模電_寬帶放大器

1、訟舫財桂JU縈本科學(xué)生綜合性實驗報告（模電部分）項目組長學(xué)號成員專業(yè)通信工程班級 通信141實驗項目名稱寬帶放大器指導(dǎo)教師及職稱開課學(xué)期 2015至2016學(xué)年第 3 學(xué)期上課時間 2016 年 7 月 1 日學(xué)生實驗報告學(xué)生姓名學(xué)號同組人：實驗項目寬帶放大器必修 選修演示性實驗驗證性實驗操作性實驗 綜合性實驗實驗地點W103實驗儀器臺號指導(dǎo)教師實驗日期及節(jié)次2016.07.01-2016.07.05、實驗設(shè)計方案實驗名稱：寬帶放大器實驗時間：2016.07.01-2016.07.05小組合作：是否O小組成員：1、實驗要求：1、 用集成運放（注意選擇的集成運放咼端截止頻率要高于 2MHz。）設(shè)

2、計一個寬 帶放大器，要求增益不小于40dB,下限截止頻率低于10KHZ，上限截止頻率高于 1MHz，帶內(nèi)增益平坦。2、要求輸出波形不能出現(xiàn)明顯失真。3、擴展功能：在上述要求的基礎(chǔ)上，將頻帶做得更寬，增益做得更大。4、先進行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進行設(shè)計。功能實現(xiàn)后，在萬 能板或印制板上搭建實際電路并進行調(diào)試，完成一份設(shè)計報告。2、實驗場地及儀器、設(shè)備和材料：實驗地點：江西財經(jīng)大學(xué)楓林園校區(qū)物華樓頭驗設(shè)備：模擬電路頭驗相、數(shù)子萬用表、示波器、信號發(fā)生器、 自制電路等I僚3、實驗思路（實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理方法及實驗步驟等）：一、實驗內(nèi)容：高增益寬帶放大器設(shè)計要求：1、 用集成運放（注意

3、選擇的集成運放高端截止頻率要高于 2MHz。）設(shè)計一個寬 帶放大器，要求增益不小于40dB,下限截止頻率低于10KHZ，上限截止頻率高于 1MHz，帶內(nèi)增益平坦。2、要求輸出波形不能出現(xiàn)明顯失真。3、擴展功能：在上述要求的基礎(chǔ)上，將頻帶做得更寬，增益做得更大。4、先進行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進行設(shè)計。功能實現(xiàn)后，在萬 能板或印制板上搭建實際電路并進行調(diào)試，完成一份設(shè)計報告。二、實驗電路及原理集成運算放大器是具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不 同的線性或非線性元件組成輸入和負反饋電路時，可以實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。放大倍數(shù)為40dB即100倍，可以用級聯(lián)來實現(xiàn)。

4、 我們用的是同相比例放大器，原理圖如下：R輸出端電壓V （1 R2）Vi ，所以可以改變巳Ri和R2的值來改變放大倍數(shù)。三、元器件以及方案的選擇方案的選擇：本制作是采用集成運放設(shè)計一個寬帶放大器，要求增益不小于 40dB，下限截 頻率低于10KHZ，上限截止頻率高于1MHz，帶內(nèi)增益平坦。所以我們選用的核心芯 片為 LM6172IN。LM6172IN 是一款雙高速電壓反饋放大器。 它具有增益穩(wěn)定以及提供良好的 DC和 AC性能，且擁有100MHZ勺單位增益帶寬，3000V/卩S的擺率，50mA勺通道輸出。LM6172 提供高性能的雙放大器，但它每個通道僅消耗2.3毫安電源電流?？晒ぷ髟谡?/

5、15V 的電壓下。詳細介紹如下圖：Top Vila 幗LM6172IN 圖產(chǎn)H毎TtiMi Insb-rnciIf増乜懾藹押輒貳40*ltIC"anW"I1IM6liT?1MNCFfl«5£il23Q0W伽tOOMKF6MH21 2fiA4D0|jV5-5 V-36 V. xZr5Y-iB¥40*C-BS"CMlPtOJW匡壬冃£51二金筆丹呼.1* a L u ± MW lfl JjLiE jrtSbDIP四、設(shè)計電路根據(jù)題目我們用Multisim 設(shè)計了如下電路:分析過程：此次的電路要求是電壓放大的增益為 40

