基本运算放大器电路设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
武汉理工大学
开放性实验报告
（A类）
项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室
学生姓名：**
创新实验项目报告书
实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程
一、实验目的（详细指明输入输出）
1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计
2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差
不大于5%
3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2.
二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页)
通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。
我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。
由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。
三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细）
a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。
b)在仿真软件上进行仿真。
c)按照电路原理图焊接电路板。
d)对电路板进行调试，并进行改进。
这是刚开始时的电路仿真图，有许多的错误，刚开始时没有考虑共地端进行直流偏置，同时没有满足R3=R2//R1；并且在加法器中没有连接电源，而且还理解错了题意，将理应接为1V交流信号的接成了1V直流电源，可以说错误非常多。
后进行了重新设计，电路图如下。
由于只使用单电源供电，故需对电路进行共地处理，其中有电压跟随器构成的2.5V虚地端。电路参数基本满足要求。
黄色线条为反相放大器输入信号，其峰峰值为20mVpp；蓝色线条为反相放大器输出信号，正好相位相反，峰峰值为200mVpp，符合-10的放大预期。
该结果为加法器的结果。蓝色线条表示反相放大器的输出信号，其峰峰值为200mVpp；红色线条表示加法器相加的另一信号，其峰峰值为1Vpp；绿色线条表示加法器相加的结果，其峰峰值为800mVpp。这是因为相加的两个信号正好相位相反，结果即为两信号相减。
如图为电路反相加法器的波特图，其增益为19.99dB，32kHz为其3dB点。
四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）
如图为电路板连接好后的实际波形，存在着交越失真。且实际焊好电路板后，用示波器观察参数，可发现明显与仿真结果存在着较大的差距。当测量电路的反相放大器输出端时，在频率较低6kHz以下时，增益可达到20dB,但频率增加后电路的反相放大器增益明显降低。尤其是电路的波形会出现较大的失真。更大的问题是，两级串联后，前一级的增益明显降低，达不到20dB。
第一级反相放大电路结果如上图，在6kHz开始出现增益衰减，增益小于20dB。
五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）
通过本次实验，我发现课本中简单的运算放大电路原来也并不是那么简单的，也需要经过不断地调试，测验。
未解决的问题有：1.反向运算放大器在级联后增益减小，无法解决；
注意：
1、实验报告正文内容需达到3页以上；
2、可以添加加附录；
3、实验报告应加强对实验过程的说明。
4、
电子电工教学基地 实 验 报 告 实验课程：模拟电路实验及仿真实验名称：语音放大电路的设计设计人员： 完成日期： 2012年6月27日
0、引言在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。而且语音放大电路目前的运用很广泛：适用于很多的家用电器上面的运用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别300~3000HZ频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。 一、设计目的及要求 【设计目的】1.通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。 2.通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。 【设计要求】 1）选取单元电路及元件 根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的原件参数。 2）前置放大电路的组装与调试 测量前置放大电路的差模电压增益AU、共模电压增益AUc、共模抑制比KCMR、带宽BW、输入电压Ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。 3）有源带通滤波器电路的组装与调试 测量有缘带通滤波器电路的差模电压增益AUd、带通BW，并与设计要求进行比较。4）功率放大电路的组装与调试 测量功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率PDC、输出效率η、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。 5）整体电路的联调与试听 6）应用Multisim软件对电路进行仿真分析
