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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A、B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 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 （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 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 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，
； AB=01时，
； AB=10时，
； AB=11时，
。 3．测试结果与结论 按照图2.2.3连接电路，信号选择100mVpp、40kHz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和 AB=11，分别调节电位器RW1、 RW2、RW3和RW4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 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 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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