具有特定功能放大器研制畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設 計）</p><p>　　中文題目：具有特定功能的放大器的研制</p><p>　　英文題目：Has the specific functions of the</p><p>　　development of the amplifier</p><p>　　姓 名： 石曉磊 </p&

2、gt;<p>　　學 號： 080601126 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣信息工程2008級（1）班 </p><p>　　指導教師： 李衛(wèi)平 </p><p>　　職 稱： 副教授 </p><p>　　提交日期： </p><p&g

3、t;<b>　　教務處制</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　放大器是應用廣泛的基本模擬電路，主要用于小信號的放大，基本性能指標有增益系數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶（帶寬）等，依據(jù)不同的性能要求選用不同的集成運放作為放大器件，不同的集成運放其增益帶寬積為不同的常數(shù)，輸入電阻決定于第一級、輸出電阻決定于最

4、后一級。</p><p>　　對于實用的電壓放大電路，通常要求其輸入電阻大，以減小放大電路從信號源索取的電流，使其獲得盡可能的輸入電壓；輸出電阻小，有足夠強的帶負載能力；電壓放大倍數(shù)大，即有足夠的電壓放大能力。而單管放大電路很難滿足上述性能要求。因此采用多級放大電路。多級放大電路有多種耦合方式，本設計采用阻容耦合。另外如果放大級數(shù)過多的話會使其通頻帶變窄，放大電路的級數(shù)愈多，頻帶愈窄，所以盡量不要采用過多級數(shù)的放

5、大電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：放大器； 集成運放； 放大電路； 多級放大</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Amplifier is widely used in basic analog circuits ,mainly used for small signal amplifier ,basi

6、c performance indicators are gain coefficient, input resistance, output resistance, passband (bandwidth), etc ,according to different types of performance requirements choose different integrated operational amplifier de

7、vice put as, different integrated operational put its gain bandwidth for different constant product, input resistance in the first level, to output resistance decided in the last one. </p><p>　　For practical

8、 voltage amplifier circuit, usually require its input resistance is big, to minimize amplifier circuit from the current source for, make its win as far as possible the input voltage; Output resistance small, have strong

9、enough with load ability; Voltage magnification, namely have enough voltage amplifier ability. And single pipe amplifier circuit is hard to meet the performance requirements. So the multi-level amplifier circuit. Multi-l

10、evel amplifier circuit has a variety of couplin</p><p>　　Keywords: amplifier; op-amp integrated ; amplifier circuit; multi-level amplifier </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　

11、第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 具有特定功能放大器的背景和意義1</p><p>　　1.1.1 概述1</p><p>　　1.1.2 放大器的發(fā)展歷程1</p><p>　　1.1.3 我國放大器的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.4 放大器分類2</p><

12、p>　　1.1.5 放大器的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.1.6 放大器的制造工藝和電路設計5</p><p>　　1.2 具有特定功能放大器的研制的主要方法和研究進展6</p><p>　　1.2.1 設計采用的方案分析6</p><p>　　1.2.2 設計原理6</p><p>　　1.2

13、.3 放大器設計基本電路7</p><p>　　1.2.4 研究的進度、步驟8</p><p>　　1.3 具有特定功能放大器的研制的主要內(nèi)容8</p><p>　　第2章 放大器設計原理及仿真結(jié)果9</p><p>　　2.1 設計原理圖及說明9</p><p>　　2.1.1 設計原理圖9</

14、p><p>　　2.1.2 電路說明10</p><p>　　2.2 仿真結(jié)果及相關(guān)參數(shù)測試11</p><p>　　2.2.1 電路1的仿真結(jié)果11</p><p>　　2.2.2 電路2的仿真結(jié)果13</p><p>　　2.2.3 電路3的仿真結(jié)果14</p><p>　　第3章

15、硬件焊接測試17</p><p>　　3.1 焊接電路板17</p><p><b>　　3.2 調(diào)試18</b></p><p>　　3.2.1 最后波形18</p><p>　　3.2.2 硬件測試所得參數(shù)22</p><p><b>　　結(jié) 論23</b&g

16、t;</p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附 錄 硬件制作需要的元器件清單26</p><p><b>　　完1</b></p><p><b>

17、;　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 具有特定功能放大器的背景和意義</p><p><b>　　1.1.1 概述</b></p><p>　　幾乎現(xiàn)階段每個完整的電子產(chǎn)品中都離不開放大器，而放大器性能的提高對電子產(chǎn)品的功能起著重要的決定作用，說不清是放大器的發(fā)展決定了電子產(chǎn)品的發(fā)展進程還是電子產(chǎn)品的發(fā)展需求

18、推動了放大器的發(fā)展空間。程控放大器使用方便、性能好，故可在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動增益控制、動態(tài)范圍擴展、遠程儀表測試等方面使用尤為適宜，程控增益調(diào)整比手工調(diào)整更優(yōu)越。在使用放大器的場合中，往往希望增益能夠調(diào)整，以使波形顯示更完美，數(shù)據(jù)采集更準確。而程控增益調(diào)整比手工調(diào)整更優(yōu)越，因此程控增益放大器得到廣泛應用。</p><p>　　1.1.2 放大器的發(fā)展歷程</p><p>　　放大器是一個技