三运放仪表放大器 摘要 本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成，可输出+5V、+12V、-12V三路电压。 一、方案论证与比较 1.放大器电源的制作方法 方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07，由于OP07是双电源放大器，典型电源电压为，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电源 输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。 方案二：采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源，使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。 2.电源方案论证 本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。 3.放大器制作方法 方案一：题目要求使输入信号放大100至200倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压，此放大电路可以达到预定的放大 倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。 方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出电压。 4.放大器方案论证 在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理量的变化而变。这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器输入电阻加大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 此外，传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模部分，期数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。 综上所述，采用方案二仪表放大器方案，仪表放大器除了具有足够的放大倍数外，还具有高输入电阻和高共模抑制比。 二、系统设计
电子线路CAD与电子工艺实训报告 第七组 仪表放大器的设计与制作 班级：电本0501 学号：0532110661 姓名：王德权 序号：16 指导教师：姜李张娟 2008年 1 月 16日
一．实训目的： 1掌握仪表放大器的结构原理： 2 熟练应用Protel99se设计电路原理图；并生成电路板图； 3 熟练掌握印制电路板的生成，了解如何刻板； 4 掌握基本焊接技术。 二．实训工具： Protel99se CircuitCAM 电烙铁 万用表 模拟电子试验箱（含有+12V电源，+0V---+0.5V电源） 其他必要检测设备 三．仪表放大器原理： 本仪器放大器是由三个OP27集成运算放大器组成，OP27的特点是低噪声，高速，低输入失调电压和卓越的共模抑制比。仪表放大器电路连接成比例运算的电路形式，因此具有很高的输入电阻。由于电路的结构对称，他们的漂移和失调都具有互相抵消的作用。后一个运算放大器组成差分放大器，将差分输入转换为单端输出。电容C用于除抖动和抗干扰。 工作原理： 由于v—→v+，因而加在R7两端的电压为(vI1—vI2)，相应通过R7的电流i7＝(vI1-vI2)／R7，由于i→0，因而vo1＝i7R1+vI1，vo2＝i7R2+vI2，当，R1＝R2＝R时，vo1-vo2＝(1+2R／R7)(vI1-vI2)对U2而言，vo1加在反相输入端，vo2加在同相输入端，利用叠加原理的输出电压。vo＝—(R5／R3)vo1+R6／(R4+R6)vo2(1+R5／R3)由于R3＝R4，R5＝R6因而 vo＝—(R5／R3)(vo1-vo2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）(vI1-vI2) 仪器放大器的差值电压增益：Avf＝vo／(vI1-vI2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）上式表明，改变R7可设定不同的Avf值。 仪器放大器的共模抑制比主要取决于第—级集成运放U1和U3的对称性和各电阻值的匹配精度。如果U1和U3对称，且各电阻值的匹配误差为→±0．001％，则仪器放大器的共模抑制比可达到100dB以上。 由于采用了对称的同相放大器，因而仪器放大器两输入端具有相同的输入电阻，且其值可达到几百MΩ以上。利用仪表放大对他的特性进行了实际的测量和具体数据进行了记录最大放大倍数为Av=100。经计算，本设计中仪表放大器的电压放大倍数A U=R5/R3(1+2R1/R2)=100，结果将在仿真中验证。 仪表放大器的结构特点：使仪表放大器成为一种高输入电阻，高共模抑制比，具有较低的失调电压，失调电流，噪声及飘移的放大器。在使用时R4,R5,R6,R7四个电阻要精密且匹配，否则将给放大器带来误差，而其将降低电路的共模抑制比。 四．实训步骤： （一）在Protel99se环境中绘制原理图、印制板图，生成CAM文件 1 、绘制电路原理图： 进入Protel99se SCH界面，绘制电路原理图，绘制原理图过程中注意元件的封装和名称，还有元件的布局，力求美观，完成之后，经电气检查无误后即可生成网络表。
