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增益可自動變換放大器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)一、 設(shè)計任務(wù)及指標(biāo):設(shè)計一個增益可自動變換的交流放大器。1、放大器增益可在1倍 2倍 3倍 4倍四檔間巡回切換,切換頻率為1Hz;2、對指定的任意一種增益進(jìn)行選擇和保持,保持后可返回巡回狀態(tài);3、通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前放大電路的放大倍數(shù),用0、1、2、3分別表示1、2、3、4倍即可。4、電源采用5V電源供電。二、 設(shè)計原理以及內(nèi)容:1、 時鐘產(chǎn)生電路: 利用555電路組成多諧振蕩器,管腳3輸出所產(chǎn)生的時鐘信號,其頻率計算公式為: F=1/T=1.44/C1(R1+2R2)令C1=10uF,R1=R2,則帶入公式可求:R1=R2=48k ohm 在multisim里所組成的電路圖如左:2、 序列產(chǎn)生電路:用74LS161構(gòu)成四位加法計數(shù)器采用異步清零法,產(chǎn)生QD QC QB QA :0000-0001-0010-0011-0000 序列,使得增益循環(huán)變換。將QC通過非門接到CLR段,當(dāng)QC為1時,計數(shù)器異步清零。 3、 譯碼電路:將74LS161的四個狀態(tài)進(jìn)行譯碼,1Y0到1Y3輸出端分別是對增益1到4倍的選擇4、 選擇保持電路:手動實(shí)現(xiàn)4個增益狀態(tài)的選擇:J3J2J1增益00010121031141自動控制將74LS161的使能端與J3、U6A的使能端連接,并通過非門連到U4A的使能端,當(dāng)J3為高電平的時候,74LS161與U4A工作,實(shí)現(xiàn)增益的自動變換;當(dāng)J3接地的時候,U6A工作,實(shí)現(xiàn)增益的選擇與保持。5、數(shù)碼管顯示電路: 1)由于74LS139工作時輸出低電平,不工作時輸出高電平,所以將兩個74LS139的輸出端分別與非,使工作時ABCD輸出高電平。 2)連接到數(shù)碼管:A B C Da b c d顯示100000000010000011001000102000100113由上表可知:a=b=0c:CDAB0001111000X1X1010XXX11XXXX100XXX c= = d:CDAB0001111000X1X0011XXX11XXXX100XXX d= = 所以把a(bǔ),b接地,用兩個或非門實(shí)現(xiàn)c,d的連接。可得右圖:三、 仿真模擬。 將此部分與增益調(diào)節(jié)部分(朱珈嫻同學(xué)負(fù)責(zé)部分)綜合可得總實(shí)驗圖如下:仿真結(jié)果:1) 自動增益調(diào)節(jié)結(jié)果:2) 手動增益為1時:3) 手動增益為2時:4) 手動增益為3時:5) 手動增益為4時:四、 硬件連接及測試結(jié)果:(1) 完成電板如下:(2)信號輸出截圖(黃線為輸入,藍(lán)線為輸出):(a) 自動增益循環(huán)(J3=1):(b) 手動增益為1時(J3=0,J2J1=00,數(shù)碼管顯示為0):(c) 手動增益為2時(J3=0,J2J1=01,數(shù)碼管顯示為1):(d) 手動增益為3時(J3=0,J2J1=10,數(shù)碼管顯示為2):(e) 手動增益為4時(J3=0,J2J1=11,數(shù)碼管顯示為3):五、 誤差分析由于555電路產(chǎn)生的1HZ頻率與實(shí)際函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率有微小的差距不能完全相等,在自動增益過程中,使得由增益四倍變?yōu)橐槐兜臅r候,有小幅度失真。此外,輸入的交流信號過大或過小都容易使得輸出信號失真,經(jīng)調(diào)試,輸入信號幅度在80mVpp時,輸出信號基本不失真。六各主要集成芯片介紹(1) NE555它是一種廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路中的集成定時器,各管腳功能如下:(2)74LS161 它是一種四位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器,各管腳功能如下:(3)74LS139 它是2-4譯碼器,各管腳功能如下:(4)74LS04 它是六非門,各管腳功能如下:(5)74LS48:(6)SM4205它是共陰極八段數(shù)碼管,各管腳功能如下:(7)LM324 它是帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器,各管腳功能如下:(8)CC4066 它是雙向模擬開關(guān),各管腳功能如下:六、 小結(jié)本次設(shè)計將模電與數(shù)電知識相結(jié)合,這是之前實(shí)驗沒有碰到過的,所以思路開始并不是很開闊。通過大量的查閱資料之后,發(fā)現(xiàn)之前自己很多想法的可行之處,所以才開始大膽地著手電路設(shè)計,當(dāng)然設(shè)計及調(diào)試的過程并不是一帆風(fēng)順的,主要有以下幾點(diǎn):1. 設(shè)計電路前各部分功能電路設(shè)計并不困難,主要是如何將它們連接到一起,所以在用MULTISIM畫電路圖之前,利用網(wǎng)絡(luò)資源查找相應(yīng)芯片的功能表,管腳圖顯得尤為重要。2. 在電路調(diào)試過程中,由于4066自身有一定的內(nèi)阻,使得放大倍數(shù)存在一定的誤差,不過相對于采用的電阻來說,內(nèi)阻影響并不是很大,但是由于其電源電壓選擇不當(dāng)及試驗箱電源電壓不準(zhǔn)確,使得芯片一直不工作,花費(fèi)了我?guī)讉€晚上的時間才調(diào)試成功,最后通過使VEE端懸空,才使得芯片正常工作。3. 電路正常工作以后,波形失真非常嚴(yán)重,經(jīng)過幾天的調(diào)試,發(fā)現(xiàn)使輸入電壓穩(wěn)定在80mVpp左右時,失真消失。4. 由于之前實(shí)驗沒有自己連接過數(shù)碼管,在領(lǐng)取器件的時候只領(lǐng)取了單一的數(shù)碼管,回去連電路的時候手足無措,查閱資料之后才知道需要一個驅(qū)動芯片才能實(shí)驗數(shù)碼管的顯示,經(jīng)過篩選之后,選擇了74LS48作為驅(qū)動芯片。通過這次課程設(shè)計我深深感受到實(shí)踐的重要性,電路仿真很容易實(shí)現(xiàn),但是真正連接好電路調(diào)試的時候就不是那么容易了,理論上沒錯的電路,由于器件電阻及工作電壓問題,常常使電路不能正常工作,需要一步步利用萬用表等工具細(xì)心檢查,不放過每一個細(xì)節(jié)。當(dāng)然這次實(shí)驗調(diào)試我就花了3個晚上和2個下午,開始時,波形不能正常顯示,看到密密麻麻的電路,開始靜不下心來檢查,最后還是堅持了下去,不過讓我最郁悶的是,面包板有大半部分短路,給調(diào)試帶來了很多不必要的麻煩。這次的課程設(shè)計的完成是我們組四位員共同努力地結(jié)果,我十分感謝各位組員的積極配合及各位老師的耐心指導(dǎo)。七、 參考文獻(xiàn) Digital Fundamentals,Ninth Edition Thomas L.Floyd著 電子工業(yè)出版社; Electric Circu

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