高精度線性放大器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：高精度線性放大器</p><p>　　院（系）：電氣工程學(xué)院</p><p><b>　　專業(yè)班級：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　

2、　學(xué)生姓名：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p>　　起止時(shí)間： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語</p><p>　　院（系）：電子與信息工程學(xué)院

3、教研室：電子信息工程</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 高精度線性放大器設(shè)計(jì)方案論證1</p><p>　　1.1高精度線性放大器的應(yīng)用意義1</p><p>　　1.2高精度線性放大器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)方案論證

4、2</p><p>　　1.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析3</p><p>　　第2章 高精度放大器各單元電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 輸入調(diào)整電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 中間級放大電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3 輸出級電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4

5、 增益調(diào)整電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　第3章 高精度放大器整體電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 整體電路圖及工作原理7</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計(jì)算7</p><p>　　3.3 整機(jī)電路性能分析8</p><p>　　第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)9</p><p><

6、;b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　高精度線性放大器設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　1.1高精度線性放大器的應(yīng)用意義</p><p>　　近年來，各種電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，高精度放大器越來越受到人們的重視。高精度線性放大器是模擬電路中的一個(gè)基本重要模塊。其性能直接影響到電路及系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)，現(xiàn)代集成電路特征尺寸越來越小，也導(dǎo)

7、致集成電路產(chǎn)品的工作電壓及功耗越來越低，這樣待處理的信號越來越弱，這就要求有更高精度的放大器。而通用放大器顯然不能滿足這些要求。</p><p>　　高精度放大器的運(yùn)用范疇很廣，可用于量測儀器、控制系統(tǒng)、程序控制等。在醫(yī)療領(lǐng)域中也有超音波、氣體分析、血壓計(jì)、診斷器等，此外汽車中的引擎管理、傳動(dòng)系統(tǒng)管理等，都要用到高精度的放大器。</p><p>　　1.2高精度線性放大器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指

8、標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。</p><p>　　3 .設(shè)計(jì)各單元電路

9、?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)：1.設(shè)計(jì)并制作一臺高精度線性放大器。</p><p>　　2.線性失真度不大于0.5%</p><p>　　3.放大倍數(shù)2

10、000，輸入電阻2M，輸出電阻100</p><p><b>　　1.3設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p>　　圖1是BJT共射級放大電路的原理圖，其中BJT是核心元件，起放大作用。直流電源通過電阻給BJT的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，并產(chǎn)生基極直流電流。直流電源通過電阻，并與和配合，給集電結(jié)提供反偏電壓，使BJT工作于放大狀態(tài)。</p><p>　

11、　但由于BJT制造工藝和其自身V-I特性限制，該種放大電路一次放大不能將信號放大到設(shè)計(jì)指標(biāo)。且該種電路在多級放大時(shí)會因?yàn)锽JT靜態(tài)工作點(diǎn)因放大信號的影響而導(dǎo)致輸出信號嚴(yán)重失真。</p><p>　　圖1 BJT共射級放大電路</p><p>　　1.4總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析</p><p>　　圖2 高精度線性放大器總體設(shè)計(jì)方案框圖</p><p

12、>　　總體方案分為四部分，輸入級、中間放大級、輸出級、偏置電路。輸入級將輸入信號送人中間放大級，并提供2MΩ輸入電阻。中間放大級將輸入信號放大并傳遞到輸出級。輸出電路將放大信號提供給負(fù)載，并提供100Ω輸出電阻。電源為電路提供穩(wěn)定直流偏置，確保電路穩(wěn)定工作。如圖2。</p><p>　　可編程增益放大器各單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1輸入調(diào)整電路設(shè)計(jì)</p>

13、<p><b>　　圖3 輸入級電路</b></p><p>　　輸入級采用差分放大電路輸入。作用是提高輸入阻抗。T1、T2參數(shù)相同，R7=R8，R1=R6，這樣可以增大輸入阻抗。電流源具有交流電阻大、直流電阻小的特點(diǎn)，具有恒流特性，并帶有高阻值的動(dòng)態(tài)輸出電阻。因而電路具有穩(wěn)定的直流偏置和很強(qiáng)的抑制共模信號的能力。</p><p>　　2.2中間級放大電路設(shè)

14、計(jì)</p><p>　　圖4 中間級放大電路</p><p>　　在中間級放大電路中，采用二級電路放大，二級放大均采用典型的同相比例放大接法，并都采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的反饋組態(tài)，可以提高電壓增益的穩(wěn)定性，減少該環(huán)節(jié)對信號引起的失真。抑制噪聲。</p><p>　　2.3輸出級電路設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出級采用典型的射極跟隨器輸出，其特點(diǎn)為

