可编程放大器设计与实现：从理论到实践

"本资源是一份关于电子技术实验的文档，主要介绍如何设计和调试一个可编程放大器。实验目标是构建一个能根据预设地址产生不同增益的放大器，电源要求为±12V和±5V。设计中包含了信号源、多路开关、反向比例运算电路和地址控制输入等关键部分。设计方案通过多路开关和滑动变阻器实现增益的线性和非线性调整，以满足不同增益需求。实验还利用74LS161计数器产生连续变化的地址输入，动态观察放大器的输出波形。" 在电子技术实验中，可编程放大器的设计是一个重要的实践环节。该实验旨在设计一个能够根据预设的数字地址产生不同负向增益的放大器，以实现信号的线性放大。设计要求包括使用±12V和±5V的电源，产生差模信号为±50mV，共模信号为0mV的信号源，以及确保输入电阻至少为100MΩ。输出电压与输入电压的关系应遵循Vo=Av*Vi，其中Av表示增益，可以通过调整电位器来实现±1%的精度。 设计过程中，电路分为四大部分。首先是信号源部分，它采用分压电路和高输入电阻的差分比例运算电路，确保输入电压为±50mV，同时保持高输入电阻。接着是多路选择开关，根据输入的二进制地址（如000到111）选择不同的增益路径，增益范围从-2到-50倍。为了实现这些非整数倍的增益，每个开关路径后都连接了滑动变阻器以微调总阻值。再者，反向比例运算电路利用运算放大器实现负向放大。最后，地址控制输入部分通过74LS161计数器生成连续变化的地址，以连续调整放大器的增益，同时通过示波器监测输出波形，验证放大器的性能。 设计方案的论证主要围绕如何有效改变增益展开。通过分析差模增益公式A=-Rf1/R0(1+2R1/R2)，设计师发现可以通过调整Rf1或R2的值来实现增益的变化。然而，考虑到R1和R2通常成对出现，同时改变它们会增加电路的复杂性。因此，选择了通过改变R2并结合滑动变阻器的方式来实现增益的精细调整，以达到设计要求的增益值。 详细设计部分具体阐述了信号源和多路选择开关的实现。信号源采用两个运放和分压电阻，形成高输入电阻的差分输入，提供±50mV的差模信号。多路选择开关则通过地址输入控制，结合滑动变阻器，实现了增益的动态调整。通过74LS161计数器的连续计数输出，可以观察到放大器的输出波形随增益变化的实时响应，从而验证了设计的有效性。 这个电子技术实验不仅涵盖了基本的放大器原理，还涉及到了数字控制和模拟电路的结合，为学生提供了实践电路设计和调试的宝贵经验。通过这样的实验，学生可以深入理解放大器的工作机制，以及如何通过数字控制实现模拟信号的灵活处理。