東大模電實(shí)驗(yàn)-增益自動(dòng)切換的放大電路設(shè)計(jì)_圖文

1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 電子線路實(shí)踐第 二 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：增益自動(dòng)切換電壓放大電路的設(shè)計(jì)院 （系）：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：實(shí) 驗(yàn) 室:實(shí)驗(yàn)組別：同組人員：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：評(píng)定成績：審閱教師：實(shí)驗(yàn)二 增益自動(dòng)切換電壓放大電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓放大電路，能夠根據(jù)輸入信號(hào)幅值自動(dòng)切換調(diào)整增益。設(shè)輸入信號(hào)頻率為020KHz，其幅值范圍為 0.110V（峰峰值 Upp）。電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能與技術(shù)指標(biāo)如下：1. 基本要求當(dāng)輸入為直流信號(hào)時(shí)，要求設(shè)計(jì)的電路達(dá)到以下要求：(1 當(dāng)Ui <0.5V 時(shí)，電路的增益約為 10 倍。(2 當(dāng) 0.5<Ui <3V

2、時(shí)，電路的增益約為 1 倍。(3 當(dāng) 3<Ui <10V 時(shí)，電路的增益約為 0.1 倍。2. 提高要求當(dāng)輸入為交流信號(hào)時(shí)，根據(jù)輸入電壓的峰值大小，電路增益仍滿足基本要求。3. 發(fā)揮部分 （1） 對(duì)輸入電壓值分檔再細(xì)化；（2） 增益值的顯示。分析項(xiàng)目的功能與性能指標(biāo)： 本設(shè)計(jì)中電路要實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入信號(hào)的幅值自動(dòng)切換調(diào)整增益的功能?；A(chǔ)部分中， 當(dāng)Ui <0.5V 時(shí)，電路的增益約為 10 倍；當(dāng) 0.5<Ui <3V 時(shí)，電路的增益約為 1 倍；當(dāng) 3<Ui <10V 時(shí)，電路的增益約為 0.1 倍。提高部分中，輸入為交流信號(hào)，根據(jù)輸入 電壓的峰值大小，

3、電路的增益仍滿足基本要求。在本設(shè)計(jì)中，增益自動(dòng)切換的臨界值應(yīng) 盡量接近要求的值 0.5 和 3，而且增益的倍數(shù)也應(yīng)分別無限接近 10、1、0.1。二、電路設(shè)計(jì)(1 電路設(shè)計(jì)思想（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）： 基本要求：將直流信號(hào)加到具有不同基準(zhǔn)電壓的比較電路輸入端進(jìn)行分檔比較，對(duì)應(yīng)某一輸入電壓值，只有相應(yīng)的一個(gè)比較電路輸出為高電平（或低電平），其余比較器 輸出為低電平（或高電平）。根據(jù)比較器的輸出狀態(tài)，通過模擬開關(guān)的控制，選擇相應(yīng) 的增益。提高要求：可以先采用峰值取樣或整流濾波電路對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后 得到的交流信號(hào)峰值按基本要求進(jìn)行處理。(2 電路結(jié)構(gòu)框圖（請(qǐng)寫明基本要求

4、、提高要求、發(fā)揮部分）： 基本要求：比較分檔電路模擬開關(guān)增益放大電路提高要求：峰值取樣電路比較分檔電路模擬開關(guān)增益放大電路(3 電路原理圖（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）： 基礎(chǔ)要求：提高要求：(4 系統(tǒng)工作原理（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）： 基礎(chǔ)要求：將直流信號(hào)加到基準(zhǔn)電壓分別為 3V 和 0.5V 的比較電路輸入端進(jìn)行分檔比較，對(duì)應(yīng)某一輸入電壓值，相應(yīng)的比較電路輸出為高電平或低電平，將比較器的輸出狀態(tài)通 過模擬開關(guān)的控制，選擇不同的增益電路，從而實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)切換。 提高部分：采用峰值采樣電路，先將交流信號(hào)輸入峰值采樣電路，再將輸出的峰值加到 比較電路輸入端進(jìn)行分檔比較，其

