用于实验教学的自动增益控制电路

本发明涉及实验教学电路设计技术领域，尤其涉及一种用于实验教学的自动增益控制电路。

背景技术

目前，模拟电子技术实验教学内容相对传统，为了贴合以赛促学的创新人才培养教学理念，将电赛的一些知识点适当引入模电实验教学中是尤为重要的。自动增益控制作为电赛的高频考试点，引入模电实验教学显得十分必要。自动增益控制电路从结构上大致可分为：前馈型、反馈型和混合型。其中前馈型电路不稳定，实验现象不易捕捉；混合型电路比较复杂、功耗大、调试比较困难，所以采用反馈型自动增益控制电路，比较适合常规实验教学。自动增益控制电路是实现对于信号幅值变化较大的检测对象的放大增益控制，目前，对于一些反馈自动增益实验项目来说，所采用的电路相对复杂，接线实操相对难，一般使用仿真进行实验，而且电路性能相对较低，受影响的变量比较多，对于一些学生来说，理解困难，而且测量参数也相对单一，达不到对学生实践能力的提高。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足而提供一种可有效锻炼学生动力实操能力、参数调整简单直观而且输出动态范围小、易于理解的用于实验教学的自动增益控制电路。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于实验教学的自动增益控制电路，其包括第一运算放大器、阻性器件、信号输入端、信号输出端以及转换控制电路，信号输入端与所述第一运算放大器的其中一输入端电性连接，所述信号输出端与所述第一运算放大器的输出端电性连接，所述阻性器件电性连接在所述第一运算放大器的另一输入端和所述转换控制电路的输出端之间，所述转换控制电路的输入端与所述第一运算放大器的输出端电性连接；所述阻性器件的电阻可根据所述转换控制电路的输出电压发生变化，所述转换控制电路用于将所述第一运算放大器输出的交流信号转换为直流信号加载在所述阻性器件上较佳的，所述阻性器件为晶体三极管，所述晶体三极管工作在可变电阻区。

较佳的，所述晶体三极管包括场效应管。

较佳的，所述信号输入端电性连接在所述第一运算放大器的同相输入端。

较佳的，所述转换控制电路包括与所述第一运算放大器的输出端电性连接的第二运算放大器，所述第二运算放大器的输出端电性连接有第一整流二极管，所述第一运算放大器的输出端通过第二整流二极管与所述第二运算放大器的输出端电性连接。

较佳的，所述转换控制电路还包括与所述第二运算放大器的输出端电性连接的第三运算放大器，所述第三运算放大器的输出端与所述阻性器件电性连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反相输入端电性连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端电性连接。

较佳的，所述第二运算放大器的输出端和/或所述第三运算放大器的输出端设置有滤波电容。

较佳的，还包括信号分析采集点，所述信号分析采集点包括第一信号分析采集点、第二信号分析采集点、第三信号分析采集点、第四信号分析采集点、第五信号分析采集点以及第六信号分析采集点中的一个或多个；

所述第一信号分析采集点设置于所述第一运算放大器的输入端；

所述第二信号分析采集点设置于所述第一运算放大器的输出端；

所述第三信号分析采集点设置于所述第二运算放大器的输出端；

所述第四信号分析采集点设置于所述第二运算放大器与所述第三运算放大器之间的滤波电容的正极端；

所述第五信号分析采集点设置于所述第三运算放大器的输出端；

所述第六信号分析采集点设置于所述第三运算放大器与所述阻性器件之间的所述滤波电容的正极端。

与现有技术相比，本发明用于实验教学的自动增益控制电路的有益技术效果有：

1、通过第一运算放大器、电阻值根据所加载的电压自动发生变化的阻性器件以及转换控制电路构成模拟信号自动争议反馈的控制电路，在实验过程中，每一器件都需要学生手动连接(非仿真器件)，因此，可有效锻炼学生的实操能力；

2、实验过程中，电路搭建完成后，信号输出受影响变量仅与输入信号有关，便于学生分析研究，而且参数调整简单、直观，输出动态范围小，精度高。

附图说明

图1为本发明实施例中自动增益控制电路的电路原理图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1，本实施例公开一种实验教学的自动增益控制电路，以锻炼学生的动手能力以及加深对自动增益控制电路的理解。具体的，该自动增益控制电路包括第一运算放大器A1、阻性器件T、信号输入端Ui、信号输出端Uo以及转换控制电路100。信号输入端Ui，用于采集实验用模拟信号，与第一运算放大器A1的其中一输入端电性连接。信号输出端Uo，用于输出经过放大处理的信号，与第一运算放大器A1的输出端电性连接。阻性器件T电性连接在第一运算放大器A1的另一输入端和转换控制电路100的输出端之间，用于为第一运算放大器A1提供反馈电阻，转换控制电路100的输入端与第一运算放大器A1的输出端电性连接。阻性器件T的电阻可根据转换控制电路100的输出电压发生变化，转换控制电路100用于将第一运算放大器A1输出的交流信号转换为直流信号加载在阻性器件T上。较佳的，本实施例中的信号输入端电性连接在第一运算放大器A1的同相输入端，用作同相放大器。

