可编程数控增益放大器的设计与制作
作者:徐继业
[摘要]
当接通电源时，220V电压经过桥式整流、滤波电容、稳压二极管等转化为正负15伏电源，给放大器供电，本文主要介绍用计数器控制放大器的放大增益的不同，从而得到想要的放大倍数。就是给计数器脉冲使计数器计数，同时在四个数据输出端输出不同的状态经反相器和模拟开关使对应输出端的电阻工作，给放大器一个输入信号，由前面的工作电阻的大小决定了输出放大增益的大小。我们使用的芯片有：放大器UA741、模拟开关C4066、计数器74LS161、反相器74LS04。[关键词]
数控增益 16 放大
一、设计思路、方案对比与选择
1、设计思路
数控增益放大器是计算机控制模拟系统中经常用到的，要做出这样的增益放大需找一个切合实际的题目，题目的选择是做增益放大的关键。我们做的是用放大器来实现增益，我们所选的放大器是uA741。首先给放大器一个信号。然后再用4个不同阻值的电阻。让它们进行不同的并联，使其产生不同的变化，出现不同的阻值。要实现这样的变化，我在前面使用了16进制的计数器来实现，它可以产生16种不同的状态。计数器的工作是用一个开关来实现，用一个开关给它脉冲让它产生16种不同的状态。计数器从Q0Q1Q2Q3出来的初始状态我们设置为0000，以后每次摁一下后面就加1。直到计数器出现1111时，是计数器的最后一种状态，也是这个电路增益到最大的值。然后依次循环。在计数器后面我加了个反向器，这个反向器的作用是因为，在反向器后面需要一个4066的模拟开关，要使这个开关工作，必须先要给它一个高电平才可以来使模拟开关工作。我们这个电路是需要低电平才可以工作，这样就必须使用一个反向器。让模拟开关的一端接入高电平，高电平进入反向器转化低电平，这样就可以使整个电路处在工作的状态。整个电路的计算可以用公式来计算，这个放大的倍数在于放大器2、6脚的电阻，我们所选的是100K。公式为：AV=1+R7/Rx，当计数器出现0001时，它的放大倍数为11倍：AV=1+100/10=11。当Q0Q1Q2Q3出来的是1111时，是我这个电路出现的最大值为27倍：AV=1+100//10+15+20+25=27。
2、方案对比与选择
方案1
在这电路图中主要是运用开关来控制16种不同的增益。主要的控制方法用函数信号发生器接Ui，给它一个信号。然后进行开关的闭合，4个不同阻值的大小进行了并联。使其不同的开关闭合，出现不同的阻值，例如：当S1闭合，它的放大倍数应为：1+100/10=11。从而产生16种不同的现象
如图1所示
图1
方案2
这种方案是给Ui一个信号，再运用了单个开关给计数器一个脉冲，使其产生16种不同的状态。当为高电平的时候，经过反向器转化为低电平，二极管导通，使其电路工作。例如：当计数器输出为1111的时候，公式：AV=1+R7/Rx则Av=1+100/10//15//20//25≈27
如图2所示。
图2
方案3
这个方案给Ui一个输入信号，运用单个开关触发给计数器一个脉冲，使其计数器工作。输出16种不同的状态，然后达到不同的增益效果。计数器输出的状态通过反向器，由高电平转低电平，由低电平转到高电平。当进入反向器为高电平的时候，模拟开关4066导通。4个不同阻值的电阻进行任意并联，产生16种不同的增益。例如：当计数器输出的是1100的时候，电阻R4和R5并联。由AV=1+R7/Rx得：AV=1+100/20//25=10 如图3所示：
图3
方案1 这个方案它是用了4个开关来实现，这样也可以做出增益放大器。但这不符合我所选的题目，没有达到我们题目的要求，所以我们不选此方案。
方案2 这个方案用一个开关给计数器脉冲，使计数器产生16种不同的状态。这个方案完全达到我们题目的要求，但这个电路最大的缺点是二极管2AP9有个门限电压，它不可以对小信号进行放大，这是这个电路的最大缺点，所以我们不选这种方案。
方案3 这个方案是用一个开关给计数器脉冲来促使计数器工作，让计数器输出16种不同的状态，这个方案和第二个方案唯一的不同点是，我们用的是4066的模拟开关来实现。它的最大好处就是可以使大小的信号都可以放大。所以我们选择了这种方案。
本课题还可以利用单片机来实现,但是由于学校条件有限和我自身在编程方面的薄弱基础,加上使用单片机做本课题显的大材小用了,综合多方因素考虑,所以不采用此方案,在这里也不详细描述了。
二、单元电路设计与计算
1、电路原理方框图如图4所示：
图4
2、单元电路介绍(元器件芯片)
2．1计数器
在电子计算机和数学逻辑系统中，计数器是最基本的部件之一，它能累计输入脉冲的数目，就像我们数数字一样，如来的时钟脉冲的宽度一定时，计数器就成了定时器，在自动化控制等许多方面有不可替代的作用。
根据电路逻辑设计的不同，计数器可以进行加法计数，这样做比较符合人们的习惯；计数器也可以进行减法计数，这种方法在定时控制中用得比较多，或者可以进行两者兼有的可逆计数。
计数器是数字系统中应用场合最多的时序电路,它不仅能用于对时钟脉冲个数进行计数,还可以用于定时\分频及数字运算等。
2．1．1分类
计数器的种类繁多,从不同角度出发,有不同的分类方法:
按计数器中触发器翻转的时续异同分,有同步计数器和异步计数器,同步计数器中各触发器均采用同一个CP脉冲触发,而异步计数器中各触发器的CP在两个以上。
按计数器的功能,即其数字的变化规律分,有加法(递增)计数器\减法(递减)计数器和可逆(加法\减法)计数器。
按计数体制来分,有二进制计数器\二--十进制计数器(或称十进制计数器)\任意进制(或称N进制)计数器。如果构成计数器的触发器个数为n,二进制计数器在计数脉冲作用下,有效循环的状态数为个;十进制计数器有效循环的状态数为10个;状态数不等于2n和10的,就是任意进制了。
2．1．2 四位同步二进制计数器74LS161
74LS161 是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十六进制上升沿计数器 , 各脚功能见表1、管脚图见图5
控制端的作用简述如下：
（1）清零。Cr是具有最高优先级别的异步清零端，当 Cr=0时，不管其他控制信号如何，计数器清零。
（2）置数。当Cr=1时，具有次优先权的为LD，当LD=0时，输入一个CP上升沿，则不管其他控制端如何，计数器置数，即QDQCQBQA=DCBA。
（3）计数。当 Cr=LD=1时，且优先级别最低的使能端S1=S2=1时,在CP上升沿触发下，计数器进行计数。
（4）保持。当Cr=LD=1时，且S2和S1中至少有一个为0时，CP将不起作用计数器保持原状态不变。
图5
2．2六反相器74LS04 参数:
电源电流最大值6.6mA
传输延时时间 t PLH ≤15ns t PHL ≤15ns 74LS04真值表：见表2
表2
74LS04管脚图：见图6
图6
2.3双向模拟开关4066
双向模拟开关4066包含了四个独立的双向模拟开关,开关状态由逻辑信号CONT 控制。当控制信号为高电平时,对应开关的输入与输出间等效为一个几十欧姆的电阻,也就是说该开关闭合。反之,当控制信号为低电平时,对应开关关断。 下图为模拟开关4066管脚图：见图7
图7 主要参数:
1、电源电压范围 V
DD -V
SS
=3～18
2、导通电阻R
