一种可对比的自动循环可编程放大电路 |
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| 申请号 | CN201710943372.1 | 申请日 | 2017-10-11 | 公开(公告)号 | CN107565921B | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 绍兴职业技术学院; | 发明人 | 周灵彬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可对比的自动循环可编程放大 电路 ，包括倍频 信号 振荡电路、放大倍数自动选择电路、放大输出电路和滤波电路。其由施密特 反相器 + 电阻 +电容构成周期约6ms的振荡电路，选取放大倍数自动选择电路中的其中一种电路，产生由振荡电路 频率 决定的增益切换信号，并选取不同增益的电阻网络接入后续的运算放大电路中，实现了自动循环1‑4倍速增益放大电路，可直观观测到信号放大变化过程。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可对比的自动循环可编程放大电路，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种可对比的自动循环可编程放大电路技术领域： [0001] 本发明属于放大电路技术领域，具体是涉及一种可对比的自动循环可编程放大电路。背景技术： [0002] 可编程增益放大器(PGA)，是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。可编程增益放大器含全平衡差动放大器模块、译码器模块和电阻开关阵列模块，全平衡差动放大器模块中的负反馈电阻分压器的电阻比确定该放大器的最大增益，通过译码器模块的译码结果控制电阻开关阵列模块衰减输入信号的衰减量，最终实现该放大器的增益的可编程。所以增益就决定于电阻网络的设计。而增益可编程就是在外部信号控制下增益按指定规律变化。 [0003] 现有的运放电路主要有采用普通放大器实现增益可变和采用模拟电子开关实现增益可变两种方式。图1为采用普通放大器实现增益可变的运放电路，是一个典型的通过改变反馈电阻大小而实现增益可变的放大电路。其增益可在1～100之间改变。图2为采用模拟电子开关实现增益可变的运放电路，一组模拟开关在控制信号作用，每次只有一个开关接通，这样就实现了反馈电阻可变的目的，最终实现了增益的改变。现有技术中的运放电路都是手动操作才能改变增益，而非自动循环增益放大可编程。发明内容： [0004] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的运放电路都是手动操作才能改变增益，而非自动循环增益放大可编程，从而提出一种可对比的自动循环可编程放大电路。 [0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下： [0006] 一种可对比的自动循环可编程放大电路，包括： [0007] 倍频信号振荡电路、放大倍数自动选择电路、放大输出电路、滤波电路，所述倍频振荡电路的输出端与所述放大倍数自动选择电路的输入端连接，所述放大倍数自动选择电路的输出端与所述放大输出电路的第一输入端连接，所述滤波电路的输入端连接待放大信号，所述滤波电路的输出端与所述放大输出电路的第二输入端连接。 [0008] 所述放大倍数自动选择电路包括第一放大倍数自动选择电路和第二放大倍数自动选择电路。 [0009] 所述第一放大倍数自动选择电路包括CMOS反相器U2、译码器U3、四双向模拟开关U5、反相器U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述CMOS反相器U2包括第一反相器单元U2A和第二反相器单元U2B，所述反相器U1包括第二反相单元U1B、第三反相单元U1C、第四反相单元U1D、第五反相单元U1E，所述四双向模拟开关U5包括第一模拟开关单元U5A、第二模拟开关单元U5B、第三模拟开关单元U5C、第四模拟开关单元U5D，所述第一反相器单元U2A的3脚为CMOS反相器U2的时钟信号输入端4013‑CLK，所述第一反相器单元U2A的5脚连接2脚，所述第一反相器单元U2A的4脚和6脚接地，所述第一反相器单元U2A的1脚连接译码器U3的1脚，所述第二反相器单元