兩級(jí)交流放大器設(shè)計(jì)報(bào)告資料

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告所屬院系：電氣工程學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化課程名稱：電子技術(shù)基礎(chǔ)A設(shè)計(jì)題目：兩級(jí)交流放大器的設(shè)計(jì)班 級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：完成日期：2011.7.8課程設(shè)計(jì)題目：兩級(jí)交流放大器的設(shè)計(jì)要求完成的內(nèi)容：使用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)交流放大器。技術(shù)指標(biāo)要求為： * 1 （1 r BTB n BTB 2 H ; KB ， R中頻電壓放大增益為1000,輸入電阻為20k R通頻帶為20Hz-10KHz,最大不失 B1 a I1 a * r ra w t 44 ii r r a- - i1 a * r r -het i1 a - 44 b i-a-*hsa i1 a - 4411-a-

2、4&ta - i1 a - 44 u i-a-44= a *a - -A-I- 41-a-i- ha. j a 一 &-& 41 _a d-h ha- a - - 11-a- t 一 tsts,真輸出電壓為5V,負(fù)載電阻為20k。所使用的元器件要求為：運(yùn)算放大器（LM741或LM353）,電容（瓷片電容），電阻（0.25瓦）等。，r is 1 wara h bbc wara n tn ira h h ira hH - -n - - ku r要求：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定電路的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算并選取電路的元件參數(shù)。* Un上 a A 9 3iUl il A U B J. HiLK B A SI a

3、 d. ii S.B 11 J. BS-K HaS. U il EB-K SJl U 11U 9 d . I.（2）分析、測(cè)量電路的相關(guān)參數(shù)，修改、復(fù)核，使之滿足設(shè)計(jì)要求。（3）綜合分析計(jì)算電路參數(shù)，滿足設(shè)計(jì)要求后，認(rèn)真完成設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教師評(píng)語：1n H ITF1 ， T h T sn h h hV T hhl： h !FWU mWT , 該生具有查閱文獻(xiàn)資料和手冊(cè)的能力，了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件4二U4R ；i.TiTOBJ & U U NU il d *_B 3 B J. B I1J. a J. U 3 J. BiLB B & U K J. U a d. K3-K Jdl U

4、d_ ESUi U BJi - a H的工程技術(shù)規(guī)范。能夠把課堂理論知識(shí)用于實(shí)際，按照任務(wù)書的要求完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)的電路正確，分析計(jì)算基本合理，仿真結(jié)果滿足性能指標(biāo)要求，論文格式基本rv vbbbwbvbbbwwi- wwa-ra!i-rMa-r iKBaa-rarva正確。 aim 11 - ! BU * U 1-! KB KBBS If KB B H KB N 評(píng)定成績?yōu)椋?aim - mB B n !B:M（ B KB B KB : B NBB 1 W HI : - ! EB K aBaBIH ! B 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日兩級(jí)交流放大器的設(shè)計(jì)兩級(jí)交流放大器的設(shè)計(jì)具有組裝簡單、調(diào)試方

5、便、工作穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路。 設(shè)計(jì)中包括電源輸入電路，一級(jí)同相放大電路，二級(jí)反相放大電路三部分。通過電 路實(shí)現(xiàn)電壓放大，穩(wěn)定增益，確定放大電路的通頻帶，并且用仿真軟件進(jìn)行仿真分 析。一、設(shè)計(jì)方案.擬定系統(tǒng)方案框圖兩級(jí)交流放大電路的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成，這三部分分別為：電源輸入電路，一級(jí)同相放大電路，二級(jí)反相放大電路。系統(tǒng)方框圖如下圖1.+電源 埼人 僖晉電珞A +U：同性旅大電路4-第0 反值R士電路 +11圖1兩級(jí)交流放大的系統(tǒng)組成圖根據(jù)各模塊的系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，了解各部分的波形形式如下圖并選擇各模塊所需的電路形式。圖2兩級(jí)交流放大電路各部分輸入輸出電壓波形.方案的分析與比較:(1