15、輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓的系數(shù)略低于1，負(fù)載能力強(qiáng)。由于該種組態(tài)的BJT電路能對輸入信號作比例輸出，可以穩(wěn)定來自中放級電路的電信號，并且由該級電路直接與負(fù)載連接，能減少負(fù)載對輸出信號的影響，保證輸出信號的穩(wěn)定度和精度。同時(shí)，由于該種電路結(jié)構(gòu)簡單，易于根據(jù)具體電路情況調(diào)整。</p><p><b>　　圖5 輸出級電路</b></p><p>　　可編程增益放大器整

16、體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1整體電路圖及工作原理</p><p><b>　　圖6 整體電路圖</b></p><p>　　輸入級為差分放大電路，將輸入信號送入中間級放大電路中極具放大電路采用集成運(yùn)放二級放大，將放大信號送入輸出級，有輸出級將放大信號送入到負(fù)載。</p><p><b>　　3.2電路

17、參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　輸入級</b></p><p>　　輸入級的差分電路是單端輸入單端輸出，它的電壓增益與雙端輸入、單端輸出的情形完全相同。該級電路對信號的放大增益為1，整個(gè)電路的輸入電阻達(dá)到2MΩ。該級電路的輸入電阻參數(shù)計(jì)算如下：</p><p><b>　　β1=100</b>&l

18、t;/p><p>　　Ri=2*[rbe1+(1+β1)*R1] ≈2*R1*β1=2MΩ</p><p><b>　　中間級</b></p><p>　　中放級采用集成運(yùn)放二次放大，電路運(yùn)放均采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋連接組態(tài)。R12＝100kΩ,R5=10Ω,R13=R14=100Ω,放大增益計(jì)算如下：</p><p>　　Av

19、1=1+R12/R5≈R12/R5=10k/10=1000</p><p>　　Av2=1+R14/R13=1+100/100=2</p><p>　　Av=Av1*Av2=1000*2=2000</p><p><b>　　輸出級</b></p><p>　　輸出級采用BJT共射極電路輸出，該電路對輸入信號的放大增益近

20、似為1。該級電路主要調(diào)整其參數(shù)滿足輸出電阻等于100Ω的設(shè)計(jì)指標(biāo)，該電路的具體參數(shù)計(jì)算如下：</p><p>　　Rc’=Rs//R15</p><p>　　Ro=Re//[(Rc’+rbe)/(1+β)]</p><p>　　由于中放級放大電路采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以中放級電路輸出電阻較小，若中放級輸出電阻Rs＝5kΩ，R15＝500kΩ，β＝50，rbe＝1k則

21、：</p><p>　　Rc’=Rs//R15=Rs*R15/(Rs+R15)=5kΩ</p><p>　　Ro≈(rbe+Rc’)/ β=120Ω</p><p>　　3.3整機(jī)電路性能分析</p><p>　　該設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)，整體上基本符合指標(biāo)各項(xiàng)要求。輸入電路采用差分放大電路輸入。輸入級利用了差分放大電路對共模信號的抑止及對差模

22、信號的放大作用，有利于提高整個(gè)電路的精度。中放級電路采用集成運(yùn)放二次放大，并且二級運(yùn)放分別采取電壓串聯(lián)負(fù)反饋，有利于穩(wěn)定中放級電路的放大增益、減少信號的非線性失真。輸出級采用典型的射極跟隨器輸出，其特點(diǎn)為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓的系數(shù)略低于1，負(fù)載能力強(qiáng)。由于該種組態(tài)的BJT電路能對輸入信號作比例輸出，可以穩(wěn)定來自中放級電路的電信號，并且由該級電路直接與負(fù)載連接，能減少負(fù)載對輸出信號的影響，保證輸出信號的穩(wěn)定度和精度。</p&

23、gt;<p>　　理論上能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)所要求。</p><p><b>　　第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)我運(yùn)用了常見的線性放大器電路，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，盡最大可能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。本次電路設(shè)計(jì)過程中，通過圖書館，網(wǎng)絡(luò)等各種途徑獲取于本設(shè)計(jì)有關(guān)的資料、信息。并且在設(shè)計(jì)過程中也發(fā)現(xiàn)了自己在模擬電路知識方面的不足之處，通過本次設(shè)計(jì)，自己也

24、漸漸體會到了模擬電子設(shè)計(jì)方面的技巧和方法，使自己的能力有了更進(jìn)一步提高，為以后的學(xué)習(xí)打下了更好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分）第五版.高等教育出版社.2006.1.</p><p>　　[2] 徐建.模擬電路.機(jī)械工業(yè)出版社.2010.7.</p>

25、<p>　　[3] 郭赟.模擬電子. 機(jī)械工業(yè)出版社.2007.9.</p><p>　　[4] 蕭江.一種高精度CMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì).貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文.2008.</p><p>　　[5] 高文煥 李冬梅.電子線路基礎(chǔ). 高等教育出版社.2006.1.</p><p><b>　　附錄：器件清單</b></p