增益可自动变换放大器的设计与实现

增益可自动变换放大器的设计与实现
一、设计任务及指标：
设计一个增益可自动变换的交流放大器。

1、放大器增益可在1倍2倍3倍4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz；
2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态;
3、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1、2、3、4倍即可。

4、电源采用±5V电源供电。

二、设计原理以及内容：
1、时钟产生电路：
利用555电路组成多谐振
荡器，管脚3输出所产生的时
钟信号，其频率计算公式为：
F=1/T=1.44/C1（R1+2R2）
令C1=10uF,R1=R2,则带入公
式可求：
R1=R2=48k ohm
在multisim里所组成的电路
图如左：
2、序列产生电路：
用74LS161构成四位加法计
数器采用异步清零法，产生
QD QC QB QA :
0000-0001-0010-0011-0000
序列，使得增益循环变换。

将QC
通过非门接到CLR段，当QC为1
时，计数器异步清零。

3、译码电路：
将74LS161的四
个状态进行译码,1Y0
到1Y3输出端分别是
对增益1到4倍的选
择
4、选择保持电路：
手动实现4个增益状态的选择：
将74LS161的使能端与J3、U6A的使能端连接，并通过非门连到U4A的使能端，当J3为高电平的时候，74LS161与U4A 工作，实现增益的自动变换；当J3接地的时候，U6A工作，实现增益的选择与保持。

5、数码管显示电路：
1）由于74LS139工作时输出低
电平，不工作时输出高电平，所以
将两个74LS139的输出端分别与
非，使工作时ABCD输出高电平。

J3 J2J1 增益
0 00 1
01 2
10 3
11 4
1 自动控制
2）连接到数码管：
A B C D a bcd 显示 1000 0000 0 0100 0001 1 0010 0010 2 0001
0011
3
由上表可知： a=b=0 c:
c==
d:
d==
所以把a,b 接地，
用两个或非门实现c,d 的连接。

可得右图：
CD AB 00 01 11 10 00 X 1 X 1 01 0 X X X 11 X X X X 10 0
X
X
X
CD AB 00 01 11 10 00 X 1 X 0 01 1 X X X 11 X X X X 10
X
X
X
三、仿真模拟。

将此部分与增益调节部分（朱珈娴同学负责部分）综合可得总实验图如下：
仿真结果：
1）自动增益调节结果：
2）手动增益为1时：
3）手动增益为2时：
4）手动增益为3时：
5）手动增益为4时：
四、硬件连接及测试结果：
（1）完成电板如下：
（2）信号输出截图（黄线为输入，蓝线为输出）：（a）自动增益循环（J3=1）:
（b）手动增益为1时（J3=0，J2J1=00，数码管显示为0）：
（c）手动增益为2时（J3=0，J2J1=01，数码管显示为1）：
（d）手动增益为3时（J3=0，J2J1=10,数码管显示为2）：
（e）手动增益为4时（J3=0，J2J1=11，数码管显示为3）：
五、误差分析
由于555电路产生的1HZ频率与实际函数信号发生器产生的频率有微小的差距不能完全相等，在自动增益过程中，使得由增益四倍变为一倍的时候，有小幅度失真。

此外，输入的交流信号过大或过小都容易使得输出信号失真，经调试，输入信号幅度在80mVpp时，输出信号基本不失真。

六﹑各主要集成芯片介绍
(1)NE555
它是一种广泛应用于数字电路中的集成定时器，各管脚功能如下：
（2）74LS161
它是一种四位二进制同步加法计数器，各管脚功能如下：
（3）74LS139
它是2-4译码器，各管脚功能如下：
（4）74LS04
它是六非门，各管脚功能如下：
（5）74LS48：
(6)SM4205
它是共阴极八段数码管，各管脚功能如下：
（7）LM324
它是带有真差动输入的四运算放大器，各管脚功能如下：
（8）CC4066
它是双向模拟开关，各管脚功能如下：
六、小结
本次设计将模电与数电知识相结合，这是之前实验没有碰到过的，所以思路开始并不是很开阔。

通过大量的查阅资料之后，发现之前自己很多想法的可行之处，所以才开始大胆地着手电路设计，当然设计及调试的过程并不是一帆风顺的，主要有以下几点：
1.设计电路前各部分功能电路设计并不困难，主要是如何将它们连接到
一起，所以在用MULTISIM画电路图之前，利用网络资源查找相应芯片
的功能表，管脚图显得尤为重要。

2.在电路调试过程中，由于4066自身有一定的内阻，使得放大倍数存在
一定的误差，不过相对于采用的电阻来说，内阻影响并不是很大，但
是由于其电源电压选择不当及试验箱电源电压不准确，使得芯片一直
不工作，花费了我几个晚上的时间才调试成功，最后通过使VEE端悬
空，才使得芯片正常工作。

3.电路正常工作以后，波形失真非常严重，经过几天的调试，发现使输
入电压稳定在80mVpp 左右时，失真消失。

4.由于之前实验没有自己连接过数码管，在领取器件的时候只领取了单
一的数码管，回去连电路的时候手足无措，查阅资料之后才知道需要
一个驱动芯片才能实验数码管的显示，经过筛选之后，选择了74LS48
作为驱动芯片。

通过这次课程设计我深深感受到实践的重要性，电路仿真很容易实现，但是真正连接好电路调试的时候就不是那么容易了，理论上没错的电路，由于器件电阻及工作电压问题，常常使电路不能正常工作，需要一步步利用万用表等工具细心检查，不放过每一个细节。

当然这次实验调试我就花了3个晚上和2个下午，开始时，波形不能正常显示，看到密密麻麻的电路，开始静不下心来检查，最后还是坚持了下去，不过让我最郁闷的是，面包板有大半部分短路，给调试带来了很多不必要的麻烦。

这次的课程设计的完成是我们组四位员共同努力地结果，我十分感谢各位组员的积极配合及各位老师的耐心指导。

七、参考文献
《Digital Fundamentals,Ninth Edition》Thomas L.Floyd著电子工业出版社；
《Electric Circuits,Eighth Edition》James W.Nilsson,Susan A.Riedel 著电子工业出版社；
《电子技术基础（模拟部分），第五版》康华光等著
高等教育出版社；
《电子技术基础（数字部分），第五版》康华光等著
高等教育出版社；。