运算放大器基本电路大全 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1．1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节) 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电
三运放组成的仪表放大器电路分析 仪表放大器与运算放大器的区别是什么？ 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 ?。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低， 在低频段通常仅有几毫欧（m?）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输 出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施 加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。 专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。 使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示： 输出电压表达式如图中所示。 看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路： 如果R1 ＝ R3，R2 ＝ R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 k?，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 k?。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接
地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。）另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。例如，当增益等于 1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有 0.1% 失配，其CMR便下降到 66 dB（2000:1）。同样，如果源阻抗有 100 ?的不平衡将使CMR下降 6 dB。 为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示： 以上前置的两个运放作为电压跟随器使用，我们现在改为同相放大器，电路如下所示： 输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益（A1 和 A2）时， 它对差分信号增加相同的增益，也对共模信号增加相同的增益。也就是说，上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。 下面，要开始最巧妙的变化了！看电路先：
目录 一、绪言 (7) 二、电路设计 (8) 设计要求 (8) 设计方案 (8) 1、电路原理 (8) 2、主要器件选择 (9) 3、电路仿真 (10) 三、电路焊接 (13) 四、电路调试 (14) 1、仪表放大电路的调试 (14) 2、误差分析 (15) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (19)
绪言 智能仪表仪器通过传感器输入的信号，一般都具有“小”信号的特征：信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级)，且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，电路处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比；同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。本文从仪表放大器电路的结构、原理出发，设计出仪表放大器电路实现方案，通过分析，为以后进行电子电路实验提供一定的参考。 在同组成员张帅威、张智越的共同努力下，大家集思广益，深入探讨了实验过程中可能出现的各种问题，然后分工负责个部分的工作，我和张帅威负责前期的电路设计和器件的采购，后期的焊接由张智越完成，最后的调试由我们三个人共同完成。本报告在做实验以及其他同学提出的富有建设性意见的基础上由我编写，报告中难免会有不足或疏漏之处，还望大家指正为谢！
