通用可变放大器的设计
2010年黑龙江电子设计大赛《通用可变增益放大器》
通用可变增益放大器摘要本设计是以BB公司生产的可控增益放大芯片VCA810为核心组建了一个宽频带输入通用可变增益放大器，其中控制部分以51单片机为核心加以其它辅助电路实现对宽带电压放大倍数，输出电压进行精确控制，本作品采用压控增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级功率输出，全面提高了增益带宽积和输出电压幅度，并且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。
放大器对不同信号实行档位选择，从而达到在0.1到1000倍范围内在同一档位时增益线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%精确步进。
键盘和12864液晶显示实现友好人机交互，完成档位选择及步进增益显示。
关键字：vca810、程控增益、宽带放大AbstractThis design was controllable gain amplification chip VCA810 which produced by BB Corporation is the core has set up a wideband input general variable gain amplifier, the control section performed other auxiliary circuits take 51 monolithic integrated circuits as the core to realize to the wide band voltage amplification factor, the output voltage carried on the accuracy control, this work used the pressure to control increases the component, carried on the reasonable cascade and the impedance matching, after joining, the level power output, enhanced the gain-bandwidth product and the output voltage scope comprehensively, and synthesized applies the electric capacity decoupling, the filter, antijamming measures and so on use shielded wire transmission signal to reduce amplifier's noise and to suppress the high frequency autoexcitation. The amplifier implements the files position choice to the different signal, thus achieves in 0.1 to 1000 time of scope intrinsic identical files position time increases the linearity not to be lower than 0.5%, the resolving power is not lower than 0.1% to step-by-step precisely. The keyboard and 12864 liquid crystal displays realize the friendly man-machine interaction, completes the files position to choose and to step-by-step the gain demonstration.Keyword: vca810 PGC wideband amplification一、系统方案设计本系统主要由前级射随模块、中间级档位选择模块、程控增益放大模块、后级功率放大模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
可变增益放大器电路设计
可变增益放大器电路设计可变增益放大器电路设计设计可变增益放大器电路的步骤如下：1. 确定需求：首先确定所需的增益范围和输入信号的类型。
根据应用需求决定电路的放大倍数。
2. 选择放大器芯片：根据需求选择适合的放大器芯片。
