低頻小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)

1、1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)： 運(yùn)用放大器原理等知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)低頻小信號(hào)放大器。1.2 設(shè)計(jì)要求：1）放大倍數(shù)1000（60db）；2）共模抑制比kcmr60db；3）輸入阻抗ri10m；4）頻帶范圍0100hz；5）信噪比snr40db；2. 方案設(shè)計(jì)2.1.1同相放大電路 輸入電壓ui 接至同相輸入端，輸出電壓uo 通過(guò)電阻rf仍接到反相輸入端。r2的阻值應(yīng)為r2=r1/rf. 根據(jù)虛短和虛斷的特點(diǎn)，可知i-=i+=0,則有 且 u-=u+=ui，可得： 同相比例運(yùn)算電路輸入電阻為： 輸出電阻： rof=0因此選擇同相放大電路滿(mǎn)足輸入阻抗足夠大2.1.2 差分放大電路差動(dòng)輸入比例運(yùn)

2、算（即減法運(yùn)算）在差動(dòng)放大電路中，有兩個(gè)輸入端，當(dāng)在這兩個(gè)端子上分別輸入大小相等、相位相反的信號(hào)，（這是有用的信號(hào)）放大器能產(chǎn)生很大的放大倍數(shù)，我們把這種信號(hào)叫做差模信號(hào)，這時(shí)的放大倍數(shù)叫做差模放大倍數(shù)。如果在兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等，相位相同的信號(hào)，（這實(shí)際是上一級(jí)由于溫度變化而產(chǎn)生的信號(hào) ，是一種有害的東西），我們把這種信號(hào)叫做共模信號(hào)，這時(shí)的放大倍數(shù)叫做共模放大倍數(shù)。由差模放大倍數(shù)和共模放大倍數(shù)可求差模增益avd和共模增益acd，共模抑制比kcmr =20log(avd/acd) 2.1.3 儀表放大器圖5是儀用放大器的結(jié)構(gòu)，是分離和集成儀表放大器最常選的結(jié)構(gòu)。整個(gè)增益的傳輸函數(shù)很復(fù)雜

3、，當(dāng)r1=r2=r3=r4時(shí)，傳輸函數(shù)可以簡(jiǎn)化為r5和r6設(shè)置為相同值（通常在1050k）。簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)rg的值，電路的整個(gè)增益可由單位值調(diào)至任意高的值。因此選擇三運(yùn)放儀用放大器滿(mǎn)足電路的增益要求。2.2 方案確定2.2.1 主要器件選擇芯片：op07供電電壓：12直流穩(wěn)壓電源供電濾波電路：0.1uf,10u電容反饋電路電阻：10k,1k調(diào)節(jié)增益電阻：1m滑動(dòng)變阻器安捷倫示波器數(shù)字萬(wàn)用表信號(hào)發(fā)生器2.2.1 最終電路選擇使用兩個(gè)運(yùn)放同相輸入組成第一級(jí)差分放大電路，使用第三個(gè)運(yùn)放組成第二級(jí)差分放大電路，即兩級(jí)共同構(gòu)成了儀用放大器，在第二級(jí)接入滑動(dòng)變阻器改變電路總增益。3. 工作原理3.1 工作原理

4、簡(jiǎn)介 op07高精度運(yùn)算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對(duì)值電路、比較器及微弱信號(hào)的精確放大。3.2 系統(tǒng)框圖從工作原理，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路框圖如圖3.1所示。直流穩(wěn)壓電源提供電路工作電壓，經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管可知電路是否通路；op07作為一個(gè)主控芯片，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)放大功能；輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片會(huì)被放大，第一級(jí)差放電路的反饋網(wǎng)絡(luò)形成了虛斷，使輸入阻抗ri；輸入信號(hào)進(jìn)入第二級(jí)差分電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可改變整個(gè)電路的增益；信號(hào)輸出到示波器。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示：op07輸入信 號(hào)+12v直流電源op07滑動(dòng)變阻器10k+1