19、術(shù)已經(jīng)相當成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認識上都取得了長足的進步。音響技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應管四個階段。</p><p>　　1906年美國人德福雷斯特發(fā)明了真空三極管，開創(chuàng)了人類電聲技術(shù)的先河。1927年貝爾實驗室發(fā)明了反饋技術(shù)后，使音響技術(shù)的發(fā)展進入了一個嶄新的時代，比較有代表性的如“威廉遜”放大器，較好的運用了負反饋技

20、術(shù)，使得放大器的失真度大大降低，至50年代電子管放大器的發(fā)展達到了一個高潮使其，各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、圓潤，至今仍為發(fā)燒友所偏愛。</p><p>　　60年代晶體管的出現(xiàn)，使廣大音響愛好者進入了一個更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細膩動人的音色、較低的失真、較寬的頻響及動態(tài)范圍等特點。</p><p>　　在60年代初，美國首先推出音響技術(shù)中的新成員—集

21、成電路，到了70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價廉、體積小、功能多等特點，逐步被音像界所認識。發(fā)展至今，厚膜音響集成電路、運算放大器集成電路被廣泛用于音響電路。</p><p>　　70年代的中期，日本生產(chǎn)出第一只場效應功率管。由于場效應功率管同時具有電子管醇厚、甜美的音色，以及動態(tài)范圍達90dB、THD<0.01%(100Hz時)的特點，很快在音像界流行。現(xiàn)今的許多放大器中都采用了場效應管作為末級輸出。<

22、/p><p>　　80年代，數(shù)字功放成為了新一代的寵兒。</p><p>　　1.1.3 我國放大器的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　新應用對運放提出諸如高速、低功放、高集成度等新的技術(shù)要求。為此，設計人員不斷探索新的設計方法，但只從設計著手不足以實現(xiàn)具有競爭力的產(chǎn)品，只有配合適當?shù)闹圃旃に嚭头庋b技術(shù)才能將不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，適應新的應用需求。目前運放產(chǎn)品主要采用CMOS/

23、雙級、BiCMOS等工藝制造。許多運算放大器系列都提供單通道、雙通道和四通道三種封裝形式，從而為設計提供了最大的靈活性。各種新型封裝的電路板占位面積正在日益縮小。單通道運算放大器可采用SOT23封裝以及結(jié)構(gòu)相似但外形更小巧的SC70封裝，雙通道器件有SOT23-8封裝，采用WCSP芯片級封裝的運算放大器的占位面積更小。此外，領(lǐng)先半導體廠商還在不斷研發(fā)新的工藝和封裝技術(shù)以進一步提升運放產(chǎn)品的性能。</p><p>

24、　　設計人員一直在尋求更好的性能，對于電池驅(qū)動系統(tǒng)，這通常表現(xiàn)在低功耗方面；而在工業(yè)、醫(yī)療和感測應用領(lǐng)域，精度和噪聲性能又成為關(guān)鍵指標，在某些情況下這就驅(qū)使采用更小的幾何工藝。</p><p>　　對于蜂窩電話和便攜式多媒體應用，要求放大器具有小巧的物理尺寸；兼容低電壓；待機狀態(tài)下具有最低的功耗；抑制電源噪聲，尤其對蜂窩電話而言；具有高效率，能提高電池使用壽命。這些特性上的需求需要采用先進的亞微米CMOS或BiC

25、MOS工藝技術(shù)以及先進的封裝技術(shù)上，例如倒樁芯片。</p><p>　　而對于DVD和其他視頻應用，帶有非常平直的30MHz帶寬的高速放大器可用于高清數(shù)字電視；在視頻放大器中集成重構(gòu)的濾波器，可以濾除來自視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的噪聲；多輸入/輸出視頻放大器支持不同格式的視頻信號，這就需要采用雙極或BiCMOS工藝技術(shù)。</p><p>　　對于DSL應用而言，快速、高電壓處理很關(guān)鍵。目前TI正以新

26、的工藝技術(shù)擴展在該領(lǐng)域的能力以滿足未來的需要。TI已推出高輸出電流、高增益帶寬的雙運算放大器OPA2614。該器件具有低輸入電壓噪聲和低諧波失真等特性，可為差動配置的DSL驅(qū)動器解決方案提供動態(tài)范圍。</p><p>　　1.1.4 放大器分類</p><p>　　按功放中功放管的導電方式不同，可以分為甲類功放（又稱A類）、乙類功放（又稱B類）、甲乙類功放（又稱AB類）和丁類功放（又稱D類

27、）。</p><p>　　A類功放輸出級中兩個（或兩組）晶體管永遠處于導電狀態(tài)，也就是說不管有無訊號輸入它們都保持傳導電流，并使這兩個電流等于交流電的峰值，這時交流在最大訊號情況下流入負載。當無訊號時，兩個晶體管各流通等量的電流，因此在輸出中心點上沒有不平衡的電流或電壓，故無電流輸入揚聲器。當訊號趨向正極，線路上方的輸出晶體管容許流入較多的電流，下方的輸出晶體管則相對減少電流，由于電流開始不平衡，于是流入揚聲器而

