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。

另外想实现显示这一功能，需的加一个译码器驱动数码管，实现增益档位的显示。

如上所示流程图：由555组成的多谐振荡电路产生频率为1Hz的振荡波形，由555组成的单稳态实现对增益保持5秒的功能。

用74LS90实现计数器功能，用模拟开关CD4052来控制接入放大器的反馈电阻的变换，从而实现增益为0.5倍，1倍，2倍，3倍的切换。

用CD4511来驱动数码管。

由uA741及其外围电路组成的反相放大器实现电压的放大。

二、各单元电路设计及原理分析1、由NE555组成的多谐振荡器工作原理：如上接图，555定时器接成多谢振荡器，输出1Hz 的时钟脉冲，信号从3脚输出。

它的频率计算公式为：221)2(44.11C R R T f +==在此，选取C 2为10uF ，经计算选取R1=R2=48K Ω。

滤波电容C 1=10nF 。

用Proteus 仿真得波形：2、由NE555组成的单稳态触发器工作原理：如上图，555定时器接成单稳态触发器，当摆动开关KEY0，给555一个低电平的触发脉冲时，输出5S 的高电平暂稳态，信号从3脚输出。

它的暂稳态持续时间计算时间为： 111.1C R t w =在此，选取=1R 460K Ω，uFC 101=。

滤波电容nFC 102=。

用Proteus 仿真得波形：3、逻辑控制电路逻辑控制电路由两个或门，四个与非门，一个74Ls90构成，如下图：工作原理：此部分通过三个触发开关KEY0，KEY1，KEY2对题目的（2）和（3）要求进行控制。

其中KEY0对要求（2）控制，KEY1和KEY2对要求（3）控制。

KEY0与KEY1的输出相与，二者任意一个开关触发都会触发555单稳态触发器，KEY1的触发还能使U2（74Ls90）计数。

1Hz 振荡脉冲与5S 暂稳态脉冲相或，U1D 输出信号为四进制计数器的计数脉冲。

工作时，起始状态U2的Q0输出低电位，触发KEY0，可以随机对当前增益保持5S ，然后返回巡回状态；触发KEY1时，U2计数Q0输出高电平，锁存U3B 输出高电平，此时使当前增益巡回暂停，人工触发KEY2为四进制计数器提供脉冲进行计数，指定增益，选好增益后，再触发KEY1，使Q0输出低电平解锁U3B，同时触发单稳态触发器，使指定的增益保持5S返回巡回状态。

4、74Ls90构成的四进制计数器这个电路由74LS90实现，当74LS90的CP端输入一个脉冲信号时，计数器便计一个数，经过内部处理，从Q0 ~ Q3输出二进制编码。

当电路计数到100时，Q2便把1送到2和3脚，使计数器从00在开始计数。

此部分电路图：5、放大器及反馈电阻网络放大器选用uA741，输入电阻R=1k,反馈电阻R1=500Ω，R2=1k,R3=2k,R4=3k。

反馈电阻的自动选择由CD4052实现。

CD4052是一个双4选1的模拟开关集成芯片，它的管脚功能及真值表将在后面详述。

B接四进制计数器的Q1脚，A接四进制计数器的Q0脚，BA的状态控制Y0,Y1,Y2,Y3的开通来选择增益。

当控制端A和B为不同数值时，电路的几种工作状态：当A=0，B=0时，即Y与Y0接通，即此时的增益为0.5倍。

当A=1，B=0时，即Y与Y1接通，即此时的增益为1倍。

当A=0，B=1时，即Y与Y2接通，即此时的增益为2倍。

当A=1，B=1时，即Y与Y3接通，即此时的增益为3倍。

6、反相跟随器工作原理：放大增益为1的反相比例放大器为反相跟随器，选取电阻R1=R3=20k,R2=10k。

7、译码与数码管显示电路设计方案中译码电路由芯片CD4511完成。

其中：A、B、C、D为数据输入端，LT、BL、LE为控制端。

a～g为输出端，其输出电平可直接驱动共阴数码管进行0～9的显示。

LE接低电平，LT、BL接高电平，A、B接计数器的Q0、Q1端。

显示用共阴数码管：共阴数码管的管脚图如下所示，a～g端可直接与CD4511的Qa～Qg端相连。

因此，八段LED显示管与4511连接方式如下：CD4511的13脚（A）接数码显示管的7脚；CD4511的12脚（B）接数码显示管的6脚；CD4511的11脚（C）接数码显示管的4脚；CD4511的10脚（D）接数码显示管的2脚；CD4511的 9 脚（E）接数码显示管的1脚；CD4511的15脚（F）接数码显示管的9脚；三、总体电路图四、用Proteus仿真：增益为0.5时：增益为1时：增益为2时：增益为3时：五、各集成芯片介绍（1） NE555555是一种广泛应用于数字电路中的集成定时器，它的内部电路由分压器，电压比较器，简单SR锁存器，放电三极管以及缓冲器组成，其内部结构图如下：在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳态和无稳态的组合等。

