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课题名称：设计时间：使用仪器：学生姓名：所在班级：
一、实验目的：
子 课 程 设 计 报 告
自动增益可变直流放大电路 年10月 万用表、直流电压表
梁洲（2008071070）、唐鸿（2008071063） 测控技术与仪器082班
2010 梁洲2008071070 唐鸿2008071063
1． 掌握protel99的基本使用方法及PCB的制作方法； 2． 掌握制作电路板的整体工序；
3． 培养自主学习和独立设计电路的能力； 4． 增强团队合作的能力。 二、实验内容：
(1) 课题名称：自动增益可变直流放大电路
(2) 内容摘要：各种传感器采集的电信号必须经过放大，故信号的放大，是测量系统的重要环节。在实际工程应用中，有时需要在同样的信号输入的情况下，根据输入范围的不同输出的电压也不同，即电流放大增益不同。而本文即采用不需换档自动调节直流的增益放大器来实现信号的放大。 (3) 设计指标(要求)：
当输入信号为0～50mV时，放大100倍； 当输入信号为50mV～500mV时，放大10倍；
当输入信号为0.5V～5V时，放大1倍；并能根据输入信号大小，自动改变放大倍数。 (4) 方案选择与系统框图：
模数转换模块 窗口比较器 LM324放大器 数据选择器 CD4051八选一数据选择器 电压放大模块 LM324放大器
输入电压 输出电压 方案选择系统框图
利用LM324放大器构成的窗口比较器,将模电信号转化为数字电路中的高低电平.设定门限电压为0.5V和0.05V,当输入不同的电压就将信号转化为高低电平.当输入为大于0.5V时, B端输出为高电平，A端输出为低电平。电压Ui介于于0.5V与0.05之间时,B端输出为低电平，A端输出为低电平。当输入电压Ui小于0.05V时,B端输出为低电平，A端输出为高电平。在利用CD4051八选一数据选择器,选择不同的电阻值实现不同的放大。 (5) 各单元电路设计、参数计算和元器件选择： 1．电源指示灯模块
利用发光二极管作为电源指示灯，批示电源是否接通。
电路原理图如右图所示。发光二极管的压降Uon约为1.8V,通过二极管的电流I=(Vcc-Uon)/R.
2. 模数转换模块(窗口比较器)
当输入电压Ui大于0.5V时,B端输出为高电平，A端输出为低电平。 当输入电压Ui介于于0.5V与0.05之间时,B端输出为低电平，A端输出为低电平。 当输入电压Ui小于0.05V时,B端输出为低电平，A端输出为高电平。
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输入电压 Ui<0.05V 0.05
3.模拟开关(八选一数据选择器)
此次设计选用CD405作为数据选择器. CD4051/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. CD4051真值表：
INH禁止端 C B A CD4051选择位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 * * * NONE
4.正相比例放大模块
本次设计最后一个模块采用LM324集成运放将输入电压进出行放大。设计采用同相比例运算电路。因为此次设计供电模式采用+5V单
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电源供电，LM324集成运放只能工作在电压正半轴，因此只能选择正相比例放大。
电路引入了电压串联负反馈，故可以认为输入电阻为无穷大，输出电阻为零。根据“虚短”与“虚断”的概念，集成运放的净输入电压为零。由此可以得到：
Uo=(1+Rf/R)*Ui
经综合考虑选取反馈电阻为100K
当电压放大倍数为1倍时，选取用R为2M的电阻此时：Av=1+Rf/R=1 当电压放大倍数为10倍时，选取用R为10K的电阻此时：Av=1+Rf/R=10 当电压放大倍数为100倍时，选取用R为1k的电阻此时：Av=1+Rf/R=100 5.元件列表及参数： 序号 1 2 3 4 5 6 元件名称 电阻 二极管 发光二极管 滑动变阻器 LM324 CD4051 参数 1K、5K、10K、2M 1K（四个） 备注 开关二极管 红色 (6)完整的电路图：（见附件）
(7) 组装调试：
1．使用的主要仪器仪表：打孔机、万用表、直流电压表、电烙铁。 2．调试电路的方法和技巧：
一：先给电路通电。观察发光二极管是否导通，即可判断电路是否导通。 二：调节滑动变阻器R3和R4，使2点电压输出为0.5V，5点电压为0.05V
三：分别输入不同范围值的电压，分别测试模拟开关CD4051数据选择器的芯片管脚
10，11即A,B端输出的高低高平与计算相同。当输入信号为0～50mV时，B为高电平，A为低电平；当输入信号为50mV～500mV时，B为低电平，A也为低电平；
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当输入信号为0.5V～5V时，B为高电平，A也、为低电平；
四：使输入电压接地，即输入为0，测量输出是否有电压，如有电压输出，可微调滑
动变阻器R5，使输出接近于0。
五：当数据选择器正常工作时，即可分别输入不同范围值的电压，测量输出端的电压。
微调整滑动变阻器R8和R11使输出的电压值接近理论放大倍数。
3．测试的数据和波形与计算结果比较分析： 实测值 Ui（v） 3 2.5 1.3 0.35 0.17 0.1 0.032 0.016 0.012 Uo(v) 2.93 2.45 1.24 3.41 1.67 0.95 3.12 1.53 1.16 Av 0.97 0.98 0.96 9.74 9.82 9.5 97.5 95.6 96.6 理论值 Ui(v) 3 2.5 1.3 0.35 0.17 0.1 0.032 0.016 0.012 Uo(v) 3 2.5 1.3 3.5 1.7 1 3.2 1.6 1.2 Av 1 1 1 10 10 10 100 100 100 位选端 B 0 0 0 0 0 0 1 1 1 A 1 1 1 0 0 0 0 0 0
4.调试中出现的故障、原因及排除方法：
在调试过程中，我发现的第一个问题就是R3,R4无法完成正常分压，不能分到0.5V,和0.05V。原因是因由5V直接分到0.05很难调，电压跃变相当大。改进分法就是在分压之前加上一个电阻进行分压。
第二个问题就是发现LM324不能进行正常放大,我将LM324放大模块单独搭建电路进行调试,发现依然无法放大.后来经老师指导,发现LM324在正5V单电源供电时不能进行反向输入放大.即LM324只工作在正半轴,而在负半轴是截止的。我们就把反向放大改为正向放大，即能正常放大。
第三个问题就是电路在两个范围内能够正常放大，而不能正常放大倍数为100倍的电压范围。经过万用表的检测发现在数据选择器CD4051的10脚存在虚焊。用电烙铁重装焊接之后就解决了这个问题 5．实际PCB图或布线图
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