第一章电路设计 一、设计要求 1、电路放大倍数>3000倍 2、输入电阻>3000kΩ 3、输出电阻＜300Ω 二、设计方案 1、电路原理 仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，RF和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1／Rg)(Rf／R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
内容摘要 本文介绍了一种语音放大电路，它由前置放大器、带通滤波器和功率放大器组成，能对300——3000Hz的语音信号进行放大，降低外来噪声。并用Multisim 进行仿真实验，以期达到所要求的效果。 关键字：前置放大器带通滤波器功率放大器
目录 一、设计目的 (1) 二、设计题目及分析 (1) 三、概要设计 (1) 四、详细设计 (1) 五、测试分析 (6) 六、附录 (7)
一、设计目的 在电子电路中，输入语音信号往往混杂着噪声和其他不同频率成分的干扰，因此我们设计该电路，使其尽可能减小噪声，滤除300——3000Hz以为的频率成分，同时，尽可能地放大有用信号，从而得到清晰的语音信号，并将它通过扬声器输出。 二、设计题目及分析 此语音放大器由三部分组成，原理框图如图2-1。 图2-1 语音放大器原理框图 其中，各级要求如下。 ①前置放大器的输入信号≤5mV，输入阻抗为10KΩ，可用元件741运算放大器。 ②带通滤波器3dB带通范围：300——3000Hz。 ③功率放大器输出功率Po≥0.5W，输出阻抗Ro=4Ω，输出功率连续可调，可用元件 LM386功率放大器。 ④电源电压为±12V。 三、概要设计 （1）假设带通滤波器通带增益为0dB，且功率放大器采用LM386的20倍接法，若要提供足够的功率（扬声器8Ω，输出功率≥0.5W），则可设功率放大器的输入信号有效值为100mV，此时8Ω的扬声器获得功率为0.5W，故在此前置放大器级，假设输入信号为5mV，至少需要对其放大30倍。在此前置放大器放大倍数选为50倍，若采用运算放大器的反向组态，则反馈电阻采用500KΩ的电阻，此时输入阻抗为10KΩ。（2）带通滤波器可由低通滤波器和高通滤波器串联组成。其中，低通滤波器截止频率为3KHz，高通滤波器截止频率为300Hz。为了确保通带增益为0dB，此处高通滤波器和低通滤波器均采用有源滤波器，由于运放数量的限制，此电路中仅使用二阶滤波器，相对于一阶滤波器，它能较快的收敛，滤波器设计可由Filter Solution软件辅助完成。 （3）该功率放大器可直接采用20倍放大的接法，为了能够达到输出功率连续可调，可在信号输入端与地之间接入可调电阻，输出阻抗可在电路正常工作后，能够输出不失真的情况下，通过在输出端串接电阻使输出阻抗Ro=4Ω。 四、详细设计 （1）前置放大器 前置放大器亦为小信号放大器。语音信号属于低频信号，多采用单端方式传输，其中混有噪声和其他频率分量，在此级应尽量一致低频分量和噪声等，放大有用信号。故在信号输入放大器前，接入一隔直电阻，去掉直流成分，由3中分析，放大器采用741的反相组态，放大倍数为50倍，反馈电阻为500KΩ，输入阻抗10KΩ。具体电路如图4-1所示。
语音放大电路设计精编 版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
一、语音放大电路的设计 通常语音信号非常微弱，需要经过放大、滤波、功率放大后驱动扬声器。 要求： （1）采用集成运算放大器LM324和集成功放LM386N-4设计一个语音放大电路； 假设语音信号的为一正弦波信号，峰峰值为5mV，频率范围为100Hz~1KHz，电路总体原理图如下所示； 具体 设计 方案 可以 参照 以下 电路： 图4 语音放大电路 前置放大电路： 采用同相比例放大器，放大倍数为： A V=1+100KΩ 10KΩ =11
带通滤波电路为： 带通滤波器A1的放大倍数计算： A vf1=1+ 27KΩ 100KΩ =1.27 A vf2=1+ 27KΩ 100KΩ =1.27 则带通滤波器的放大倍数为： A V=A vf1?A vf2 =1.272=1.6129 采用低通和高通二阶有源巴特沃斯滤波器器串联连接，按照设计要求低通滤波器截止频率为1KHz，高通滤波器截止频率大于100Hz： f high= 1 2πRC = 1 2π15K?0.1μ =106Hz f low= 1 2πRC = 1 2π15K?0.01μ =1061Hz 功率放大电路： 是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路；第二级为共射放大电路；第三级为准互补输出级功放电路。 外接元件最少的用法： 静态时输出电容上电压为V CC2 ?，最大不失真输出电压的峰-峰值为电压V CC，最大输出 P=(CC √2 ) 2 R L = V CC2 R L = （1）仔细分析以上电路，弄清电路构成，指出前置放大器的增益为多少dB?通带滤波器的增益为多少dB? 前级放大器的增益为21dB，带通滤波器的增益为 （2）参照以上电路，焊接电路并进行调试。 a、将输入信号的峰峰值固定在5mV，分别在频率为100Hz和1KHz的条件下测 试前置放大的输出和通带滤波器的输出电压值，计算其增益，将计算结果同上面分析的理论值进行比较。 经过实际测量，前级放大器的实际增益约为20dB,带通滤波器的增益约为 0dB。 b、能过改变10K殴的可调电阻，得到不同的输出，在波形不失真的条件下，测 试集成功放LM386在如图接法时的增益； 调节电位器，可得功放的实际增益约为25dB。 c、将与LM386的工作电源引脚即６引脚相连的10uF电容断开，观察对波形的 影响，其作用是什么？