on
:60～80Ω,最大值为240Ω
3、在电源电压为15V,R
L =10K的条件下,四个模拟开关的R
on
的差异不大于5Ω
4、传输信号的上限频率:40MHz
5、关断时输入输出间漏电流:0.1nA～0.1uA,其值随输入输出间电压的增大或器件温度的升高而增加。
6、平均传输延时时间t
pd 约40ns。增大电源电压可使t
pd
下降
7、控制端逻辑电平值V
E :电源电压为5V时,V
EL
≤1V,V
EH
≥3.5V。电源电压为15V时, V
EL
≤2V,V
EH
≥11V。
8、4066功能表：见表3
表3
注:Z为高阻态
2.4集成运算放大器
运算放大器是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。它首先应用于电子模拟计算机上,作为基本运算单元电路,可以完成加减、积分\微分\乘除等数学运算。由于它能将信号进行各种组合和实现各种不同功能的运算处理,加上集成化技术的提高,它的性能更加理想,在自动控制系统和测量装置中,也有广泛的应用。目前运算放大主要以集成电路的形式出现。
2.4.1分类
集成运放根据其用途特点可分为通用型运放和专用型运放。
通用型运放包括F741\F747\LM324等,价格便宜,使用方便,可用作一般的模拟信号放大器和反馈放大器\信号产生电路和有源滤波电路等。
专用型运放种类很多,根据各种特殊需要而设计,大致有:
(1)低功耗集成运放,如F253\F012\F013。
(2)高精度集成运放----漂移和噪声非常低,增益和共模抑制比非常高的运放。包括
OP07\F032\F714等。
(3)高输入阻抗集成运放。采用场效应管构成的高输入阻抗集成运放,其输出阻抗可达1012
Ω数量级。
(4)高速集成运放(如LM318),可用于A/D\D/A转换\有源滤波\模拟乘法器等。另外还有
高压集成运放,可以解决高输出电压或高输出功率的要求。
按封装类型可分为单运放集成块(741系列)\双运放集成块(LM358)\四运放集成块(LM324)等。
按功率分类,有微功耗型和大功率型等等。
2.4.2反相比例运算电路
如图8所示,输入信号u
i
经输入外接电阻R1送到反相输入端,而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻Rf跨接在输出端和反相输入端之间,形成电压并联负反馈。
根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据:流入放大器的电流趋近于零,i
+ ≈i
_
≈0,反相输入端与同相输入端电位近似相等,u
_≈u
+
得:所以u
i
- u
_
/R1= u
_
-u
o
/Rf;即u
i
/ R1=-
Rf/R1故闭环(引入反馈后的)电压放大倍数为式中负号表明输出电压与输入电压相位相反。他们的关系是比例放大的关系只要R1和Rf的阻值足够精确,就保证了比例运算的精度和工作稳定性,与三极管构成的电压放大电路相比较,显然用运算放大器设计电压放大电路既方便,性能又好,更有意思的是它还可以按比例缩小。
图中的R2是一个平衡电阻,其作用是为了使两个输入端的外接电阻相等,从而保证输入级
差分放大电路的偏置电路对称。R2=R1//Rf特例:当取R1=Rf,可得u
o =-u
i
,称为反相器。
图8
2.4.3同相比例运算电路
如图9所示,输入信号u
i
通过外接电阻R2输入送到同相输入端,而反相输入端经电阻R1接地。反馈电阻Rf跨接在输出端和同相输入端之间,形成电压串联负反馈。
根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据:反相输入端与同相输入端电压相等,
u _≈u
+
≈u
i
流入放大器的电流趋近于零, i
+
≈i
_
≈0得:i
i
=i
f
+ i
_
≈i
f
由图可列出0- u
_
/R1=
u _-u
o
/Rf;即-u
i
/R1=- (u
i
- u
o
/Rf)解之u
o
=（1+Rf/R1）u
i
闭环电压放大倍数为Auf= u
o
/u
i
=1+
Rf/R1可见u
o 与u
i
间的比例关系也可认为与运算放大器本身无关,只取决于电阻,其精度和
稳定性非常高。注意到Auf为正值,这表示u
o 与u
i
相同,且Auf总是大于或等于1,即只能
放大信号,这点与反相比例运算电路不同。另外,在同相比例运算电路中,信号源提供的信号电流为0,即输入电阻无穷大,这也是同相比例运算电路特有的优点。
当R1=∞(断开)或Rf=0时,则Auf= u
o /u
i
=1输出电压与输入电压始终相同,这称为电压
跟随器,我们在讨论射极输出器时提到过,电压跟随器放在输入级可减轻信号源的负担,放在两级电路的中间,可以起到隔离电路的作用。
图9
2.5通用型集成运算放大器F741(F007、UA741)
UA741的共模输入电压范围宽，即使信号幅度超过共模输入范围也不会引起阻塞和自激振荡。同时内部有频率补偿措施，因此不需外接补偿电容。另外，UA741的输出有过载保护，长时间的的输出短路也不会损坏元器件。
使用中若要调零，可在两调零端间接一电位器，并把动端接电源V-来进行调零调节。
1.UA741为通用型集成运放,主要技术指标为:开环电压增益80dB以上,差模输入电阻不小
于1MΩ,输入偏流小于50uA,KCMR大于86dB。
2.双列直插式UA741管脚如图所示
图中,管脚按逆时针方向排序,①脚、⑤脚为调零电位器;②脚为反相输入端;③脚为同相输入端;⑥脚为输出端;④脚为负电源;⑦脚为正电源;⑧脚为空脚。UA741通常采用双电源供电,电源电压为±12V～±15V。
三、安装、调试与故障分析
在经过一个周的查阅大量的资料后，我们在接下来的2周里进入了安装和调试阶段，在安装过程中我们遇到的困难不多，主要的就是对元件的不熟悉，导致电路的安装错误。在进行长时间的安装过程中对元件的了解取的了大量的知识。安装好电路后，我们开始了调试。接通电源，看到了吓人的场面，我们的放大器741发生了爆炸，这是我们在安装好后第一次的调试，这也我们在整个调试过程中遇到了第一个大难题。经过多次的反复观察，发现原来是放大器的引脚接错了，在老师的指导下，我们又对放大器进行调零电路的装接。最终放大器工作了，这是我们整个电路中的一部分。
放大器的安装好后，我们进行了下一步工作。在开始的时候我们选用的是在计数器的前面加一个555定时器，让555定时器产生的脉冲输入计数器。在555定时器的调试中，我们一直无法使其出现方波。这就是不能给计数器脉冲，这样就使计数器无法工作了，在
进行反复的实验还不能完成。在老师的提议下，我们选择了用一个开关来给计数器脉冲。这就完成了计数器的16种状态的问题。
在弄好整个电路后，我们给放大器一个输入信号，输入的电压为：0.5V。然后观察现象和测量数据了。在观察现象时，我们的电路出现了一个很大的错误。就是我们的电路不能对小信号进行放大，这就是我们的数据无法得出，也看不现象。这是我们在整个电路中遇到的最大困难，不能对小信号进行放大，这就表明我们的电路是一个很不完整的电路。在对整个电路进行大检查和老师的帮助下，我们得到了原来是二极管2AP9的问题，这个二极管它有一个缺点是不能放在我们的电路中，二极管2AP9它具有的门限电压导致了我们的电路不能对小信号进行放大。在老师的帮助下我们换二极管2AP9，用4066的模拟开关来替代二极管。这样可以对小信号也能够放大，这就符合了我们题目所要求的。
