高精度線性放大器課程設(shè)計

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

2、　學生姓名：</b></p><p>　　指導教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p>　　起止時間： </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語</p><p>　　院（系）：電子與信息工程學院

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)計的要求及技術(shù)指標1</p><p>　　1.3 設(shè)計方案論證

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

5、 增益調(diào)整電路設(shè)計6</p><p>　　第3章 高精度放大器整體電路設(shè)計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)計算7</p><p>　　3.3 整機電路性能分析8</p><p>　　第4章 設(shè)計總結(jié)9</p><p><

6、;b>　　參考文獻10</b></p><p>　　高精度線性放大器設(shè)計方案論證</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，現(xiàn)代集成電路特征尺寸越來越小，也導

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、診斷器等，此外汽車中的引擎管理、傳動系統(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)計的要求及技術(shù)指

8、標</p><p>　　設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(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。對各種方案進行比較，以電路的先進性、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)計各單元電路

9、。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。</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，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。</p><p>　　技術(shù)指標：1.設(shè)計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)計指標。且該種電路在多級放大時會因為BJT靜態(tài)工作點因放大信號的影響而導致輸出信號嚴重失真。</p><p>　　圖1 BJT共射級放大電路</p><p>　　1.4總體設(shè)計方案框圖及分析</p><p>　　圖2 高精度線性放大器總體設(shè)計方案框圖</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</p><p>　　2.1輸入調(diào)整電路設(shè)計</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，具有恒流特性，并帶有高阻值的動態(tài)輸出電阻。因而電路具有穩(wěn)定的直流偏置和很強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</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</p><p>　　輸出級采用典型的射極跟隨器輸出，其特點為

15、輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓的系數(shù)略低于1，負載能力強。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載連接，能減少負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，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</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載。</p><p><b>　　3.2電路

17、參數(shù)計算</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，整個電路的輸入電阻達到2MΩ。該級電路的輸入電阻參數(shù)計算如下：</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>　　中放級采用集成運放二次放大，電路運放均采用電壓串聯(lián)負反饋連接組態(tài)。R12＝100kΩ,R5=10Ω,R13=R14=100Ω,放大增益計算如下：</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)計指標，該電路的具體參數(shù)計算如下：</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整機電路性能分析</p><p>　　該設(shè)計依據(jù)設(shè)計指標設(shè)計，整體上基本符合指標各項要求。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，有利于提高整個電路的精度。中放級電路采用集成運放二次放大，并且二級運放分別采取電壓串聯(lián)負反饋，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，其特點為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓的系數(shù)略低于1，負載能力強。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載連接，能減少負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)計指標所要求。</p><p><b>　　第4章 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計我運用了常見的線性放大器電路，根據(jù)設(shè)計指標要求，盡最大可能符合設(shè)計指標。本次電路設(shè)計過程中，通過圖書館，網(wǎng)絡(luò)等各種途徑獲取于本設(shè)計有關(guān)的資料、信息。并且在設(shè)計過程中也發(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，自己也

24、漸漸體會到了模擬電子設(shè)計方面的技巧和方法，使自己的能力有了更進一步提高，為以后的學習打下了更好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻</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.機械工業(yè)出版社.2010.7.</p>

25、<p>　　[3] 郭赟.模擬電子. 機械工業(yè)出版社.2007.9.</p><p>　　[4] 蕭江.一種高精度CMOS運算放大器的設(shè)計.貴州大學碩士研究生學位論文.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