6、)采用兩個(gè)LM741運(yùn)算放大器共同組成兩級(jí)交流放大電路。其電路圖如下圖所示:圖3兩級(jí)交流放大圖(2)采用兩個(gè)2N2222A放大器組成放大電路X圖4兩級(jí)交流放大圖比較：方案一與方案二比較,是電壓波形無失真，增益能夠達(dá)到，方案一的技術(shù)指標(biāo)比較完善。二是，在完成技術(shù)指標(biāo)的條件下，,方案一實(shí)驗(yàn)電路所需元件數(shù)較少，更為簡單，,更加容易實(shí)現(xiàn)。三是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較，,在完成以上指標(biāo)的情況下，方案一比方案二更容易實(shí)現(xiàn)，且所需要的元件數(shù)少很多，因而所需價(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)方面大有節(jié)約。綜上所述，方案一為最佳方案、單元電路的設(shè)計(jì)和計(jì)算.單元電路的設(shè)計(jì)第一級(jí)放大電路圖根據(jù)以上分析，第一級(jí)放大電路圖如下圖所示:KBP11一圖

7、5第一級(jí)放大電路圖如圖5第一級(jí)放大電路采取同相放大電路，圖中 LM741為反相運(yùn)算放大器，輸入信號(hào)源為5mV的電壓，通過運(yùn)算放大器使得電壓增益為 10, R2是第一級(jí)交流放大器的負(fù)載，也是一級(jí)交流放大器與第二級(jí)交流放大器之間的輸入電阻Ri2,C2是第二級(jí)交流放大器的耦合電容。此時(shí)一級(jí)放大電路輸入輸出電壓波形如下:圖6 一級(jí)放大電路電壓輸入輸出波形從放大器的輸入端輸入頻率為1kHz,幅度Uim=5mV的交流信號(hào)，用示波器在放大器的輸出端測(cè)出輸出電壓的幅值 Uolm,根據(jù)Uim與Uolm算出該級(jí)電壓放大倍數(shù)Au1.電壓增益Au1 = 10,以降低放大電路的信噪比。觀察波形圖可知，輸入電壓與輸出電壓

8、同相位，輸出電壓幅值為輸入電壓幅值 10倍，因而穩(wěn)定了輸出電壓，增益也達(dá)到了要第一級(jí)幅頻特性:圖7第一級(jí)幅頻特性曲線觀察如圖7所示的幅頻特性曲線，使得下限頻率 fL=19.409HZ,接近20 HZ增益隨 頻率遠(yuǎn)離下線頻率點(diǎn)而下降，在輸入信號(hào)幅值不變的條件下，保證按要求的通頻帶寬。1.2第二級(jí)放大電路圖圖8第二級(jí)放大電路圖如圖8為第二級(jí)放大電路圖，是由LM741反相運(yùn)算放大器組成，此時(shí)的輸入信號(hào)為第一級(jí)放大電路的輸出信號(hào)，負(fù)載阻值R=20Kohm,C為第二級(jí)放大電路的耦合電容，該電路將增益提高到100倍，進(jìn)而將第二級(jí)放大電路的輸入信號(hào)放大 100倍,達(dá)到了實(shí)驗(yàn)規(guī)定的要求。此時(shí)第二級(jí)放大電路的輸

9、入輸出電壓波形如下:圖9第二級(jí)放大電路電壓輸入輸出波形語Mt X制|觀察圖9可知，經(jīng)第一級(jí)放大電路放大的信號(hào)經(jīng)過第二級(jí)放大電路，增益提高了 100倍，輸出輸入電壓的峰值比也為100,并且由第一級(jí)放大電路而來的信號(hào)，經(jīng)過第二級(jí)反相放大電路，輸入電壓與輸出電壓相位相反，穩(wěn)定了輸出電壓。第二級(jí)幅頻特性:Bode Plotlcr-IBP2圖10第二級(jí)幅頻特性曲線觀察如圖10所示的幅頻特性曲線，使得上限頻率 fH=10KHZ增益隨頻率遠(yuǎn)離下線頻率點(diǎn)而下降，經(jīng)過兩句級(jí)放大器，增益提高，.并且保證按實(shí)驗(yàn)要求的通頻帶寬.單元電路元件的選擇和計(jì)算電路圖設(shè)計(jì)由于所要求的電壓反放大倍數(shù) A=1000,同相放大器的電