在经过反复的调试，故障的一一排除，我们终于看到了现象。在完成了调试工作后，在稳定的现象下，我们测出了数据，具体见表4：
表4
注:Rx为反相端对地电阻R2～R5的阻值或某种并联的组合。
四、心得体会
时至今日，几个礼拜的毕业设计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，其中有苦也有甜，乐趣尽在其中！没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结。但是通过这次做毕业设计发现自己的看法太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。
第一，接到任务以后进行方案选择。这就好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的。如果是错误，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。所以方案的选择很重要。
第二，方案确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的方案也大概有了一些了解，综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四，有了研究方向，就应该动手实现了。一步步地做下去之后，发现要做出来并不难，只不过每每做一会儿会发现一处错误要修改，就这样在不断的修改调试，再修改再调试。
论文完成了，预示我们真的要毕业了，面对人生的选择，明天是个不可逃避的东西，我想我一定会成为一个全新的我，继续认真、踏实的走我自己的人生之路。面对生活，我们没有退路，我们仍然年轻，我们还可以激情万丈，生活是实实在在的，每一个人都很普通，很平凡。梦想就像天空里可以远飞的风筝，但追求过高也难免于飘零。所以，还是脚踏实地的好，我们应该明白，峰回路转，两岸的风景在变，可水仍是水，生命的舟楫，最终还是握在掌舵人的手里。多少支歌唱过，多少首诗写过，又有多少人经历过？不必惶恐，也不必惊讶，生命总是会给我们答案的。
致谢
在此要感谢我的指导老师刘兴胜老师对我悉心的指导，感谢杨毅德教授、史保华主任给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。忠心的向你们说声：谢谢你们！！！老师你们辛苦了！！
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
新型多路数控增益放大器 信息来源: 维库开发网发布时间:2009年12月30日 在数字与模拟接口电路中，通常采用放大器和多路开关来完成信号的放大与通道的选择，常用芯片有LF147、CA3140等，多通道选择开关有AD7501等。目前尚没有具有多路放大的专用模拟接口芯片。采用传统的技术方案用做A／D转换器前端接口电路，需要对放大器电路进行增益调节，改变增益控制电阻的阻值达到放大量的变化，当遇到具有+／-极性的输入信号时，处理起来更加繁锁。另外，在小信号的状态下，如采用常用的8位A／D转换器，一个5 V(满量程)的输入信号的分辨率为1／256，一个2.5 V输入信号通过放大至满量程后，它的分辨率将提高1倍，一个小于1／256信号如直接采用A／D转换器，该信号则已无分辨率可言。这样必需通过放大器进行预放大。 开发研制的基于微组装工艺的集成化高精度多路数控增益放大器(型号为 DG8256)，是用MCM(多芯片组装)技术实现的。在极性处理方面采用绝对值电路使得输出信号为正值，采用8位A／D转换器时，对小信号均可通过数字控制的方法进行256级增益控制，从而实现了高精度的连续放大。低频高精度A／D转换器的理想前级，放大器具有8个通道的信号输入。基于MCM技术的多路数控增益放大器体积小、重量轻，适用于小型微机处理系统中模拟接口电路，而且放大器具有良好的温度特性，适用于军事、商业、工业、民用领域。 1主要技术参数 开发该接口模块源于某雷达发射设备的控制与保护电路的研制。电路需要模拟接口电路，与以往的雷达发射机控制与保护电路不同的是对体积要求更高，要求在很小的体积下完成复杂的信号采样与控制。这就启发了我们开发研制该模块。模块具备8个通道信号输入，每个通道的信号具有正负信号输入能力，模块末级输出为正值输出，通道选择采用TTL信号控制，信号具有增益可控的能力，增益控制采用TTL电平控制。模块的主要技术参数如下： a)供电电源：±12 V； b)输入信号幅度：-5 V～+5 V； c)输入通道数：3位数控(S0～S2)，8通道信号输入(Vin0～Vin7)； d)输出信号幅度：0～+5 V； e)输入信号频率：i≥5 kHz； f)放大可控增益：-16 dB～+16 dB； g)放大器线性度：≤2％； h)增益调节：8位数控(G0～G7)，256级线性； i)输入阻抗：≥510 kΩ； j)输出电流：≥2 mA； k)工作温度：-55℃～+85 ℃； 1)封装：DIP(双列直插式封装)24脚； m)外型尺寸：长×宽×高为33 mm×21 mm×6.0 mm： n)镀金引脚：引脚长5 mm。 2功能特性与电路原理 2.1功能特性
通用可变增益放大器（B题） 摘要 本着简单、准确、可靠、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。本放大器系统分为前级放大部分、增益放大与控制电路部分、档位控制部分、后级稳压输出部分四部分。全系统采用单一的模拟电路方式，通过前级放大部分获得所需输入电压、输入阻抗等重要参数；通过拨码开关连接的反馈电阻进行精密全局控制，获得20dB至40dB之间分辨力不低于0.1%的可变增益范围；通过档位控制部分电路实现四个档位增益值转换，在衰减电路的作用下得到三个档位的增益值，即—20dB至0、0至20dB、20dB至40dB；最后通过后级稳压输出部分获得输出幅度不低于±8V的输出电压，此部分电路包括抑制零点漂移的调零电路。通过验证，本系统可以对输出电压数值的漂移，零点漂移等不良影响进行有效地抑制和降低。通过全面的调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求并融入了自己的创新思想，设计出了一个可控范围大、输出幅度高、稳定性好、抗干扰能力强、幅频特性好的通用可变增益放大器。
目录 摘要 (2) 目录 (3) 一、方案论证与比较 (4) 1、前级放大部分 (4) 2、增益放大与衰减控制电路 (4) 3、后级电压输出 (5) 二、系统设计 (5) 1、总体设计思路 (5) 2、主要电路原理分析与计算 (6) 2．1、前级放大电路 (6) 2．2、增益放大与控制电路 (6) 2．3、档位控制电路 (7) 2．4、电压输出电路 (7) 三、系统测试方法与测试数据 (8) 1、测试仪器 (8)
