放大電路的概述文獻(xiàn)綜述

1、單位代碼 01 學(xué) 號(hào) 分 類 號(hào) tn722 密 級(jí) 文獻(xiàn)綜述放大電路的概述 院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師201年月日放大電路的概述摘 要本篇論述分析的是應(yīng)用寬帶放大芯片，增益可控芯片，有源濾波技術(shù)和功率放大電路，實(shí)現(xiàn)20hz到40mhz的信號(hào)的放大，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的直流穩(wěn)壓電源。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是輸出功率大、效率高、失真小、具有控制精確靈敏，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等顯著優(yōu)點(diǎn)，不僅如此，同時(shí)它也具有與傳統(tǒng)的放大電路使用方便，價(jià)格低廉，制作實(shí)現(xiàn)容易等等特點(diǎn)，有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該篇論證仔細(xì)、全面、深入，通俗易懂，適合多層次電子相關(guān)專業(yè)人士參閱。關(guān)鍵詞：直流電源, 寬帶放大，功率放

2、大，增益可控引 言隨著當(dāng)今科技的發(fā)展, 信息交換量與日俱增，信息高速公路大規(guī)模建設(shè)迫在眉捷。在目前使用的電子技術(shù)教材中,放大器的應(yīng)用電路所占的分量也越來(lái)越重, 由它們構(gòu)成了信號(hào)運(yùn)算電路、信號(hào)處理電路和信號(hào)發(fā)生器等。在許多測(cè)量和控制系統(tǒng)中，通常用集成運(yùn)放對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大和處理，集成運(yùn)放的精度將直接影響測(cè)量系統(tǒng)的精確度。這就需要具有精密測(cè)量?jī)x器。因此，放大器有了很廣泛的應(yīng)用。影響集成運(yùn)放精度的因素是多種多樣的，但是在不同的使用條件下將由不同因素起主導(dǎo)作用。放大器有兩種實(shí)現(xiàn)方式：自動(dòng)增益控制放大器和限幅放大器。由于限幅放大器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功耗低、芯片面積小和外接元件少的優(yōu)點(diǎn)，選擇采用限幅放大器

3、的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)光接收機(jī)的主放大器。對(duì)要求增益低的反相放大電路（如增益ao=1）來(lái)說(shuō)，失調(diào)引入的誤差將是非常嚴(yán)重的。在電壓跟隨器和電流電壓轉(zhuǎn)換器中，偏置電流引入的誤差將起主要作用。通常，對(duì)放大器要求具有高的輸入電阻，高共模抑制比，平衡差動(dòng)輸入，將雙端輸入轉(zhuǎn)換成單端輸出等，廣泛應(yīng)用在儀器儀表和醫(yī)療電器等方面。因此，分析放大器，對(duì)合理選擇集成運(yùn)放及外圍電阻的大小和精度，組成高質(zhì)量的放大器，提高測(cè)量系統(tǒng)的精確度是非常重要的。本文為滿足精密測(cè)量的需要主要分析以下幾個(gè)問題：儀用放大器的理論基礎(chǔ)，使用方法及保護(hù)措施，實(shí)用儀用放大電路的理論分析及舉例，高精度直流穩(wěn)壓電源等。方案論證與比較1 增益控制部分方案一：

4、原理框圖如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)，輸出信號(hào)取自電阻與場(chǎng)效應(yīng)管與對(duì)的分壓。采用場(chǎng)效應(yīng)管作agc控制可以達(dá)到很高的頻率和很低的噪聲，但溫度、電源等的漂移將會(huì)引起分壓比的變化,用這種方案很難實(shí)現(xiàn)增益的精確控制和長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定3。高頻放大高頻放大agc檢波輸入 圖1 方案一示意圖方案二：采用可編程放大器的思想，將輸入的交流信號(hào)作為高速d/a的基準(zhǔn)電壓，這時(shí)的d/a作為一個(gè)程控衰減器。理論上講，只要d/a的速度夠快、精度夠高可以實(shí)現(xiàn)很寬范圍的精密增益調(diào)節(jié)。但是控制的數(shù)字量和最后的增益(db)不成線性關(guān)系而是成指數(shù)關(guān)系，造成增益調(diào)節(jié)不均勻，精度下降1。方案三：如圖2所示，使用控制電壓與增益成線性關(guān)

