东大模电实验增益自动切换的放大电路设计.docx
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东大模电实验增益自动切换的放大电路设计
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
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:
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 (3)当3 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 当3 提高部分中,输入为交流信号,根据输入电压的峰值大小,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=10kΩ,R6=100kΩ,R5=10kΩ,R7=1kΩ. 分压电阻: 要满足分压分别为3V和0.5V,则设置Rw=90kΩ,R5=25kΩ,R6=5kΩ,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 4 1 90kΩ *1 25kΩ *1 5kΩ *1 10kΩ *4 1kΩ *3 100kΩ *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 4 1 90kΩ *1 10nF IN4018 25kΩ *1 5kΩ *1 10kΩ * 4 1kΩ *3 100kΩ *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: 10KHz、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,提出改进意见和展望: 本课题的核心为增益自动切换,这在许多方面都有应用。 希望可以加上更多的功能, 来实现更多的功能。 (4)实验的收获和体会: 通过本次实验,加深了对运算放大器的理解,学会了使用运算放大器设计简单的电 路,了解了怎样对交流信号进行峰值取样,提高了动手实践的能力。 五、参考文献
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- 关 键 词:
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