实验2 增益自动切换电压放大电路的设计 - 图文(4)

2019-03-10 12:18

输入峰峰值为840mV的正弦信号,增益为10,显示正确

输入峰峰值为4.08V的正弦,增益为1,显示正确

输入峰峰值为8.2V的正弦信号,增益为0.1,显示正确(左上角led灯为小数点)。

(6) 调试中出现的故障、原因及排除方法: 1) 故障1:CD4052功能测试不正确。经过万用表的测量,发现地址输入端会出现-11V。

原因:经过仔细排查,发现忽视了VSS的接地。VSS为数字信号的接地,在模电实验中很容易忽视。

排除方法:将VSS接地,再次测量地址端变为-1V左右,功能正常。

2) 故障2:交流调试中,用函数发生器进行峰峰值的递增或递减,当峰峰值跨越基准电压时,盲区很大,即电容放电慢,需等待一段时间才能实现增益的跳变。 原因:用来保持正弦信号峰峰值的电容太大,容纳电荷能力强,放电充电相对较慢。

排除方法:换量值小的电容(33uF换为1uF),跳变就很快了,此处体现了选择参数的重要性。

3) 故障2:调试增益显示时,在增益需要为10时,显示却为00

排除方法:经测量,比较结果为负时,测量二极管正极为-0.8V,负极却为1V左右,导致74HC04的输入为1V(被当作高电平),输出低电平。而1V不足以点亮数码管,故两个数码管相当于都输入了低电平,都显示0.

后来在二极管两端并联了一个大电阻,情况得到了解决(输入为-0.8V时,输出为0.2mV左右)。后来猜想可能是二极管的反相电流恰好处于使两端反相压降为-1.8V左右的值,而并联一个电阻可以分担一部分电流,使其处于正常状态。

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1:采用同相放大,如何实现增益为0.1?

分析及解决办法:既然放大器本身采用同相放大时无法实现增益小于1,那么完全可以在输入放大器之前对信号做处理,使其衰减10倍,再通过增益为1的放大器即可实现放大0.1倍。由于是否需要输入前衰减也是由比较结果决定,故可利用CD4052的另一套可选择通路实现此功能。

问题2:如何得到峰值保持电路?

分析及解决办法:要将峰值保持住,必然要用到电容这一储存元件。且将峰值保持住以后不容易放电,故用到二极管的单向导电性,使信号达到峰值之后下降时,二极管反相截止,阻止放电。

问题3:如何进行模拟信号与数字信号之间的转换? 分析及解决办法:在本实验中的增益显示部分,需要根据不同的模拟信号值进行数码管不同数值的显示,但包括数码管、门电路、led灯在内的器件均需要满足一定范围要求的数字信号,这就需要使模拟电压值通过一定的方法对应到数字上要求的电压值。幅值上的增减可通过电阻分压实现,负值变0可以利用二极管的单向导通性质实现。 (2) 总结设计电路和方案的优缺点:

优点:很好地利用了理论课中所学元器件的性质;

有很强的灵活性,即可通过改换分压电阻改变基准电压和增益值; 在峰值检测电路后面加一个跟随器,使电路的稳定性大大增强; 实现了增益的显示,直观。

缺点:交流信号峰峰值由高变低时,需要电容快速放电,故电容需要较小;而由低

变高时需要电容快速充电,故电容需要较大;两者需要达到一个平衡,即参数比较难调。经不断调试,发现本试验中采用1uF的电容较为合适。

(3) 指出课题的核心及实用价值,提出改进意见和展望:

课题的实用价值:通过CD4052实现可选多通道的功能,基此实现不同幅度信号的不同增益。于是,对于不关注峰峰值的交流信号,完全可以通过本电路使其放大到一个合适的幅值再进行信号的其他参数的研究,具有广泛的应用价值。

有待改进的地方:即缺点中所提到的,继续优化电路,克服此处选择电容的矛盾性,使充电放电都达到一个很高的速度。 (4) 实验的收获和体会:

i) 由于实验前进行了认真的模拟,查阅了包括数据手册在内的相关资料,故整个实验比较顺利,在以后的试验中要继续保持这种好习惯。

ii) 虽然已经做了很多实验,但过程中仍出现了没有接地的错误。以后搭电路时要逐渐养成按照一定顺序和套路搭电路的习惯。 iii) 本次实验与以前相比,具有一定拓展性。这就需要自己查资料,自己想思路,而不是像以前那样按照课本现成的东西搭电路,不具有挑战性和创新性。此次实验提升了自己设计电路的兴趣,也增添了不少信心。

iv) 第一次做包含模拟电路和数字电路在内的实验,而两者结合的关键问题在于数模、,模数信号的转换,虽然在本实验中仅利用电阻分压和二极管实现了模数转换,比较简单,但却让我亲自体会到了其中的知识和乐趣。

五、参考文献

(1)CD4052、ADG409、IN4148的数据手册 (2)教材《电子电路基础》


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