实验二增益自动切换电压放大电路的设计吴健雄学院

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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：电类强化班姓名：学号：610111实验室:101实验组别：同组人员：实验时间：2012年4月17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：1.基本要求1）放大器能够具有0.1、1、10三档不同增益，并能够以

2、数字方式切换增益。2）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。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0.5～5V（峰峰值Vpp）的范围内。2）能显示不同的增益值。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：1.项目功能首

3、先是基础部分：输入直流电压信号，设计的系统可以自动根据输入信号电压的大小选择放大的倍数讲信号放大并输出。根据题意，三个档位的具体情况为：输入信号电压：0V—0.5V0.5V—5V5V—10V增益：1010.1输出信号电压：0V—5V0.5V—5V0.5V—1V然后是提高部分：输入交流电压信号（实验中使用正弦信号），系统能够检测出交流信号的峰峰值大小，然后根据这个值并按照基础部分的档位要求实现信号的放大输出，且能够实现增益的显示。创新要求：使用FPGA进行设计。2.性能指标此系统是可以自动切换三个档位的，所以档位之间的

4、临界值出的相关指标就相当重要了。具体来说，主要是0.5V处是否准确完成了增益由10到1的跳变，信号的失真度，增益的准确度，以及5V处是否准确完成了增益由1到0.1的跳变，信号的失真度，增益的准确度。从另一个角度来说，也可以考察三个增益的电压值范围是否分别为0V—0.5V、0.5V—5V、5V—10V。其次，就是增益是否能够正常的显示，并且不对原电路产生过大的影响。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）：1.基本要求首先考虑的是输入信号会根据电压值的大小调整增益，而比较的

5、标准就是0.5V与5V，所以要设计比较电路。在此实验中考虑使用集成的Lm311比较器。其次，在比较之后，需要选择档位，这样的话就需要类似于之前接触过的74LS153数据比较器这类功能的器件。与数据选择器不同的是，选通的不是高低电平信号，而是选通输入信号，所以综合考虑选择了4052模拟开关。选通了不同的信号之后，就是要实现信号的放大了。对于我们来说，最容易想到，也是掌握最熟练的就是反向比例放大电路了，只要控制/的值就可以实现同的增益。但是还要考虑两个问题：A.反向比例放大电路会使信号反向，所以要保持信号原来的指标就要在

6、输出端之后再加上一个增益为1的反向比例放大电路（UA741），以此来保证相位的不变。B.电路的增益在表达式中只与/有关，那么具体应当选择多大的电阻呢？考虑到题目中要求输入阻抗不小于100KΩ，所以R1就选择100kΩ，而对应于0.1、1、10三种增益分别选择10kΩ，100kΩ，1MΩ，将其分别连接于4052的三个输出端即可完成实验所要求的功能。2.提高要求提高要求用的是交流信号，而题目中要求参与档位选择比较的值是输入信号的峰峰值，所以提高要求中最主要的任务就是提取输入交流信号的峰峰值。综合考虑，决定使用精密整流滤波

7、电路来实现峰峰值的提取。其余的部分均与基础部分的设计相同。另外对于增益的显示，由于增益加上小数点一共只需要有三个符号，为了简便设计考虑用三个试验箱上面的LED灯来表示：第一个灯为十位，亮为一，灭为零；第二个灯为小数点，亮为有小数点，灭为无小数点；第三个灯为个位，亮为一，灭为零。而这三个灯的控制使用简单的门电路来完成。值得注意的是，由于试验箱上的LED灯的阻抗比较大，所以在连入电路之后会对LM311的输出电平产生影响，所以考虑将比较器的输出端经过电压跟随器再接入到门电路中，保证原电路的正常工作。另外，考虑到LM311输

8、出电平为15V，还要设计分压电路把输出电压降为5V。1.创新要求考虑使用Verilog-HDL语言进行编程，依托开发板进行功能的实现。(2)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.基本要求比较器模拟开关选通反相器直流信号三种增益档位放大信号增益显示门电路，电压跟随器2.提高要求比较器模拟开关选通反相器直流信号三种增益档位放