增益自动切换的放大电路的设计 2 - 图文(3)

兰州交通大学2015年大学生电子设计

从波形可知，当输入峰值为时，精密4.8V,精密加滤波后的直流信号为4.7V，与输入峰值基本接近。

此时输出波形：

从波形可知，当输入峰值2.4时，输出峰值为2.38V，增益约为1，达到要求。 综上：该电路对于交流信号，也基本达到了实验要求。

三、硬件电路功能指标，测试数据与误差分析 3.1制定实验测量方案

将输入信号、输出信号分别接入示波器CH1、CH2通道。

直流信号通过实验箱上滑动变阻器分压获得，通过调节滑动变阻器输入0.1V~10V信号；主要观察0.1V,0.5V（跳变点）附近，5V（跳变点）附近以及10V的输入输出电压情况。

交流信号来自函数信号发生器，设定频率为10KHz，幅宽通过旋动旋钮调节，获得0.1Vpp~10Vpp的正弦波，主要观察输入信号峰峰值为0.1V，0.5V（跳变点）附近,5V（跳变点）附近以及10V的输入输出电压情况。

3.2使用的主要仪器和仪表

数字万用表、数字示波器。

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3.3调试电路的方法和技巧

分模块调试：

1、对于模拟开关，将地址端直接接高低电平选通指定的开关； 2、将信号输入比较器，看逻辑是否正确;

3、再看增益放大电路，手动选择不同的，看是否有相应的增益；

4、再单独调试整流滤波电路，因为电阻并不是十分精确，因此需要通过电位器调节增益，使得滤出来的直流信号与峰峰值十分接近。

3.4测试的数据和波形并与设计结果比较分析

由于此次试验基础与提高两部分是分别验收的，基础部分忘记拍下波形，仅拍了部分提高部分的波形。

A、

当输入为4.08Vpp时，输出为4.40V，增益为1.08，基本达到要求。 B、

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当输入峰值为6V时，输出为4V,增益为0.12，偏大。

四、调试中出现的故障、原因及排除方法

在实验中当比较器输出为负电压时，直接接到4052的选择端会损坏放大器，根据观察，发现会将放大器的输出强行拉到-1V左右，而放大器开路输出为负-13V左右，经过一段时间以后放大器会过热，模拟开关也可能损坏。加上一个限流电阻可以解决问题，不会损坏放大器和模拟开关。

实验中的数据与模拟的有很大不同。整流的电容电压不等于峰值，与峰值的关系也不是线性变化的，所以增益变化点与模拟的结果差距很大，于是实际测量了不同峰峰值下的电容电压，并以此为基准，改变分压大小，才使增益变化点接近要求，最终是靠调变阻器达到较高的精度的。

1）比较器LM324以及模拟开关4052的问题：

初次接触电路时，LM324集电极开路接上拉电压5V，课时不论怎么调节输入信号，增益始终未6，似乎模拟开关并没有呈现应有的作用，后查询数据数据手册的得知，比较器比较得到的结果，作为地址段输入模拟开关时，高低电频与开关VCC大小有关，由于开关电源接了+/-5V在开关看来也是低电平，解决方法：一、将上拉电压改为15V；二、将模拟开关电源接+/-5V。由于+/-5V需要分压产生，故为了方便，选择方法一：将上拉电源改为15v。

2）实验改进：由于比较器LM324需上拉电阻和电压，使用起来不太方便，其实可以直接使用运放作比较器更为方便；

3）运放LM324与UA741的性能对比：

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在做提高部分时，一开始方向比例放大选择的运放为LM324，可是当输入信号较小时，放大倍数仅为4点几倍，误差较大，而检查电路其余各部分，如精密整流加滤波，发现输出结果均正确，可是放大倍数却4点几倍，如果考虑到模拟开关的导通导通电阻，则放大倍数应大于6，故应该是LM324的自身问题。经上网查询后，发现这是LM324的固有问题，后改用UA741效果明显得到改善。

五、总结

5.1设计中遇到的问题、原因分析及解决方法

1、如何提取交流信号的峰值：该方案有峰值检波电路和精密整流加滤波，方案一较为简单，单误差比较大，很快便排除，可是精密整流电路较为复杂，自己无法设计，后来实在参考网上资料得知的。

2、增益显示对增益显示在设计中考虑很多方法：

a、通过与非门，可是由于比较器上拉电压改为15V，若是要使用与非门，则需稳压二极管，显然该方案比较繁琐，直接排除。

b、由于4052中有两个四选一开关，故可以利用另一个四选一开关，只需一端接入5V，另外三段接LED灯。

C、数码管显示，若译码电路采用与非门，则存在a的问题，可是若配合方法b再加上FPGA，则容易实现。

5.2设计电路和方案的优缺点

优点：采用反向增益电路，可避免无法产生0.1倍的增益的问题，只需再加以反向器即可；同时使用二极管和电容来实现峰值取样，非常简单且实用。

缺点：采用二极管和电容来实现峰值取样有一定的误差，会使临界值发生偏移，从而不符合实验的要求。

5.3课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望

本课题的核心为增益自动切换，这在许多方面都有应用。希望可以加上更多的功能，来实现更多的功能。

5.4实验的收获和体会

通过本次实验，加深了对运算放大器的理解，学会了使用运算放大器设计简单的电路，了解了怎样对交流信号进行峰值取样，提高了动手实践的能力。对于系统的设计，关键要学会分模块搭建和测试，这与上学期的数电电路搭建是相同，模块化的思想必须建立。而与数

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字电路系统设计不同的是，模拟电路的搭建，对于芯片的选择以及参数的计算要求很高，且往往仿真正确，可是实物搭建时却存在很大的问题，故在调试时，必须耐心。

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