东南大学模电实验报告-实验二-增益自动切换电压放大器.docxVIP

东南大学电工电子实验中心 实 验 报 告 课程名称： 模拟电子电路实验 第 2 次实验 实验名称： 增益自动切换电压放大电路的设计 院 （系）：自动化学院 专 业： 自动化 姓 名： 某 某 学 号： 08015 实 验 室 : 101 实验组别： 同组人员： 实验时间： 17 年 4 月 12 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，其输入阻抗不小于 100kΩ ，输出阻抗不大于 1k Ω，并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： 基本要求 1） 放大器能够具有 0.1 、 1、10 三档不同增益，可以用连线改变增益，或者以拨码开关切换增益，或者用模拟电子开关切换增益。 2） 输入一个幅度为 0.1 ～ 10V 的可调直流信号，要求放大器输出信号电压在 0.5 ～ 5V 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。 3） 放大器输入阻抗不小于 100kΩ，输出阻抗不大于 1kΩ 。 提高要求 输入一个交流信号，频率 10kHz，幅值范围为 0.1 ～ 10V（峰峰值 Vpp），要求输出信号电压控制 0.5 ～ 5V（峰峰值 Vpp）的范围内。 分析项目的功能与性能指标： 功 能： 实现电压的比较，判断电压处于0.1~0.5 、 0.5~5 、 5~10V 哪个范围之内。 2) 根据判断出的结果将输入信号进行相应的增益放大， 0.1~0.5V 放大至 1~5V,0.5~5V 保持不变， 5~10V 缩小到 0.5~1V 。 3) 实现交流信号的整流滤波以判断峰值处于哪个范围。 4) 将交流信号根据峰值电压范围进行相应倍数的增益。 性 能 指 标： 跳变点为 0.5V,5V, 误差不能过大。 增益分别为 10、 1、0.1 ，误差不能过大。 交流信号的频率为 10KHz, 需在电路通频带中。 二、电路设计（预习要求） (1) 电路设计思想： 分模块设计 1） 基本要求： 电路分为两个模块，比较电路以及增益电路，比较模块将输入的直流信号与 0.5V 、 5V 参考电压进行比较，类似于 AD转换，获得数字信号。获得的比较结果通过控制模拟 开关的闭合来选择接入运放不同值的电阻 Rf , 以实现不同的增益。 2） 提高要求： 由于有较小的输入信号幅度，会小于 0.5V 的导通电压，故需要精密整流滤波电路 来获得与幅值相等的直流信号。 整流后的直流电压就可以输入比较模块 “ AD”转换。比较后的不同结果控制模拟开关，将不同电阻接入增益电路。 电路结构框图： 1） 基本要求 2） 提高要求 电路原理图： 基本要求： Input 模块： 结构：电压跟随器，用于提高输入阻抗。 原理：深度负反馈阻值为 0，输出电压与输入电压同幅同相，用于隔离。 比较电路模块： 1) 采用 LM311 作为比较器，由于 311 输出端 7 是集电极开路（ OC），因此需要接一上 拉电阻及恒压电源提供工作电压。上拉的电阻值根据数据手册， IOH ≤ 10Ua， RC 选择 1KΩ 比较合适，具体计算为： UO = VCC – IOH*RC，由于实际使用的模拟开 关是 CD4052 并非 ADG409，因此工作电压选择是哪个有些区别，选择 VCC = 15V, 因此 UO = VCC – IOH*RC ≥ 15 – 10-5 * 103 ≈ 15V, 从表达式中也可以看出 RC 不能选择过大，否则导致输出电压偏小，当然这对于 15V 来说还是可以忽略的。 2) 参考电压利用电阻分压 通过 15V 电压 10KΩ、 90KΩ 、200KΩ 电阻串联得到 5V 以及 0.5V 电压。 模拟开关以及增益电路模块： 由于 Multisim 中没有模拟开关 4052，因此选用 ADG409作为替代仿真，实际性能 也是差不多的。 通过比较电路产生的两路选通信号 LT5 和 LT0.5 接入模拟开关后， 分别 对应 3,1,0 条通路所接电阻分别为 1k，10k ，100k，作为运放的反馈电阻（实际搭电路时选择的是 4052 的 3y 端、 1y 端、 0y 端；另外本实验电路的选通信号是单电源输入， 0 对应 0V、1 对应 15V，因此实际电路中 4052 的 VEE和 VSS端都接地， VDD接+15V）。 由于运放反向输入端的电阻为 10k ，这样就分别实现了增益 -0.1 ， -1 ，-10 。再在后面 接一个增益为 -1 的反向比例放大器，就实现了自动切换增益 0.1,1,10 的功能。 提高要求： 在基础要求的基础上，增加精密全波整流电路。 精密全波整流电路： 采用全波精密整流电路。 由于输入的交流信号较小 （