福州大学 模拟电路课程设计报告
模拟电路课程设计报告设计课题：程控放大器设计
班级：电子科学与技术
姓名：1111111
学号：1111111
指导老师：杨
设计时间：2015年6月24日~26日
学院：物理与信息工程学院
目录
一、摘要及其设计目的 (3)
二、设计任务和要求 (4)
三、方案论证及设计方案 (5)
四、单元电路的设计、元器件选择和参数计算 (8)
五、总体电路图，电路的工作原理 (10)
六、组装与调试，波形电路实际图及数据 (12)
七、所用元器件及其介绍 (16)
八、课程设计心得与体会 (18)
一、摘要
本次课程设计的目的是通过设计与实验，了解实现程控放大器的方法，进一步理解设计方案与设计理念，扩展设计思路与视野。程控放大器的组成结构：1.利用3个运放OP07构成的耳机放大电路；2.芯片CD4051八位的选择器通过片选端的控制调节R1电阻值的大小，从而改变放大倍数。实现最大放大60db的目的。
A summary
The purpose of this course design is to design and experiment, to understand the method of program control amplifier, to further understand the design scheme and design concept, to expand the design idea and the visual field.
The structure of programmable amplifier: 1. The three operational amplifier OP07 constitute the headset amplifier circuit; chip CD4051 eight selector through the chip selection terminal control regulating resistor R1 value of size, thus changing the magnification. The purpose of achieving maximum amplification of 60db.
设计目的：
加深对程控放大器的性能和特点的理解，理解程控放大器的工作原理，学习差分放大器的主要性能测试方法。
设计一个电路，要求程控放大器在不同的输入，输出模式时差模电压的放大倍数测试方法。
二、设计任务和要求
设计和实现一程控放大器，指标要求：
增益在10～60dB之间，以10dB步进可调；
当增益为40dB时，－3dB带宽≥40kHz.
电压增益误差≤10％；
最大输出电压≤10V。
三、方案论证及设计方案
方案对比：
方案一：采用分立元件放大器电路
简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图1为分立元件放大器电路图。为了满足增益40dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的
调节。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常
困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差
,容易产生自激现象。
图1 分立元件放大器电路图
方案二：通过数字选择反馈网络对输入信号进行放大，电路原理图如下：
简要原理：
用模拟开关来控制运算放大器的反馈网络来设计程控放大器。通过对微动开关的闭合和断开，由CC4051模拟开关控制输出的电阻，作为
三运放构成的数据放大器的电阻Rg，构成程控放大器，改变Rg的值可以对输入的信号进行相应的放大。
优缺点：
优点：该种方案的电路相对于其他两种方案的电路来说，电路结构较为简单，
原理容易理解，使用器件较少，而且使用起来也十分方便。
缺点：如果电路器件选择不当，可能造成电路无法达到设计的要求，即增益
无法达到60dB或者当增益为40dB时，－3dB带宽≥40kHz。
方案三：用场效应管
原理框图（如下图所示），场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定
场效应管放大器电路图
对比得出的结论：
本次设计考虑到使实验器材尽量可以在市场上及时的买到以及节省不必要
的实验器材，最终考虑使用方案二模拟开关来控制运算放大器的反馈网络来实现
实现程控放大器。
该种设计电路简单，使用器件少，可在实验室内操作，焊接起来较为方便，调试较为简单，符合课程设计的原则。
1、单元电路的设计
（1）通过CC4051模拟开关对输出电阻进行控制选择
CC4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。C、B、A为二进制控制输入端(9、10、11端)改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。
该单元电路的设计依据主要是根据CC4051模拟开关能对输出电阻进行控制和选择，从而实现接入电路的电阻阻值的改变，以实现相应的功能。
（2）利用三运放构成的数据放大器（仪表放大器）对信号进行放大仪表放大器主要由两级差分放大器电路构成。其
中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。其电路图如下：
实际焊接电路图
2、元器件选择
（1）电阻类：
100kΩ电阻（3个）；20kΩ电阻（2个）；
10kΩ电阻（2个）；150kΩ电阻（2个）。
（2）电位器类：
100kΩ电位器（1个）；50kΩ电位器（1个）；20kΩ电位器（1个）；5kΩ电位器（1个）；2kΩ电位器（1个）；500Ω电位器（1个）.