2、测试方法与测试数据 (8) 2．1、测前级放大电路 (8) 2．2、测增益放大与控制电路 (8) 2．3、各级电路调节好后，进行测量和详细记录 (8) 3、测试结果分析 (9) 3．1、测试结果分析 (9) 3．2、误差分析 (9) 3．3、测试心得 (10) 四、总结 (10) 一、方案论证与比较 1、前级放大部分 方案一：采用分立元件实现。此方案成本低，元器件易于得到，但是设计、调试难度过大，硬件电路连接与制作困难，在大赛规定的时间内很难保证作品的可靠性和指标，因此不
长江大学 毕业设计开题报告 题目名称：可变增益放大器的研究院系：物理与光电学院 专业班级：应用物理11103班 学生姓名： 指导教师：李林 辅导教师：李林 开题报告日期：2015年4月2日
可变增益放大器的研究 学生：王双全物理与光电工程学院 导师：李林物理与光电工程学院 一.题目来源 题目来源于老师的科研项目 二.研究目的和意义 在大自然的空气中由于存在着各种不可预测的非理想因素，从而导致通信系统传输过程中的信号会有较大的变化，导致天线从外部接受的信号的强弱会有不同（绝大多数信号被衰减了）。而且传输信道的非线性因素的存在使得信号衰减，同时信道中的噪声也会对信号的传输有影响，导致信号的强度时大时小。信号强度的大小差别有时会很大，甚至会有几十个分贝。信号强度最大值和最小值的差值范围称为接收机的动态范围，为了使接受到的信号尽可能的可靠，自动增益控制电路（Automatic Gain Control，简称AGC）通常都是接收机系统中必不可少的。AGC 的作用是当输入信号的幅度值偏低时，AGC 会选择较大的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，同样当输入信号的幅度值偏高时，AGC 会选择较小的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，也就是说对于幅度值不固定的输入信号，AGC 可以保证输出幅度值在一定范围内，基本一致。性能优良的AGC 会把输出幅度值控制在下级ADC 最需要的输入信号动态范围内。而AGC 系统中最重要的部分就是可变增益放大器（Variable Gain Amplifier，简称VGA）。AGC 主要是由反馈控制器和控制对象（VGA）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、控制电压产生器构成的。而其控制着VGA 使得输出信号的幅度基本恒定不变。可变增益放大器不断的发展带动了AGC 的发展，使得AGC 在许多的测控设备、智能设备等领域的应用也越来越广泛。可变增益放大器的增益改变方式主要有连续变
一种增益可控的射频宽带放大器设计 射频宽带放大器是各类电子仪器与仪表里很常用、很重要的一个單元电路。为此，论述了一款增益可控的射频宽带放大器的设计选型的过程，给出了参数的计算过程和选型是要考虑的技术指标和功能。因此结论对模拟放大电路的设计具有一定的参考价值。 标签：射频；宽带放大器；参数计算；选型要求 doi：10.19311/https://www.doczj.com/doc/bb2089226.html,ki.16723198.2017.09.088 1理论计算 1.1设计要求 根据用户对高频、大信号的放大要求，课题研究小组进过分析和研究，得出下列的具体设计参数： （1）被设计的放大器的电压增益A V≥52dB，增益可控52dB，输入信号电压的有效值Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为50欧姆，负载电阻50欧姆，且输出电压有效值V o≥2V，波形无明显失真； （2）在50MHz～160MHz频率范围内增益波动不大于2dB； （3）-3dB的通频带不窄于40MHz～200MHz，即fL≤40MHz和fH≥200MHz； （4）电压增益A V≥52dB，当输入信号频率f≤20MHz或输入信号频率f≥270MHz时，实测电压增益A V均不大于20dB； （5）放大器采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换。 通过对上述设计要求的分析可知，此课题对宽带放大器的参数选型提出了很高的要求，诸如：压摆率、增益带宽积、最大输出功率、高频高输出摆幅等都要进行严格的计算。只有做到科学计算，才能为正确的集成放大器选型打下坚实的基础，为后续设计提供科学保障。 1.2放大器的参数计算 （1）最小增益需要达到52dB（400倍），带宽200MHz，系统增益带宽积高达8*109MHz（*此处应注意多级放大和增益分配*）； （2）输入电压有效值最大5mv，需要做小信号低噪声放大；
程控放大器的设计与实现 摘要 本文介绍了一种可通过程序改变增益的放大器。它与ADC相配合，可以自动适应大范围变化的模拟信号电平。系统以89S51单片机作微处理器，运用NE5532芯片组成运放电路，采用CD4052芯片担任增益切换开关，通过软件控制开关的闭合或断开来达到改变电路的增益。 文章首先对系统方案进行论证，然后对硬件电路和软件设计进行了说明，最后重点阐述了系统的调试过程，并且对调试过程中遇到的问题以及解决方案进行了详细说明。该系统设计达到了预期要求，实现了最大放大60db的目的。 关键词 程控放大器；运算器放大器；单片机；增益 The Design and Realization of Program-Controll Amplifier Abstract This article introduces a amplifier which changes the gain through the software. It coordinates with ADC and adapts the simulated signal level with wide range change automatically. The system uses the 89s51 SCM as the core. The NE5532 chip composes the operational circuit and the CD4052 chip composes the gain switch. The gain of the circuit is changed by software which can control switch closed or disconnect. The article first demonstrates the system plan, then introduces the hardware and the software, finally explains the debugging process of the system with emphasis. It also especially analogizes the problem in the debugging process and the resolutions. This system design has achieved anticipative request and realized enlarged 60db most greatly the goal. Key words Program-controlled amplifier; operational Amplifier; SCM; gain