常用运算放大器电路(全集) 下面是[常用运算放大器电路(全集)]的电路图 常用OP电路类型如下: 1. Inverter Amp. 反相位放大电路: 放大倍数为Av = R2 / R1但是需考虑规格之Gain-Bandwidth数值。R3 = R4 提供1 / 2 电源偏压 C3 为电源去耦合滤波 C1, C2 输入及输出端隔直流 此时输出端信号相位与输入端相反 2. Non-inverter Amp. 同相位放大电路: 放大倍数为Av=R2 / R1 R3 = R4提供1 / 2电源偏压 C1, C2, C3 为隔直流
此时输出端信号相位与输入端相同 3. Voltage follower 缓冲放大电路: O/P输出端电位与I/P输入端电位相同 单双电源皆可工作 4. Comparator比较器电路: I/P 电压高于Ref时O/P输出端为Logic低电位 I/P 电压低于Ref时O/P输出端为Logic高电位 R2 = 100 * R1 用以消除Hysteresis状态, 即为强化O/P输出端, Logic高低电位差距，以提高比较器的灵敏度. (R1=10 K, R2=1 M) 单双电源皆可工作 5. Square-wave oscillator 方块波震荡电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 100 K, C1 = 0.01 uF
Freq = 1 /（2π* R1 * C1） 6. Pulse generator脉波产生器电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 K O/P输出端On Cycle = 1 /（2π* R5 * C1） O/P输出端Off Cycle =1 /（2π* R1 * C1） 7. Active low-pass filter 主动低通滤波器电路: R1 = R2 = 16 K R3 = R4 = 100 K C1 = C2 = 0.01 uF 放大倍数Av = R4 / (R3+R4) Freq = 1 KHz 8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:
仪表放大器电路设计技巧 Charles Kitchin，Lew Counts 美国模拟器件公司 长期以来，为仪表放大器供电的传统方法是采用双电源或双极性电源，这具有允许正负输入摆幅和输出摆幅的明显优势。随著元器件技术的发展，单电源工作已经成为现代仪表放大器一个越来越有用的特性。现在许多数据采集系统都是采用低电压单电源供电。对于单电源系统，有两个至关重要的特性。首先，仪表放大器的输入范围应当在正电源和负电源之间(或接地电压)扩展。其次，放大器的输出摆幅也应当接近电源电压的两端(R-R)，提供一个与电源电压的任一端或地电位相差100mV(或小于100mV)以内的输出摆幅(V-+0.1V～V+-0.1V)。比较起来，一个标准的双电源仪表放大器的输出摆幅只能与电源电压的任一端或地电位相差1V或2V以内。当采用5V 单电源工作时，这些仪表放大器仅具有1V或2V输出电压摆幅，而真正的R-R输出仪表放大器能提供几乎与电源电压一样高的峰峰输出摆幅。另一个重要点是单电源或R-R仪表放大器采用双电源仍能工作(甚至更好)并且通常其工作电源电压比传统的双电源器件低。 电源解耦是一个经常被工程师忽视的重要细节。通常，旁路电容器(典型值为0.1μF)连接在每个IC的电源引脚和地之间。尽管通常情况适合，但是这在实际应用中可能无效或甚至产生比根本没有旁路电容器更坏的瞬态电压。因此考虑电路中的电流在何处产生，从何处返回和通过什麽路径返回是很重要的问题。一旦确定，应当在地周围和其他信号路径周围旁路这些电流。 通常，像运算放大器一样，大多数单片仪表放大器都有其以电源的一端或两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解耦。这意味著对于每颗晶片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接一个旁路电容器，如图1所示。 图1、电源旁路的推荐方法 1.输入接地返回的重要性 当使用仪表放大器电路时出现的一个最常见的应用问题是缺乏为仪表放大器的输入偏置电流提供一个DC返回路径。这通常发生在当仪表放大器的输入是容性耦合时。图2示出这样一个电路。
语音放大电路的设计 一． 实验目的 1. 掌握低频小信号放大电路的工作原理和设计方法。 2. 深入了解集成运放和集成功放的工作原理。 3. 掌握电子电路的设计过程及装配与调试方法。 二． 实验内容 设计一个语音放大电路，话筒（拾音器）的输入信号小于10mv ，放大电路的指标； 1. 输入阻抗大于100ΩK ，共模抑制比大于60dB 。 2. 通带频率范围300Z H ～3Z kH 。 3. 最大不失真输出功率不低于1W ，负载阻抗Ω=16L R ，电源电压 10V 。 三． 实验要求 设计电路，给出两种以上方案进行比较，然后采用multisim 等仿真软件对各单元电路进行计算机模拟仿真，选取合理的参数，最后选取合适的元器件，连接电路，进行系统联调和性能指标测试。 四．实验原理 话筒的输出信号一般只有5mv 左右而共模噪声可能高达几伏，故在设计时，须考虑放大器的输入漂移和噪声因素及放大器本身的共模抑制比这些重要因素。前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低温漂，且能与高阻抗话筒配接的小信号放大电路。 人耳可以听到的音频信号范围约为20Z H ～20Z kH ，而人的发音器官可以发出的声音频率为80Z H ～3.4Z kH ，但语音信号的频率通常在300Z H ～3Z kH ，所以前置放大后，需采用带通滤波电路。