（3）芯片类：
运放芯片（OP^07，三片）；CC4051模拟开关（1片）
（4）其他元件：
电路板一块船型开关3个锡条漆包线等。
3、参数计算（放大器增益）
增益：Av=（1+（2R1/Rg））*（-R3/R2）
使得A3实现对输入数据信号的三倍放大。因此可取R2=20kΩ,同时，可选取R1=10kΩ，便于进行进一步的计算。
五、总体电路图，电路的工作原理
1.总电路图
R1=10kΩ，R2=10kΩ，R=20kΩ，R5=100kΩRg1=100kΩ电位器Rg2=20kΩ，Rg3=5kΩRg4=2kΩ，Rg5=500ΩRg6=50Ω电位器
电路的工作原理：根据CC4051模拟开关能对输出电阻进行控制
和选择，从而实现接入电路的电阻阻值的改变，实现相应的功能。电路的增益：Av=（1+（2R1/Rg））
2、组装与调试的方法、技巧和注意事项
(1) 组装与调试的方法
将电路分为三运放和cd4051芯片及电位器两部分，分别焊接。
(2)电路焊接技巧及注意事项
首先是要准备好所有所需的元器件，分清电阻与电位器的大小，确保焊接时不会搞错对象。
在焊接元器件之前要整体规划好整体布局，画出设计图，从前级再到后一级，以保证工艺上的美观。
焊接过程中，要注意焊接到技巧，锡块不要太大影响美观，也不能太小，防止虚焊。电阻尽量卧式放置。焊接过程要尽量减少跳线。
要把所有的地线统一用锡连接在一起，尽量不用导线作为引线。电源线和地线排放的位置不能靠太近，否则易发生短路碰电
3、具体操作步骤
接上电源+5v和电源-5v及地线，示波器ch1输入接运放6管脚，黑线接地，函数发生器和示波器ch2接运放op07的3管脚。黑线接地。打开电源，调节函数发生器输入电压，观察波形，调节电位器和函数发生器输入电压大小，直到波形放大倍数满足要
求，拍照记录。
4、调试中出现的问题及解决方法
问题一：电路调试时，连接好电路后，发现示波器上出现杂波波形，干扰十分严重没有正弦波。
解决方法：通过对电路板的重新检查，发现电路版三运放4管脚没接电源-5v,7脚没有接+5v，用电烙铁焊好跳线共电源接上排针后继续测试。
问题二：输入500mv函数发生器电压，发现示波器的波形是失真了的矩形波形。
解决办法：减小输入电压，调节电位器，波形恢复正弦波。
问题三：进行电路调试时，示波器上显示的ch1波形的并没有达到相应的放大要求。
解决办法：通过调节相应电位器的阻值来改变Rg的值直到符合要求为止。
部分波形图如下：
50db
20db
40db
测试数据
Vo 16.7 101.3 303.2 1003.2 1502.1 1000.4 Vi 5 10 10 10 5 1 Av 3.3 10 30 100 300 1000 10db 20db 30db 40db 50db 60db
Rg 150k 8.45k 5.36k 2.02k 1.73k 450
OP07芯片引脚功能说明：
1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+.芯片管脚如下：
CC4051芯片介绍
CC4051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。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V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。
CC4051管脚图：
八、课程设计心得与体会
. 心得体会
经过5天的忙碌，一次又一次失败，调出三运放正常放大，但ch1不出输出波形，修改电路后，输入输出波形放大倍数正确但是ch2函数发生器输入电压与示波器不对应，修改电路后，ch2输入电压与示波器对应，但是ch1波形消失。。。......但是通过课程设计，使我掌握了程控宽带放大器基本原理和组成，巩固了通信电
子电路与单片机控制知识，掌控了知识在实际中的应用，提高了对电路分析与设计能力。同时我深深的感觉到自己知识的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。根本不知道在现实中还存在有很多问题。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。
设计电路，还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我的分析问题的能力。通过这次设计，使我的理论知识上升到了一个实践的过程，同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解以及软件的应用能力。
通过本实验的关于程控放大器工作原理分析及其设计安装与调试，加深了我对程控放大器工作原理的理解，同时对工程实践有了新的认识，一次一次失败调试，修改再调试，发现问题，解决问题，自信心受挫。让我体会到工程实践的不易。
参考书目
百度百科，模电课本。