可编程仪器放大器设计

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。

2011年电子技能竞赛设计与总结报告课题：可编程放大器学院：南湖学院专业：电子信息工程小组：xxx参赛时间：2011年11月1～11月15号目录摘要 (1)目录 (1)一、方案论证与比较 (3)1、可编程放大器 (4)2、键盘控制部分 (4)二、分析与计算 (6)1、增益部分电路 (9)2、模拟开关档位控制路 (7)3、电压转换电路 (8)三、测试方法与仪器 (9)四、测试数据及误差分析 (9)1、测试数据 (8)2、误差分析 (8)五、总结 (9)六、参考文献 (9)附录一：硬件原理图附录二：硬件PCB可编程放大器摘要本作品设计了一种由键盘输入的可编程放大器,该放大器由前置输入端、多级级联的增益可控放大器、衰减网络、增益选择输入电路和输出隔离端组成。

本文介绍的可编程放大器是以单8通道数字控制模拟开关CD4051为核心,通过控制三个开关输入电平的高低给CD4051选通一通道，然后经过运算放大器TL084和衰减网络来实现增益放大功能，通过调试和测量，使得本系统基本满足题目的基本部分和发挥部分的要求。

关键字：可编程放大器；CD4051；TL084说明：根据题目要求放大电路部分需用运放LM324（增益带宽积1 MHz），当输入信号为100kHz时增益要达到40dB,运用级联的方式（因为多级级联放大电路，能较好地解决了带宽与增益的矛盾）理论上可以达到要求，但是经过实际检测发现由于运放LM324的压摆率（0.4V/us）过低，因此不可能达到题目要求，所以改用运TL084。

1 系统方案论证本设计要求在给定运放TL084和数字电路芯片前提下，设计实现一种通过键盘输入即能改变输出电压的可编程放大器，其增益在-20~40dB之间。

其系统总体框图如图一所示。

图1 系统总体框图1.1可编程放大器方案一：采用分立元件实现可编程放大器。

优点是方案成本低，元器件易于得到，缺点是设计、调试难度过大，硬件电路连接与制作困难，很难保证作品的可靠性和指标。

一、可编程放大器设计简要说明：放大器的放大倍数一般可以通过电位器调节。

在自动控制系统中，有时希望用计算机的指令来改变放大倍数，本题提出的任务就是属于这种情况。

设计任务和要求：设计并制作一个可编程放大器，其要求如下：1．电压放大倍数由计算机的指令给定，即计算机通过数据线将BCD 码N （8bit ）送给数据锁存器（它是可编程放大器的一部分，其地址码由设计者选定）后，放大器的输出电压与输入电压符合下列函数关系：i o Nv v -=直到计算机给它送来新的数据以前，在温度等因素不变的条件下，这个函数关系保持不变。

2．电压放大倍数的实际值与上述函数关系中的N 之差的绝对不超过)21001(+N ，其条件是：⑴ 1≤N ≤99；⑵ v O 的绝对值在1V 至10V 范围以内；⑶ 温度在100C 至300C 范围内；⑷ v I 是变化缓慢的直流信号；3．输入电阻不小于100M Ω。

提示：可将8只加权电阻分别与8只开关（它们的通断状态由数据锁存器的输出控制）相串联，再把这8条支路并联起来，作为反相比例电路中的电阻，便可构成基本的可编程放大器。

参考书⑴《现代电子学及应用》，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，1994年⑵《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，2000年⑶《集成电子基础教程》，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，2002年5月 ⑷《电子技术课程设计指导》 彭介华编，高等教育出版社，1997年10月⑸《新编555集成电路应用800例》 陈永甫编著 电子工业出版社 2000年4．设计报告内容要求：⑴．写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

⑵．画出框图中的各部分电路，尽量选用各种集成运放和其它模拟集成电路。

对各部 分电路的工作原理应作出说明。

⑶．画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。

⑷．图用直尺画，设计报告文字通顺，清晰，原理要表达清楚。

⑸．评分依据：①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原 理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。