10、壓放大倍數(shù)在 1100之 間，反相放大器的電壓放大倍數(shù)在 0.1100之間，因此采用兩級(jí)放大電路來滿足設(shè)計(jì) 要求。電路形式的選擇,.由于同相放大器的輸入電阻比較高，在不接同相端平衡電阻RP1時(shí)，同相放大器的輸入電阻在10M Q100MQ之間，接了同相端平衡電阻 RP1后，輸入電阻主要由Rp1的值決定。反相放大器的輸入電阻 Ri2=R2, R2的取值一般在1kQ1MQ之間，對(duì)于所設(shè)計(jì)的交流放大器，要求輸入電阻Ri=20kQ,因此輸入級(jí)無論采用同相放大器還是反相放大器都能滿足要求。由于交流放大器所要求的最大不失真輸出電壓Uom=5V ,因此最大不失真輸出電流：內(nèi)對(duì)于普通運(yùn)放，具輸出電流一般都在幾毫

11、安與十幾毫安之間，因此無須采用擴(kuò)流方式。 TOC o 1-5 h z 選擇集成運(yùn)算放大器.第一級(jí)交流放大器中，Au1=10,選擇LM741運(yùn)算放大器，由于其單位增益帶寬BW=1MHZ因此第一級(jí)交流放大器的帶寬 向?yàn)椋篺H1 -BW 10- 100KHz Au110-111 1fH1 fH112n1 10 1(3 丫22 1 6.441dHz 因此 f H1 fH1：2 10KHz,因而第一級(jí)交流放大器采用LM741型運(yùn)放，可滿足設(shè)計(jì)要求。,第二級(jí)交流放大器中，Au2=100,選擇該級(jí)運(yùn)放仍為LM741,則該級(jí)運(yùn)放的帶寬為：fH2 BW 10KHZ , f H2 fH22n 1 10 10342

12、 1 6.44 1C3Hz Au2 100 f H 2 fH2 ,酒足設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求。選擇供電方式在交流放大器中的運(yùn)放可以采用單電源供電或正負(fù)雙電源供電方式。單電源供電而。與正負(fù)雙電源供電的區(qū)別是：單電源供電的電位參考點(diǎn)為負(fù)電源端(此時(shí)負(fù) 電源端接地)。正負(fù)雙電源供電的參考電位是總電源的中間值(當(dāng)正負(fù)電源的電壓值 相等時(shí)，參考電位為零)。本實(shí)驗(yàn)選擇單電源供電計(jì)算電阻值根據(jù)性能指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求輸入電阻R=20Kohm第一級(jí)放大器的輸入電阻RPi既是平衡電阻，也是整個(gè)放大器的輸入電阻，因此取 R= Rpi=20Kohm由岸產(chǎn)R1/R1和Ai=1+R/Ri=10,因此可以知道 R=22Kohm R

13、i=200Kohm對(duì)于第二級(jí)放大器而言，Rf2，一I ,Au2= 100 ,當(dāng)取 R=10Kohm 貝U Rf2=1Mohn Rp2= Rf2/R 2=10 Kohm. R2=R=10 KohmR2計(jì)算耦合電容對(duì)于第一級(jí)交流同相放大電路，耦合電容:C3 (rfLRr 2 M；)(3.989.8)10 6F 取其標(biāo)稱值，ci=1uF第一級(jí)放大器與第二級(jí)放大器之間的耦合電容:C2 (1-10) (1T0)-(0.796 - 7.96) 10 6F 取其標(biāo)稱值，C2=1uF2 fLRi2 220 10 103第二級(jí)放大器輸出端的耦合電容：C3(1一切 (”10-3 (3.98539.8) 10 6F

14、 取其標(biāo)稱值，C3 =4.7 uF2 fLRL 220 2 10芯片說明:n U. OUT iW 年2 LM四零 rLM741是通用型運(yùn)算放大電路，擁有反相和同相兩個(gè)輸入端。輸入失調(diào)電壓0.8mV;偏置電流：30nA增益帶寬積：1.5MHz轉(zhuǎn)換速率：0.7V/uS耗電流：1.7mA電源：+/-3V+/-22V o總體設(shè)計(jì).總體電路在電路中經(jīng)常會(huì)用到放大電路，將其輸入信號(hào)進(jìn)行放大，在輸出端得到放大的信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)要求是增益 A=1000,根據(jù)放大電路的放大倍數(shù)，將實(shí)驗(yàn)由兩個(gè) 放大電路組成，分別是同相放大電路和反相放大電路。在這個(gè)放大電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中，. 同相放大電路的增益為10,反相放大電路的

