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）： 专 业： 姓 名： 学 号：
实 验 室: 实验组别： \\ 同组人员： \\ 实验时间：2011年4月14日、21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
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 当输入为交流信号时，根据输入电压的峰峰值大小，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： 功能： 1） 针对不同幅值的信号，进行不同增益的放大。 当Ui<0.5V时，电路的增益约为10倍；当0.5 1） 实现功能要求，放大尽量精准，即尽量减小误差。 2） 微调信号幅值跨越临界值（本实验中为0.5V和3V）时，盲区尽量小，即尽量做到 增益的立即转换。 3） 保证输出信号的稳定性。 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）： 1） 基本要求： 将直流信号的大小与0.5V和3V进行比较，不同的比较结果对应不同的放大倍数。比较部分可由比较器完成（0.5V和3V由电阻分压得到），放大要求可由同相放大器或反相放大器完成（这里考虑到反相放大器实现小于1的增益可能引起运放的不稳定，故采用同相放大器，这样也无需再加反相器进行反相）。不同的放大系数是由反馈电路上的电阻阻值决定。这样可用CD4052根据不同的比较结果选择不同的反馈回路。另外一个问题是利用同相放大器无法实现0.1倍的增益，这样在放大之前进行十分之一的分压再进行1倍的增益，效果是等价的。这样，若幅值大于3V，则把分压后的信号输入放大器，若小于3V，则直接输入放大器，此要求仍可由CD4052实现。 2） 提高要求 与直流相比较，交流的关键问题是用哪个参数与基准电压进行比较？平均值？方均根值？最大值？峰值？峰峰值？这就需要一个整流电路，输入此交流信号，输出幅值为此参数值的直流信号，再进行比较放大（归于基本要求部分）。既然实验要求为峰峰值，这就需要进行得到峰值检测电路。此电路可根据二极管的单向导电性和电容的保持特性设计。本实验根据峰峰值决定放大倍数：0-1V，放大10倍；1-6V，放大1倍；6-10V，放大0.1倍。 3） 发挥部分 在发挥部分设计了一个增益显示的功能。想用实验箱上的两位数码管进行显示，由于中间小数点无法点亮，故用一个LED灯代替。 增益显示的控制信号仍然是比较单元的两位比较结果。但由于输出的比较结果不满足数字信号的电压要求（输出比较结果大约为±13V，而数字信号低电平一般在0-0.5V，高电平一般在3-5V）。因此此部分的一个关键是由模拟信号转换为数字信号。主要有两点考虑：一是电压过高，简单用电阻分压即可；二是比较输出为负时需转换为数字信号中的0，需用到二极管的单向导通性质。再进行一些数字逻辑运算即可通过简单的门电路实现响应增益的显示。 (2) 电路结构框图（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 1） 基本要求：分为比较单元和放大单元两大部分，其中放大单元的反馈回路需要 一个通道选择单元：如下列框图所示： 2） 提高部分：与基础部分相比较，交流信号的区别是需要一个峰值保持电路。框图如下： 3） 发挥部分 (3) 电路原理图（请写明基本要求、提高要求、发挥部分）： 1） 基础部分 根据框图分别设计电路图： 比较单元： 放大单元 通道选择单元 综合上述各单元电路，得到总的电路图如下： 2） 提高要求 对于交流信号，需要兵分两路，一路通过峰值检测电路得到峰值并进入比较单元进行比较，另一路进入放大电路作为源信号。 峰值检测电路：