可控高增益放大电路

李 波

山东铝业职业学院电气工程系，山东淄博 255000

一般检测元件出来的信号都是比较微弱的电压或者电流信号，而微弱的电信号是不适合在电路中传输与测量的，所以对微弱信号的处理就成为测控电路中不可或缺的部分，为匹配电路中的阻抗关系，并有稳定的信号输出，采用集成运放的负反馈电路。为获得高增益常采用高阻抗的电阻作为反馈电阻，但是高阻抗电阻的稳定性较差，所有精度较差，本设计采用由低阻抗组成T型网络作为反馈电阻，既能提高电路的精度，又可实现可控高增益。

1 器件选择

1.1 集成运放

LM324系列器件是集成了四个差动输入的运算放大器。本设计中主要利用集成运算放大器组成电压并联负反馈，采用电压并联负反馈可以改变阻抗的匹配，提高电路对频率响应，其反馈电阻与平衡电阻由控制器与多路选择器共同控制，从而实现电压增益调整。每一组运算运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中3、2为两个信号输入端，11、4为正、负电源端，1为输出端。两个信号输入端中，2为反相输入端，表示运放输出端1的信号与该输入端的位相反；3为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图1 LM324集成运算放大器

1.2 多路选择器

CD4051/CC4051是可控8通道多路选择器，由A、B、C和INH4个输入管脚，控制X0～X7其中一路信号传送至X管脚供电路使用，当INH为高电平时所有通道截止，当INH为低电平时，A、B、C三个管脚控制X0～X7其中一路传送至X，具体控制见表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是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该控制器有以下特点：8位CPU；片内时钟和振荡电路；2个16位定时/计数器；5个中断源2个优先级；全双工串口；32个I/O口等。本设计主要用32个I/O口中的4个控制CD4051的4个端口，来实现电阻阻值的切换，从而改变集成运放中的反馈电阻与平衡电阻的阻值，达到放大倍数的控制。

2 放大电路设计

将弱信号放大成稳定标准电信号，采用集成运放电压负反馈形式，电路如图2。

图2 程控放大电路

该电路由 R2、R3、R4、R5、R6、R7组成T型网络，其中R2、R3作为T型网络中的两个固定电阻，R4、R5、R6、R7中由AT89C51选择其中一个电阻作为T型网络中的另外一个电阻，同时选择R8、R9、R10、R11其中之一作为集成运放3管脚的平衡电阻。

其中R2、R3和R4、R5、R6、R7组成的T型网络，可由低电阻等效成高阻抗的RF反馈电阻，实现高增益。

参数设置：

其中T型网络中R2=R3；当单片机控制R4（即P1=00000000B）作为T型网络电阻时，RF=2 R2+ R22/ R4；

当单片机控制R5（即P1=00000001B）作为T型网络电阻时，RF=2 R2+ R22/ R5；当单片机控制R6（即P1=00000010B）作为T型网络电阻时，RF=2 R2+ R22/ R6；当单片机控制R7（即P1=00000011B）作为T型网络电阻时，RF=2 R2+ R22/ R7；

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

3 结论

该电路能够实现用较小电阻实现高增益，在调整T型网络电阻值的同时，调整平衡电阻的大小，能够很好控制失调电压和失调电流对放大精度的影响。本设计中实现的是4种增益可调，也可以通过改变电路接口电阻实现多种增益可调，比普通的反相比例放大器的精度高，增益大，而且增益可调。

[1]清华大学电子学教研组编，童诗白主编.模拟电子技术基础[M].2版.北京：高等教育出版社，1988.

[2]冯民昌主编.模拟集成电路基础[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[3]陈海宴主编.51单片机原理及应用——基于Keil C与Proteus[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.