因电路的最终输出需推动扬声器完成电（信号）到声（信号）的转换，故输出级需采用功率放大电路，以便输出功率尽可能地大，转换效率尽可能地高，非线性失真尽可能地小。功放电路形式很多，可采用集成功率放大器（比如LM386）。 语音放大电路须有以下几个组成部分： 输入输出 根据设计要求，先确定总的电压放大倍数，同时考虑各级基本放大电路所能达到的放大倍数，分配和确定各级的电压放大倍数。然后根据已分配和确定的各级电压放大倍数和设计要求，比如滤波器的上下限截止频率，选取合理的设计方案以及合适的元件参数。最后在实验板上搭接电路，分级调试，直至完成整机的调试及功能测试。 四．实验报告撰写要求 1.前置放大电路 前置放大器 有源带通滤波器 （语音滤波器） 功率放大器
目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计内容和要求 (1) 2.1、设计内容 (1) 2.2、设计要求 (1) 3、设计方案 (2) 3.1、设计思路 (2) 3.2、工作原理及硬件框图 (3) 3.3、硬件电路原理图 (6) 4、课程设计总结 (7) 5、参考文献 (8)
1、设计目的： ①掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； ②学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图； 2、设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：2.1、设计内容 在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响而含有一些不必要的成份（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。而且随着社会的发展，在我们的日常生活中也经常会出现一系列的问题：如在检修各种机器设备的时候，我们要根据故障设备的异常声来寻找故障，这种异常的声响的频谱覆盖面往往很广；同时另外的一种情况我们在打电话的时候，有时往往因声音或干扰太大而难以听清对方的声音，这时我们就需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。而且语音放大电路目前的运用很广泛：适用于很多的家用电器上面的运用。例如：便携式收音机、对讲机等很多方面的运用。为了达到这样的一个目的，我们就要考虑到设计一个能识别300~3000HZ频率范围内的小信号放大系统，我们可以用设计一个集成运算放大器组成的语音放大电路。 2.2、设计要求 查阅语音识别的相关资料，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法，设计一个由集成运算放大器组成的语音放大电路。 电路要求： （1）前置放大器 输入信号：Uid <=10mv, 输入阻抗：Ri>=10k. （2）有源带通滤波器 带通频率范围：300~3000Hz （3）功率放大器 最大不失真输出功率:Pom>=5w 负载阻抗:RL==4. 根据设计要求和已知条件进行下面的分析，并计算和选取单电路的元件数：
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB 以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。
附件1： 学号：0121112370724 课程设计 题目语音放大电路的设计 学院 专业通信工程 班级通信GJ1101 姓名董沛 指导教师许建霞 2013 年 1 月 6 日
语音放大电路的设计 1 绪论 1.1 课题背景及目的 在日常生活和工作中，经常会遇到这样一些问题：如在检修各种机器设备时，常常需要能依据故障设备的异常声响来寻找故障，这种异常声响的频谱覆盖面往往很广，需要高亮度的声音以传达消息，例如校园广播，大型会议等，而仅仅凭人们自己的喉咙是无法实现的，因而要用到信号放大器。声音信号频率低，在放大的过程中极易受到外界的干扰，又如：在打电话时，有时往往因声音太大或干扰太大而难以听清对方讲的话，于是需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器……诸如以上原因，具有类似功能的实用电路实际上就是一个能识别不同频率范围的小信号放大系统。所以本课题要求采用集成运算放大器完成语音放大电路。有利于培养我的技开发能力和创新精神，并有一定的实用意义。 2实验目的 通过实验培养市场素质，工艺素质，自主学习能力，分析问题解决问题的能力及团队精神；通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。 3设计原理 3.1 已知条件 → → → → 语音放大器是一个典型的多级放大器，其框图如上图所示，前置级主要完 成对小信号的放大，一般要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带要求要宽，噪声要小。有源滤波器主要实现对输入信号高低音的调整。功率放大级主要决定了输出
