的输入电阻进行编
程，对于输入不同的数值量， 得到不同
图６ Ａｄ７５２０引脚排列
的输出、输入电压比。由于前级放大器已经做了相应的放大，中间级
放大器增益是放大器的一项重要技术指标。电路设计时不但要求 增益尽可能高和稳定，而且在许多场合如测控技术、计算机自动控制 等方面都希望放大器增益能够按使用者的要求进行改变。如果直接用 改变电路参数的方法来达到此目的显然不方便，而且达不到测量的精 度。本文提出了一 种基于单片机编程的设计方法，可以做到方便地 改变放大器的增益且可使增益步距为１。
（收稿日期：２００８·０２·２６）
扫描控制电路，还有８×８位的静态存储器以及七段１６进制显示码和
１０进制显示译码电路。该电路采用单一＋５ ｖ电源供电，数据在电压降
至２ Ｖ时仍可保存不丢失；它与ＭＣＳ－５１系列单片机的接口非常简
单，而且８位ＬＥＤ数码管直接与ＭＣ１４４９５相连，不需接上拉电阻。程
控 放 大 部 分 包 括 Ｄ／Ａ转 换 器 Ａ Ｄ７５２０和 输 出 放 大 。 通 过 Ｄ ／ Ａ转换 器
解：对 回路，根据 可得：
式中 项
和
对 回路，根据
为互感互阻抗。 可得：
（１）
（２）
式中项 （２）式中
同理，对
和wenku.baidu.com
为互感互阻抗，应当注意的是在
既是自阻抗又是互阻抗。
回路有：
（３）
式中项
为互感互阻抗
联立方程式（１）式、（２）式、（３）式即为该电路的回路方
程。
从本题的解法可以看出：①含耦合电感的电路具有含受控源电路
（收稿日期：２００８·０２·２７）
的放大，从而实现步距为１的０倍￣５００倍的放大。
３ 程序控制增益流程图
增益控制由单片机完成。增益控制程序流 程图如图７所示。上电开始工作， 据所需的增益 值置拔码开关，由单片机取出存储器中的增益 控制字，然后进行ＢＣＤ码转换，形成送程控放 大部分的控制量，从而实现增益的程序控制。
加一项互感互阻抗
，若两回路电流的参考方向对同名端一致
时取“＋”，反之取“－”。
根据上述原则在回路法中引入互感自阻抗与互感互阻抗可以更
方便地列写回路方程。
例：如图１所示，列写该电路回路方程：
图１ 例题电路图 分析：该电路既包含互感的同侧并联又包含互感的异侧并联，还 具有电感的松耦合情况，是互感电路分析的典型例证。采用回路法分 析是有效方法，但由于互感情况较多，列方程容易出错，采用上述分 析原则，可以直观的求解。
图１ 基本放大电路
片机处理的数据，最小为 ０，最大为１０２３，这样就可以达到较精确的
改变Ａ的大小的目的，从而使放大器提高了测量精度［１］。ＡＤ７５２０可以
看成一个Ｒ－２Ｒ电阻网络，这样图２就可以等效成图３所示的带Ｒ－２Ｒ电
阻网络的放大器。结合图２、图３很容易得到增益Ａ的表达式如公式
（２）所示：
（２）
关键词 耦合电感 回路法 电路 互感自阻抗 互感互阻抗
互感电路的计算方法与一般电路计算方法相同。常用的方法有等 效法、节点电压法、回路电流法等［１］。但耦合电感上的电压和电流关 系式的形式与其同名端位置有关，与其上电压和电流的参考方向也有 关，这使得互感电路的计算相对复杂。由于耦合电感上的电压是自感 电压和互感电压之和，因此列方程分析这类电路时，如不做去耦等 效，则多采用网孔法和回路法。为了使这一类问题的求解具有一般 性，本文提出相应的分析技巧。
ＡＤ７５２０把输入电压放大到手工调节的倍数。
增益控制的实现过程如下（电路原理图如图２示）：Ｄ／Ａ转换器
ＡＤ７５２０的管脚排列如图６示［２］。将模拟信号（－１０Ｖ￣＋１０Ｖ）从参考电
源
端输入，而放大倍数所转换成的二进制数从
输入。
通过Ｄ／Ａ转换将模拟信号放大到欲
实现的放大倍数并有倒相功能。设计中
要求将信号放大０倍￣１０００倍。十位二进
１ 回路法分析互感电路
采用回路法分析互感电路时，根据耦合电感对电路的作用。本文
引入互感自阻抗和互感互阻抗概念并应注意以下两个问题［２］：
（１）当本回路电流通过的线圈间存在互感时，自阻抗中增加一
项互感自阻抗
，若回路电流对同名端流入（流出）方向相同
取“＋”，反之取“－”。
（２）任何两个回路电流通过的线圈间存在互感时，互阻抗中增
101
２００８年第４期
技术创新
基于单片机的可控增益放大器设计
伍乾永 陈 彬
（四川理工学院电子与信息工程系）
摘 要 本文介绍了一种基于单片机步进式可变增益放大器的设计方法。该放大器由Ｄ／Ａ转换器、运放及单片机组成，实现了增 益步进距离为１，并能通过显示器动态显示其放大增益值。
关键词 可变增益放大器 Ｄ／Ａ转换器 单片机
４ 结论
本设计作为测量放大器的一部分，经验证， 它以较简洁的方式实现了增益范围为０倍到１０２４ 图７ 程序控制增益流程图
倍步距为１的可变增益放大，较好地满足了对不同强度信号的测量。
参考文献 ［１］ 张剑平 ． 程控放大器及其精度研究［Ｊ］ ． 仪器仪表学报， ２００６，６：３ ［２］ Ｔｈｅ ＡＤ７５２０ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ［Ｍ］ ． ＡＮＡＬＯＧ Ｉｎｃ． ２００７： １－２ ［３］ Ｔｈｅ ＬＭ３１８ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ［Ｍ］ ． ＴＩ Ｉｎｃ． １９９４，４：１－４ ［４］ Ｔｈｅ ＭＣ１４４９５ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ［Ｍ］ ． ＭＯＴＯＲＯＬＡ Ｉｎｃ． ２００１：１－２ ［５］ 姚福安 ． 电子电路设计与实践［Ｍ］ ． 山东： 山东科技出版社， ２００１ 作者简介 伍乾永（１９５５－），副教授，长期从事模拟、数字电子技 术的教学和研究。