东大模电实验-增益自动切换的放大电路设计

1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称：电子线路实践第二 次实验实验名称：增益自动切换电压放大电路的设计院 （系）：专业：姓名：学号：实 验 室:实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验二 增益自动切换电压放大电路的设计一、实验内容及要求设计一个电压放大电路，能够根据输入信号幅值自动切换调整增益。设输入信号频率为020KHz，其幅值范围为 0.110V（峰峰值 Upp）。电路应实现的功能与技术指标如下：1. 基本要求当输入为直流信号时，要求设计的电路达到以下要求：(1) 当Ui <0.5V 时，电路的增益约为 10 倍。(2) 当 0.5<Ui <3V

2、时，电路的增益约为 1 倍。(3) 当 3<Ui <10V 时，电路的增益约为 0.1 倍。2. 提高要求当输入为交流信号时，根据输入电压的峰值大小，电路增益仍满足基本要求。3. 发挥部分 （1） 对输入电压值分档再细化；（2） 增益值的显示。分析项目的功能与性能指标： 本设计中电路要实现根据输入信号的幅值自动切换调整增益的功能。基础部分中， 当Ui <0.5V 时，电路的增益约为 10 倍；当 0.5<Ui <3V 时，电路的增益约为 1 倍；当 3<Ui <10V 时，电路的增益约为 0.1 倍。提高部分中，输入为交流信号，根据输入 电压的峰值大小

3、，电路的增益仍满足基本要求。在本设计中，增益自动切换的临界值应 尽量接近要求的值 0.5 和 3，而且增益的倍数也应分别无限接近 10、1、0.1。二、电路设计(1) 电路设计思想（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 基本要求：将直流信号加到具有不同基准电压的比较电路输入端进行分档比较，对应某一输入电压值，只有相应的一个比较电路输出为高电平（或低电平），其余比较器 输出为低电平（或高电平）。根据比较器的输出状态，通过模拟开关的控制，选择相应 的增益。提高要求：可以先采用峰值取样或整流滤波电路对交流信号进行处理，再将处理后 得到的交流信号峰值按基本要求进行处理。(2) 电路结构框图（请写明基

4、本要求、提高要求、发挥部分）： 基本要求：比较分档电路模拟开关增益放大电路提高要求：峰值取样电路比较分档电路模拟开关增益放大电路(3) 电路原理图（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 基础要求：提高要求：(4) 系统工作原理（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 基础要求：将直流信号加到基准电压分别为 3V 和 0.5V 的比较电路输入端进行分档比较，对应某一输入电压值，相应的比较电路输出为高电平或低电平，将比较器的输出状态通 过模拟开关的控制，选择不同的增益电路，从而实现增益的自动切换。 提高部分：采用峰值采样电路，先将交流信号输入峰值采样电路，再将输出的峰值加到 比较电路输入端进行分

5、档比较，其他同上。(5) 参数计算和元器件选择说明（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：基础要求：放大电路电阻：R8=10k，R6=100k，R5=10k,R7=1k.分压电阻：要满足分压分别为 3V 和 0.5V，则设置 Rw=90k，R5=25k， R6=5k，可满足上述要求。提高要求：峰值采样电路：IN4018 二极管、10nF 电容 放大电路电阻及分压电阻同基础部分。(6) 列出系统需要的元器件清单（请设计表格列出）（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：基础要求：元器件名称运算放大器模 拟 开 关电阻CD4052型号及数量4190 k* 125 k* 15 k* 110k* 41k

6、*3100k*1提高部分：元器件名称运算放大器模 拟 开 关电阻电容二极管CD4052型号及数量4190 k* 110nFIN401825 k* 15 k* 110k*41k*3100k*1(7) 电路的仿真结果（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 基础要求：1)输入 0.3V 直流信号:2)输入 1.5V 直流信号:3)输入 4V 直流信号:提高要求:（CH1 为输出信号、CH2 为输入信号）1)输入 10KHz、峰值 0.1V 交流信号：2)输入 10KHz、峰值 1.5V 交流信号：3)输入 10KHz、峰值 4V 交流信号：三、硬件电路功能与指标，测试数据与误差分析(1) 硬件实物

7、图（照片形式）：(2) 制定实验测量方案： 按照电路原理图搭出电路，接入函数发生器，用以产生交流信号，输出接到示波器上，用以观察输出波形。根据要求进行调试。(3) 使用的主要仪器和仪表： 数字示波器，函数信号发生器，直流稳压电源，数字万用表(4) 调试电路的方法和技巧：首先测试峰值取样电路，将峰值取样的结果输入到示波器中，观察其近似为直流 分量，且其约等于交流信号的峰值。再测试比较电路，输入不同的值，测其输出使结果 满足要求。最后对整个电路进行调试。(5) 测试的数据和波形并与设计结果比较分析： 输入 10KHz、峰值 0.2V 的交流信号：输入 10KHz、峰值 2.6V 的交流信号：10K

8、Hz、峰值 3.5V 的交流信号：分析：由上述结果可以看出，电路是存在一定误差的，但是基本上实现了电路要求的 功能。(6) 调试中出现的故障、原因及排除方法：在实验中当比较器输出为负电压时，直接接到 4052 的选择端会损坏放大器，根据 观察，发现会将放大器的输出强行拉到-1V 左右，而放大器开路输出为负-13V 左右，经 过一段时间以后放大器会过热，模拟开关也可能损坏。加上一个限流电阻可以解决问题， 不会损坏放大器和模拟开关。实验中的数据与模拟的有很大不同。整流的电容电压不等于峰值，与峰值的关系也 不是线性变化的，所以增益变化点与模拟的结果差距很大，于是实际测量了不同峰峰值 下的电容电压，并以此为基准，改变分压大小，才使增益变化点接近要求，最终是靠调 变阻器达到较高的精度的。四、总结(1) 阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决方法： 问题：怎样对交流信号进行峰值取样？ 解决方法：采用二极管以及电容构成最简单的峰值取样电路，满足实验的要求。(2) 总结设计电路和方案的优缺点： 优点：采用反向增益电路，可避免无法产生 0.1 倍的增益的问题，只需再加以反向器即可；同时使用二极管和电容来实现峰值取样，非常简单且实用。 缺点：采用二极管和电容来实现峰值取样有一定的误差，会使临界值发生偏移，从而不符合实验的要求。(3) 指出课题的核心及实用价值，提出