增益自动切换电压放大电路的设计(DOC).doc

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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：2012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：1.基本要求1）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。2）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0.5～

2、10V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。2.提高要求1）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0.5～10V（峰峰值Vpp）的范围内。2）显示增益值。3.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。分析项目的功能与性能指标：功能：1.判断电压处在哪一个范围内。2.不同的范围之内，放大不一样的倍数‘3.对交流信号进行整流，判断其峰峰值处在哪一个范围内。4.根据交流信号峰峰

3、值的不同进行不同的放大。性能指标：1.增益为10、1、0.1，分别在0.5V、5V的时候进行跳变。2.交流信号的频率为10KHZ，需在电路的通频带中。二、电路设计（预习要求）(1)电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）：基础部分：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较，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。提高部分：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

4、来获得与幅值相等的直流信号，整流之后，可以使用与基础部分一样的方法进行电压大小的比较，并对原信号进行放大。(1)电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）：基础要求：提高部分：(2)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）：基础部分：比较开关分压电路1.参考电压采用分压的放大进行判断，使用1KΩ，9KΩ和20KΩ的电阻，15V的电压，将基准电压定为0.5V和5V，与输入电压进行比较。利用运算放大器，输出高低电平，进行编码，控制模拟开关的接通与断开。2.对于模拟开关，输入的信号分别为00、10、11，分别控制放大

5、电路，及分别导通电阻为1MΩ、100kΩ和10kΩ的电路，与运算放大器的100kΩ电阻进行比较，可得分别放大10倍，1倍与0.1倍。提高部分：提高部分只需要对输入信号进行整流处理，其他部分与基础部分相同。使用精密整流电路对输入信号进行处理，因为若使用整流二极管，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，不得实现电压比较的功能，所以使用如图所示的精密整流电路。(1)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1N4148

6、2电阻9K1运算放大器5电阻10K3电阻1M1(2)电路的仿真结果（请将基本要求、提高要求、创新要求中的仿真结果分别列出）：基础部分：输入为0.1V此时为10倍增益输入为3V，此时为1倍增益输入为11V，此时为0.1倍增益提高部分：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0.1倍增益。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）：放大电路基准电压分压精密整流电路(2)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

7、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。(3)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(4)调试电路的方法和技巧：首先对基准比较电压所得到的结果进行分析和检测，加入基准电压比较正确，再对放大电路各个支路进行检测。最后基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，所以在基础部分，对输入电压的调节要尽量使用阻值较小的电位器，并慢慢的进行调节。(5)测试的数据和波形并与设计结果比较分析：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

8、，基本实现所需的功能。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，基本实现所需的功能。输入的