基于vca820的压控增益放大器设计 摘要 对于压控增益放大器的设计，采用可调增益运放，并给出测试数据。关键词：VCA820 增益控制 一、设计要求 （一）设计要求采用压控增益放大（VCA820）。 （二）输入1mv输出1v。 （三）用TINA软件仿真，给出仿真结果，画出原理图。 二、方案设计 设计压控增益放大器有多种方案，本设计采用VCA820作为放大电路的核心部件。 VCA820的增益与控制电压成线性关系，最大带宽能达到150MHz,增益控制围为-20dB到20dB，精度较高。所以选用VCA820作为运放以达到实验的要求。
三、原理分析 电路前级可控增益放大，后级放大电路为OPA695控制的放大电路，VCA820放大电路接入反馈，经过后级放大输出达到设计的要求。系统实现框图如下： 图1 系统结构框图 四、系统硬件设计 （一）VCA820简介 TI公司的VCA820芯片是一款直流耦合、宽带宽线性放大器，通过改变控制电压能够连续改变放大倍数。它提供高阻抗单端转换的差分输入，增益控制一般通过设置增益电阻和反馈电阻从理论上最大值设定到40dB。VCA820的部结构由两个输入缓冲和集成了一个乘法器核的输出电路反馈放大级，该电路提供了一个无须外接缓冲就能有完整可变电压增益系统。最大增益由外部两个电阻设置，这为设计提供了很大灵活性。 VCA820带宽增益放大器，在控制电压作用下，该器件可以提供精确的增益，按Vout/Vin线性变化，基本增益为：Vout/Vin=RfRGVG+RfRG-RdR1,其中VG是控制电压输入，电压基本增益为（V/V），调节VG可实现对数增
说明：这篇课题设计是小酒花生为陈姐特别制作!如果需要可以进行修改，若觉得不是很满意，那么自己可以设计更好的；倘有不妥之处，还请多多指正，谢谢！！！ 增益可调差动放大器的设计与仿真 物理信息学院08电科二班XXX20081030XX 摘要： 本课题设计利用增益可调放大器uA709芯片为设计核心，根据uA709的放大原理，利用公式计算出放大倍数，然后利用专业软件（如ORCAD）模拟和仿真增益可调放大器电路，并测出其电压及电压增益的实际值！ 关键字：UA709LM709CN ORCAD 一﹑课题背景： 近年来随着计算机和互联网的迅速发展和普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。放大器作为集成电路的一种重要的组成部分是国内外研究的热点。目前集成放大器的研究主要集中在多级运放的补偿、宽带高速运放、满足专用放大器的特殊结构和提高通用放大器指标的方法等这几个方向。但是可调增益放大器的研究国外开展较多，国内目前已有少量关于可调增益放大器的研究，主要是基于CMOS工艺的可调增益放大器的设计放大。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪音、工艺稳定等特点。可调增益放大器是一种通过改变电路某一参对量对放大器增益进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。 差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。 基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。 第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管 （vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits） 元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期 的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但 是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利 用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为μA709，设计者则是鲍伯?韦勒（Bob Widlar）。但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。
辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计（论文） 题目：程控增益放大器 院（系）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2013.7.1—2013.7.12
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：教研室：Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。 本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：运算放大器；多路转换开关；程控；增益放大
目录 第1章程控增益放大器方案论证 (1) 1.1程控增益放大器的意义 (1) 1.2程控增益放大器的设计要求和技术指标 (1) 1.2.1设计要求： (1) 1.2.2技术指标 (2) 1.3总体设计方案 (2) 第2章程控增益放大器各单元电路设计 (4) 2.1模拟开关 (4) 2.2集成电路运算放大器设计 (4) 2.2.1集成电路运算放大器中的电流源 (4) 2.2.2偏置电路 (5) 2.2.3输入级 (6) 2.2.4中间级 (7) 2.2.5输出级 (7) 2.3反馈电阻网络 (7) 2.4增益调整电路设计 (8) 第3章程控增益放大器整体电路设计 (9) 3.1整体电路图及工作原理 (9) 3.2电路参数计算与选择 (10) 3.3电路仿真结果 (10) 第4章设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录I 总体电路图 (15) 附录II 元器件清单 (16)
福州大学 《电子技术综合实验》 课题：数控增益放大器 姓名：张全宇 学号：011100938 学院：电气工程与自动化学院2011级9班 指导老师：张选利 实验时间：2013年6月28-30日 目录
一、实验任务 (3) 二、实验目的 (3) 三、实验设计 (3) 四、实验内容 (5) 五、元件清单 (5) 六、心得体会 (5) 七、参考文献 (5) 一、实验任务 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，同时用LED数码管显示放大器的增益。 二、实验目的