考虑芯片的输入和输出特性，以及供电电压和功耗等因素。
3. 设计反馈网络：放大器通常采用反馈网络来控制增益。
根据所选芯片的规格书，设计反馈网络的参数，包括电阻和电容等元件的数值。
4. 确定电源供电：根据芯片的供电要求，选择合适的电源电压和电流。
确保电源稳定可靠，能够满足放大器的工作需求。
5. 进行仿真和优化：使用电路仿真软件，仿真整个电路的性能。
根据仿真结果进行优化，调整电路参数以改善性能，如增益平坦度、频率响应等。
6. 绘制电路图：根据电路设计，使用电路设计软件绘制出完整的电路图。
确保电路图的正确性和可读性。
7. 原理图布局：将电路图中的元件进行布局，包括安放芯片、电容、电感、电阻等元件。
合理布局可以减小信号干扰和噪音，提高电路性能。
8. 选择元器件：根据电路设计，选择适合的电容、电阻、电感等元件。
考虑元件的品质、价格和供货情况等因素。
9. 组装和调试：将所选元件安装到电路板上，进行电路的组装。
然后进行电路的初步调试，检查电路的工作状态和性能。
10. 最终测试：完成电路的组装和调试后，进行最终测试。
测试电路的增益范围、频率响应、失真等性能指标是否符合设计要求。
11. 优化和改进：根据最终测试结果，对电路进行优化和改进。
可能需要调整元件参数、更换芯片或进行其他改进措施。
12. 文档和记录：在设计过程中，及时记录设计思路、仿真结果、调试过程和测试结果。
编写详细的设计文档，以备将来参考和复用。
通过以上步骤，可以设计出一个符合要求的可变增益放大器电路。
设计过程中需要考虑到电路的性能、稳定性、可靠性和成本等方面的因素，并进行合理的优化和改进。
20可变增益放大器的设计
DA转换器构成的可编程增益放大器 除法器型可编程增益放大器
可编程仪表放大器
• PGA205
(有电阻型，引脚型，数字型）
模拟开关的基本原理
模拟开关的结构是将n沟道MOSFET与p沟道MOSFET并联，可使信号在两个方向上同等顺畅地通过，因而 也没有严格的输入端与输出端之分。n沟道与p沟道器件之间承载信号电流的多少由输入与输出电压比决 定。两个MOSFET由内部反相与同相放大器控制下导通或断开。这些放大器根据控制信号是CMOS或是 TTL逻辑、以及模拟电源电压是单或是双电源，对数字输入信号进行所需的电平转换。（CD4066没有电 平转换）。
模拟开关的应用
3、音频信号的失真问题
音频信号对失真的要求都比较高，模 拟开关在切换音频信号时由于导通电 阻随信号变化（即非线性）产生了信 号失真。
模拟开关的应用
4、高频或视频的特殊要求：
RON和寄生电容之间的平衡对视频信号非常重要。RON较大的传统模拟开关需要额外增益级来补偿插 入损耗。同时，低RON开关具有较大寄生电容，减小了带宽，降低视频质量。低RON开关需要输入缓冲器， 以维持带宽，但是这会增加元件数量。L、T型开关适合高频开关，有比较高的隔离度，可以利用单刀双 置。
电阻越小、越平坦越好
模拟开关的基本原理
模拟开关CD4051-53特性
通路电阻与电源电压、输入电压的关系
通路电阻与温度、输入电压的关系
模拟开关CD4051-53参数
模拟开关CD4051-53参数
模拟开关CD4051-53参数
B超用可变增益放大器的设计
理想的 Ｐ Ｉ Ｎ型二极 管就是在掺杂浓度很高 的 Ｐ区和 Ｎ区 中间夹杂一层 不含任何 杂质 的本征 材料 构成 的晶体二 极管 。
Ｐ Ｉ Ｎ中的 Ｉ 是 表示 “ 本征” 意义的英文 略语 。因为不存在完全没
有杂质 的本 征半导体 ， 所以实际制作时 ， 总是用高阻 的 Ｎ型材
料代替本 征材料 ，只不过这种 Ｎ型材料掺杂浓度 非常低 。因 而， Ｐ Ｉ Ｎ型二极 管的实 际结 构为
在 典型 的 Ｂ超 系统里 通常有 ６ ４路或是 １ ２ ８路数 据处理 通道， 在换能器 中有着数 目相同或是更多 的发射／ 接收单元 ， 图
１ 显示 了其 中一条 连接 到模数转换器 的通道简化模型。可以看
信号 源 ７ ５欧姆输 出阻抗对测
试结果的影响 。 。 ’
从 图 ４显示 的测试 数 据 可 以看 出 ， Ｐ Ｉ Ｎ管 阻抗和 电流 之 间 呈线 性关 系 。而 另 一方 面， Ｐ Ｉ Ｎ管本 身的伏 安特 性是 表现为指数关系的 。因此 Ｐ Ｉ Ｎ
另 一 个 功 能就 是 检 测 反射 的声 波 。这 些 反 射 的声 波 通 过 换 能器
负 载放 在 图 ３所 示 电路 中进
行 性 能 测 试 。 由于 该 电 路输 出 电 阻较 小 ， 便 能 够 有 效 地 降低
被转换为电信号 ， 再 由电缆传输到成像系统进行数据处理。
以获得 １ ０ ｄ Ｂ的增益和超 过 ２ ５ ｄ Ｂ的增益控 制 范围。在最 大增 益控 制的情 况下 ，其 输 出 Ｉ Ｐ ３为 １ ５ ． １ ｄ Ｂ ｍ，噪 声 系数 为
