可控高增益放大電路

李 波

山東鋁業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東淄博 255000

一般檢測元件出來的信號都是比較微弱的電壓或者電流信號，而微弱的電信號是不適合在電路中傳輸與測量的，所以對微弱信號的處理就成為測控電路中不可或缺的部分，為匹配電路中的阻抗關(guān)系，并有穩(wěn)定的信號輸出，采用集成運放的負(fù)反饋電路。為獲得高增益常采用高阻抗的電阻作為反饋電阻，但是高阻抗電阻的穩(wěn)定性較差，所有精度較差，本設(shè)計采用由低阻抗組成T型網(wǎng)絡(luò)作為反饋電阻，既能提高電路的精度，又可實現(xiàn)可控高增益。

1 器件選擇

1.1 集成運放

LM324系列器件是集成了四個差動輸入的運算放大器。本設(shè)計中主要利用集成運算放大器組成電壓并聯(lián)負(fù)反饋，采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋可以改變阻抗的匹配，提高電路對頻率響應(yīng)，其反饋電阻與平衡電阻由控制器與多路選擇器共同控制，從而實現(xiàn)電壓增益調(diào)整。每一組運算運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中3、2為兩個信號輸入端，11、4為正、負(fù)電源端，1為輸出端。兩個信號輸入端中，2為反相輸入端，表示運放輸出端1的信號與該輸入端的位相反；3為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。

圖1 LM324集成運算放大器

1.2 多路選擇器

CD4051/CC4051是可控8通道多路選擇器，由A、B、C和INH4個輸入管腳，控制X0～X7其中一路信號傳送至X管腳供電路使用，當(dāng)INH為高電平時所有通道截止，當(dāng)INH為低電平時，A、B、C三個管腳控制X0～X7其中一路傳送至X，具體控制見表1。

表1 CD4051真值表

0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 x x x 都不通

1.3 控制芯片

89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該控制器有以下特點：8位CPU；片內(nèi)時鐘和振蕩電路；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源2個優(yōu)先級；全雙工串口；32個I/O口等。本設(shè)計主要用32個I/O口中的4個控制CD4051的4個端口，來實現(xiàn)電阻阻值的切換，從而改變集成運放中的反饋電阻與平衡電阻的阻值，達(dá)到放大倍數(shù)的控制。

2 放大電路設(shè)計

將弱信號放大成穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)電信號，采用集成運放電壓負(fù)反饋形式，電路如圖2。

圖2 程控放大電路

該電路由 R2、R3、R4、R5、R6、R7組成T型網(wǎng)絡(luò)，其中R2、R3作為T型網(wǎng)絡(luò)中的兩個固定電阻，R4、R5、R6、R7中由AT89C51選擇其中一個電阻作為T型網(wǎng)絡(luò)中的另外一個電阻，同時選擇R8、R9、R10、R11其中之一作為集成運放3管腳的平衡電阻。

其中R2、R3和R4、R5、R6、R7組成的T型網(wǎng)絡(luò)，可由低電阻等效成高阻抗的RF反饋電阻，實現(xiàn)高增益。

參數(shù)設(shè)置：

其中T型網(wǎng)絡(luò)中R2=R3；當(dāng)單片機控制R4（即P1=00000000B）作為T型網(wǎng)絡(luò)電阻時，RF=2 R2+ R22/ R4；

當(dāng)單片機控制R5（即P1=00000001B）作為T型網(wǎng)絡(luò)電阻時，RF=2 R2+ R22/ R5；當(dāng)單片機控制R6（即P1=00000010B）作為T型網(wǎng)絡(luò)電阻時，RF=2 R2+ R22/ R6；當(dāng)單片機控制R7（即P1=00000011B）作為T型網(wǎng)絡(luò)電阻時，RF=2 R2+ R22/ R7；

R8、R9、R11、R10= R1//（R2+ R3// R4或 R5或 R6或 R7）。

3 結(jié)論

該電路能夠?qū)崿F(xiàn)用較小電阻實現(xiàn)高增益，在調(diào)整T型網(wǎng)絡(luò)電阻值的同時，調(diào)整平衡電阻的大小，能夠很好控制失調(diào)電壓和失調(diào)電流對放大精度的影響。本設(shè)計中實現(xiàn)的是4種增益可調(diào)，也可以通過改變電路接口電阻實現(xiàn)多種增益可調(diào)，比普通的反相比例放大器的精度高，增益大，而且增益可調(diào)。

[1]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：高等教育出版社，1988.

[2]馮民昌主編.模擬集成電路基礎(chǔ)[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[3]陳海宴主編.51單片機原理及應(yīng)用——基于Keil C與Proteus[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.