5、系的可編程增益放大器pga，用控制電壓和增益（db）成線性關(guān)系的可變?cè)鲆娣糯笃鱽?lái)實(shí)現(xiàn)增益控制。用電壓控制增益，便于單片機(jī)控制，同時(shí)可以減少噪聲和干擾2。綜上訴述，選用方案三，采用集成可變?cè)鲆娣糯笃鱝d603作增益控制。ad603是一款低噪聲、精密控制的可變?cè)鲆娣糯笃?，溫度穩(wěn)定性高，最大增益誤差為0.5db，滿足題目要求的精度，其增益（db）與控制電壓（v）成線性關(guān)系，因此可以很方便地使用d/a輸出電壓控制放大器的增益。d/a單片機(jī)a/d測(cè)有效值papga輸入緩沖圖2 方案三示意圖2 功率輸出部分根據(jù)賽題要求，放大器通頻帶從10khz到6mhz，單純的用音頻或射頻放大的方法來(lái)完成功率輸出，要做到

6、6v有效值輸出難度較大，而用高電壓輸出的運(yùn)放來(lái)做又很不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槭忻嫔虾茈y買到寬帶功率運(yùn)放4。這時(shí)候采用分立元件就能顯示出優(yōu)勢(shì)來(lái)了。3 測(cè)量有效值部分方案一：利用高速adc對(duì)電壓進(jìn)行采樣，將一周期內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)并計(jì)算其均方根值，即可得出電壓有效值：此方案具有抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)試?yán)щy，高頻時(shí)采樣困難而且計(jì)算量大，增加了軟件難度。方案二：對(duì)信號(hào)進(jìn)行精密整流并積分，得到正弦電壓的平均值，再進(jìn)行adc采樣，利用平均值和有效值之間的簡(jiǎn)單換算關(guān)系，計(jì)算出有效值顯示。只用了簡(jiǎn)單的整流濾波電路和單片機(jī)就可以完成交流信號(hào)有效值的測(cè)量。但此方法對(duì)非正弦波的測(cè)量會(huì)引起較大的誤差。方案三：

7、采用集成真有效值變換芯片，直接輸出被測(cè)信號(hào)的真有效值。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意波形的有效值測(cè)量。綜上所述，我們采用方案三，變換芯片選用ad637。ad637是真有效值變換芯片，它可測(cè)量的信號(hào)有效值可高達(dá)7v，精度優(yōu)于0.5，且外圍元件少，頻帶寬，對(duì)于一個(gè)有效值為1v的信號(hào)，它的3db帶寬為8mhz,并且可以對(duì)輸入信號(hào)的電平以db形式指示，該方案硬件、軟件簡(jiǎn)單，精度也很高，但不適用于高于8mhz的信號(hào)。此方案硬件易實(shí)現(xiàn)，并且8mhz以下時(shí)候測(cè)得的有效值的精度可以保證，在題目要求的通頻帶10khz6mhz內(nèi)精度較高。8mhz以上輸出信號(hào)可采用高頻峰值檢測(cè)的方法來(lái)測(cè)量，但是由于時(shí)間關(guān)系，高于8mhz的信號(hào)