28、且推動揚聲器發(fā)聲。A類功放的工作方式具有最佳的線性，每個輸出晶體管均放大訊號全波，完全不存在交越失真（SwitchingDistortion），即使不施用負反饋，它的開環(huán)路失真仍十分低，因此被稱為是聲音最理想的放大線路設計。但這種設計有利有弊，A類功放放最大的缺點是效率低，因為無訊號時仍有滿電流流入，電能全部轉(zhuǎn)為高熱量。當訊號電平增加時，有些功率可進入負載，但許多仍轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?</p><p>　　A類功放是重

29、播音樂的理想選擇，它能提供非常平滑的音質(zhì)，音色圓潤溫暖，高音透明開揚，這些優(yōu)點足以補償它的缺點。A類功率功放發(fā)熱量驚人，為了有效處理散熱問題，A類功放必須采用大型散熱器。因為它的效率低，供電器一定要能提供充足的電流。一部25W的A類功放供電器的能力至少夠100瓦AB類功放使用。所以A類機的體積和重量都比AB類大，這讓制造成本增加，售價也較貴。一般而言，A類功放的售價約為同等功率AB類功放機的兩倍或更多。</p><p

30、>　　乙類功放（B類功放）放大的工作方式是當無訊號輸入時，輸出晶體管不導電，所以不消耗功率。當有訊號時，每對輸出管各放大一半波形，彼此一開一關(guān)輪流工作完成一個全波放大，在兩個輸出晶體管輪換工作時便發(fā)生交越失真，因此形成非線性。純B類功放較少，因為在訊號非常低時失真十分嚴重，所以交越失真令聲音變得粗糙。乙類功放的效率平均約為75%，產(chǎn)生的熱量較甲類機低，容許使用較小的散熱器。</p><p>　　與前兩類功放

31、相比，AB類功放可以說在性能上的妥協(xié)。AB類功放通常有兩個偏壓，在無訊號時也有少量電流通過輸出晶體管。它在訊號小時用A類工作模式，獲得最佳線性，當訊號提高到某一電平時自動轉(zhuǎn)為B類工作模式以獲得較高的效率。普通機10瓦的AB類功放大約在5瓦以內(nèi)用A類工作，由于聆聽音樂時所需要的功率只有幾瓦，因此AB類功放在大部分時間是用A類功放工作模式，只在出現(xiàn)音樂瞬態(tài)強音時才轉(zhuǎn)為B類。這種設計可以獲得優(yōu)良的音質(zhì)并提高效率減少熱量，是一種頗為合乎邏輯的設

32、計。有些AB類功放將偏流調(diào)得甚高，令其在更寬的功率范圍內(nèi)以A類工作，使聲音接近純A類機，但產(chǎn)生的熱量亦相對增加。</p><p>　　在低頻功率放大器中，有一種稱為丁類的功率放大器，此類放大器又叫開關(guān)型功率放大器，現(xiàn)在又有人稱它為數(shù)字功率放大器（我認為有炒作的嫌疑）。它利用晶體管的高速開關(guān)特性和低的飽和壓降的特點，其效率很高，理論上可達100，實際可達90。此電路不需要嚴格的對稱，也不需要復雜的直流偏置和負反饋，

33、使穩(wěn)定性大大提高。用同樣的功耗的管子可得到比甲乙類放大器高4倍功率的輸出。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空系數(shù)50的矩型波，然后用音頻信號對這矩型波信號進行脈沖寬度調(diào)制（PDM），得到脈寬與信號幅度成正比的調(diào)制脈沖信號，此信號送到由開關(guān)管所組成的功率放大器進行脈沖功率放大，輸出的信號再經(jīng)過一個低通濾波器進行解調(diào)，得到音頻信號推動揚聲器發(fā)聲?！　　　∶}沖信號的頻率可根據(jù)失真度要求而定，頻率越高失真越小，當脈沖頻率與音頻頻率的最高之比為10：1時失真度約

34、2。</p><p>　　按功放輸出級放大元件的數(shù)量，可以分為單端放大器和推挽放大器。</p><p>　　功放的輸出級由一只放大元件（或多只元件但并聯(lián)成一組）完成對信號正負兩個半周的放大。單端放大機器只能采取甲類工作狀態(tài)。 　　</p><p>　　甲類單端放大器可以說是音響放大器中最早出現(xiàn)的工作模式，特點在于線路架構(gòu)簡單，放大波型完整，以一個正弦波輸入可以獲得一

35、整個正弦波輸出，以音響系統(tǒng)來說極為理想。但這類放大器同樣面對著輸出功率與效率極低的問題，難以應付日益大食的喇叭組合，再加上原件的損耗速度也相當厲害，所以在出現(xiàn)有推挽放大器之后就長期處于半興不衰的地步了。</p><p>　　單端放大器的輸出級由一只放大元件（或多只元件但并聯(lián)成一組）完成對信號正負兩個半周的放大。單端放大機器只能采取甲類工作狀態(tài)。 　　推挽放大器的輸出級有兩個“臂”（兩組放大元件），一個“臂”的電流