摘要：本设计利用可变增益宽带放大器AD603构成两级放大电路。

整个系统通频带为0～10MHz，最小增益0dB，最大增益60dB。

本系统的核心控制功能由C51单片机实现。

关键字：AD603 可编程放大器系统总体设计方案该系统主要由控制放大、峰值检波、LCD显示等辅助部分3大模块组成。

其中可变增益放大器以AD603为核心。

单片机实现增益粗调，并通过D／A转换控制AD603实现增益细调，从而使总增益在0～60dB的宽频带范围内线性变化。

由二极管峰值检波电路测量峰值，并通过A／D转换、D／A转换实现自动增益控制。

通过键盘手动预置增益值，LCD实时显示预置增益值并输出有效值。

系统框图如图1-1：图1-1模块一：控制放大该模块以AD603为核心，下面说明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、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。

AD603的极限参数如表1所示：◇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1所示。

AD603利用了X-AMP由一个0~-42.14dB的可变衰减器及一个固定增益放大器构成。

其中，可变衰减器由一个七级R-2R梯形网络构成，每级的衰减量为6.02dB，可对输入信号提供0~-42.14dB的衰减。

X-AMP结构的一个重要优点是优越的噪声特性，在1MHz宽带，最大不失真输出为1Vrms时，输出x信噪比为86.6dB。

可编程仪器放大器设计——低频电子线路课程设计实验报告一．实验概述采用通用运放LM324设计和模拟开关CD4051构成一个可编程增益放大器，其中放大器由仪器放大器（测量放大器）构成，增益控制部分由CD4051模拟开关和电阻构成。

二．技术指标1.电压放大倍数：1.、2、4、8、16五档可控。

2.输入电阻：Ri>=100KΩ。

3.输入信号电压：正弦波，有效值50mv。

4.电源电压：±12v范围内可任选。

三．实验仪器1．熟悉电路的工作原理。

2．根据技术指标通过分析计算确定电路行驶和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

4．计算机仿真。

四．实验仪器函数信号发生器、数字万用表、交流电压表、直流稳压源、LM324芯片、CD4051芯片、面包板、导线、电阻。

五．设计原理1．模拟开关CD4051芯片1）芯片管脚CD4051芯片引脚图2）芯片原理CD4051芯片在电路中起模拟开关的作用，在电路中通过对开关A到G的控制实现对输入信号不同倍数的放大。

CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

C、B、A依次为高、中、低位，控制X0到X7的输出。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。

三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。

3）管脚功能说明引脚号符号功能1 2 4 5 12 13 14 15 IN/OUT 输入/输出端9 10 11 A B C 地址端3 OUT/IN 公共输出/输入端6 INH 禁止端7 VEE 模拟信号接地端8 Vss 数字信号接地端16 VDD 电源+2．放大电路LM3241）芯片管脚LM324芯片引脚图2）芯片原理LM324是一个四运算放大器。

可编程增益放大器的分析与设计随着科技的不断发展，可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）在电子电路领域中得到了广泛应用。