8、我們未能測(cè)量顯示。4 自動(dòng)增益控制（agc）利用單片機(jī)根據(jù)輸出信號(hào)幅度調(diào)節(jié)增益。輸出信號(hào)檢波后經(jīng)過簡(jiǎn)單2級(jí)rc濾波后由單片機(jī)采樣，截止頻率為100hz。由于放大器通頻帶低端在1khz，當(dāng)工作頻率為1khz時(shí)，為保證在增益變化時(shí)輸出波形失真較小，將agc響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為10ms，用單片機(jī)定時(shí)器0來(lái)產(chǎn)生10ms中斷進(jìn)行輸出有效值采樣，增益控制電壓也經(jīng)過濾波后加在可變?cè)鲆娣糯笃魃?。agc控制范圍理論上可達(dá)080db，實(shí)際上由于輸入端加了保護(hù)電路，在不同輸出電壓時(shí)agc范圍不一樣，輸出在gv峰值測(cè)有效值輸入緩沖90mhz寬帶放大pgapga屏蔽盒d/a單片機(jī)a/d數(shù)碼管和按鍵精密基準(zhǔn)源低通濾波pa30

9、mhz寬帶放大同軸電纜功放電路隔離4.55.5v時(shí)agc范圍約為70db，而當(dāng)輸出為2v2.5v時(shí)agc范圍可達(dá)80db圖3 系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計(jì)1 輸入緩沖和增益控制部分圖5 輸入緩沖和增益控制電路ad603的輸入電阻只有100，要滿足輸入電阻大于2.4k的要求，必須加入輸入緩沖部分用以提高輸入阻抗；另外前級(jí)電路對(duì)整個(gè)電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲。故采用高速低噪聲電壓反饋型運(yùn)放opa642作前級(jí)跟隨，同時(shí)在輸入端加上二極管過壓保護(hù)6。如圖5所示，輸入部分先用電阻分壓衰減，再由低噪聲高速運(yùn)放opa642放大，整體上還是一個(gè)跟隨器，二極管可以保護(hù)輸入到opa642的電壓峰峰

10、值的不超過其極限（2v）。其輸入阻抗大于2.4k。opa642的增益帶寬積為400mhz，這里放大3.4倍，100mhz以上的信號(hào)被衰減。輸入輸出端口p1，p2由同軸電纜連接，以防自激。級(jí)間耦合采用電解電容并聯(lián)高頻瓷片電容的方法，兼顧高頻和低頻信號(hào)7。增益控制部分裝在屏蔽盒中，盒內(nèi)采用多點(diǎn)接地和就近接地的方法避免自激，部分電容電阻采用貼片封裝，使得輸入級(jí)連線盡可能短。該部分采用ad603典型接法中通頻帶最寬的一種8，如圖6所示，通頻帶為90mhz，增益為10+30db，輸入控制電壓u的范圍為0.50.5v。圖6 ad603接成90mhz帶寬的典型方法增益和控制電壓的關(guān)系為 ag(db)=40u

11、10一級(jí)的控制范圍只有40db，使用兩級(jí)串聯(lián)，增益為 ag(db)=40u1+40u220增益范圍是20db+60db，滿足題目要求。由于兩級(jí)放大電路幅頻響應(yīng)曲線相同，所以當(dāng)兩級(jí)ad603串聯(lián)后，帶寬會(huì)有所下降，串聯(lián)前各級(jí)帶寬為90mhz左右，兩級(jí)放大電路串聯(lián)后總的3db帶寬對(duì)應(yīng)著單級(jí)放大電路1.5db帶寬，根據(jù)幅頻響應(yīng)曲線可得出級(jí)聯(lián)后的總帶寬為60m.。2 功率放大部分電路如圖7。參考音頻放大器中驅(qū)動(dòng)級(jí)電路，考慮到負(fù)載電阻為600，輸出有效值大于6v，而ad603輸出最大有效值在2v左右，故選用兩級(jí)三極管進(jìn)行直流耦合和發(fā)射結(jié)直流負(fù)反饋來(lái)構(gòu)建末級(jí)功率放大，第一級(jí)進(jìn)行電壓放大，整個(gè)功放電路的電壓

