增益自动切换放大电路 模电实验.docx

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路基础第2次实验实验名称：增益自动切换放大电路院（系）：吴健雄专业：电类强化姓名：学号：实验室: 实验组别：同组人员：实验时间：2010年4月14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0～20KHz，其幅值范围为0.1～10V（峰峰值Upp）。电路应实现的功能与技术指标如下：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：当0.5V时，电路的增益约为10倍。当0.53V时，电路的增益约为1倍。当310V时，电路的增益约为0.1倍。提高要求当输入为交流信号时，根据输入电压的峰峰值大小，电路增益仍满足基本要求。发挥部分对输入电压值分档再细化；增益值的显示。分析项目的功能与性能指标：功能：如题目所说，本实验的目的就是根据电压值的（交流时为峰峰值）的大小，来自动切换增益倍数，对于不同范围的电压值，放大电路增益的倍数不同。性能：本次实验中的电压范围为三段，即：V0.5、0.5V3、V3。增益的倍数对应一次为10倍、1倍和0.1倍。对于直流信号，电路设计相对较容易，将输入电压经过0.5v和3.0V的电压比较器比较后的输出信号通过模拟开关选择相应的放大模块，实现增益的切换。而对于交流信号，还需要在直流信号的基础上再添加一个整流电路，即将交流信号的峰峰值以直流信号的形式表现出来，再通过直流信号的放大增益控制电路实现交流的增益自动切换。实验中，电压划分值可能与实验要求有所偏差，这是主要是由于实验器材的不精确造成的，属于系统误差。二、电路设计电路设计思想（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：主体的电路设计思想如下图：图1.增益自动切换放大原理图由上图可以看出：运放A2、A3作为电压比较器。它们的反相输入端分别接基准电压和，这两个基准电压可由及、组成的分压器获得。输入信号同时加在A2、A3的同相输入端，与和进行比较，决定它们的输出、是高电平还是低电平。用、去信号控制模拟开关的工作状态，切换反馈电阻即可实现增益的自动转换。增益的大小受模拟开关的控制，电阻-与运放A1构成增益可控的同相放大电路。模拟开关CD4052的状态受电压比较器A2、A3的控制，同相放大器A1的反馈电阻可切换为、或，则放大电路的增益分别为、和。可以实现题目要求的不同倍数的电压增益。而对于提高部分，在直流信号放大电路的基础上还需要增加一个整流电路，将交流信号的峰峰值以直流信号的形式输出，再通过直流增益切换电路实现对交流信号的增益自动切换。电路结构框图（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：基本部分：图2.基础部分增益切换电路交流的整流电路：图3.交流整流电路电路原理图（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：增益选择及放大整流电路比较电路图4.直流部分原理图图5.交流部分原理图注：因为考虑到同相放大电路的增益无法达到0.1，而反相可以。因此我采用了两个反相比例放大器，前一级实现-10、-1、-0.1的增益，而后一级实现-1的增益。从而避免了由同相放大器带来的增益不足。系统工作原理（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：基础部分的电路主要由三个部分构成：比较电路，增益选择以及放大电路。其中比较电路是用运算放大器作为电压比较器，在反相输入端输入待比较的电压0.5和3.0V，正相端输入待比较的信号。当正相端输入的直流电压为0~0.5,0.5~3.0,3.0~10V时，两个电压比较器输出值分别为：00,10,11。将这两个输出信号作为模拟开关的输入信号，来选择通道的选通，三个通道选用不同的电阻参数，分别实现10倍，1倍和0.1倍的电压增益。而交流部分，比直流多一部分的电路：精密整流。通过精密整流电路将交流信号的峰峰值以直流形式表示出来，在进行直流部分的增益切换，实现交流电路的增益切换。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）：当0.5V时， 当0.53V时，。当310V时，。上述增益公式对直流和交流均有效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）：器件及参数个数（直流信号输入）个数（交流信号输入）510221k222k1110k56100k111M01100uF01IN414802表1.实验器件清单电路的仿真结果（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）：注：由于波形重合，分辨不出输出和输入波形，因此我将输出波形反相显示出来，和输如波形区别开来。对于直流的增益：输出波形输入波形图6. 直流增益为10倍图7. 直流增益为1倍图8. 直流增益为0.1倍对于交流增益：图9. 交流增益为10倍图10. 交流增益为1倍图11. 交流增益为0.1倍三、硬件电路功能与指标，测试数据