功率的大小，非线性失真系数等指标,要求效率高，失真尽可能小，输出功率高。 因为max o P =5w,所以此时的输出电压L o R P V o max ==4.5V ，要使输入为10mV 的信号放大为4.5V 的输出，所需要的总放大倍数为 = =i v V V A 0 450 3.2性能指标 1）前置放大器 (1)输入信号Uid ≦10m Ｖ; (2)输入阻抗Ri=100K Ω； (3)共模抑制比KCMR ≧60dB 。 2）有源带通滤波器 带通频率范围３００Ｈｚ～３ＫＨz 。 3）功率放大器 ① 最大不失真输出功率Ｐomax ≥5W; ② 负载阻抗ＲL ＝４Ω； ③ 电源电压＋５Ｖ，＋１２Ｖ， 4）输出功率连续可调 ① 直流输出电压≤５０mV(输出开路时)； ② 静态电源电流≤１００mA(输出短路时)。 3.3 要求 1)选取单元电路及元件 根据设计要求和已知条件，确定前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的元件参数。 2)置放大电路的组装与调试 测量置放大电路的差模电压增益AUd 、共模电压增益AUc 、共模抑制比KCMR 、带宽BW?1、输入电压Ri?等各项技术指标，并与设计要求值行比较。 3)源带通滤波电路的组装与调试 测
智能化传感器中应用仪表放大器时应注意的问题 1 序言 仪表放大器（IA）由于其本身所具有的低漂移、低功耗、高共模抑制比、宽电源供电范围及小体积等一系列优点，在数据采集系统、电桥、热电偶及温度传感器的放大电路中得到了广泛的应用，它既能对单端信号又能对差分信号进行放大。在数据采集系统中，一般需要实现对多路信号进行数据采集，这主要是通过多路开关来实现对多路信号的切换。实际应用中，针对不同的测量对象可以分别选择单端信号或差分信号的输入方式来实现对信号的获取，一般市场上所有的多路信号采集系统基本上都具备这种功能。 差分仪表放大器具有对差分信号进行放大，对共模信号加以抑制的功能，但是并非所有差分信号输出的场合可以直接使用仪表放大器作为前置信号放大级，具体来说必须考虑到共模信号的大小、差分信号的大小、放大倍数的选择、输入信号的频率范围等因素，同时针对输入信号的具体情况可以选择单端信号输入方式或者差分信号输入方式。下面对仪表放大器在实际应用中所涉及到的这些问题分别加以阐述。 2 仪表放大器的结构 仪表放大器一般是由三个放大器和经过激光调阻修正的电阻网络构成，如图1所示。在传统的三片运放方式的基础上做一些改进，内部阻值的校准保证用户只需要外接一个电阻即可实现由1到上万倍的增益精确设定，减少了由于增益相关误差带来的数据采集误差，同时这种结构保证其具有高输入阻抗和低输出阻抗，
且每一路输入都有输入保护电路以避免损坏器件。由于采用激光调阻，使其具有低失调电压、高共模抑制比和低温漂。 图1 仪表放大器的结构原理框图 图1所示为BB（Burr Brown）公司的INA114、INA118等仪表放大器的结构原理框图及引脚。在实际应用时，正负电源引脚处应接滤波电容C，以消除电源带来的干扰。5脚为输出参考端，一般接地。实际应用中即使5脚对地之间存在很小的电阻值，也将对器件的共模抑制比产生很大的影响，如5欧姆的阻值将导致共模抑制比衰减到80dB。 3 应用中应考虑的问题 3.1 输入偏置电流回路 一般来说，选择差分信号测量的工作方式时，后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到1010Ω数量级，相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道，以提供共模电流反馈回路，例如仪表放大器IN118输入偏置电流大约为±5nA。由于仪表放大器的输入
语音放大电路的设计 一、设计任务与要求： 1、通常语音信号非常微弱，需要经过放大、滤波、功率放大后驱动扬声器。 2、采用集成运算放大器LM324和集成功放LM386N-4设计一个语音放大电路；假设语音信号的为一正弦波信号，峰峰值为5mV ，频率范围为100Hz~1KHz 。 二、方案设计与论证： 1、原理图： 语音放大器亦为测量用小信号放大电路，在测量用的放大电路中，一般传感器送来的直流或低频信号，经放大后多用单端输出，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，故放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也同等重要。因此前置放大电路应是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。 滤波器是一种选频电路，它是一种能使有用频率信号通过，而同时抑制或衰减无用频率信号的装置。 功率放大器的主要作用是向负载提供功率，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。 三、电路原理图及元件： 1、电路原理图： 语音信号 前置放大 有源带通滤波 功率放大 扬声器