36、增加時，另一個“臂”的電流則減小，二者的狀態(tài)輪流轉(zhuǎn)換。對負載而言，好像是一個“臂”在推，一個“臂”在拉，共同完成電流輸出任務。盡管甲類放大器可以采用推挽式放大，但更常見的是用推挽放大構(gòu)成乙類或甲乙類放大器。 　　</p><p>　　當輸出高電平時，也就是下級負載門輸入高電平時，輸出端的電流將是下級門從本級電源經(jīng)VT3拉出。這樣一來，輸出高低電平時，VT3 一路和VT5 一路將交替工作，從而減低了功耗，提高了每個

37、管的承受能力。又由于不論走哪一路，管子導通電阻都很小，使RC常數(shù)很小，轉(zhuǎn)變速度很快。因此，推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關(guān)速度。供你參考。 　　</p><p>　　如果輸出級的有兩個三極管，始終處于一個導通、一個截止的狀態(tài)，也就是兩個三級管推挽相連，這樣的電路結(jié)構(gòu)稱為推拉式電路或圖騰柱（Totem- pole）輸出電路。當輸出低電平時，也就是下級負載門輸入低電平時，輸出端的電流將是下級門灌入VT5。

38、如圖1.1.</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　按功能不同，可以前置放大器（又稱前級）、功率放大器（又稱后級）與合并式放大器。</p><p>　　功率放大器簡稱功放，用于增強信號功率以驅(qū)動音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號源選擇、音量控制等附屬功能的功率放大器稱為后級。</p><p>　

39、　前置放大器是功放之前的預放大和控制部分，用于增強信號的電壓幅度，提供輸入信號選擇，音調(diào)調(diào)整和音量控制等功能。前置放大器也稱為前級。</p><p>　　將前置放大和功率放大兩部份安裝在同一個機箱內(nèi)的放大器稱為合并式放大器，我們家中常見的功放機一般都是合并式的。</p><p>　　按用途不同，可以分為AV功放，Hi-Fi功放。</p><p>　　AV功放是專門為

40、家庭影院用途而設計的放大器，一般都具有4個以上的聲道數(shù)以及環(huán)繞解碼功能，且?guī)в幸粋€顯示屏。該類功放以真實縈繞環(huán)境聲效讓觀眾體驗影院效果為主要目的。</p><p>　　Hi-Fi功放是為高保真地重現(xiàn)音樂的本來面目而設計的放大器，一般為兩聲道設計，而且沒有顯示屏。</p><p>　　1.1.5 放大器的發(fā)展趨勢</p><p>　　實際上，選擇放大器在今天是一個相當

41、復雜的事情。其部分原因在于，系統(tǒng)設計要求的多樣性，以及電路配置的多重性，不同的放大器產(chǎn)品根據(jù)應用領(lǐng)域的不同需要在性能上進行折衷。進行放大器設計的工程師在不斷推動技術(shù)發(fā)展，而在可預見的未來，這種趨勢還將繼續(xù)演進。目前，ADI等制造公司，正在將新的工藝技術(shù)、新的封裝技術(shù)，以及新的制造能力進行結(jié)合，制造今天許多挑戰(zhàn)性應用所需的“完美”型放大器。每一種應用都是一個不同技術(shù)指標的組合體，所以其使用的放大器數(shù)量也將不斷增加才能滿足其要求。與原來的運

42、算放大器相比，今天的產(chǎn)品擴展了帶寬、降低了電源|穩(wěn)壓器電壓、減小了功耗電流、節(jié)省了PCB面積而且降低了成本。隨著對信噪比(SNR)要求的增加，以及實際信號處理在家用電器和工業(yè)設備中得到越來越廣泛的應用，這種趨勢還將繼續(xù)發(fā)展。 </p><p>　　1.1.6 放大器的制造工藝和電路設計</p><p>　　讓我們對需要外部補償和外部失調(diào)調(diào)整元件的放大器(比如LM709)做一簡單的歷史性回

43、顧。這些產(chǎn)品中的大多數(shù)，都是采用雙極型工藝在兩英寸晶圓上制造而成；它們僅提供雙列直插(DIP)封裝和TO-99金屬圓殼封裝，并且其主要應用領(lǐng)域是工業(yè)儀器|儀表儀表；其低功耗特性意味著從±15 V電源中吸取幾毫安(mA)電流；制造商給出的技術(shù)指標只強調(diào)其直流（DC）參數(shù)；這些產(chǎn)品合格率低，但是價格很高。 </p><p>　　在當今的精密放大器領(lǐng)域，微弱信號設計工程師關(guān)注一些重要因素，例如低電源電流、低

44、失調(diào)電壓、低噪聲、低偏置電流等。最新放大器采用創(chuàng)新設計和工藝，能夠提供不斷超越用戶期望的性能。設計工程師使用電路和產(chǎn)品測試技術(shù)(例如自穩(wěn)零、Digitrim數(shù)字微調(diào)、熔絲熔斷和激光微調(diào)電阻器等方法)，促進優(yōu)化每一項技術(shù)指標，從而設計出幾項具體參數(shù)接近理想指標的放大器。像AD8628這樣的放大器，已經(jīng)將其失調(diào)電壓指標優(yōu)化到幾微伏(μV)。 </p><p>　　制造商在工藝技術(shù)的各個方面都取得了重大進步。這些進步

