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查看: 511回复: 2 发表于 2019-6-11 20:32:49   只看该作者
本帖最后由 xxl1925 于 2019-6-11 20:36 编辑

基于TI器件的电子竞赛常用模拟系统设计与实践——第8课  模拟开关和运放组成的程控放大器设计

      本课介绍一种以CD4052模拟开关和TL082双路运放组成的多路模拟开关和运放组成的程控放大器设计方法。该程控放大器可通过程序控制实现4档的程控放大,增益分别为:+2、+4、+8、+16V/V。
      1.芯片介绍
    (1)多路模拟开关CD4052
      CD4052是一种差分、双路、双向、4通道数字控制模拟开关,有AB两个二进制控制输入端和INH输入端,具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。当INH输入端=“1”时,所有通道截止;当INH输入端=“0”时,二位二进制输入信号选通4对通道中的一个通道,可连接该输入至输出。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,而与控制信号的逻辑状态无关。
      如图2.2.1所示为CD4052的引脚定义。
图2.2.1  CD4052的引脚图.jpg
图2.2.1  CD4052的引脚图
      CD4052的器件特性如下:
     1)    宽范围的数字和模拟信号电平:数字3~15V,模拟可达15Vpp;
     2)    低导通阻抗:在VDD-VEE=15V的条件下,整个15Vpp信号输入范围的典型值为125Ω;
     3)    高截止阻抗:在VDD-VEE=10V的条件下,通道漏电流的典型值为±10pA;
     4)    超高带宽:-3dB带宽的典型值为25MHz;
     5)    极低的静态功耗:在VDD-VSS=VDD-VEE=10V条件下,静态功耗的典型值为1µW;
     6)    易于控制的通道切换:片上二进制地址解码。
      CD4052的真值表如表2.2.1所列。
表2.2.1  CD4052真值表
  
INH
  
A
B
0
0
0
0x,0y
0
0
1
1x,1y
0
1
0
2x,2y
0
1
1
3x,3y
1
X
X
None
    (2)通用运放TL082
     TL082是一个通用的J-FET场效应管双路运放,图2.2.2为TL082的引脚定义。
图2.2.2  TL082的引脚图.jpg
图2.2.2  TL082的引脚图
      TL082的特性如下:
     1)    低输入偏置电流和偏置电流;
     2)    高压摆率:13V/µs(典型值);
     3)    较高的带宽:单位增益带宽积为3MHz;
     4)    内部频率补偿;
     5)    输出短路保护。
      2.硬件电路设计
      CD4052模拟开关和TL082双路运放组成的程控放大器硬件电路如图2.2.3所示。模拟开关CD4052放在反相放大器的反馈端,TL082运放的第一路用作缓冲器,以提高信号的输入阻抗;R6为补偿电阻,保证集成运放输入级差分放大电路的对称性;电路中的每一个增益选择电阻通过电位器RW1、 RW2、RW3和RW4调节;芯片CD4052和TL082都为±5V供电,电路中加了适当的去耦电容。控制端“INH”直接接地有效,也就是说通道选择仅通过“A”、“B”控制,通过J2接口引出连接单片机控制。
图2.2.3  CD4052和TL082组成的程控放大器电路.jpg
图2.2.3  CD4052和TL082组成的程控放大器电路
      若忽略CD4052导通电阻的影响,理论上通道选择与增益的对应关系为
     AB=00时, 式1.jpg
     AB=01时, 式2.jpg
     AB=10时, 式3.jpg
     AB=11时, 式4.jpg
      3.测试结果与结论
       按照图2.2.3连接电路,信号选择100mVpp40kHz的正弦波,上电后模拟开关CD4052通道选择依次为AB=00 AB=01 AB=10 AB=11,分别调节电位器RW1 RW2RW3RW4使放大倍数分别为2倍、4倍、8倍和16倍。实际测试波形分别如图2.2.4、图2.2.5、图2.2.6和图2.2.7所示。
                  图2.2.4  AB=00时信号输入输出波形.jpg               
图2.2.4  AB=00时信号输入输出波形
图2.2.5  AB=01时信号输入输出波形.jpg
图2.2.5  AB=01时信号输入输出波形
                图2.2.6  AB=10时信号输入输出波形.jpg             
图2.2.6  AB=10时信号输入输出波形
图2.2.7  AB=11时信号输入输出波形.jpg
图2.2.7  AB=11时信号输入输出波形
      测试波形完成之后在用万用表测量实际电位器的阻值得出的结果为:RW1=1.89kΩ,RW2=4.92 kΩ,RW3=7.93kΩ,RW4=15.96 kΩ,由此可以得出CD4052在不同增益下的导通电阻也尽不相同。
      利用多路模拟开关和运放组成的程控放大器设计方法,原理简单,但电路设计比较复杂,且由于模拟开关具有导通电阻,其值一般还会随频率和幅值的变化而变化,对增益的精度影响较大。

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发表于 2019-6-11 20:37:53   只看该作者
图2.2.3不知道怎样可以变清晰点,如果大家有疑问,给我留言哦。

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发表于 2019-6-12 08:49:37   只看该作者
谢谢老师分享
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