实验一 ispPAC 10增益放大与衰减
一、实验目的：
1．通过本实验了解PAC－Designer软件的使用方法。
2．了解ispPAC器件增益的调节方法。
3．会设计ispPAC 10器件增益放大与衰减。
二、实验仪器
示波器
三、实验原理
每片ispPAC 10器件由四个集成可编程模拟宏单元（PACblock）组成的，图5－104所示的是PACblock的基本结构。
图5－104 PACblock结构示意图
每个PACblock由一个差分输出的求和放大器（OA）和两个具有差分输入的、增益为±1至±10以整数步长可调的仪用放大器组成。输出求和放大器的反馈回路由一个电阻和一个电容并联组成。其中，电阻回路有一个可编程的开关控制其开断；电容回路中提供了120多个可编程电容值以便根据需要构成不同参数的有源滤波器电路。
1．通用增益设置
通常情况下，PACblock中单个输入仪用放大器的增益可在±1至±10的范围内按整数步长进行调整。如图5－105所示，将IA1的增益设置为4，则可得到输出VOUT1相对于输入VIN1为4的增益；将IA1的增益设置为－4，则可得到输出VOUT1相对于输入VIN1为－4的增益。
图5－105 增益为4的PACblock配置图
设计中如果无需使用输入仪用放大器IA2，则可在图5－105的基础上加以改进，得到最大增益为±20的放大电路，如图5－106所示：
图5－106 增益为20的PACblock配置图
在图5－106中，输入放大器IA1、IA2的输入端直接接信号输入端IN1，构成加法电路，整个电路的增益OUT1／IN1为IA1和IA2各自增益的和。
如果要得到增益大于±20的放大电路，可以将多个PACblock级联。图5－107所示的是增益为40的连接方法。
图5－107 增益为40的PACblock配置图
图5－107中使用了两个PACblock：IA1、IA2和OA1为第一个PACblock中的输入、输出放大器，IA3、IA4和OA2为第二个PACblock中的输入、输出放大器。第一个PACblock的输出端OUT1接IA3的输入端。这样，第一个PACblock的增益G1＝VOUT1／VIN1＝4，第二个PACblock的增益G2＝VOUT2／VOUT1＝10。整个电路的增益G＝VOUT2／VIN1＝G1＊G2＝4＊10＝40。
如果将第二个PACblock中的输入放大器组成加法电路，那么可以用另一种方式构成增益为40放大电路，如图5－108所示。
图5－108 增益为40的另一种PACblock配置图
如果要得到非10倍数的整数增益，例如增益G＝47，可使用如图5－109所示的配置方法。
图5－109 增益为47的PACblock配置图
在图5－109中，IA3和IA4组成加法电路，因此有以下关系：
VOUT1＝4＊VIN1 VOUT2＝10VOUT1＋7IN1 整个电路增益G＝VOUT2／VIN1＝47。
2．分数增益的设置法
除了各种整数倍增益外，配合适当的外接电阻，ispPAC器件可以提供任意的分数倍增益的放大电路。例如，想得到一个5．7倍的放大电路，可按图5－110所示的电路设计。
图5－110中，通过外接两个50K和11．1K的电阻分压，得到输入电压：
VIN2＝11．1／（50＋50＋11．1）Vin＝0．0999Vin≈Vin／10而Vout1＝5＊Vin＋VIN2＝5＊Vin＋7＊（Vin／10）＝5．7Vin
因此 G＝Vout1／Vin＝5．7
3．整数比增益设置法
图5－110 增益为5．7的PACblock配置图
运用整数比技术，ispPAC器件提供给用户一种无需外接电阻而获得某些整数比增益的电路，如增益为1／10，7／9等等。图5－111是整数比增益技术示意图。
在图5－111中，输出放大器OA1的电阻反馈回路必须开路。输入仪用放大器IA2的输入端接OA1的输出端OUT1，并且IA2的增益需设置为负值以保持整个电路的输入、输出同相。在整数比增益电路中，假定IA1的增益为GIA1，IA2的增益为GIA2，整个电路的增益为G＝－GIA1／GIA2。若如图5－111中选取GIA1＝7，GIA2＝－10，整个电路增益为G＝0．7。在采用整数比增益电路时，若发现有小的高频毛刺影响测量精度，这时需稍稍增大CF1的电容值。为方便读者查询，表5－41列出了所有的整数比增益值。
图5－111 整数比增益技术示意图
表5－41 IA2作为反馈单元的整数比增益
四、实验内容
1．从PC机到实验箱的并行接口处连接好25针的并行线，接入＋5V电源到VCC插孔（在25针并行接口处下方），此时电源指示灯亮，这样就可以下载自己设计的原理图。以后实验中此步骤不再说明，在做实验以前，一定要熟悉前四节的内容。
2．连接好ispPAC 10跳线（在25针并行接口处下方）。按图5－112接好外围接口电路，信号源输出连接到SIGNAL，IN＋连接ispPAC 10输入脚IN1＋、IN－连接输入IN1－，用双踪示波器观察输入波形IN1（由于放大的是差模信号，用双踪示波器观察的信号IN1＝IN1＋－IN1－。方法如下：用两个探头，分别测IN1＋、IN1－的波形，微调挡要相同，按下示波器Y2反相按键，在显示方式中选择叠加方式即可得到所测的差分波形IN1），调节信号源使IN1处的波形为一个峰峰值为200mV、1kHz的正弦波作为输入信号。接口中VREF（插孔引出）为2．5V接到IN－中。
图5－112 接口电路
3．可按File＝＞Browse Libarary菜单打开ispPAC 10＿Gainx100．pac增益，下载并显示成功菜单，按确定即可实现相应增益。用双踪示波器观察输出OUT1（方法同上）波形OUT1放大了10倍，修改IA1增益，记录相应OUT1变化情况。
4．仍调用ispPAC 10＿Gainx100．pac增益原理图，测量放大了100倍的OUT2作为输出，由于限幅作用出现失真，有两种方法在线下载使输出不失真：
a）调节信号源使输出刚好不失真；
b）改变IA1和IA3的增益值。
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