东南大学模拟电子技术实验报告：增益自动切换放大电路设计

简介：
本实验报告详细探讨了基于东南大学课程要求的增益自动切换放大电路的设计与实现。通过理论分析和实际操作相结合的方式，我们成功构建了一个可以根据输入信号自动调整增益的放大器系统。该设计不仅提高了系统的灵活性和响应速度，还充分展示了模拟电子技术的实际应用价值。 ### 东南大学模电实验报告知识点总结 #### 实验背景与目标 本次实验由东南大学电工电子实验中心提供，课程名为“电子线路实践”。其目的是设计一种能够根据输入信号幅值自动调整增益的电压放大电路。具体来说，该电路需要识别0～20KHz范围内的输入信号，并根据不同幅度的信号自动调节放大倍数。 #### 技术指标与功能要求 1. **基本要求**： - 当输入为直流信号时，电路需满足以下条件： - 输入幅值小于0.5V时，增益约为10倍。 - 输入幅值介于0.5V至3V之间时，增益约为1倍。 - 输入幅值大于3V但不超过10V时，增益约为0.1倍。 - 确保临界点接近于设定的阈值，并且放大倍数尽可能准确。 2. **提高要求**： - 对交流信号输入同样需要满足上述基本要求中的增益变化规律。 - 实现这一目标可以通过使用峰值采样或整流滤波电路对交流信号进行预处理来完成。 3. **发挥部分**： - 进一步细化电压分档，例如增加更多的区间以实现更精细的控制。 - 在此基础上加入显示当前增益值的功能以便于用户读取数据。 #### 电路设计思路 1. **基本要求**： - 设计基于电压比较器的方案，将输入信号与不同的基准电压进行对比。 - 不同阈值对应的输出状态会通过模拟开关选择相应的增益电路来实现放大倍数的变化。 2. **提高要求**： - 使用峰值采样电路处理交流信号以获取其峰值。 - 将这些峰值送入比较器，根据结果控制模拟开关切换到合适的增益设置中去。 3. **发挥部分**： - 增加更多的电压阈值点来实现更精细的调节。 - 可考虑使用LED显示屏或其他显示设备直观展示当前增益倍数。 #### 元器件选择与参数计算 1. **基本要求**： - 放大电路电阻选取：R8=10kΩ，R6=100kΩ，R5=10kΩ，R7=1kΩ。 - 分压电阻的选择：为了满足在不同电压阈值下的需求，可以使用如Rw=90kΩ、R5=25kΩ和R6=5kΩ等分压组件。 2. **提高要求**： - 峰值采样电路选用IN4018二极管及10nF电容。 - 放大与分压部分的参数选择与基础设计一致。 #### 测试数据与误差分析 1. **测试方案**： - 使用函数发生器产生交流信号作为输入，示波器观测输出波形。 - 主要使用的仪器包括数字示波器、函数信号发生器、直流稳压电源和数字万用表等。 2. **测试结果**： - 实际实验结果显示电路能够基本实现预定的功能目标，但在某些条件下存在一定误差。 - 例如在特定幅度的交流输入下，实际增益可能与预期有所偏差。 3. **调试过程中的问题及解决方法**： - 在比较器输出为负电压时直接连接到4052模拟开关的选择端会导致放大电路损坏的问题被发现。 - 解决方案是在相关连线中添加限流电阻以防止电流过大导致元件过热或破坏。 #### 结论 本次实验设计并实现了一个能够根据输入信号幅值自动调节增益的电压放大器。通过合理的设计和参数选择，实现了对不同幅度输入的有效响应。虽然在实际测试中有轻微误差存在，但总体达到了预期目标。进一步优化如增加更多分档与显示功能等措施可提高电路的实际应用价值及灵活性。