U2B的11脚连接所述第一反相器单元U2A的2脚，所述第二反相器单元U2B的9脚连接12脚，所述第二反相器单元U2B的8脚和10脚接地，所述第二反相器单元U2B的13脚连接译码器U3的2脚，所述译码器U3的1脚和2脚分别连接第一示波器OSC1的输入端，所述译码器U3的3脚、4脚、5脚分别接地，所述译码器U3的15脚连接第二反相单元U1B的3脚，第二反相单元U1B的4脚连接第一模拟开关单元U5A的13脚，所述译码器U3的14脚连接第五反相单元U1E的11脚，第五反相单元U1E的10脚连接第二模拟开关单元U5B的12脚，所述译码器U3的13脚连接第三反相单元U1C的5脚，所述第三反相单元U1C的6脚连接第三模拟开关单元U5C的5脚，所述译码器U3的12脚连接第四反相单元U1D的13脚，第四反相单元U1D的12脚连接第四模拟开关单元U5D的6脚，第一模拟开关单元U5A的1脚、第二模拟开关单元U5B的11脚、第三模拟开关单元U5C带动4脚、第四模拟开关单元U5D的8脚连接四双向模拟开关U5的信号输入端SIN‑IN‑4016，第一模拟开关单元U5A的2脚连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第二模拟开关单元U5B的10脚，第五电阻R5的第一端连接第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端连接第三模拟开关单元U5C的3脚，第六电阻R6的第一端连接第五电阻R5的第二端，第六电阻R6的第二端连接第四模拟开关单元U5D的9脚，第三电阻R3的第一端连接第六电阻R6的第二端，第三电阻R3的第二端为四双向模拟开关U5的信号输出端OUT‑4016。 [0010] 所述第二放大倍数自动选择电路包括计数器U7、模拟开关U6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11，所述计数器U7的2脚为计数器U7的时钟信号输入端161‑CLK，计数器U7的3脚、4脚、5脚、6脚分别接地，计数器U7的13脚连接模拟开关U6的10脚，计数器U7的14脚连接模拟开关U6的11脚，模拟开关U6的6脚和9脚接地，模拟开关U6的12脚连接第十一电阻R11的第一端，模拟开关U6的15脚连接第八电阻R8的第一端，模拟开关U6的 14脚连接第九电阻R9的第一端，模拟开关U6的13脚连接第十电阻R10的第一端，第十一电阻R11的第二端连接第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端连接第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端连接第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端连接模拟开关U6的信号输入端SIN‑IN‑4051，模拟开关U6的3脚为模拟开关U6的信号输出端OUT‑4051。 [0011] 作为上述技术方案的优选，所述CMOS反相器U2选取型号为4013的CMOS反相器，所述译码器U3选取型号为74LS138的译码器，所述四双向模拟开关U5选取型号为CD4016或CD4066的四双向模拟开关，所述反相器U1选取型号为40106的反相器，所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、所述第六电阻R6均选取阻值为10kΩ的电阻。 [0012] 作为上述技术方案的优选，所述计数器U7选取型号为74HC161计数器，所述模拟开关U6选取型号为CD4051的模拟开关，所述第八电阻R8、所述第九电阻R9、所述第十电阻R10、所述第十一电阻R11均选取阻值为10kΩ的电阻。 [0013] 作为上述技术方案的优选，所述倍频信号振荡电路包括反相器U1、第一电阻R1、第一电容C1、第七连接器J7，所述反相器U1包括第一反向单元U1A，所述第一反向单元U1A的1脚连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端连接，第一电阻R1的第一端连接第一电容C1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一示波器OSC1的输入端，所述第一反向单元U1A的2脚连接第七连接器J7的2脚，第七连接器J7的1脚连接CMOS反相器U2的时钟信号输入端4013‑CLK，第七连接器J7的3脚连接计数器U7的时钟信号输入端161‑CLK。 [0014] 作为上述技术方案的优选，所述滤波电路包括第二电阻R2和第二电容C2，所述第二电容C2的第一端连接待放大信号输入端J1‑SIN‑IN，所述待放大信号输入端J1‑SIN‑IN连接第二示波器N1的输入端，所述第二电容C2的第二端连接第二电阻R2的第一端。 [0015] 作为上述技术方案的优选，所述放大输出电路包括运算放大器U4、第七电阻R7、变阻器RV1、第二连接器J2、第三连接J3、第八连接器J8、第九连接器J9，所述运算放大器U4包括第一运算放大单元U4A，所述第一运算放大单元U4A的3脚连接变阻器RV1的2脚，第一运算放大单元U4A的2脚连接第二电阻R2的第二端，第八连接器J8的2脚连接第一运算放大单元U4A的2脚，第八连接器J8的1脚连接四双向模拟开关U5的信号输入端SIN‑IN‑4016，第八连接器J8的3脚连接模拟开关U6的信号输入端SIN‑IN‑4051，第一运算放大单元U4A的1脚连接第二示波器N1，第九连接器J9的2脚连接第一运算放大单元U4A的1脚，第九连接器J9的1脚连接四双向模拟开关U5的信号输出端OUT‑4016，第九连接器J9的3脚连接模拟开关U6的信号输出端OUT‑4051，第七电阻R7的第一端连接第一运算放大单元U4A的1脚，第七电阻R7的第二端连接第二电容C2的第一端。 [0016] 作为上述技术方案的优选，所述运算放大器U4选取型号为LM358N的运算放大器，所述第七电阻R7选取阻值为100kΩ的电阻，所述变阻器RV1选取阻值为10kΩ的变阻器。 [0017] 本发明的有益效果在于：其由施密特反相器+电阻+电容构成周期约6ms的振荡电路，利用放大倍数自动选择电路产生由振荡电路频率决定的增益切换信号，并选取不同增益的电阻网络接入后续的运算放大电路中，实现了自动循环1‑4倍速增益放大电路，可直观观测到信号放大变化过程。附图说明： [0018] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中： [0019] 图1为现有技术中一种采用普通放大器实现增益可变的运放电路； [0020] 图2为现有技术中一种采用模拟电子开关实现增益可变的运放电路； [0021] 图3为本发明一个实施例的一种可对比的自动循环可编程放大电路原理图； [0022] 图4为本发明一个实施例的第一放大倍数自动选择电路图； [0023] 图5为本发明一个实施例的第二放大倍数自动选择电路图； [0024] 图6为本发明一个实施例的倍频信号振荡电路图； [0025] 图7为本发明一个实施例的放大输出电路和滤波电路图； [0026] 图8为本发明一个实施例的电源滤波电路； [0027] 图9为本发明一个实施例的采用第一放大倍数自动选择电路的可对比的自动循环可编程放大电路图； [0028] 图10为本发明一个实施例的采用第二放大倍数自动选择电路的可对比的自动循环可编程放大电路图； [0029] 图11为本发明一个实施例的一种可对比的自动循环可编程放大电路印制电路板图。具体实施方式： [0030] 如图3所示，本发明的一种可对比的自动循环可编程放大电路，包括： [0031] 倍频信号振荡电路、放大倍数自动选择电路、放大输出电路、滤波电路，所述倍频振荡电路的输出端与所述放大倍数自动选择电路的输入端连接，所述放大倍数自动选择电路的输出端与所述放大输出电路的第一输入端连接，所述滤波电路的输入端连接待放大信号(即输入的交流信号)，所述滤波电路的输出端与所述放大输出电路的第二输入端连接。 [0032] 所述放大倍数自动选择电路包括第一放大倍数自动选择电路和第二放大倍数自动选择电路。 [0033] 如图4所示，所述第一放大倍数自动选择电路包括CMOS反相器U2、译码器U3、四双向模拟开关U5、反相器U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述CMOS反相器U2包括第一反相器单元U2A和第二反相器单元U2B，所述反相器U1包括第二反相单元U1B、第三反相单元U1C、第四反相单元U1D、第五反相单元U1E，所述四双向模拟开关U5包括第一模拟开关单元U5A、第二模拟开关单元U5B、第三模拟开关单元U5C、第四模拟开关单元U5D，所述第一反相器单元U2A的3脚为CMOS反相器U2的时钟信号输入端4013‑CLK，所述第一