基于CD4069的放大電路設(shè)計(jì)

　　CD4069芯片是在數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)中常用的 六反相器，他的結(jié)構(gòu)比較簡單，一共有六路反相器，一共有16個(gè)引腳，主要的參數(shù)見下圖：

　　每一路反相器的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖的右邊所示：

　　CD4069引腳圖與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　1.4069線性放大原理

　　4069包括6個(gè)非門。每個(gè)非門除了可以進(jìn)行非運(yùn)算之外，還可以用來做線性放大。典型的非門線性放大電路如下圖所示。這樣的電路為什么具有線性放大的功能呢？

　　通常非門輸入電壓的高低是以電源電壓的一半為分界的，在于電源電壓一半的輸入信號(hào)視為高電位信號(hào)，反之為低電位信號(hào)。其實(shí)這只是粗略的說法，并不是非門工作狀態(tài)的真實(shí)情況。如果輸入電壓正好為電源電壓的二分之一，也就是不高也不低，那末輸出電壓該如何呢？當(dāng)非門輸入電壓為電源電壓的一半時(shí)。非門的輸出電壓也為電源電壓的一半。非門的輸入電壓在電源電壓的二分之一附近有一個(gè)區(qū)間，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)：當(dāng)非門輸入電壓在電源電壓的一半附近產(chǎn)生微小的變化時(shí)，亦可引起輸出電壓在電源電壓的一半附近產(chǎn)生一定的變化。在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，非門的輸出電壓與輸入電壓之間成線性放大的關(guān)系。下圖形象地表示出非門的線性放大性質(zhì)，水平軸上的線段AB就是輸入電壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)。非門電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)具有電壓放大功能，狀態(tài)轉(zhuǎn)換區(qū)又叫線性放大區(qū)。

　　如果電源電壓是3V，則輸入電壓在1.5 V附近，從1.4V～1.6V之間變化，則可引起輸出電壓的線性變化。輸出電壓的變化范圍在0V～3V之間。其變化幅度大于輸入電壓的變化。如果把輸入電壓的變化值記作△Vi，輸出電壓的變化值記作△Vo，則△Vo/△Vi為電壓放大倍數(shù)。一般地，一個(gè)非門的電壓放大倍數(shù)在20～30之間。

　　從上面的分析可知，只有輸入電壓在電源電壓的一半附近的線性放大區(qū)內(nèi)，非門才能正常地進(jìn)行線性放大。怎樣才能將輸入端的電壓保持在電源電壓的一半呢？除了可以用兩個(gè)電阻組成分壓電路之外，通常是采用直流負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)的。電路中單阻Rf可將非門的輸入電壓鎖定在線性放大區(qū)的中點(diǎn)，也就是電源電壓的一半。電路中非門的輸入端與輸出端通過反饋電阻Rf相連，由于電阻Rf的直流負(fù)反饋?zhàn)饔?，只要?dāng)輸出端電壓偏離電源電壓的一半時(shí)，輸入端就會(huì)給輸出端一個(gè)糾正電壓，使得輸出端電壓向電源電壓的一半處偏移，直到輸出電壓和輸入電壓在該處達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止。也就是說由于負(fù)反饋電阻的存在，只有輸入端電壓保持在電源電壓的一半時(shí)。非門的狀態(tài)才能保持穩(wěn)定。

　　如圖的放大電路中，因?yàn)镽f除了提供直流負(fù)反饋之外，還有交流負(fù)反饋的功能，所以其阻值不能太小，一般在1M左右。為了使放大器對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行均衡放大，電路接入了電阻Ri。該放大器的放大倍數(shù)與Ri和Rf有關(guān)。當(dāng)Rf/Ri的值小于20的情況下，可以近似地認(rèn)為該電路的放大倍數(shù)為Rf/Ri。例如當(dāng)Rf為1M，Ri為‘100k，放大倍數(shù)則為1000/100=10。電容Ci的作用是隔離直流，傳輸交流信號(hào)。

　　2．聲音燈光顯示實(shí)驗(yàn)過程：

　?、侔措娐穲D組裝作品。

　?、陔娐方M裝成功，接通電源，當(dāng)周圍環(huán)境有聲響時(shí)，可以看到發(fā)光二極管LED隨著聲音閃亮。

　　實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)：

　　本電路是一個(gè)音頻放大電路，它除了可以指示聲音之外還可用于話筒的前級(jí)放大。該電路的放大倍數(shù)由3個(gè)非門放大電路所決定。

　　非門1的放大倍數(shù)為1000/47，約為20c，非門2、3的放大倍數(shù)為25c，整個(gè)音頻放大器的放大倍數(shù)為20×25×25，約為1500倍。

　　電阻R2和電容C1決定音頻放大器的頻率特性，其最低頻率為1/2丌R2×C1（Hz）。如下圖電路的參數(shù)，該頻率為1000000/（2×3．14×47k×O．47）一150（Hz）。