12、增益在這一級(jí)，第二級(jí)進(jìn)行電壓合成和電流放大，將第一級(jí)輸出的雙端信號(hào)變成單端信號(hào)，同時(shí)提高帶負(fù)載的能力，如果需要更大的驅(qū)動(dòng)能力則需要在后級(jí)增加三極管跟隨器，實(shí)際上加上跟隨器后通頻帶急劇下降，原因是跟隨器的結(jié)電容被等效放大，當(dāng)輸入信號(hào)頻率很高時(shí)，輸出級(jí)直流電流很大而輸出信號(hào)很小9。使用2級(jí)放大已足以滿足題目的要求。選用nsc的2n3904和2n3906三極管（特征頻率250300mhz）可達(dá)到25mhz的帶寬。整個(gè)電路沒有使用頻率補(bǔ)償，可對(duì)dc到20mhz的信號(hào)進(jìn)行線性放大，在20mhz以下增益非常平穩(wěn)，為穩(wěn)定直流特性。我們將反饋回路用電容串聯(lián)接地，加大直流負(fù)反饋，但這會(huì)使低頻響應(yīng)變差，實(shí)際上這樣

13、做只是把通頻帶的低頻下限頻率從dc提高到1khz，但電路的穩(wěn)定性提高了很多。本電路放大倍數(shù)為：ag1r10/r9整個(gè)功放電路電壓放大約10倍。通過調(diào)節(jié)r10來(lái)調(diào)節(jié)增益，根據(jù)電源電壓調(diào)節(jié)r7可調(diào)節(jié)工作點(diǎn)。圖7 功率放大電路3 控制部分這一部分由51系列單片機(jī)、a/d、d/a和基準(zhǔn)源組成10，如圖8所示。使用12位串行a/d芯片ads7816和ads7841（便于同時(shí)測(cè)量真有效值和峰值）和12位串行雙d/a芯片tlv5618?；鶞?zhǔn)源采用帶隙基準(zhǔn)電壓源mc1403。a/d單片機(jī)d/a減法電路精密基準(zhǔn)源 圖8 數(shù)字部分框圖結(jié) 論在測(cè)試系統(tǒng)中，由傳感器變換來(lái)的電信號(hào)通常是十分微弱的，若要顯示、記錄或送計(jì)

14、算機(jī)處理這種電信號(hào)，必須先進(jìn)行放大，故放大器是測(cè)試系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的精度要求越來(lái)越高，用分立元件組裝成的放大器已被集成運(yùn)放所代替。為了滿足儀器儀表的需要，本設(shè)計(jì)對(duì)儀用放大器進(jìn)行了研究。本論文通過對(duì)儀用放大電路的分析與研究，實(shí)現(xiàn)了增益控制、有源濾波和功率放大等特點(diǎn)。本論文從整體上分為三個(gè)部分，包括放大器的理論基礎(chǔ)，基本儀用放大電路的理論分析，三種實(shí)用特殊儀用放大電路的分析與設(shè)計(jì)，直流電源等。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱放大電路。由于其具有線性好、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍非常廣泛。通

15、過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)放大電路的相關(guān)知識(shí)有了全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上并且能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) 1周雪.模擬電子技術(shù)m.西安:西安電子科技大學(xué),2002:117-119.2陳明.protel99se原理圖與pub設(shè)計(jì)教程m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006:21-23.3閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）m.北京：高等教育出版社,1997:50-53. 4楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程m.第二版，北京:高等教育出版社,1998:192-193 237-238. 5吳顯鼎.集成電子電子線路設(shè)計(jì)手冊(cè)m.福州:福建科技出版社,2003:7-18 93-94. 6清源計(jì)算機(jī)工作室. protel99 se原理圖與pcb及仿真m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:20-23.7童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m（第二版）.北京:高等教育出版社,1998:82-85. 8李士雄,丁康源.數(shù)字集成電子技術(shù)教程m.西安:工業(yè)出版社,2000:97-98.9 中國(guó)集成電路大全委員會(huì).中國(guó)集成電路大全集成穩(wěn)壓器與非線性模擬集成電路m.北京:國(guó)防工業(yè)出