15、增益為100,多級(jí)放大電路的通頻帶一 定比它的任何一級(jí)都窄，級(jí)數(shù)愈多，通頻帶越窄。并且多級(jí)放大電路的電壓增益為 各級(jí)電壓增益的乘積其中同相放大電路將輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，其輸入輸出信號(hào)相位相同，在反.相放大電路中，對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行放大的情況下，輸入輸出信號(hào)的相位相反。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇LM741運(yùn)算放大器連接實(shí)驗(yàn)電路，得到符合要求的兩級(jí)交流放大電路實(shí)驗(yàn)原理圖圖11兩級(jí)交流放大電路由示波器觀察輸入輸出端電壓的波形：圖12兩級(jí)交流放大器輸入輸出端電壓的波形觀察圖12可知,，輸入信號(hào)電壓峰值為2毫伏，輸出電壓峰值為2伏，輸出端比輸入端增大了 1000倍，即電壓增益Av=1000o這個(gè)兩級(jí)交流放大電路，

16、提高了增益，穩(wěn)定了輸出電壓，通頻帶也符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。用示波器在放大器的輸出端測(cè)量輸出電.壓的幅值Uom,根據(jù)Uim與Uom算出總的電壓放大倍數(shù) Aus.元件明細(xì)表表1元器件明細(xì)表元件名稱數(shù)量型號(hào)元件名稱數(shù)量型號(hào)交流電源1個(gè)5mV 1KHZ運(yùn)算放大器2個(gè)LM741電容1個(gè)4.3uF電阻1個(gè)1Mohm2個(gè)1uF1個(gè)200Kohm1個(gè)22Kohm2個(gè)20Kohm2個(gè)10Kohm.綜合分析(1)第一級(jí)放大電路分析從放大器的輸入端輸入頻率為1kHz,幅度Uim=5mV的交流信號(hào)，用示波器在放大器的輸出端測(cè)出輸出電壓的幅值Uo1m,根據(jù)Uim與Uo1m算出該級(jí)電壓放大倍數(shù)Au1電壓U o1m,若U o1

17、m =0.707 Uo1m, 說明已達(dá)到指標(biāo)要求，若 U o1m 0.707 Uolm ,說明 Cl、C2的值取得太大，此時(shí)應(yīng)先減小C1的值。使用同相放大器電路，最終滿足頻帶寬， 以及增益為10。(2)第二級(jí)放大電路將第一級(jí)放大電路的輸出信號(hào)作為第二級(jí)放大電路的輸入信號(hào),再次將信號(hào)放大,使用反相放大電路。用示波器在放大器的輸出端測(cè)出輸出電壓的幅值Uo2m,根據(jù)Uim與Uo2m算出該級(jí)電壓放大倍數(shù) Au2=100。然后將輸入信號(hào)的 頻率改為20HZ,輸入信號(hào) 的幅度保持不變，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo2m,若U o2m =0.707 Uo2m ,說明已達(dá)到指標(biāo)_丁. 要求，若Uo2m 0.707Uo

18、2m2說明C2、C3的值取得太大.，此時(shí)應(yīng)先減小 C2的值，同時(shí)觀察對(duì) 應(yīng)的輸出電壓Uo2m ,然后再改變C3的值，一直調(diào)節(jié)到Uo2m =0.707 Uo2m。 四、小結(jié)通過這次的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使我對(duì)兩級(jí)交流放大器有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)其電路組成以及更元件參數(shù)也有了更多的了解，特別是對(duì)運(yùn)算放大器有了更多的學(xué)習(xí)，知 .道它的各項(xiàng)參數(shù)，以及腳標(biāo)如何在電路中連接等等。通過本次動(dòng)手設(shè)計(jì)，使我對(duì)LM741 運(yùn)算放大器有了更多的了解，提高了動(dòng)手能力，并且自己將電路連接好，得到了正確. 的仿真結(jié)果。主要存在的問題：在設(shè)計(jì)電路時(shí)，對(duì)于元件參數(shù)的選擇當(dāng)中存在一些問題，因?yàn)橹霸谡n堂上學(xué)習(xí)不是很好，以至于對(duì)于如何選取元件值時(shí)出現(xiàn)了點(diǎn)問題。其次，對(duì) . 于分析電路的幅頻響應(yīng)時(shí)存在一些錯(cuò)誤,.對(duì)于電路的通頻帶也存有些問題。電路的設(shè) . 計(jì)其實(shí)