上述实施例中的自动增益控制电路的工作原理是：输入信号经由并联电阻R1、R2从第一运算放大器A1的同相输入端进入，经过第一运算放大器A1的放大处理后，进入转换控制电路100，转换控制电路100将第一运算放大器A1输出的交流信号转换为直流信号，并将该直流信号加载在阻性器件T上，使得阻性器件T的电阻发生相应的变化，由于阻性器件T为第一运算放大器A1提供反馈电阻，因此，阻性器件T电阻的变化直接影响第一运算放大器A1的放大倍数，从而使得第一运算放大器A1的输出端输出信号得到稳定控制。由此可知，上述实施例公开的自动增益控制电路，完全采用实体电路元件搭建，学生实验时，需要亲自动手将各个元器件连接起来，从而可有效锻炼学生的实操动手能力。另外，电路搭建完成后，信号输出受影响变量仅与输入信号有关，便于学生分析研究，而且当需要调整实验参数时，只需更换所使用的相应元器件的型号即可，参数调整简单、直观，输出动态范围小，精度高，在保证学生理解的基础上又能让学生的实践能力得到一定的锻炼。

进一步的，阻性器件T为晶体三极管，晶体三极管工作在可变电阻区。具体的，本实施例中的晶体三极管优选为场效应管，场效应管的漏源电阻RDS与为第一运算放大器A1配置的阻值恒定的辅助反馈电阻R3、R4一起构成第一运算放大器A1的反馈网络，当第一运算放大器A1用作同相放大器时，其电压增益Au满足如下公式，

根据上述公式可知，当场效应管的漏源电阻RDS改变时，第一运算放大器A1的电压增益将发生改变，而漏源电阻RDS的改变，由转换控制电路100加载在场效应管栅极上的电压UG决定，从而使得第一运算放大器A1的输出信号反馈到输入端，影响第一运算放大器A1的实时工作状态。

更进一步的，转换控制电路100包括与第一运算放大器A1的输出端电性连接的第二运算放大器A2，第二运算放大器A2的输出端电性连接有第一整流二极管D1，第一运算放大器A1的输出端通过第二整流二极管D2与第二运算放大器A2的输出端电性连接。本实施例中，采用第二运算放大器A2连接在第一运算放大器A1的输出端，主要用作电压跟随器，起缓冲、隔离作用，以提高电路安全性能。由第一运算放大器A1输出的信号为交流信号(正弦波)，该交流信号分别通过第一整流二极管D1和第二整流二极管D2的半波整流，在第二运算放大器A2的输出端得到第一运算放大器A1输出的全波整流的直流信号。另外，还为第二运算放大器A2配置有反馈电阻R5、R6，以及接地电阻R7。

较佳的，为方便接线，第二运算放大器A2的反相端与第一运算放大器A1的输出端电性连接，这样，第一整流二极管D1和第二整流二极管D2的接线方向相同，第一运算放大器A1输出的交流信号的正向部分通过第二整流二极管D2整流输出，第一运算放大器A1输出的交流信号的负向部分通过第二运算放大器A2倒相后变为正向信号，继而通过第一整流二极管D1整流输出。本实施例中，由于第二运算放大器A2具有倒相作用，因此，转换控制电路100还包括与第二运算放大器A2的输出端电性连接的第三运算放大器A3，第三运算放大器A3的输出端与通过串联电阻R8、R13与阻性器件T电性连接，第二运算放大器A2的输出端与第三运算放大器A3的反相输入端电性连接。通过第三运算放大器A3的设置，将第二运算放大器A2倒相后的信号再次倒相，变为与输入信号方向相同加载在阻性器件T上。本实施例中，还为第三运算放大器A3配置有反馈电阻R10、R11，以及接地电阻R12。

另外，为提高电路工作稳定性，方便学生精准调节，第二运算放大器A2的输出端和/或第三运算放大器A3的输出端设置有滤波电容C1、C2。

进一步的，为便于实验过程中学生了解信号在各个阶段的特点，本实施例中的自动增益控制电路，还包括信号分析采集点。信号分析采集点包括第一信号分析采集点A、第二信号分析采集点B、第三信号分析采集点C、第四信号分析采集点D、第五信号分析采集点E以及第六信号分析采集点F中的一个或多个；

第一信号分析采集点A设置于第一运算放大器A1的输入端；

第二信号分析采集点B设置于第一运算放大器A1的输出端；

第三信号分析采集点C设置于第二运算放大器A2的输出端；

第四信号分析采集点D设置于第二运算放大器A2与第三运算放大器A3之间的滤波电容C2的正极端；

第五信号分析采集点E设置于第三运算放大器A3的输出端；

第六信号分析采集点F设置于第三运算放大器A3与阻性器件T之间的滤波电容C1的正极端。

通过上述若干信号分析采集点的设置，实验过程中，学生可根据需求从电路的各个部分采集实验数据，以对自动增益控制电路对信号的处理过程有一个清晰的了解，参数研究较为多样，让学生能直观地观察实验的工作原理。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。