东南大学增益自动切换电压放大电路设计

1、一、实验目的进一步熟悉Multisim软件仿真功能；掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数 的计算方法；掌握峰值检波的电路，二极管检波电路和精密整流电路的工作原理和基本电路结 构；掌握数字信号与模拟信号的级联、切换的方法。二、实验内容用运算放大器设计一个电压放大电路，其输入阻抗不小于100kQ，输出阻抗不大于1kQ，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、10三档不同的增益，可以用连线改变增益，或者以拨动开 关切换增益，或者用模拟电子开关切换增益。输入一个幅度为0.110V的可调直流信号，要求放大器

2、输出信号电压在0.55V 范围内，设计电路根据输入信号的幅值自动切换调整增益值。提高要求输入一个交流信号，频率10kHz，幅值范围为0.110V (峰峰值Vpp)，要求 输出信号电压控制在0.55V (峰峰值Vpp)的范围内。三、电路设计根据输入信号的峰峰值自动选择增益倍数，0.1-0.5V放大10倍，0.5-5V放大1倍，5-10V 放大0.1倍。所以用比较器LM311让待比较信号分别和0.5V、5V的直流电压比较，结果作 为双四选一模拟开关CD4052的地址码A、B。由CD4052选择运算放大器LM324的放大倍数。 对于提高部分的交流信号，可以用精密整流和滤波电路得到峰峰值的直流信号，以

3、此作为比 较单元的待比较信号。1、比较单元地址码A0待比较信号地址码A1LM311为专用集成比较器，当正相输入端大于反相输入端时，输出为VS+，当正相输入端小 鱼反相输入端时，输出为VS-。工作时要在输出端接一上拉电阻，阻值为K数量级。2、增益单元VEE1215 - ADG40CD4052实际上是一个双四选一模拟开关，管脚图和真值表为:CD4052B (PDIP? CDIP, TSSOP)TOP VIEW场回E3回回E21lglI1、VDD-VEE18V2、INH为0使能，接0V3、A、B接比较器输出端,0=VSS,1=VDD4、模拟开关输入端电压范围为015VCHANNELS J 0IN/O

4、UT | 之COMMON “Y” OUT/INCHANNELS 3IN/OUT 1INHVDD1 X CHANNELS1 J IN/OUTCOMMON OUT/IN0 1 X CHANNELSJ IN/OUTABINHIBIT0000010100111XXOx, Oy1x, 1y2x, 2y3x, 3yNone3、精密整流及滤波单元增益单元011 - LM3VA:10KQ :V1U2A峰峰值FT0VCC 11 LM3TITTS Hz1N4148：D1 :j1N4148C1T卜1uFR2 ：AAA10kQDC :Wv7 R3VW-:10kQ :R17WV62；SkQ20kQ4、基础部分电路5、提

5、高部分电路10ka_. : : lOkfl.KuI： 20kl四、仿真结果砂示波器-xsci输入550mV 输出 554.079mV输入450mV输出4.475V输入4.550V输出4.560V输入5.050V输出 518.896mV输入峰峰值414.5mV输出峰峰值4.318V输入峰峰值564mV输出峰峰值573mV输入峰峰值4.164V输出峰峰值4.192V输入峰峰值5.632V输出峰峰值584.1mV五、实际实验数据基础部分:Ui/V0.180.350.50Uo/V1.423.304.82平均增益：8.99Ui/V0.581.322.243.284.745.20Uo/V0.551.232

6、.323.334.635.40平均增益：0.99Ui/V5.707.509.1010.80Uo/V0.550.760.931.04平均增益：0.10 提高部分Ui/Vpp0.2080.3080.4040.470Uo/Vpp2.083.164.204.88平均增益：10.26Ui/Vpp0.5441.543.564.89Uo/Vpp0.5681.563.544.90平均增益：1.01Ui/Vpp5.366.167.409.00Uo/Vpp0.5400.6480.7800.940平均增益：0.10六、总结阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决方法：直流部分的设计相对比较顺利，而在 提高部分的设计时，

7、主要的问题集中在如何将交流信号和标准直流电压做比较。起先，我的 方案是将交流输入超过比较电压时的信号用D触发器锁存起来，在把同样的信号经过两个反 相器的延时传给D触发器的时钟端，这样当交流信号的峰峰值超过比较电压时，就可以把高 电平信号传给模拟开关，实现增益的切换。仿真过程中发现当交流信号的峰峰值由小变大时， 没问题，但当信号的峰峰值由大变小时，问题出现了，增益无法得到切换。经过激烈的思想 斗争，我放弃了原先的方案，采用更加是实际化的交流整流电路，将交流信号的峰峰值以直 流信号的形式提取出来，剩余的和基础部分的电路设计思想完全一致。总结设计电路和方案的优缺点：优点：由于采用精密整流，实验精准度较高，直接反映在实验中是增益临界电压值与实验要 求相差无几。缺点：由于采用精密整流，电路结构较为复杂，实现起来也比较难。实验的收获和体会：总结这次得实验，并不是很难，但整个实验电路从最初的思