6、dB即100倍。故在電路的設(shè)計中，我們設(shè)計了 如上圖的電路，其中第一級電壓的增益 Av1為Av1 1 R4 11 ;第二級電壓增益 Av2RiR為：Av 2 1 R621；系統(tǒng)增益Av為：Av=Av1*0.5*Av2=115.5>100滿足實驗的要求R3其中第一級的輸出信號減少一半再到第二級的輸入仿真結(jié)果如下圖JITT1 *Tlrw*175459 M79-87S mV.loav*123.66 L dS7E.2D6 mtf9.D22 V-52.164 ut15? 063 mtf16.125 Vvyi Hip 目 aA遏進BlOOmV/OlM剰瞰5 WCh-邊禽|“ t A B丫坯曲紅潔h

7、0我GVft；a | 立骯 oK 0 更帝）L-皐儀 疋常1自址五K蚓也萍極 0總m上升爪腳圖Hit阪 1四弘 X軸位積?。?0示斑XSCl8isrWit 1_0Il L3.259 us7&B66 mV8.835 V-2.743 us-78.401 mV8.567 VT2-T1-515.826 ns157.267 mV-17.402 V遢連A劉 0t， 100mV/Dlv YMteWtt）. 0AttB»st. ' V/Dhr Y輸儀卩（恪）0邊 a QSQT| 水平 ovT771I.Q22 mi-Id.065 Deg-*+；：, -+ ' 生分析：在10K和

8、1M的時候從通道A和通道B可以看出增益超過100倍以上，且由波特 測試儀可以看出在1Hz到1.8MHz內(nèi)增益平緩，為40.873dB,故仿真成功。五、元器件及材料清單型號功能單價數(shù)量LM6172放大器1322kQ電阻構(gòu)成負反饋電路電阻0.012047Q電阻分壓0.0120100 Q電阻構(gòu)成負反饋電路電阻n0.01201K Q電阻構(gòu)成負反饋電路電阻0.012010uF電容使電源供電穩(wěn)定0.34六、根據(jù)題目我們設(shè)計的實物圖:反面圖如下：a»*900QOQOOOOQaooooo800000aoau«9v a 0 m d ado aod g aod aadoo n 0 UO0 二2

9、 &9SOOOOOOOOOOOOOQQQQQQOQQQOQQUSUQU ssassssssassssss- ssss.它-0©saooooooaooL- 00 00 i QQs.dT o善 oh F OOOQO -maM -0ooag 一oQgQLs§ss 010000 ssss .iooooo SSQO0O iooooo ssss ssss ssss *MO善o faQQaaigSOLO 二3 二亙-XS -33MSU0 二Qaua 宀二 -£039亠ssssss、二:二O00Q0-ass一ssssss ssssss iososi sssss uQQQu

10、ocninM issssamoQ7SH0SEso TiTJXSOQOQS ai q S3M£2 工 f-*_ko】u苦QQaojJQ】 ssssswgisg嚴oMiisiggigg!篡竝冶蘭QJQ】0aaQg】OQscst8s8£ss2s3225s5sQ:gtJsnaQaa£<JQQmM"sJSJ2:s5s:x町苗L<£ d>*3baiA 石右ccc££ omQQ ssss sss£20zm§w正面圖如下:!*9JH777 二J :7 : 7H二二二指導(dǎo)老師對實驗設(shè)計方案的意見:指導(dǎo)老師

11、簽名:二、實驗結(jié)果與分析1、實驗?zāi)康?、場地及儀器、設(shè)備和材料、實驗思路等見實驗設(shè)計方案2、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及結(jié)果I、測試方法按照電路原理圖，正確連接電路電源線，接通電源。用示波器測輸入信號的波峰值 記為V，測輸出信號的波峰值記為 V，則放大倍數(shù)為Av Vo ；不斷改變信號源的頻率,V i重復(fù)之前對示波器的操作，記錄數(shù)據(jù)。U、測試結(jié)果(1) 當(dāng)頻率190Hz時，黃色為輸出，如下圖可看出放大 100倍左右。(2) 當(dāng)頻率為10KHz時，黃色為輸出，如下圖可看出放大 100倍左右(3) 當(dāng)頻率為500KHZ時，黃色為輸出，如下圖可看出放大 100倍左右(4) 當(dāng)頻率為1MHz時，黃色為輸出，如下圖可看