45、允許放大器設計工程師充分發(fā)揮每種工藝的性能和功能。CMOS工藝已經(jīng)從先進技術(shù)(受到數(shù)字微處理器推動)的進步中獲益，模擬放大器設計工程師們也早利用其獲得了低成本下的高性能。過去，超高性能放大器產(chǎn)品都需要利用雙極型工藝進行設計；現(xiàn)在，模擬放大器設計工程師能夠克服CMOS工藝電壓噪聲較高的缺點，兼?zhèn)涞驮肼暫统推秒娏?可能來自氧化物絕緣柵極)。為達到這一目的，ADI公司已經(jīng)開發(fā)了專有的iCMOS工業(yè)CMOS工藝，并于不久前推出了具有最低噪聲

46、(4.5 nV/√Hz)的CMOS放大器AD8651，和擁有超低電源電流(每放大器1微安)的AD8500。 </p><p>　　但是，目前許多高性能運算放大器仍然使用雙極型工藝，因為這種工藝可以提供明顯的模擬設計優(yōu)勢，而且?guī)缀醪恍枰M行性能折衷。各種新的工業(yè)雙極型工藝，例如ADI公司的iPolar溝道隔離工藝技術(shù)，通過先進的制造工藝和結(jié)型場效應管(JFET)等器件，顯著減小了管芯尺寸。這些在制造工藝上的新進展

47、，允許放大器設計工程師開發(fā)出具有無與倫比性能參數(shù)的產(chǎn)品。其中一個例子是AD8599，它將寬帶噪聲減小到幾乎測不到的程度(1 nV/√Hz)。 </p><p>　　在高速放大器領(lǐng)域，超快速制造工藝(ultra-fast processes)允許ADA4899-1等器件具有310 μV/s的轉(zhuǎn)換速率和250 MHz的帶寬。 </p><p>　　雖然管芯尺寸在不斷減小，但與此同時放大器性

48、能卻在盡一切可能進行提高，這就使得我們能夠能放大器封裝尺寸縮小到令人難以置信的程度，縮小到甚至裸眼觀察不到的水平。 </p><p>　　對于那些需要采用AA電池(5號電池)或鎳金屬氫化物(NiMH)電池供電的應用而言，尺寸和功耗都是首要關(guān)注的問題?，F(xiàn)在，放大器的工作電源電壓已經(jīng)降低到1.8 V，并且仍然在減小。當完全需要精密、低電壓工作和低功耗時，AD8500(1μA電源電流)是最佳選擇。只需單節(jié)電池供電，精

49、密放大器就能工作。為了節(jié)省功耗，許多放大器產(chǎn)品還需要智能關(guān)斷電路。 </p><p>　　將其它功能與放大器集成在一起也可以降低系統(tǒng)誤差。例如，AD8555可為傳感器信號調(diào)理應用提供許多前所未有的優(yōu)勢，例如增益調(diào)整、失調(diào)調(diào)整和故障檢測電路。集成度的進一步增加可以包括線性度校正、頻率成形或其它功能，以便開發(fā)更多完整的解決方案。 </p><p>　　制造工藝和設計趨勢將繼續(xù)為用戶提供更低

50、價格、更小封裝且提高指標的器件，R-R性能和功耗等現(xiàn)存問題，將繼續(xù)得到改進，而放大器則會更接近于其“理想”狀態(tài)。 </p><p>　　工藝和封裝技術(shù)的不斷進步，能夠在更小的封裝內(nèi)繼續(xù)提高集成度，從而增加功能并提高性能。放大器還要集成其它功能，當然，這也會是在非常小的封裝內(nèi)。各種封裝材料的進步，還有望實現(xiàn)集成度更高的參數(shù)所規(guī)定的技術(shù)指標。 </p><p>　　未來提供的放大器產(chǎn)品，也

51、應該更易于設計到系統(tǒng)中。而制造商們，也將把更多的精力集中在放大器的設計五金|工具上。傳統(tǒng)的PSPICE模型將被更為精準的模型所取代，后者包括了更多的放大器參數(shù)。附加的工具有助于分析放大器的穩(wěn)定性、DC誤差和AC誤差。設計工程師使用SPICE模型模擬已選放大器的通用性能，從而可以選擇元件、快速配置電路、施加信號并且在網(wǎng)上評估放大器的通用性能?，F(xiàn)在用戶可以使用在線參數(shù)評估工具，快速有效地完成實時仿真，并且檢測出各種參數(shù)和體系結(jié)構(gòu)中存在的潛在

52、問題。制造商將開發(fā)出用于網(wǎng)站的向?qū)Чぞ?，為設計工程師的問題提供每天24小時在線的專家指導。 </p><p>　　1.2 具有特定功能放大器的研制的主要方法和研究進展</p><p>　　1.2.1 設計采用的方案分析</p><p>　　由于晶體三極管放大電路以及場效應管放大電路本身要求較高且比較復雜，電路的參數(shù)也難算，而集成運放的電路用一定的生產(chǎn)工藝將晶體管

