1、精選優質文檔-傾情為你奉上東南大學電工電子實驗中心實 驗 報 告課程名稱： 模擬電子電路實驗 第 2 次實驗實驗名稱：增益自動切換電壓放大電路的設計 院 （系）：自動化學院 專 業： 自動化 姓 名： 某 某 學 號： 08015 實 驗 室: 101 實驗組別： 同組人員： 實驗時間： 17 年 4月12日 評定成績： 審閱教師： 實驗二 增益自動切換電壓放大電路的設計一、實驗內容及要求用運算放大器設計一個電壓放大電路，其輸入阻抗不小于100k，輸出阻抗不大于1k，并能夠根據輸入信號幅值切換調整增益。電路應實現的功能與技術指標如下：1. 基本要求1） 放大器能夠具有0.1、1、10三檔不同增

2、益，可以用連線改變增益，或者以撥碼開關切換增益，或者用模擬電子開關切換增益。2） 輸入一個幅度為0.110V的可調直流信號，要求放大器輸出信號電壓在0.55V范圍內，設計電路根據輸入信號的情況自動切換調整增益倍率。3） 放大器輸入阻抗不小于100k，輸出阻抗不大于1k。2. 提高要求輸入一個交流信號，頻率10kHz，幅值范圍為0.110V（峰峰值Vpp），要求輸出信號電壓控制0.55V（峰峰值Vpp）的范圍內。分析項目的功能與性能指標：功 能：1) 實現電壓的比較，判斷電壓處于0.10.5、0.55、510V哪個范圍之內。2) 根據判斷出的結果將輸入信號進行相應的增益放大，0.10.5V放大至

3、15V,0.55V保持不變，510V縮小到0.51V。3) 實現交流信號的整流濾波以判斷峰值處于哪個范圍。4) 將交流信號根據峰值電壓范圍進行相應倍數的增益。性 能 指 標：1) 跳變點為0.5V,5V,誤差不能過大。2) 增益分別為10、1、0.1，誤差不能過大。3) 交流信號的頻率為10KHz,需在電路通頻帶中。二、電路設計（預習要求）(1) 電路設計思想：分模塊設計1）基本要求：電路分為兩個模塊，比較電路以及增益電路，比較模塊將輸入的直流信號與0.5V、5V參考電壓進行比較，類似于AD轉換，獲得數字信號。獲得的比較結果通過控制模擬開關的閉合來選擇接入運放不同值的電阻Rf,以實現不同的增益

4、。2）提高要求：由于有較小的輸入信號幅度，會小于0.5V的導通電壓，故需要精密整流濾波電路來獲得與幅值相等的直流信號。整流后的直流電壓就可以輸入比較模塊“AD”轉換。比較后的不同結果控制模擬開關，將不同電阻接入增益電路。(2) 電路結構框圖：1）基本要求2）提高要求(3) 電路原理圖：基本要求：Input模塊：1) 結構：電壓跟隨器，用于提高輸入阻抗。2) 原理：深度負反饋阻值為0，輸出電壓與輸入電壓同幅同相，用于隔離。比較電路模塊：1) 采用LM311作為比較器，由于311輸出端7是集電極開路（OC），因此需要接一上拉電阻及恒壓電源提供工作電壓。上拉的電阻值根據數據手冊，IOH 10Ua，R

5、C選擇1K比較合適，具體計算為：UO = VCC IOH*RC，由于實際使用的模擬開關是CD4052并非ADG409，因此工作電壓選擇是哪個有些區別，選擇VCC = 15V,因此UO = VCC IOH*RC 15 10-5 * 10315V,從表達式中也可以看出RC不能選擇過大，否則導致輸出電壓偏小，當然這對于15V來說還是可以忽略的。2) 參考電壓利用電阻分壓通過15V電壓10K、90K、200K電阻串聯得到5V以及0.5V電壓。模擬開關以及增益電路模塊：由于Multisim中沒有模擬開關4052，因此選用ADG409作為替代仿真，實際性能也是差不多的。通過比較電路產生的兩路選通信號LT5

6、和LT0.5接入模擬開關后，分別對應3,1,0條通路所接電阻分別為1k，10k，100k，作為運放的反饋電阻（實際搭電路時選擇的是4052的3y端、1y端、0y端；另外本實驗電路的選通信號是單電源輸入，即0對應0V、1對應15V，因此實際電路中4052的VEE和VSS端都接地，VDD接+15V）。由于運放反向輸入端的電阻為10k，這樣就分別實現了增益-0.1，-1，-10。再在后面接一個增益為-1的反向比例放大器，就實現了自動切換增益0.1,1,10的功能。提高要求：在基礎要求的基礎上，增加精密全波整流電路。精密全波整流電路：采用全波精密整流電路。由于輸入的交流信號較小（<0.5V）,因

7、此若簡單的采用二極管電容濾波電路會帶來誤差較大的問題。通過調節R18大小來得到不同的增益，并且在R18上并聯一個電容來濾波?？傠娐罚鹤ⅲ夯疽鬅o需Full_Wave_Rectify模塊(4) 電路的仿真結果： 1）基本要求十倍增益： 輸入0.2VDC,輸出2VDC信號（紅色A通道是輸入，藍色B通道是輸出，下同）一倍增益：輸入3VDC,輸出3VDC信號0.1倍增益：輸入7VDC,輸出0.7VDC信號傳輸特性曲線：輸入從010V的變化電壓，用Y/X看兩通道之間的關系,下圖中橫軸為輸入，縱軸為輸出，斜率分別是10,1,0.12）提高要求十倍增益：輸入0.2Vp的正弦信號，輸出2Vp的同相正弦信號一