通过本实验，熟悉运算放大器、计数器、数据选择器、加法器、译码/显示电路的用法。 三、实验设计 按照要求，放大器的增益应在1~8之间，因此，可选择图1-1所示的同相比例放大器，其电压增益为 2 1 1uf R A R =+ 图1-1 同相输入比例放大器 如果取R1=10k Ω,则可以通过改变R2实现增益的改变，当R2=0时，Auf=1；R2=10 k Ω时，Auf=2；R2=20 k Ω时，Auf=3；依次类推，当R2=70 k Ω时，Auf=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R2，通过改变数据选择器的地址编码，实现数控电阻的目的，由此设计出图1-2所示的电路。图中用74LS160构成八进制计数器，计数器的Q2、Q1、Q0作为数据选择器CC4051的地址输入。每按动一下按键S1，计数器加1，数控电阻网络的等效电阻发生变化，由此控制放大器的增益在1~8之间变化。 为了直观地显示放大器的增益，译码/显示电路如下图所示。图中74LS283为二进制加法器，通过加一运算，将计数器的值转化为电压放大倍数。
增益可控射频放大器 一、系统方案 1、方案分析与比较 方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。 方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。 方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。 综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。 2、系统整体设计 根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
图一 二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz ，电压增益为52dB 。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB ，理论上总增益=26+26+26=78dB ，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。 2、频带内增益起伏控制 造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。 3、射频放大器稳定性 由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施： （1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。 （2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB 板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。 （3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。 DC-DC （9V ） DC-DC （5V ） AD8321 AD8321 AD8321 STM32 液晶显示 键盘 直流稳压电源 输入 输出 语音播报 AD809 滤波器 衰减器
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 R2?1?A uf R1RRRA＝1时，=0如果取Ω＝10k，则可以通过改变；当实现增益的改变，当uf212RAR AR A＝8。；依次类推，当，＝3Ω=70k,Ω＝2 Ω＝l0k，＝；当20k ufufuf222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，R，通过改变数据选择器的地址编码，实现数控电阻的目的。代替图中的2 ：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，如图+1开关的数值
-------------------------------------------- 加密号： 加密号： 学校编号：NEFU-B-001 学校名称：东北林业大学 队员姓名：姚金龙连建君谭婷 赛点负责人： 教务处章： 2008年8月17日
通用可变增益放大器（B题） 摘要 本着简单、准确、可靠、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。本放大器系统分为前级放大部分、增益放大与控制电路部分、档位控制部分、后级稳压输出部分四部分。全系统采用单一的模拟电路方式，通过前级放大部分获得所需输入电压、输入阻抗等重要参数；通过拨码开关连接的反馈电阻进行精密全局控制，获得20dB至40dB之间分辨力不低于0.1%的可变增益范围；通过档位控制部分电路实现四个档位增益值转换，在衰减电路的作用下得到三个档位的增益值，即—20dB至0、0至20dB、20dB至40dB；最后通过后级稳压输出部分获得输出幅度不低于±8V的输出电压，此部分电路包括抑制零点漂移的调零电路。通过验证，本系统可以对输出电压数值的漂移，零点漂移等不良影响进行有效地抑制和降低。通过全面的调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求并融入了自己的创新思想，设计出了一个可控范围大、输出幅度高、稳定性好、抗干扰能力强、幅频特性好的通用可变增益放大器。
目录 摘要 (2) 目录 (3) 一、方案论证与比较 (4) 1、前级放大部分 (4) 2、增益放大与衰减控制电路 (4) 3、后级电压输出 (5) 二、系统设计 (5) 1、总体设计思路 (5) 2、主要电路原理分析与计算 (6) 2．1、前级放大电路 (6) 2．2、增益放大与控制电路 (6) 2．3、档位控制电路 (7) 2．4、电压输出电路 (7) 三、系统测试方法与测试数据 (8) 1、测试仪器 (8) 2、测试方法与测试数据 (8) 2．1、测前级放大电路 (8) 2．2、测增益放大与控制电路 (8) 2．3、各级电路调节好后，进行测量和详细记录 (8) 3、测试结果分析 (9) 3．1、测试结果分析 (9) 3．2、误差分析 (9) 3．3、测试心得 (10) 四、总结 (10)
摘要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 本系统以MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。 本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：放大器，多路转换开关，MCS-51单片机