９ ． ３ ｄ Ｂ 。最终的可 变增益放 大器单板 电路 的性 能为 （ 在 １ Ｇ Ｈ ｚ的工作频 率下 ） ： 噪 声 系数 ２ ． １ ｄ Ｂ ， 增 益大于 ３ ５ ｄ Ｂ ， 输出Ｉ Ｐ ３
增益可变的交流放大器
可变增益放大器设计学院：自动化工程学院专业班级：自动化一班年级：08级学号：姓名：一、题目：可变增益放大器二、设计任务及要求设计任务：设计制作一个增益可变的交流放大器。
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。
基本部分三﹑电路设计1、设计方案及整体框图分析设计要求，我们确定大致思路如下：○1这个电路采用可以采用反项比例放大器实现对输入信号进行放大。
Au=-R2/R1控制反项比例放大电路的反馈电阻实现放大器增益的变换, 即控制R2的阻值。
○2想实现R2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，需的使用多谐振荡器输出脉冲进行控制。
○3想实现对指定的任意一种增益进行选择和保持可以用JK触发器一直输出高电平使计数器无脉冲，在用另一开关给计数器脉冲，得到想要的增益，再切换单稳态触发器的开关对增益保持，之后返回循环状态。
○4要想对一种增益进行选择和保持，需的用一个单稳态触发器来实现电路这一功能。
⑤最后该电路主题部分，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，需的加一个全加器和译码器驱动数码管，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。
如何设计一个简单的放大器
如何设计一个简单的放大器放大器是电子设备中不可或缺的一部分，它能够将弱信号增强到足够的水平，以便于后续处理或输出。
设计一个简单的放大器并不难，只需要一些基本的电子元件和一些简单的电路连接，下面将介绍一种常见的放大器设计方法。
1. 选择放大器类型在设计放大器之前，首先需要确定所需要的放大器类型。
常见的放大器类型包括运放放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）和晶体管放大器等。
在这里，我们选择使用Op-Amp放大器，因为它具有简单、稳定以及高增益的特点。
2. 确定放大器的增益需求放大器的增益表示信号放大的程度，根据具体的应用需求，可以确定所需要的增益大小。
在这里，我们假设需要一个增益为10的放大器。
3. 选择合适的Op-Amp芯片根据放大器的增益需求，选择一个合适的Op-Amp芯片。
不同的芯片型号具有不同的参数和性能指标，需要根据具体需求进行选择。
在这里，我们选择了一款常用的Op-Amp芯片LM741。
4. 确定电源电压放大器通常需要供电，需要确定所需要的电源电压。
一般来说，Op-Amp芯片的工作电压为±15V，但是在一些低功耗应用中，可以选择低电源电压。
在这里，我们选择了±9V的电压供应。
5. 设计放大器电路根据所选择的Op-Amp芯片和电源电压，设计放大器的电路。
典型的Op-Amp放大器电路包括反馈电阻和输入电阻等。
对于我们所需的增益为10的放大器，可以采用非反向放大器的电路结构，如下图所示：(图例：Op-Amp非反向放大器电路图)在图中，R1和R2分别代表反馈电阻和输入电阻。
根据非反向放大器的公式可知，输出电压（Vo）与输入电压（Vin）的关系为Vo = Vin * (1 + R2/R1)。
根据所需要的增益为10，可以选择R2=9kΩ和R1=1kΩ。
通过调整R1和R2的比例，可以改变放大器的增益大小。
6. 组装放大器电路根据设计好的电路图，通过焊接等方式将电子元件进行连接和组装。
毕业设计--增益可自动变换的放大器设计
增益可自动变换的放大器设计一、设计要求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1赫兹。
2、能够对任意一种增益进行选择和保持（演示：控制某个增益保持时间为4秒）。
二、设计方案1、方案图：2、功能说明：此电路由电源电路，时钟脉冲产生电路，具有延时功能的脉冲产生、反相电路、计数电路、译码驱动电路、数码显示电路、具有选择功能的电路、电阻网络以及放大电路九部分组成。
增益可自动变换的放大器是通过以下方式来实现其功能的：时钟脉冲产生电路控制增益的切换频率，并通过计数电路对某一种增益进行选择；具有延时功能的脉冲产生电路通过对计数电路使能端的控制达到对某一种增益保持的目的；通过译码驱动显示电路显示不同的放大倍数；通过计数电路输出的信号控制具有选择功能的电路来实现不同反馈电阻的接入，从而实现了不同增益范围的切换。