8、倍增益：輸入3Vp的正弦信號，輸出3Vp的同相正弦信號0.1倍增益：輸入6Vp的正弦信號，輸出0.6Vp的同相正弦信號三、硬件電路功能與指標，測試數據與誤差分析(1) 硬件實物圖（照片形式）：(2) 制定實驗測量方案：將輸入信號、輸出信號分別接入示波器CH1、CH2通道。直流信號由函數發生器直流檔輸出0.1V10V信號；交流信號由函數發生器正弦檔輸出頻率10KHz,峰峰值范圍0.1V10V。先輸入0.2V，觀察增益；逐步提高電壓至0.5V和5V左右觀察跳變點，記錄輸入輸出電壓（直流）或峰峰值（交流）。(3) 使用的主要儀器和儀表：1）數字存儲示波器2）函數信號發生器4）數字萬用表5）穩壓電源(

9、4) 調試電路的方法和技巧：1）需要更換元件時首先把電源斷開，接通電源前應先測量VCC、VEE、GND電壓值2）分模塊調試，對于模擬開關，將地址端直接接高低電平選通指定的開關；將信號輸入比較器，看邏輯是否正確；再看增益放大電路，手動將Rf從獨立于模擬開關外電阻，看是否有相應的增益；再單獨調試整流濾波電路，因為電阻并不是十分精確，因此需要通過電位器調節增益，使得濾出來的直流信號與峰峰值十分接近。3）注重調整跳變點的電壓，將輸入正弦信號的峰峰值維持在跳變點，然后調節參考電壓，直到波形不穩定為止4）搭建電路時自下向上，先調試每一部分電路的正確性，再相互拼接，做總調試。5）排查錯誤時自上向下，分模塊排

10、查，發現某個模塊與預計結果不符時，再在模塊內部繼續排查。(5) 測試的數據和波形并與設計結果比較分析：十倍增益（下圖CH1是輸入的0.4V左右信號；CH2是輸出信號）由圖可算得實際增益為：3.92V/384mV = 10.2一倍增益（下圖CH1是輸入的4V左右信號；CH2是輸出信號）由圖可算得實際增益為：3.96V/3.84V = 1.030.1倍增益（下圖CH1是輸入的7V左右信號；CH2是輸出信號）由圖可算得實際增益為：748mV/6.64V = 0.11 下面對直流和交流三擋的輸入輸出范圍記錄如下：直流(V)10倍增益1倍增益0.1倍增益輸入范圍輸出范圍輸入范圍輸出范圍輸入范圍輸出范圍0

11、.10.4951.0455.0540.55.050.5115.1095.1100.5611.097交流(VPP)10倍增益1倍增益0.1倍增益輸入范圍輸出范圍輸入范圍輸出范圍輸入范圍輸出范圍0.10.6080.9686.200.6164.720.6454.84100.5481.05四、總結(1) 闡述設計和實驗中遇到的問題、原因分析及解決方法：問題1：關于整流濾波電路電容的選擇問題整流濾波電路仿真的時候發現，電容值選小了，整流穩壓反應的速度非?？?，很快就達到直流的穩定值，但是直流穩壓值不是特別穩定，存在在穩定值附近的上下波動；電容值選大了，直流穩壓值非常穩定，波動情況不是很明顯，但是要達到直流

12、穩壓值要一定時間的充電，反應速度不及電容值小的，本實驗選擇了電容值適中的。問題2：關于模擬開關CD4052的問題 本次實驗比較器采用的是LM311，輸出0V左右表示邏輯0,8V左右表示邏輯1。一開始考慮到是單電源將7腳VEE接0，但是單獨的模擬開關能正常選擇導通但是接上運放后一直無法接通，起初還以為可能是反相放大電路的問題，但是之后我嘗試將VEE接-8V,這是模擬開關和放大電路就能接在一起了。之后有個異?，F象是邏輯1輸入A、B端應該是8V左右，但是發現只有2V左右，后來才能先應為模擬開關電路時忘記將VDD接8V了，導致模擬開關不能正常工作(2) 總結設計電路和方案的優缺點： 優點電路較為簡單，

13、設計模塊清晰，并且提高部分都只需在原來基礎部分的基礎上加一些新的功能即可，可以說基礎部分的兼容性較強。缺點缺點還是有很多，比如增益電路處，第一級反相放大的運放的同相端平衡電阻直接接了100K，這是很不妥的。CD4052實際上作為一個只用了一排，還要另一排可以做為并聯100K以實現平衡電阻與反相端的匹配。 (3) 指出課題的核心及實用價值，提出改進意見和展望：本實驗分為兩個部分，也分別對應了兩個部分的考察和鍛煉?；疽笾饕疾煸鲆孀詣忧袚Q功能的實現，提高要求則主要考察對交流信號的峰峰值的提取。增益可調還是很有用處的，比如可以將該電路應用于喇叭、音響中。聽音樂時，即時設定在固定的音量，不同的歌曲本身聲音強度是不一樣的，不同的電視頻道也會出現這種現象，不同臺切換時，聲音有的過強，或者過弱，都需要手動調節，如果增益自動切換可調，那么聲音過強時，增益變小，聲音強度自動減小，反之改進意見：增加數電部分，鍛煉學生的數模