Summary This text design is a distance to control to increase benefit enlarger.Elucidation the distance control structure and function of increase the benefit enlarger and it be main of characteristics.The end enumerated practical electric circuit This system with the MCS-51 list slice machine and it expand, many road conversion switch, number control to increase benefit enlarger etc. constitute the function stronger hardware electric circuit.Enlarger is application the extensive electronics circuit.It of the function carry on importation signal not to lose to really enlarge.At the broadcasting, correspondence, auto control, the electronics measure etc. various electronics equipments in, the enlarger be a constitute of essential to have part.In every variety the electronics circuit for adopt of electronics instrument and equipments, integration operation enlarger is application the most widespread of imitate electronics spare part.Integration the luck put to go together with up the feedback way of the feedback network and adoption dissimilarity of dissimilarity, can constitute function and characteristic be various totally different integration luck turn on electricity sub- electric circuit, brief name luck turn on electricity road.These lucks' turning on electricity road is in various electronics electric circuit of most basically constitute link. This system can realization increase a benefit from the procedure control, can satisfy each item technique index sign, measure accurate, work credibility, function price more Gao. Keyword:Enlarger, many road conversion switch, MCS-51 list slice machine
增益可调的放大器设计 实验目的 熟悉并掌握keil软件和PROTEUS软件的运行环境,学会中断的使用方法,用单片机和数据选择器设计一个增益放大器,并且增益可调, 实验仪器 计算机一台 实验原理 开两个中断,一个中断INTE实现增益正向增大,另一个中断INTF实现增益反向减小.第一个中断运用自加一指令使P2的值从00H一直递加到07H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的正向增大调节..第二个中断运用自减一指令使P2的值从07H 一直递减到00H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的反向减小调节.数据选择器的八个数据端口分别连接八个阻值不同的电阻,通过与反馈电阻阻值的比较来实现增益的放大和减小. 试验程序及解析 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTE ;第一个中断 ORG 0013H LJMP INTF ;第二个中断 ORG 0030H MAIN: MOV A,#00H SETB EA;开总中断开关 SETB EX0 ;第一个中断的中断允许 SETB IT0 ;第一个中断为下降沿触发方式 SETB EX1 ;第二个中断的中断允许 SETB IT1 ;第二个中断为下降沿触发方式 SJMP $ ;等待中断 INTE: ;第一个中断 INC A;A自加一 MOV P2,A;A的值送到P2口 CJNE A,#07H,LWY;A不等于07H,则跳转到LWY,等待下一个中断 MOV A,#00H ;A=07H,则对A重新赋值为00H,实现循环增益 LWY: RETI INTF: ;第二个中断 DEC A;A自减一 MOV P2,A;A的值送到P2口
《中国有线电视》2007(18) CH I N A D I GI T AL CABLE T V?开发与应用?中图分类号:T N943.6 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2007)18-1700-03 一种可变增益控制放大器 □田 获(思科上海科学亚特兰大有限公司,上海200233) 摘 要:通过对目前有线电视分配网络中放大器的增益和斜率控制所使用的各种方法进行分析和比较,提出了一种新的控制方案,就该方案中使用的新器件和一种可变增益控制(VGC)放大器的具体实现方法作了介绍,其中包括这种放大器的主要特点和整机设计要点。 关键词:有线电视;可调式步进衰减器;可调式步进均衡器;可变增益控制 A Var i a ble Ga i n Con trol(VGC)Am pli f i er □TI A N Huo (Scientific A tlanta of Shanghai CO.,L td(a C I SCO Company),Shanghai200233,China) Abstract:Firstly,analysis and comparis on of the methods which are used t o contr ol the gain and sl ope of the a mp lifier f or CAT V distributi on net w ork syste m are p resented in this paper.Then,a ne w contr ol sche me is br ought for ward.Several ne w devices used in the sche me,a Variable Gain Contr ol(VGC)Amp lifier and its realizing method are als o p resented,including the main features and essential designs of the a mp lifier. Key words:CAT V;adjustable stepp ing attenuat or;adjustable stepp ing equalizer;variable gain contr ol 1 引言 目前有线电视HFC网络中仍使用大量的放大器、光站(光接收机和光发射机)、调制器等各种信号传输和分配设备,为使系统和设备处于最佳工作状态,且能得到最合适的输入输出信号电平,就需要用到衰减器来控制放大器部分的增益和输入输出电平,用均衡器来补偿因电缆引起的放大器斜率变化,而对增益和斜率的控制有手动和自动两种方式,本文仅就手动增益和斜率的控制进行讨论。 