53、，場效應管，二極管，電阻，電容以及他們之間的連線所組成的整個電路集成在一塊半導體基片上，封裝在一個管殼內(nèi)，構(gòu)成一個完整的具有一定功能的器件。它具有高放大倍數(shù)，高輸入電阻，低輸出電阻等多方面的優(yōu)良性能，且其參數(shù)比較容易算，所以這次設計的放大器用的都是集成運算放大器。</p><p>　　1.2.2 設計原理</p><p>　　基于課題中對同頻帶的要求則需要采用多級放大，并采用電阻與電容的串

54、并聯(lián)設計一個濾波器，用以達到課題的要求。在課題3中要求增益可調(diào)，我們可采用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片或者組合開關(guān)來調(diào)節(jié)。 </p><p>　　由于是放大電路的設計，所以為達到目的在此可用兩種方案：正相比例運算電路和反相比例運算電路。但由于正向比例運算電路共模輸入并不為零，在工程應用上基本不采用，所以此設計采用反向比例運算放大電路。濾波器參數(shù)的確定:由公式和課題的要求可確定濾波器中R和C的參數(shù)。</p>

55、;<p>　　1.2.3 放大器設計基本電路</p><p>　　基本正相放大電路。如圖1.2.</p><p><b>　　圖1.2</b></p><p><b>　　該電路的電壓增益為</b></p><p>　　Av=R1+R2/R2

56、 （1.1）</p><p>　　且其輸入電阻Ri趨向無窮大，輸出電阻Ro趨向于零。</p><p>　　基本反相放大電路。如圖1.3.</p><p><b>　　圖1.3</b></p><p><b>　　該電路的電壓增益為</b></p><p>　　Av=R1/R2

57、 （1.2）</p><p>　　且其輸入電阻Ri=R2,這個特點可用于要求輸入電阻為訂值的電路。</p><p>　　儀用放大電路。如圖1.4.</p><p><b>　　圖1.4</b></p><p><b>　　該電路的電壓增益為</b>&l

58、t;/p><p>　　Av=Av1*Av2=(R1+R2+R3/R1)*(-R6/R4) （1.3）</p><p>　　該電路可大大提升共模抑制比。</p><p>　　帶通濾波電路。如圖1.5</p><p><b>　　圖1.5</b></p><p>　　該電路電阻R1和

59、電容C1組成低通濾波電路，控制fH，有</p><p>　　fH=1/(2*3.14*R1*C1) （1.4）</p><p>　　電容C2和電阻R2組成高通濾波電路，控制fL，有</p><p>　　fL=1/(2*3.14*R2*C2)。 （1.5）</p><p&g

60、t;　　1.2.4 研究的進度、步驟</p><p>　　第一階段 2011年12月---2012年2月 資料準備階段</p><p>　　大量閱讀與該課題有關(guān)的資料及相關(guān)的論文，醞釀課題實施方案及相關(guān)措施</p><p>　　第二階段 2012年3月---2012年4月中旬 初稿寫作</p><p>　　根據(jù)開題報告及指導教師對課題內(nèi)

61、容、完成形式的要求得到相應的資料及結(jié)果。及時聽取導師的意見，完善方案措施；繼續(xù)開展研究；爭取有一定的成果并完成初稿接受檢查。</p><p>　　第三階段 2012年4月中旬</p><p>　　根據(jù)導師對初稿的評定結(jié)果進行改進，以利于論文的繼續(xù)進行。</p><p>　　第四階段 2012年4月下旬---2012年5月定稿</p><p&g

62、t;　　完成畢業(yè)論文的寫作并交導師評閱，根據(jù)導師提出的要求進行修改，以完善論文的攥寫。</p><p>　　1.3 具有特定功能放大器的研制的主要內(nèi)容</p><p>　　按要求完成原理設計并通過軟件仿真部分：</p><p>　?。?）輸入為100mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，放大器的性能參數(shù)為：增益40dB輸入電阻50Ω、輸出電阻≤10Ω、通頻帶范圍300H

63、z~4000Hz。</p><p>　?。?）輸入為0.5mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，設計放大器的性能參數(shù)為：增益80dB、輸入電阻≥200KΩ、輸出電阻≤50Ω、通頻帶范圍20Hz~400KHz。</p><p>　?。?）輸入為10mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，設計放大器的性能參數(shù)為：增益60dB、輸入電阻10KΩ、輸出電阻≤20Ω、通頻帶范圍500Hz~10KHz，要求增益可調(diào)

64、，調(diào)節(jié)步進10dB。</p><p>　　軟件仿真部分元器件不限，只要元器件庫中有即可，但需要注意合理選取。</p><p>　　第2章 放大器設計原理及仿真結(jié)果</p><p>　　2.1 設計原理圖及說明</p><p>　　2.1.1 設計原理圖</p><p>　　課題1的電路原理圖。如圖2.1.</p

65、><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　課題2的電路原理圖。如圖2.2.</p><p><b>　　圖2.2</b></p><p>　　課題3的電路原理圖。如圖2.3.</p><p><b>　　圖2.3</b></p>

66、<p>　　2.1.2 電路說明</p><p>　　三個電路都采用阻容耦合的方式?jīng)Q定高低截止頻率構(gòu)成設計要求的通頻帶。電路１、２采用電壓串聯(lián)負反饋，反相輸入，電路３采用電壓并聯(lián)負反饋，反相輸入。</p><p>　　電路一根據(jù)要求輸入為100mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，增益40dB、輸入電阻50Ω、輸出電阻≤10Ω、通頻帶范圍300Hz~4000Hz 該電路第一級采用反