反相器单元U2A的5脚连接2脚，所述第一反相器单元U2A的4脚和6脚接地，所述第一反相器单元U2A的1脚连接译码器U3的1脚，所述第二反相器单元U2B的11脚连接所述第一反相器单元U2A的2脚，所述第二反相器单元U2B的9脚连接12脚，所述第二反相器单元U2B的8脚和10脚接地，所述第二反相器单元U2B的13脚连接译码器U3的2脚，所述译码器U3的1脚和2脚分别连接第一示波器OSC1的输入端，所述译码器U3的3脚、4脚、5脚分别接地，所述译码器U3的15脚连接第二反相单元U1B的3脚，第二反相单元U1B的4脚连接第一模拟开关单元U5A的13脚，所述译码器U3的14脚连接第五反相单元U1E的11脚，第五反相单元U1E的10脚连接第二模拟开关单元U5B的12脚，所述译码器U3的13脚连接第三反相单元U1C的5脚，所述第三反相单元U1C的6脚连接第三模拟开关单元U5C的5脚，所述译码器U3的12脚连接第四反相单元U1D的13脚，第四反相单元U1D的12脚连接第四模拟开关单元U5D的6脚，第一模拟开关单元U5A的1脚、第二模拟开关单元U5B的11脚、第三模拟开关单元U5C带动4脚、第四模拟开关单元U5D的8脚连接四双向模拟开关U5的信号输入端SIN‑IN‑4016，第一模拟开关单元U5A的2脚连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第二模拟开关单元U5B的10脚，第五电阻R5的第一端连接第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端连接第三模拟开关单元U5C的3脚，第六电阻R6的第一端连接第五电阻R5的第二端，第六电阻R6的第二端连接第四模拟开关单元U5D的9脚，第三电阻R3的第一端连接第六电阻R6的第二端，第三电阻R3的第二端为四双向模拟开关U5的信号输出端OUT‑4016。所述CMOS反相器U2选取型号为4013的CMOS反相器，所述译码器U3选取型号为74LS138的译码器，所述四双向模拟开关U5选取型号为CD4016或CD4066的四双向模拟开关，所述反相器U1选取型号为40106的反相器，所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、所述第六电阻R6均选取阻值为10kΩ的电阻。 [0034] 如图5所示，所述第二放大倍数自动选择电路包括计数器U7、模拟开关U6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11，所述计数器U7的2脚为计数器U7的时钟信号输入端161‑CLK，计数器U7的3脚、4脚、5脚、6脚分别接地，计数器U7的13脚连接模拟开关U6的10脚，计数器U7的14脚连接模拟开关U6的11脚，模拟开关U6的6脚和9脚接地，模拟开关U6的12脚连接第十一电阻R11的第一端，模拟开关U6的15脚连接第八电阻R8的第一端，模拟开关U6的14脚连接第九电阻R9的第一端，模拟开关U6的13脚连接第十电阻R10的第一端，第十一电阻R11的第二端连接第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端连接第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端连接第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端连接模拟开关U6的信号输入端SIN‑IN‑4051，模拟开关U6的3脚为模拟开关U6的信号输出端OUT‑4051。所述计数器U7选取型号为74HC161计数器，所述模拟开关U6选取型号为CD4051的模拟开关，所述第八电阻R8、所述第九电阻R9、所述第十电阻R10、所述第十一电阻R11均选取阻值为10kΩ的电阻。 [0035] 如图6所示，所述倍频信号振荡电路包括反相器U1、第一电阻R1、第一电容C1、第七连接器J7，所述反相器U1包括第一反向单元U1A，所述第一反向单元U1A的1脚连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端连接，第一电阻R1的第一端连接第一电容C1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一示波器OSC1的输入端，所述第一反向单元U1A的2脚连接第七连接器J7的2脚，第七连接器J7的1脚连接CMOS反相器U2的时钟信号输入端4013‑CLK，第七连接器J7的3脚连接计数器U7的时钟信号输入端161‑CLK。 [0036] 如图7所示，所述滤波电路包括第二电阻R2和第二电容C2，所述第二电容C2的第一端连接待放大信号输入端J1‑SIN‑IN，所述待放大信号输入端J1‑SIN‑IN连接第二示波器N1的输入端，所述第二电容C2的第二端连接第二电阻R2的第一端。 [0037] 如图7所示，所述放大输出电路包括运算放大器U4、第七电阻R7、变阻器RV1、第二连接器J2、第三连接J3、第八连接器J8、第九连接器J9，所述运算放大器U4包括第一运算放大单元U4A，所述第一运算放大单元U4A的3脚连接变阻器RV1的2脚，第一运算放大单元U4A的2脚连接第二电阻R2的第二端，第八连接器J8的2脚连接第一运算放大单元U4A的2脚，第八连接器J8的1脚连接四双向模拟开关U5的信号输入端SIN‑IN‑4016，第八连接器J8的3脚连接模拟开关U6的信号输入端SIN‑IN‑4051，第一运算放大单元U4A的1脚连接第二示波器N1，第九连接器J9的2脚连接第一运算放大单元U4A的1脚，第九连接器J9的1脚连接四双向模拟开关U5的信号输出端OUT‑4016，第九连接器J9的3脚连接模拟开关U6的信号输出端OUT‑4051，第七电阻R7的第一端连接第一运算放大单元U4A的1脚，第七电阻R7的第二端连接第二电容C2的第一端。所述运算放大器U4选取型号为LM358N的运算放大器，所述第七电阻R7选取阻值为100kΩ的电阻，所述变阻器RV1选取阻值为10kΩ的变阻器。 [0038] 图8为本实施例中的电源滤波电路。 [0039] 如图9所示，采用第一放大倍数自动选择电路的可对比的自动循环可编程放大电路图。其工作原理为：由施密特反相器+电阻+电容构成周期约6ms的振荡电路，该信号经由CMOS反相器4013输出两路2分频和4分频的信号作为138译码器的输入信号，138的输出循环控制模拟开关CD4016/4066选通不同增益的电阻网络，接入后继的运放电路就实现了自动循环1‑4倍增益放大电路。电阻网络中配以不同的电阻便可实现不同的增益。 [0040] 如图10所示，采用第二放大倍数自动选择电路的可对比的自动循环可编程放大电路图，其工作原理为：由施密特反相器+电阻+电容构成周期约6ms的振荡电路，该信号作为计数器161的时钟信号，其输出就是二进制的计数信号作为后继的模拟开关CD4051的开关通道选择控制信号，当161依次输出0、1、2、3则选通输入2分频和4分频的信号作为138译码器的输入信号，138的输出循环选通反馈电阻值为10K、20K、30K、40K不同增益的电阻网络，接入后继的运放电路就实现了自动循环1‑4倍速增益放大电路。 [0041] 图11为一种可对比的自动循环可编程放大电路印制电路板图。图11中： [0043] 2、标识5为调整运放的正相输入端参考电平，调到约1.9V； [0044] 3、标识2为振荡源的检测点，接入示波器可观测信号频率和幅值。 [0045] 4、标识3为方案1或2的选择，左边选择4013，方案1；右边选择方案2，接通161。 [0046] 5、标识4：左选择4016模拟开关，右选择4051模拟开关； [0047] 6、标识6：交流信号输入端； [0048] 7、标识7：信号输出端，接入示波器可观测信号频率和幅值。 [0049] 本实施例所述的一种可对比的自动循环可编程放大电路，包括倍频信号振荡电路、放大倍数自动选择电路、放大输出电路和滤波电路。其由施密特反相器+电阻+电容构成周期约6ms的振荡电路，选取放大倍数自动选择电路中的其中一种电路，产生由振荡电路频率决定的增益切换信号，并选取不同增益的电阻网络接入后续的运算放大电路中，实现了自动循环1‑4倍速增益放大电路，可直观观测到信号放大变化过程。本实施例引入对比思想，对比设计、对比观测、对比学习，从而培养学生的建立对比意识与掌握对比学习方法，。也是节约教学耗材成本、减少环境污染、提高教学质量的有效方法与手段。设计与实现相结合，不仅设计了电路，还设计了印制电路板PCB，经测试对比，验证了设计的正确性。 [0050] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 |
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