它具有可以根据需要调整增益的特点，在信号处理、传感器接口、音频设备等方面发挥着重要的作用。

本文将对可编程增益放大器的原理、特点和设计方法进行分析与探讨。

可编程增益放大器的基本原理是通过调节放大器的增益来实现信号的放大或衰减。

常见的可编程增益放大器一般由可变电阻网络和运算放大器构成。

可变电阻网络通过改变电阻值来调整放大器的增益，而运算放大器则起到放大信号的作用。

通过这两个部分的协同工作，可编程增益放大器可以实现不同增益的选择。

可编程增益放大器具有以下几个特点。

首先，它可以根据需要进行增益的调整，从而适应不同的应用场景。

其次，它具有较高的增益精度和稳定性，可以满足对信号处理的高要求。

再次，它可以实现低功耗和低噪声的设计，提高信号的质量。

最后，它具有较好的线性度和带宽，可以满足高速信号处理的需求。

在可编程增益放大器的设计过程中，需要考虑一些关键因素。

首先是电阻网络的选择，不同的电阻网络可以提供不同的增益范围和精度。

其次是运算放大器的选型，需要考虑增益带宽积、输入偏置电流和功耗等指标。

此外，还需要考虑功耗的优化和抗干扰能力的提高。

设计可编程增益放大器的方法主要包括两个方面。

首先是电路拓扑结构的选择，常见的有反馈式、前馈式和混合式等结构。

不同的结构适用于不同的应用场景。

其次是参数的优化和调整，可以通过仿真和实验的方法来确定最佳的参数取值。

同时，还需要考虑可编程增益放大器在整个系统中的匹配和接口的设计。

总而言之，可编程增益放大器作为一种灵活可调的放大器，具有广泛的应用前景。

通过对其原理、特点和设计方法的分析与探讨，可以更好地理解和应用可编程增益放大器。

相信在未来的发展中，可编程增益放大器将在电子电路领域中发挥出更大的作用。

可编程放大器设计报告作者：潘亮平（20071650）郑侃（20071656）目录摘要------------------------------------------------------------------------------2 一．核心模块的方案论证与比较-------------------------------------------31.1 滤波模块-------------------------------------------------------------- 31.2控制模块----------------------------------------------------------------3 1.3显示模块--------------------------------------------------------------- 31.4自动增益模块-----------------------------------------------------------41.5波形放大模块----------------------------------------------------------4二．方案设计与总体论证----------------------------------------------------4 三．单元电路分析与实现---------------------------------------------------53.1滤波模块---------------------------------------------------------------53.2显示模块-------------------------------------------------------------- 63.3 波形放大模块-----------------------------------------------------------73.4 自动增益模块-----------------------------------------------------------8四．单片机软件设计----------------------------------------------------------94.1软件功能---------------------------------------------------------------94.2 流程图------------------------------------------------------------------9 五．测试结果及分析----------------------------------------------------------9六．设计总结-------------------------------------------------------------------10七．附录------------------------------------------------------------------------117.1 主要元器件清单--------------------------------------------------------117.2 程序清单---------------------------------------------------------------11可编程放大器设计报告摘要本设计主要以DAC0832内部的电阻网络作为核心，利用AT89S52单片机控制所选D/A的电阻网络状态，同时利用两个独立键盘来控制正弦波的放大倍数，并利用四位数码管将其显示出来。

可编程增益放大器电路设计
 特定医学和科学仪器应用需要放大和测量微伏级信号。

例如，精确测量基于热电偶的微热量计输出，就需要一个达到很高增益并表现出优异热稳定性和低噪声的放大器。

 图1示出了两个放大器的组合如何产生一个可编程增益放大器，它提供160~10240 的可选增益。

该电路还提供5mV典型偏移电压、20 nV/℃偏移漂移、0.1Hz时9 nV等效输入噪声电压。

IC1是Cirrus Logic CS3301低压、差分输入、差分输出、削波器漂移补偿可编程增益放大器，充当输入放大级，并驱动IC2，即电压较高的INA114仪表放大器输出级。

CS3301提供1 ~ 64范围的7种可编程增益，而INA114 提供固定增益160。

这种组合实现了160 ~ 10240的增益。

热电偶产生1mV信号，从INA114产生10.24V输出。

要选择其它增益值，可改变INA114的增益设置电阻器R3的值。

 外部DIP开关和上拉电阻器连到 3.3V电源（未显示），编程了CS3301的增益控制脚和多路转换器控制引脚。

一个能驱动3.3V逻辑电路的微控制器也能控制这些控制输入端。

连接CS3301的输出端和INA114的输入端、一个由R1、R2、IC1的输出电阻器组成的RC 低通滤波器以及C1，就能限制高于500Hz的噪声。