增益自动切换电压放大电路的设计

1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 电子电路实践 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： 吴健雄学院 专 业： 电类强化班 姓 名： 缪惠宇 学 号： 61010125 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间：2021年 4月 13日评定成绩： 审阅教师： 实验二 增益自动切换电压放大电路的设计一、实验内容及要求用运算放大器设计一个电压放大电路，能够根据输入信号幅值切换调整增益。电路应实现的功能与技术指标如下：根本要求放大器能够具有0.1、1、10、50增益，并能够以数字方式切换增益。输入一个幅度可调的直流信号，要求放大器输出信号电压在0.51

2、0V范围内，设计电路根据输入信号的情况自动切换调整增益倍率。放大器输入阻抗不小于100k，输出阻抗不大于1k。提高要求输入一个交流信号，频率10kHz，幅值范围为0.110V峰峰值Vpp，要求输出信号电压控制0.510V峰峰值Vpp的范围内。显示增益值。创新要求1利用数字系统综合设计中FPGA构建AD采集模块，来实现程控增益放大器的设计。分析工程的功能与性能指标：功能：判断电压处在哪一个范围内。不同的范围之内，放大不一样的倍数对交流信号进行整流，判断其峰峰值处在哪一个范围内。根据交流信号峰峰值的不同进行不同的放大。性能指标：增益为10、1、0.1，分别在0.5V、5V的时候进行跳变。交流信号的

3、频率为10KHZ，需在电路的通频带中。二、电路设计预习要求电路设计思想请将根本要求、提高要求、创新要求分别表述：根底局部：对于输入的信号，先对其所在的电压范围进行判断，使用电阻分压的形式，用运算放大器进行比拟，再用AD转换的方式，对所输入的信号根据电压大小进行编码，分别为00、01、11，对模拟开关进行控制，控制放大电路，以实现放大倍数的变化。提高局部：由于二极管存在一定的导通电压，有一定点输入信号，所以使用精密整流滤波电路来获得与幅值相等的直流信号，整流之后，可以使用与根底局部一样的方法进行电压大小的比拟，并对原信号进行放大。电路结构框图请将根本要求、提高要求、创新要求分别画出： 根底要求：

4、提高局部：电路原理图各单元电路结构、工作原理、参数计算和元器件选择说明：根底局部：比拟开关分压电路参考电压采用分压的放大进行判断，使用1K，9K和20K的电阻，15V的电压，将基准电压定为0.5V和5V，与输入电压进行比拟。利用运算放大器，输出上下电平，进行编码，控制模拟开关的接通与断开。对于模拟开关，输入的信号分别为00、10、11，分别控制放大电路，及分别导通电阻为1M、100k和10k的电路，与运算放大器的100k电阻进行比拟，可得分别放大10倍，1倍与0.1倍。提高局部：提高局部只需要对输入信号进行整流处理，其他局部与根底局部相同。使用精密整流电路对输入信号进行处理，因为假设使用整流二

5、极管，因为反向输入信号时，仍然存在一定的导通电流，所以所得的结果误差较大，不得实现电压比拟的功能，所以使用如下图的精密整流电路。列出系统需要的元器件清单请设计表格列出，提高要求、创新要求多用到的器件请注明： 元件数量元件数量电阻100K9模拟开关40521电阻1K1检波二极管1N41482电阻9K1运算放大器5电阻10K3电阻1M1电路的仿真结果请将根本要求、提高要求、创新要求中的仿真结果分别列出： 根底局部： 输入为0.1V 此时为10倍增益输入为3V，此时为1倍增益提高局部：输入为0.2V的峰峰值，结果为10倍增益。输入为2V的峰峰值，得到的为1倍增益。输入为6V的峰峰值，得到的结果为0.

6、1倍增益。三、硬件电路功能与指标，测试数据与误差分析硬件实物图照片形式：放大电路基准电压分压精密整流电路 制定实验测量方案：直流信号通过15V的电源和试验箱上的电位器分压得到。交流信号直接由函数发生器产生。将输入输出信号分别接入示波器的CH1和CH2进行显示。 使用的主要仪器和仪表：示波器、万用表、函数发生仪，稳压电源调试电路的方法和技巧：首先对基准比拟电压所得到的结果进行分析和检测，参加基准电压比拟正确，再对放大电路各个支路进行检测。最后根本可以得到实验所需要的结果。由于试验箱的电位器的电阻较大，所以可能稍微改变可能造成很大的电压改变，所以在根底局部，对输入电压的调节要尽量使用阻值较小的电位

7、器，并慢慢的进行调节。测试的数据和波形并与设计结果比拟分析： 输入的为峰峰值0.3V的电压，输入得到为接近3V的电压，电压增益为10，根本实现所需的功能。输入的为峰峰值1.3V的电压，输入得到为接近1.3V的电压，电压增益为1，根本实现所需的功能。输入的为峰峰值10V的电压，输入得到为接近1.V的电压，电压增益为，根本实现所需的功能。调试中出现的故障、原因及排除方法：根底局部本实验完成的比拟顺利，实验结果在实验误差的允许范围之内，但是在提高局部出现了一些问题。实验一开始，我所使用的整流电路，直接是使用整流二极管，结果发现，在信号较小的时候误差很大，只能使用由运算放大器所构成的精密整流电路。但是

8、在使用精密整流电路的调试过程中，在小信号的情况下，误差仍然是十分大，无法实现0.1倍增益的跳变。用电压表对整流电路进行测量，结果发现，该电路始终存在0.6V的最小电压，且无法更小，结果导致无法实现0.1倍增益的跳变。最后发现问题是电路中使用的电容过大，导致整流不精确。改为10nF 的电容后，该问题得到了较好的解决，在实验误差的允许范围内，根本能够实现实验所需要的要求。在精密整流电路的过程中，发现整流所得结果始终为负数，将两个检波二极管的方向全部改变后，输出的电压为正。四、总结阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决方法：实验设计的时候，刚开始对交流信号进行处理的时候，使用的是二极管跟一个电容。但是

9、由于二极管存在一定的导通电压，所以当输入信号较小的时候，输出所得的结果就十分的不理想，不能实现较小信号的增益放大。这时候，我改为精密整流电路。但是，在实验过程当中，发现当电容较大时，对小信号的增益放大仍然不理想，当把电容改为10nF时，在实验误差允许的范围内，能够实现增益放大。检波二极管的导通方向对精密整流最后得到的结果的符号有关。当发现结果的符号为负数时，应该将两个二极管的方向对调。 总结设计电路和方案的优缺点： 电路对较大信号的放大比拟理想，但是当信号较小时，低于1V时，所得到的误差较大，当电容过大时，甚至无法实现10倍增益的放大功能，所以需要对实验器材进行进一步的分析。 指出课题的核心及实用价值，提出改良意见和展望：课题的核心是对电压的比拟以及编码。当信号为交流信号时，对信号的处理，整流显得极为重要。意见：对于放大