67、相比例運算電路，控制電路的Ri=50Ω，然后再經(jīng)兩級放大反相和提高放大倍數(shù)，使增益達40dB ，輸出電阻為很小，根據(jù)帶寬的要求確定低通電阻R4=5KΩ,高通電阻R10=40 KΩ根據(jù)上面提到的公式可以算出C1的值為10nF，C2的值為10nF。</p><p>　　因為電路2根據(jù)要求輸入為0.5mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，增益80dB即放大10000倍、輸入電阻≥200KΩ、輸出電阻≤50Ω、通頻帶范圍20H

68、z~400KHz由于該電路屬小信號放大電路，且要求其增益比較高、帶寬比較大。題中的輸入信號只有0.5mv，是一個非常小的信號，極易受到外界噪聲的干擾，因此在電路的輸入端采用op運放組成的差分放大電路，能夠有效地抑制共模增益，提高電路的抗干擾能力400KHz。所以電路第一級采用儀用放大電路，該放大電路可大大提升電路的共模抑制比達到設計要求。然后再經(jīng)兩級放大反相和提高放大倍數(shù)，使增益達80dB ，輸出電阻為很小，根據(jù)帶寬的要求確定低通電阻R

69、5=200Ω,高通電阻R10=2.8KΩ根據(jù)上面提到的公式可以算出C1的值為50uF，C2的值為100pF，。</p><p>　　電路3中根據(jù)要求輸入為10mV的正弦信號，負載電阻1KΩ，增益60dB、輸入電阻10KΩ、輸出電阻≤20Ω、通頻帶范圍500Hz~10KHz，要求增益可調(diào)，調(diào)節(jié)步進10dB。</p><p>　　該電路第一級采用反相比例運算電路，控制電路的Ri=50Ω，然后再

70、經(jīng)三級放大反相和提高放大倍數(shù)，輸出電阻為很小，根據(jù)帶寬的要求確定低通電阻R3=2.7KΩ,高通電阻R10=2KΩ根據(jù)上面提到的公式可以算出C1的值為100nF，C2的值為10nF。并且該電路采用一個2端開關(guān)J4和一個6端開關(guān)J3實現(xiàn)步進10dB。當J4的19節(jié)點導通時，J3依次接節(jié)點9，11，14，15實現(xiàn)增益依次為10dB，20dB，30dB，40dB的步進，然后J4換10節(jié)點導通J3依次接節(jié)點2，17實現(xiàn)增益依次為50dB，60dB

71、，由此可實現(xiàn)增益步進10dB。</p><p>　　2.2 仿真結(jié)果及相關(guān)參數(shù)測試</p><p>　　在仿真軟件中，連接好原理圖及標明相關(guān)元器件型號，引入信號源，用示波器觀察輸出波形，并記錄相關(guān)參數(shù)，若有問題，測認真分析原理圖，及時修改。</p><p>　　2.2.1 電路1的仿真結(jié)果</p><p>　　電路1的幅頻響應,。如圖2.4.

72、</p><p><b>　　圖2.4</b></p><p>　　電路1的相頻響應.如圖2.5.</p><p><b>　　圖2.5</b></p><p>　　電路1的波形圖.如圖2.6.</p><p><b>　　圖2.6</b></p&

73、gt;<p><b>　　實驗測得參數(shù)：</b></p><p>　　截止頻率點增益：300hz:36.974db 4000hz:36.873db</p><p>　　最大增益值:39.784db.</p><p><b>　　輸入電阻</b></p><p>　　Ri= 70.7m

74、v/1.412mA=50.07Ω （2.1）</p><p><b>　　輸出電阻</b></p><p>　　Ro=(Vo/Vl-1)*Rl=(5.766v/5.653v-1)*1000≈20Ω （2.2）</p><p>　　2.2.2 電路2的仿真結(jié)果</p><p>　　電

75、路2的相頻響應。如圖2.7.</p><p><b>　　圖2.7</b></p><p>　　電路2的幅頻響應。如圖2.8</p><p><b>　　圖2.8</b></p><p>　　電路2的波形圖。如圖2.9</p><p><b>　　圖2.9</

76、b></p><p><b>　　實驗測得參數(shù)：</b></p><p>　　截止頻率點增益：20hz:76.933db，400khz:76.953dB，</p><p>　　增益最大值:80.14db</p><p><b>　　輸入電阻</b></p><p>　　

77、Ri=354uV/1.482nA≈239kΩ （2.3）</p><p>　　輸出電阻Ro＜50Ω</p><p><b>　　共模抑制比</b></p><p>　　KCMR≈84/0.05=1680 （2.4）</p><p>　　2.2.3 電路3的

78、仿真結(jié)果</p><p>　　電路3仿真后增益為10dB波形及波特圖。如圖2.10.</p><p><b>　　圖2.10</b></p><p>　　增益增加10dB變?yōu)?0dB波形及波特圖如圖2.11.</p><p><b>　　圖2.11</b></p><p>　

