增益自动切换电压放大器 实验报告.doc

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 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）：吴健雄学院 专 业： 电类 强化 姓 名： 学 号： 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间： 12 年 4月10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1kΩ，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 放大器能够具有0.1、1、10三档不同增益，并能够以数字方式切换增益。 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。 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。 能显示不同的增益值。 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： 基础部分的功能最主要的是要实现对输入电压的判断，并且对不同的电压值实现不同的放大倍率自动切换。主要性能指标是切换倍率跳变点与理论值的偏差及放大倍率与理论值的偏差。 提高部分主要功能是实现对交流信号峰峰值的判断，即需将交流信号进行峰峰值检测。其他与基本部分要求一致。 创新部分要求用FPGA构建AD采集，涉及AD转换电路的搭建。主要性能指标是AD转换的精度。 二、电路设计（预习要求） 电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）： 1）基本要求： 在实验箱上用电位器分压获得5V和0.5V的参考电压；用开环放大器做比较器，把参考电压接入比较器的反相输入端，则当输入电压大于参考电压时比较器输出正向饱和电压（约14V），接到模拟开关4052的选择端即可对四条电路进行选通。用其中的三条通路连接不同阻值的反馈电阻实现不同增益。由于同相比例放大电路无法实现0.1倍增益，故用两级反相比例放大电路实现。 2）提供要求： 首先要将正弦交流信号进行峰峰值检波，输出直流电压信号，作为比较电压与两个参考电压进行比较。比较器输出电压无法直接作为TTL器件的输入电压，故与电阻和稳压二极管串联接地实现0V和5V的输入电压，经组合逻辑电路译码之后接到数码管即可显示增益。其余部分与基本要求一致。 电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）： 1）基本要求 2）提高要求 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）： 1）基本要求 从左到右依次为1234部分： 1部分： 结构：电压跟随器，用于提高输入阻抗（8M）。 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。 参数计算：无。 元器件选择：无。 2部分： 结构：两个电压比较器，用于将输入信号与参考电压比较并输出00,01,11信号用于控制模拟开关。 原理：开环状态的运放即为一比较器，输出为正负饱和电压。 参数计算：无。 元器件选择：两个741。 3部分： 结构：可调增益反相放大器，通过模拟开关控制反馈电阻的通断来调节增益。 原理：通过模拟开关控制反馈电阻的通断来调节增益。 参数计算：加至4052模拟开关之后，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。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。 元器件选择：1k,10k,100k电阻不至于太大而影响运放的理想条件，又不至于太小而产生误差。 4部分： 结构：反相器 原理：将3部分的输出信号进行反相以克服同相比例放大器不能实现0.1增益的问题。 参数计算：由于是等幅反相放大，故反相端接10K,反馈端接10K，平衡电阻为5K。 元器件选择：同3部分，10K左右电阻最适宜。 2）提高要求 下面 下边的蓝框：峰峰值检测电路 结构：二极管+电容。 原理：利