12、出放大 51倍左右3、對實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及觀察結(jié)果的分析與討論：此次實驗設(shè)計我們所采用的是 LM6172IN從仿真結(jié)果以及實驗室的示波器得到的數(shù) 據(jù)及波形上可以看出基本滿足了題目的要求。 由于芯片內(nèi)部實際性能與理論的性能存在明 顯的差距，所以經(jīng)過幾次修改電路板，及重新焊接，其在滿足40dB的增益下，其帶寬為1Hz 至U 500KHZ (沒有至U達 1MHz )。4、本次實驗遇到的問題及解決方法（1）一開始本來打算用Protues8.0來做防真電路圖，但是每次改變輸入信號的頻率到達1MHz時，Protues就會停止工作，就算在輸入信號為低頻時，仿真的示波器無論怎 么調(diào)，都只顯示輸入波形，而無輸出波

13、形，后來果斷換了仿真軟件Multisim12，邊學(xué)習(xí)怎么使用這個軟件的功能，一邊做該實驗的仿真電路設(shè)計。（2） 看到題目的時候，給了一個上限截止頻率和下限截止頻率，還以為是要使用到低 通濾波器和高通濾波器，看了幾天的書，然而之后才發(fā)現(xiàn)并不需要使用到這些電路設(shè)計來 做本次的寬帶放大器實驗，只需要選擇具有合適的寬帶增益積的芯片即可。（3） 這個運算放大器芯片的寬帶增益積是固定的，即寬帶*放大倍數(shù)=寬帶增益積（為 一常數(shù)），到具體計算這個寬帶增益積時，搞不清楚這個放大倍數(shù)指的是每一級運放的放 大倍數(shù)中的最大的放大倍數(shù)還是整個系統(tǒng)的放大倍數(shù)，所以就選了一個寬帶增益積較大（100MHZ的芯片。（4）因為

14、有兩級電路放大電路，覺得要做防自激的電路部分，并不知道我們自己選用的芯片內(nèi)部的電容是怎樣的，所以不能使用環(huán)內(nèi)補償方法來防自激。自己就使用環(huán)外補償法（即在運放的輸出端串上一個小電阻，在連到后級，十幾歐到幾十歐之間即可，具體值 與后級電路的輸入電容有關(guān)），所以在第一級運放后，加了一個47 Q的電阻。（5）由于選的芯片的原因在做電路仿真時， 就輸入信號和輸出信號之間在指定的寬帶 范圍內(nèi)并沒有產(chǎn)生前后反饋信號相位差為 2n,覺得并沒有必要做防自激部分。（6） LM6172IN芯片的實際性能與理論的存在明顯的差距，導(dǎo)致在頻率大于500KHz時, 不滿增益為40dB,雖然修改了 3次電路板，依然沒有得到理

15、想的帶寬，可能是芯片內(nèi)部 的內(nèi)阻較大的原因。5、設(shè)計總結(jié)體會這一次模擬電路的設(shè)計和制作都是自己來完成的， 并不是像以前一樣基本都是老師畫 好電路圖，自己來焊電路板這么簡單，這次考驗的不僅僅是焊板子的能力， 還有設(shè)計分析 能力，元器件的選定與購買、團隊的合作等。- 這次的實踐我們有以下幾點體會：（1）我們已經(jīng)有一年沒有非常具體的使用模電分析問題，所以開始的幾天都在看書， 由于學(xué)了信號與系統(tǒng)之后，以前不是很明白的一些知識點也在那幾天弄清楚了。比如自激部分的根本原因還是對于一個系統(tǒng)函數(shù)而言，在極點位置處。（2）芯片的選擇。做一個寬帶放大器，要想達到目的要求，選擇芯片是其中一個很重要的步驟。選擇的芯片要滿足實際要求就要學(xué)會查看一些較好的芯片網(wǎng)站，然后從中查看選中的芯片的相關(guān)文件，找到需要的參數(shù)，并進行選擇。（3）電路板的制作：由于焊的電阻和電容都是貼片的，