本科生课程设计（论文）
第2章 程控增益放大器总体设计方案
2.1 程控增益放大器设计方案论证
程控增益放大器并不多见，需要采用其它方法来实现，通常有三种方法： 1) 放大器+多路转换开关+MCS-51单片机
第一种方法采用MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。
本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。
2）运放+模拟开关+电阻网络
第二种方法利用模拟开关切换电阻反馈网络，从而改变放大电路的闭环增益。此种方法所需元器件较多，电路庞大。虽然精度受到限制，但是较易实现。
3）运放+数字电位器。
第三种方案采用固态数字电位器来控制放大电路的增益，线路较为简单。但现有的数字电位器分辨率有限，常见的有32、64抽头，少数可达1024抽头，因而构成的放大器精度有限，无法满足10位甚至12位数据采集系统的要求。
本设计采用方案2。
2.2总体设计方案框图及分析
根据放大倍数以步距1在1～100范围内变化的要求，可用3位拨码开关对D/A置数来设置放大倍数，并用模拟开关控制增益。该方案电路简单，使用者必须根据增益在哪一挡来换算放大倍数，且只能实现预置数功能。总体框图如图1.1所示。
2
本科生课程设计（论文）
模拟开关 电阻网络 运算放大器
图2.1 程控增益放大器框图
3
本科生课程设计（论文）
第3章 程控增益放大器单元电路设计
3.1 程控增益放大器具体电路设计
电源电路为了保证足够的电源供应，我们制作了一个有±5V、±12V、±15V、0~30V可调的电压源。Vo为输出端。
图3.1程控增益放大器整体电路
拨码开关输入3位10进制数1－999时，输出为20Ω，实际上是3个位上的电阻器并联，相当于1个560kΩ的电位器，共有10×10×10=1000种组合的阻值，在一般情况下，完全可以取代在模拟电路中广泛使用的无级调节的电位器。这种用法不需任何外部调整元件件就能可靠地工作。但为了保证效果更好，应该在正、负电源供电端连接一个1μF的旁路钽电容到模拟地，且应尽可能靠近放大器的电源引脚，并按图中所示点接地。使输入级输出的直流电位低于输入直流电位，这样后级就可直接接NPN型管；由于PNP型管的发射结击穿电压很高，这种差动放大电路的差模输入电压也很高，可达30V以上，此外，共基极电路输入电阻较小，而输出电阻较大，有利于接有源负载，并起到将负载与NPN管隔离开的作用。集成电路运算放大器偏置电路的作用是向各级放大电路提供合适的偏置电流，决定各级的静态工作点 输出级的作用是向负载输出足够大的电流，要求它的输出电阻要小，并应有过载保护措施。输出级大都采用互补对
4
本科生课程设计（论文）
称输出级，两管轮流工作，且每个管于导电时均使电路工作在射极输出状态，故带负载能力较强。该电路是利用接通通道改变一个状态，从而反馈电阻改变一次，相应的电压增益改变一次数值。
3.1.1 模拟开关设计
如图3.2所示为模拟开关部分，由DSWPK_10来控制反馈电阻网络。从而控制增益。
图3.2 模拟开关
3.1.2 集成电路运算放大器设计
集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路输入级：通常由双输入差分放大电路构成。主要作用是提高抑制共模信号能力，提高输入电阻。
中间级：带恒流源负载和复合管的差放和共射电路组成的高增益的电压放大级，主要作用是提高电压增益。
输出级：采用互补对称功放或射极输出器组成，主要是降低输出电阻，提高带负载能力。
（一）集成电路运算放大器中的电流源 1．基本电流源
分压式射极偏置电路为基本电流源电路。当三级管工作在放大区，由于射极电流仅由两分压电阻决定，因此当负载发生变化（也即集电极电阻发生变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。
2．有源负载
由于电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使用，称为有源负载。
3．电流源的应用
（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流； （2）作为各放大级的有源负载，提高电压增益。
5
本科生课程设计（论文）
（二）偏置电路
偏置电路的作用是向各级放大电路提供合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。F007的偏置电路由T8～T13组成。基准电流由T12、R5、T11，和电源EC（15V）、EE（- 15V）决定：
Ir=（Ec+Ee-Ube11-UBE12）÷R5
T10、T11和R4组成微电流源电路，提供输入级所要求的微小而又十分稳定的偏置电流，并提供T9所需的集电极电流，即IC10＝IC9 ＋2IB3；T8与T9 组成镜像恒流源电路，提供T1、T2的集电极电流，即IC1＋IC2＝IC9，T12与T13组成镜像恒流源电路，提供中间级T16、T17的静态工作电流，并充当其有源负载。
（三）输入级
它的电路形式几乎都采用各种各样的差动放大电路，以发挥集成电路制造工艺上的优势。UPC277C的输入级电路是由T1～T7组成的带有恒流源及有源负载的差动放大电路。有源负载是由T5，T6、T7及R1、R2、R3组成的改进型镜象恒流源电路。用它作差动放大电路的有源负载，不仅可以提高电压放大倍数，还能在保持电压放大倍数不变的条件下，将双端输出转化为单端输出。
T1～T4组成共集一共基型差动放大电路。其中，T1、T2接成共集电极形式，可以提高电路的输入阻抗，同时由于UC1＝UC2 = EC - UBE8，因而共模信号正向界限接近EC，即提高了共模信号的输入范围；T3、T4，组成共基极电路，具有较好的频率特性，同时输还能完成电位移动功能，使输入级出的直流电位低于输入直流电位，这样后级就可直接接NPN型管；由于PNP型管的发射结击穿电压很高，这种差动放大电路的差模输入电压也很高，可达30V以上。
图3.3集成电路符号
6