三、电路设计与分析1、时钟脉冲产生电路、具有延时功能的脉冲产生电路及反向电路该部分电路的核心器件是555定时器，其中，时钟脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐震荡器，具有延时功能的脉冲产生电路是由555定时器组成的单稳态触发器。
其具体电路如下：图一时钟脉冲产生电路图二具有延时功能的脉冲产生电路及反向电路555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。
按其工艺分双极型和CMOS型两类，其应用非常广泛。
2、555定时器的组成和功能图1—1是555定时器内部组成框图。
它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。
3、555定时器的应用如图所示的时钟脉冲产生电路是用555定时器组成的多谐震荡器，其工作波形如下所示：计算公式如下：输出高电平时间tpL=RP1C2ln2≈0.7RP1C2输出低电平时间tpH=（R2+RP1）C2ln2≈0.7（R2+RP1）C2振荡周期f=1/ tpL+tpH≈1.43/ （R2+RP1）C2由以上计算公式可知：通过确定电阻阻值及电容容值和调节电位器RP1可以实现频率为1赫兹的时钟脉冲输出。
可变增益放大器的设计
可变增益放大器的设计赵悦;张罡帅;郭玉会【摘要】该文提出了可变增益放大器的设计方法,以实现对放大增益的实时控制,且对于输入信号的带宽以及频率都可以灵活调整,使得放大器的应用方式更加灵活、应用领域更加宽广。
文中采用可编程放大器AD603作为可变增益放大器,使用单片机进行控制电压的调整,对实现方法进行了详细的阐述,对该系统进行测试及结果分析。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2012(000)022【总页数】1页(P57-57)【关键词】可变增益;放大器;编程【作者】赵悦;张罡帅;郭玉会【作者单位】保定供电公司,河北保定071000;保定供电公司,河北保定071000;华北电力大学（保定）,河北保定071000【正文语种】中文【中图分类】TN722伴随着计算机科学与技术迅猛的发展，使用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。
为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，工程中可以先把模拟信号按比例转换成数字信号，然后利用数字电路对该信号进行处理，之后再输出处理过的模拟信号。
放大功能是模拟信号处理电路中最常用到的，它是通过放大器电路实现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。
放大电路也是构成其他模拟电路的基本单元电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路。
本文以放大器为研究核心，讨论数字和模拟电路组成智能控制放大器增益的系统。
目前实现可变增益放大器的方法有多种，常用的方法是采用普通带宽放大器构成的放大电路，而AGC(Auto Gain Control)部分则是采用分立元件构成的，利用反馈的方法改变放大器的增益。
同时采用场效应管作为AGC的控制端可实现高频率和噪声低的放大效果，但是这种放大器的精确增益控制受限于温度和电源的漂移影响，很难实现稳定性。
为实现放大器的可编程控制，则需采用控制电压与增益成线性关系的可编程放大器，放大器AD603的增益可通过编程控制。
AD603是一款低噪声、温度稳定性高的可编程控制增益的放大器，其增益与单片机的控制字成线性关系，因此能实现可变增益控制放大器。
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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
前言 (1)
1 通用可变增益放大器的概述 (5)
1.1 可变增益放大器的研究意义 (5)
1.2 可变增益放大器的发展趋势 (7)
2 通用可变增益放大器的基础 (8)
2.1 增益放大器的分类 (8)
2.2 增益控制 (8)
2.2.1 指数增益控制 (9)
2.3 高性能可变增益放大器 (12)
3 增益放大器的结构 (13)
3.1 可变增益放大器的原理 (13)
3.2 吉儿伯特VGA (13)
3.2.1 指数性质VAG (15)
3.2.2 VAG结构 (15)
4 增益放大器的设计 (16)
4.1 程控放大器设计 (16)
4.2 控制电路的设计 (17)
5 结束语 (18)
参考文献 (19)。