NE555时基电路封装形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。

其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。

内部结构和工作原理都相同。

输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。

输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。

它们控制的优先权是R、T、TH。

各管脚功能如下：（2）74LS3274LS32是4-2输入或门，各管脚排列如下图。

部分参数表：（3）74Ls9074LS90是一个计数器，它的各管脚排列及内部结构图如下：各管教排列：内部结构图：（4）UA741UA741是一个反相比例运算放大器，它在电路中的主要作用是实现对信号的放大。

管教排列及功能图：（5）CD4052CD4052是一个双4选1的模拟开关集成芯片.。

它的管脚图如下所示：它的真值表如下所示：(6) CD4511其封装图如下：CD4511真值表：(7)共阴极LED显示器其封装图如下：发挥部分一、设计方案及组成框图分析设计要求，确定大致思路如下：①要求根据输入信号的峰值变换增益，可以通过峰值检测电路将交流信号转化成稳定的直流峰值电压输出。

②要自动变化增益，可将峰值电压与基准电压比较得到相应的逻辑状态，然后进行编码。

③将编码值接到基础部分中的译码显示部分和模拟开关，来选择增益并对其显示。

二、各单元电路设计及原理分析1、峰值检测电路工作原理：如上图，放大器采用LM324运算放大器，通过二极管整流和电容的滤波得到稳定的峰值电压。

此电路参数选取R1=900k,C1=4.7uF。

2、电压比较电路其中的运算放大器采用集成电路LM324。

它是由四个相同的运算放大器构成的，其封装及内部结构如下所示：基准电压：有题目要求，基准电压为1V，2V，3V，采用一个串联的电阻网络对一个固定的电压进行分压得到的。

综合得出电压比较电路的电路图如下：3、编码电路要把测试结果显示出来必须对结果进行编码译码，所以要设计编码电路对比较结果进行二进制编码，这里我们采用集成芯片8位优先编码器CD4532，其封装图如下：其中：D0～D7为数据输入端，EI为控制端，Q0～Q2为输出端，VDD接电源VSS接地端，Gs、Eo为功能扩展端。

CD4532真值表：VDD 接高电平，VSS接低电平，输入端D3——D1分别接比较电路的四个运放输出端，D0接高电平，D7——D4则接低电平。

根据要求编码结果应为：输入信号峰值为0—1V，编码为二进制数3；输入信号峰值为1—2V，编码为二进制数2；输入信号峰值为2—3 ，编码为二进制数1；输入信号峰值为3V以上，编码为二进制数0；所以输出Q1，Q0应各接非门，电路图如下：三、总体电路图其他部分和基础部分一致，可得总体电路图如下：用Proteus仿真：1、输入电压为0.5V，f=1kHz2、输入电压为1.5V，f=1kHz3、输入电压为2.5V，f=1kHz4、输入电压为3.5V，f=1kHz安装调试及性能检测一、安装调试这次设计的安装调试只完成了基础部分，因为用的是面包板，对面包板的操作和使用不是很熟悉。

在安装过程中，以集成电路为中心，并根据输入输出分离的原则，以适当的间距来安排其他元件。

根据仿真好的电路图有电路图左到右安装。

注意地线，电源线，尽可能归并统一。

安装完成后，需详细检查电路图，看是否会漏线，或者接错线。

拿到元件的时候首先要做的就是用仪器把每个元件测量一遍，看是否是要求中需要的与它的标称值相不相等，因为虽然元件的质量虽然比较好，但依然会有可能有故障或者误差比较大的。

元件会较多，但测量不要嫌麻烦，真正做到疏而不漏。

但是也有不成功的地方，在设计中我用的是触发式单刀双掷开关，而实验室只有简单的单刀单掷开关，控制单稳态时，只要把7脚线除掉，可以用单刀单掷进行悬空触发，但用单刀单掷悬空触发不足以做人工脉冲和为74Ls90提够脉冲，所以对要求（3）未能调试成功。

二、性能检测接入电源，数码管显示从0自动巡回到3，间隔1s。

跳变过程中，随机触发保持按钮，维持此时数码管上的数字5秒，再触发顺序跳变。