5、他同上。(5 參數(shù)計(jì)算和元器件選擇說明（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）：基礎(chǔ)要求：放大電路電阻：R8=10k，R6=100k，R5=10k,R7=1k.分壓電阻：要滿足分壓分別為 3V 和 0.5V，則設(shè)置 Rw=90k，R5=25k， R6=5k，可滿足上述要求。提高要求：峰值采樣電路：IN4018 二極管、10nF 電容 放大電路電阻及分壓電阻同基礎(chǔ)部分。(6 列出系統(tǒng)需要的元器件清單（請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)表格列出）（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）：基礎(chǔ)要求：元器件名稱運(yùn)算放大器模 擬 開 關(guān)電阻CD4052型號(hào)及數(shù)量4190 k* 125 k* 15 k* 110k* 41k*3100k*

6、1提高部分：元器件名稱運(yùn)算放大器模 擬 開 關(guān)電阻電容二極管CD4052型號(hào)及數(shù)量4190 k* 110nFIN401825 k* 15 k* 110k*41k*3100k*1(7 電路的仿真結(jié)果（請(qǐng)寫明基本要求、提高要求、發(fā)揮部分）： 基礎(chǔ)要求：1輸入 0.3V 直流信號(hào):2輸入 1.5V 直流信號(hào):3輸入 4V 直流信號(hào):提高要求:（CH1 為輸出信號(hào)、CH2 為輸入信號(hào)）1輸入 10KHz、峰值 0.1V 交流信號(hào)：2輸入 10KHz、峰值 1.5V 交流信號(hào)：3輸入 10KHz、峰值 4V 交流信號(hào)：三、硬件電路功能與指標(biāo)，測試數(shù)據(jù)與誤差分析(1 硬件實(shí)物圖（照片形式）：(2 制定實(shí)驗(yàn)

7、測量方案： 按照電路原理圖搭出電路，接入函數(shù)發(fā)生器，用以產(chǎn)生交流信號(hào)，輸出接到示波器上，用以觀察輸出波形。根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)試。(3 使用的主要儀器和儀表： 數(shù)字示波器，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字萬用表(4 調(diào)試電路的方法和技巧：首先測試峰值取樣電路，將峰值取樣的結(jié)果輸入到示波器中，觀察其近似為直流 分量，且其約等于交流信號(hào)的峰值。再測試比較電路，輸入不同的值，測其輸出使結(jié)果 滿足要求。最后對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)試。(5 測試的數(shù)據(jù)和波形并與設(shè)計(jì)結(jié)果比較分析： 輸入 10KHz、峰值 0.2V 的交流信號(hào)：輸入 10KHz、峰值 2.6V 的交流信號(hào)：10KHz、峰值 3.5V 的交流信號(hào)：分析

8、：由上述結(jié)果可以看出，電路是存在一定誤差的，但是基本上實(shí)現(xiàn)了電路要求的 功能。(6 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)比較器輸出為負(fù)電壓時(shí)，直接接到 4052 的選擇端會(huì)損壞放大器，根據(jù) 觀察，發(fā)現(xiàn)會(huì)將放大器的輸出強(qiáng)行拉到-1V 左右，而放大器開路輸出為負(fù)-13V 左右，經(jīng) 過一段時(shí)間以后放大器會(huì)過熱，模擬開關(guān)也可能損壞。加上一個(gè)限流電阻可以解決問題， 不會(huì)損壞放大器和模擬開關(guān)。實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)與模擬的有很大不同。整流的電容電壓不等于峰值，與峰值的關(guān)系也 不是線性變化的，所以增益變化點(diǎn)與模擬的結(jié)果差距很大，于是實(shí)際測量了不同峰峰值 下的電容電壓，并以此為基準(zhǔn)，改變分壓大小，才使增益變化點(diǎn)接近要求，最終是靠調(diào) 變阻器達(dá)到較高的精度的。四、總結(jié)(1 闡述設(shè)計(jì)中遇到的問題、原因分析及解決方法： 問題：怎樣對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行峰值取樣？ 解決方法：采用二極管以及電容構(gòu)成最簡單的峰值取樣電路，滿足實(shí)驗(yàn)的要求。(2 總結(jié)設(shè)計(jì)電路和方案的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：采用反向增益電路，可避免無法產(chǎn)生 0.1 倍的增益的問題，只需再加以反向器即可；同時(shí)使用二極管和電容來實(shí)現(xiàn)峰值取樣，非常簡單且實(shí)用。 缺點(diǎn)：采用二極管和電容來實(shí)現(xiàn)峰值取樣有一定的誤差，會(huì)使臨界值發(fā)生偏移，從而不符合實(shí)驗(yàn)的要求。(3 指出課題的核心及實(shí)用價(jià)值，提出改