79、　增益增加10dB變?yōu)?0dB波形及波特圖如圖2.12</p><p><b>　　圖2.12</b></p><p>　　增益增加10dB變?yōu)?0dB波形及波特圖如圖2.13.</p><p><b>　　圖2.13</b></p><p>　　增益增加10dB變?yōu)?0dB波形及波特圖如圖2.14

80、.</p><p><b>　　圖2.14</b></p><p>　　增益增加10dB變?yōu)?0dB波形及波特圖如圖2.15.</p><p><b>　　圖2.15</b></p><p>　　試驗測得參數(shù)。見下表2.1.</p><p>　　表2.1 試驗測得參數(shù)表&l

81、t;/p><p><b>　　輸入電阻</b></p><p>　　Ri= 7.07mV/706.718nA≈10kΩ （2.5）</p><p><b>　　輸出電阻</b></p><p>　　Ro=(Vo/Vl-1)*Rl=(510.02nV/502.26nV-1)*10

82、00≈15.45Ω （2.6）</p><p>　　第3章 硬件焊接測試</p><p><b>　　3.1 焊接電路板</b></p><p>　　根據(jù)電路3焊接好的電路板。如圖3.1.</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p><b&g

83、t;　　3.2 調(diào)試</b></p><p>　　3.2.1 最后波形</p><p>　　使用信號發(fā)生器調(diào)試出10mV輸出信號的波形。如圖3.2.</p><p><b>　　圖3.2</b></p><p>　　節(jié)點開關(guān)全部關(guān)閉時的波形。如圖3.3</p><p><b>

84、;　　圖3.3</b></p><p>　　打開開關(guān)1和開關(guān)3，得到增益為10dB的波形。如圖3.4.</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　打開開關(guān)1和開關(guān)4，得到增益增加10dB變?yōu)?0dB的波形圖。如圖3.5.</p><p><b>　　圖3.5</b>

85、;</p><p>　　打開開關(guān)1和開關(guān)5，得到增益增加10dB變?yōu)?0dB的波形圖。如圖3.6.</p><p><b>　　圖3.6</b></p><p>　　打開開關(guān)1和開關(guān)6，得到增益增加10dB變?yōu)?0dB的波形圖。如圖3.7.</p><p><b>　　圖3.7</b></p&

86、gt;<p>　　打開開關(guān)2和開關(guān)7，得到增益增加10dB變?yōu)?0dB的波形圖。如圖3.8.</p><p><b>　　圖3.8</b></p><p>　　打開開關(guān)2和開關(guān)8，得到增益增加10dB變?yōu)?0dB的波形圖。如圖3.9.</p><p><b>　　圖3.9</b></p><

87、;p>　　3.2.2 硬件測試所得參數(shù)</p><p>　　表3.1 硬件測試所得參數(shù)表</p><p><b>　　輸入電阻</b></p><p>　　Ri≈10.8kΩ （3.1）</p><p><b>　　輸出電阻</b></p>

88、;<p>　　Ro≈17.23Ω （3.2）</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在本次軟件仿真和硬件制作中，我對集成運放和電路的焊接有了更深刻的認識，當在仿真過程中出現(xiàn)仿真結(jié)果和課題要求不一致時，首先別認為是軟件有問題，而應該去認真檢查一下電路是否有線漏接，或者電路本來就設計錯

89、誤。在此時就要利用萬用表或者波特儀去檢查電路那一部分沒接好。在硬件測試中，要細心把元器件的位置放到位決不能太粗心，不然會讓實驗結(jié)果與要求不符。有時自己檢查沒出錯，而就是不出結(jié)果，則不要怪是否是元器件壞了，很有可能就是自己把什么元器件給漏插了。再仔細檢查一遍，如果實在沒查出是自己的問題，再去向?qū)嶒炇业睦蠋熞笳{(diào)換元器件。這次硬件測試培養(yǎng)了我一絲不茍的實驗作風，更要注重理論與實際相結(jié)合!</p><p><b&

90、gt;　　致 謝</b></p><p>　　四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識

91、淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術(shù)目標，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 </p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論

92、文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ </p><p>　　同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 </p><p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　

93、　參考文獻</b></p><p>　　戴佳，戴衛(wèi)恒 51單片機C語言應用程序設計實例精講 北京電子工業(yè)出版社，2006.4:112-121</p><p>　　全國大學生電子設計競賽組委會編著 全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編 北京理工大學出版社， 2004.8:198-202</p><p>　　伍乾永，陳彬 基于單片機的可控增益放大器設計 內(nèi)肛科

94、技 2008.4:101-102</p><p>　　張志良 單片機原理與控制技術(shù) 北京機械工業(yè)出版社，2001.6：176-188</p><p>　　周海勝 王棟臣 可變增益放大器的實現(xiàn)方法 2001.4：32-34</p><p>　　王小娟 數(shù)字式可變增益放大器的實現(xiàn) 儀表技術(shù) 2008.7：7-8</p><p>　　張劍平 程控放

95、大器及其精度研究 儀器儀表學報 2006.6:3</p><p>　　The AD7520 data sheet [M], ANALOG Inc 2007: 1-2</p><p>　　The MC14495 data sheet [M], MOTOROLA Inc 2001:1-2</p><p>　　何立民 單片機應用系統(tǒng)設計 北京航空航天大學出版社，1991.