模電_寬帶放大器

1、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(diǎn)W103實驗儀器臺號指導(dǎo)教師 實驗日期及節(jié)次2016.07.01-2016.07.05一、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 否小組成員： 1、實驗要求：1、用集成運(yùn)放（注意選擇的集成運(yùn)

2、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(kuò)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(jìn)行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進(jìn)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(jìn)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(diǎn)：江西財經(jīng)大學(xué)楓林園校區(qū)物華樓實驗設(shè)備：模擬電路實驗箱、數(shù)字萬用表、示波器、信號發(fā)生器、自制電路等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：

3、1、用集成運(yùn)放（注意選擇的集成運(yùn)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(kuò)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(jìn)行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進(jìn)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(jìn)行調(diào)試，完成一份設(shè)計報告。二、實驗電路及原理集成運(yùn)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(fù)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

4、聯(lián)來實現(xiàn)。我們用的是同相比例放大器，原理圖如下：輸出端電壓 ，所以可以改變和的值來改變放大倍數(shù)。根據(jù)所學(xué)的知識，以及這次實訓(xùn)的要求，我們先進(jìn)行了原理圖的設(shè)計圖: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(yùn)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的單位增益帶寬，3000V/S的擺率，50mA的通道輸出。LM6172提供高性能的雙放大器，但它每個通道僅消耗2.3毫安

5、電源電流?？晒ぷ髟谡?fù)5/15V的電壓下。詳細(xì)介紹如下圖：LM6172IN圖 4、 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40dB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；第二級電壓增益Av2為：;系統(tǒng)增益Av為：Av=Av1*0.5*Av2=115.5>100滿足實驗的要求。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:分析：在10K和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

6、成功。5、 元器件及材料清單型號功能單價數(shù)量LM6172放大器1322k電阻構(gòu)成負(fù)反饋電路電阻0.012047電阻分壓0.0120100電阻構(gòu)成負(fù)反饋電路電阻0.01201K電阻構(gòu)成負(fù)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：正面圖如下：指導(dǎo)老師對實驗設(shè)計方案的意見： 指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日二、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、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，測輸出信號的波峰值記為，則放大倍數(shù)為 ;不斷改變信號源

7、的頻率，重復(fù)之前對示波器的操作，記錄數(shù)據(jù)。、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

8、增益下，其帶寬為1Hz到500KHz（沒有到達(dá)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(dá)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，而無輸出波形，后來果斷換了仿真軟件Multisim12，一邊學(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

9、適的寬帶增益積的芯片即可。 （3）這個運(yùn)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(yùn)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(bǔ)償方法來防自激。自己就使用環(huán)外補(bǔ)償法（即在運(yùn)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(yùn)放后，加了一個47的電阻。 （5）由于選

10、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2，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(tuán)隊的合作等。這次的實踐我們有以下幾點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)位置處。 （2）芯片的選擇。做一個寬帶放大器，要想達(dá)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(jìn)行選擇。 （3）電路板的制作：由于焊的電阻和電容都是貼片的，所以要非常小心和細(xì)致。而且一個頻率比較高的放大電路，就不能像制作低頻電路一樣任意連線，必須考慮線的布局等方面的問題，因為若兩根高頻導(dǎo)線平行放置,會