5、2v直流電源發(fā)光二極管發(fā)光二極管示波器op07 圖3.1 小信號(hào)放大器系統(tǒng)框4硬件設(shè)計(jì)41 直流電源輸入端設(shè)計(jì)直流電源輸入三個(gè)op07芯片使芯片正常工作，在輸入前先通過(guò)二極管可直觀顯示電路是否通路。直流源輸入端設(shè)計(jì)如下圖：42 第一級(jí)差分放大電路設(shè)計(jì)前已提及，輸入信號(hào)分別從兩個(gè)op07同相輸入，電路出現(xiàn)虛斷現(xiàn)象，因而輸入電路等于0，所以輸入阻抗ri。具體電路見(jiàn)下圖： 圖4.2第一級(jí)差分放大電路設(shè)計(jì)4.2 第二級(jí)差分放大電路設(shè)計(jì) 采用的是改變滑動(dòng)變阻器阻值改變電路增益，電路圖如圖4.3所示：圖4.3 第二級(jí)差分放大電路 4.3電流輸出端率雜波電路設(shè)計(jì)op07輸入電源接地部分加入電容可濾去雜波，電

6、路設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖4.4。圖4.4 電源接地濾波電路5調(diào)試方法與步驟1.連接好電路2.雙端輸入+12v電壓，信號(hào)源輸入10mv，1000hz的小信號(hào)3.調(diào)節(jié)電阻r6改變輸出電壓大小，即可改變輸出電壓放大倍數(shù)4.測(cè)量輸出不失真電壓uo ,則差模增益avd =20lg(uo /10)5.輸入輸出信號(hào)端共地測(cè)輸出電壓大小vo ,則共模增益avc =20lg(vo /10),共模抑制比kcmr =20log(avd/acd) 6.差模信號(hào)輸入下，保持輸入信號(hào)電壓幅度不變，改變輸入頻率，測(cè)量輸出電壓等于0.707uo 時(shí)不失真頻率范圍，可得頻帶7輸入端對(duì)地短路，測(cè)出輸出噪聲電壓un8差模信號(hào)輸入下，改變輸入信

7、號(hào)電壓幅度到最大不失真，測(cè)量輸出電壓un ,則信噪比s/n=20lg(un /un)9.斷開(kāi)輸入電源，用萬(wàn)用表測(cè)輸入阻抗6,結(jié)論1.數(shù)據(jù)記錄uo=12.2vvo=12mv，avd =uo /10=1.2un=14mv,un =20.2v2.數(shù)據(jù)處理總增益avc =vo /10=1220kcmr =avd/acd=1220/1.2=1000頻帶范圍 0.23hz9557hzs/n=20lg(un /un)=63.2db輸入阻抗ri3結(jié)論該電路板主要應(yīng)用了儀用放大電路設(shè)計(jì)，應(yīng)用了op07芯片的放大信號(hào)功能，在制作設(shè)計(jì)工程中不斷地修改了電路圖，最初時(shí)的電路與現(xiàn)在制成的實(shí)際的電路大有不同，第一次采用了

8、串聯(lián)反饋放大電路，第二次改為差分式放大電路，可使電路具有穩(wěn)定的偏置和很強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。后來(lái)改為在步了四塊pcb后制成了成板。調(diào)試過(guò)程遇到的挫折也不少，電路調(diào)試方面與錯(cuò)誤排除：從輸入一部分一部分測(cè)試排錯(cuò)，出錯(cuò)了，觀察重復(fù)n次，估計(jì)是由什么原因引起的，從電路整體來(lái)看、分析可能是什么錯(cuò)誤，再縮小范圍，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)虛焊的節(jié)點(diǎn)。原來(lái)設(shè)計(jì)的輸入濾波對(duì)電路測(cè)量有負(fù)面影響，去掉之后稍微有所好轉(zhuǎn)，對(duì)照原理圖和pcb圖之后發(fā)現(xiàn)在生成pcb和布線時(shí)有幾個(gè)錯(cuò)誤，滑動(dòng)變阻器接錯(cuò)了，在割了幾條線和焊接幾條跳線后，經(jīng)過(guò)多次調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻器，才使電路板能正常工作了，在驗(yàn)收前太緊張以至于把直流源正負(fù)極接反了導(dǎo)致芯片被燒壞，幸好同學(xué)借給好的芯片才讓我課設(shè)驗(yàn)收順利完成。課程設(shè)計(jì)這門(mén)專(zhuān)業(yè)課，給我很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及專(zhuān)業(yè)技能上的提升，十天的課程設(shè)計(jì)，我感受最大的就是耐心，與其說(shuō)是做設(shè)計(jì)，不如說(shuō)是在鍛煉我們的意志，使我們受益非淺。想要完成這項(xiàng)任務(wù)，要是沒(méi)有頑強(qiáng)的毅力，是不可能達(dá)到理想的結(jié)果的。7參考文獻(xiàn)1. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版） 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 編康華光 主編2. /icstock/528/op-