2 常用的增益和斜率控制器件及方法 (1)固定式衰减器和均衡器 固定式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值明确直观、数值稳定的优点,但是,一个衰减器或均衡器只能有一个确定的衰减值或均衡值,如果要涵盖所有常用的衰减值和均衡值(例如0～15d B),就要有各种不同值的衰减器或均衡器,这就造成在设备现场调试时因备件不足而造成的不便,这是它的缺点。 (2)可变式衰减器和均衡器 可变式衰减器和均衡器具有衰减值和均衡值连续可调的优点,但衰减值或均衡值无法直接显示出来,必须借助仪器才能得到所需要的值,且其内部碳膜片的频繁磨损可能造成数值不稳定,这是它的缺点。 (3)P I N二极管或集成电路组成的衰减器和均衡器 目前,在欧洲市场上出现了一种用单片机和P I N 管及集成衰减器来组成增益和斜率控制的放大器,称 作者简介:田 获(19512 ),男,工程师,从事光电(Op tical and RF)产品设备的研发工作,E-mail:huo.tian@https://www.doczj.com/doc/bb2089226.html,。 0071
在各类遥感遥测系统中，模拟信号的动态范围通常都很大，一般在几mV至几十V范围内(动态范围可达80_90db)，有的甚至是几pV_几百V(动态范围可达160db以上)。而且信号的干扰源多，有时甚至掩盖掉有用信号，很难辨识是有用信号还是干扰信号。此外，不同的材料、形状、尺寸，不同的类型，不同的测量速度，得到的信号频谱不同，受干扰信号的特点也不同。对这样的信号进行采集处理，为保证精度，检测系统首先需要对大动态模拟信号的动态范围进行压缩，即对mV甚至pV级的信号进行放大，对几十V甚至几百V的信号进行衰减，将信号的变化幅度调整到A/电路所需要的范围。针对这一问题，本文提出了一种基于I2C总线的新型可编程增益放大器的设计方法，可根据输入的模拟信号大小，自动选择量程进行放大/衰减。 可编程增益放大器的硬件电路 遥感遥测系统的数据采集部分通常包括一个可编程增益放大器，来确保不 同幅度的信号经A/D转换后为满分辨率的信号。大的信号需要少量甚至无需放大，小的信号则需要高放大倍数来减少转换器噪音的影响。对于动态范围很大的模拟输入信号，就需要根据信号的大小提供相应的放大倍数，本文提出的可编程增益放大电路就是通过单片机改变输出数字量来控制放大电路的增益，从而达到控制输出信号幅度的目的。 其原理框图如图1所示。 图1 可编程增益放大器硬件原理图 按照功能，硬件可分为五个部分：（1）增益可变放大器；（2）微控制器；（3）数字电位器；（4）多路开关选择。 电路特点及功能 该电路以单片机89C2051为核心组成微处理系统，用软件实现放大器增益的智能控制。该电路先对输入信号的大小进行判断，以一定算法得到相应放大倍数，然后转化为增益码再通过I2C 总线传递给数字电位器，选择相应的反馈电阻输出，从而改变放大器的放大倍数。 微控制器及A/D转换电路 在模拟输入信号进入微控制器前，首先要将模拟信号转换成数字信号，本文微控制器部分选
通用可变增益放大器 内容摘要：跟着增益控制放大电路技术的不断发展和科学技术的不断进步,根据放大器的特性在自动测控领域、智能测控领域、智能设备等方面有着举足轻重的作用，在一些重要领域的应用也比较广泛。可变增益放大器的增益方式主要有：连续变化和非连续变化两大种类。实际改变增益方有许多种方法，每种方法都各有各自的特点，各有各的优势，各有其优点和缺点。根据理论可分析,如果要改变通用可变增益放大器反馈控制电路的电阻和控制电路的输入电阻,都可以有效改变增益的效果。如果仅是简单地改变控制电路的电阻和控制电路的输入电阻，这样的可变增益放大器往往性能不是很好，有的甚至不能很好的正常运行。所以通用可变增益放大器的选择和使用是非常关键的且意义重大。 关键词：增益放大器自动测控集成运算放大器
General variable amplifier design Abstract:With the continuous and control, intelligent measurement and control, intelligent instruments and meters and other important is becoming more and more widely in the field of application. Variable gain amplifier gain change ways mainly have artificial (or machinery) and programmable two categories (the latter usually with the aid of mu P), there are many types of specific methods, each method has its advantages and limitations. In theory, change the integrated operational amplifier (op amp) feedback resistance or input resistance, can change the gain of the amplifier. But simply change the feedback resistance or input resistance of variable gain amplifier, often do not have the ideal performance, some can't normal use. From the perspective of application, the realization method of typical variable gain amplifier is given to the correct selection and use of variable gain amplifier has a guiding significance. Keywords: Variable gain amplifier Automatic measurement and control Integrated operational amplifier