2、LM324原理及应用： LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用左图所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“V o”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端V o的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图 +12V -12V - + 9.1K 10K 100K Ui +12V -12V - + 100K 27K 0.01uF 0.1uF 0.1uF 15K15K +12V -12V - + 100K 27K 0.1uF 0.01uF 15K15K 10K - + 2 3 6 4 5 LM386 +12V 0.05uF 10 ohm 1000uF 8 ohm 0.5W 7 10uF 10uF
一、 电路原理分析与计算 1. 反相比例运算电路 输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻R F 跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i -＝0，因此i 1＝i f 。电路如图1所示， 图1 根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u -＝u +＝0。 由此可得： 01 f i R u u R =- 因此闭环电压放大倍数为： 1 o f uo i u R A u R = =- 2. 同相比例运算电路 输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。电路如图2所示，
图2 根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则 因此得： 1 (1)f o i R u u R =+ 开环电压放大倍数 1 1o f uf i u R A u R = =+ 3. 反相输入加法运算电路 在反相输入端增加若干输入电路，称为反向输入加法运算电路。电路如图3 所示， 图3 计算公式如下， 12 12 ( )o f u u u R R R =-+ 平衡电阻213////f R R R R =,当13f R R R ==时，输出电压012()u u u =-+ 4. 减法运算电路 减法运算电路如图4所示，输入信号1i u 、2i u 分别加至反相输入端和同相
输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。 图4 输出电压为： 2211231 (1)f f o i i R R R u u u R R R R =+ -+ 当123f R R R R ===时，输出电压21o i i u u u =- 5. 微分运算电路 微分运算电路如图5所示， 图5 电路的输出电压为o u 为： 21 i o du u R C dt =- 式中，21R C 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为OM U ,则21R C 的值必须满足： 21max ()OM i U R C du dt <= 6. 积分运算电路 积分运算电路如图6所示，
如何选择仪表放大器_仪表放大器的选择分析 什么是仪表放大器这是一个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的CMRR，低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的信号。 随着电子技术的飞速发展，运算放大电路也得到广泛的应用。仪表放大器是一种精密差分电压放大器，它源于运算放大器，且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的 2 个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。 仪表放大器构成原理仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比（即共模抑制比CMRR）得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR 要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=（1+2R1/Rg）Rf/R3。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。 仪表放大器特点●高共模抑制比 共模抑制比（CMRR）则是差模增益（A d）与共模增益（Ac）之比，即：CMRR = 20lg
摘要 设计一个对弱的语音信号具有放大能力的放大器电路，其规格如下： 1） 输入信号源为话筒舒服，幅度大小为0~5mV. 2） 最大输出公里为8W 。 3） 负载阻抗为8Ω 4） 频带宽度 BW=80~6000Hz 。 5） 非线性失真系≤3%（在BW 内满功率下）。 6） 设计具有音调控制功能。在1KHz 为0dB ；在100HZHE 10kHz 处又±12dB 的调节范围。 通过多级放大的方法进行设计和对各级的放大倍数调整，从而得到一个可以消除噪声影响的语音放大系统，要求效率高，对原声的失真程度小，输出的功率大。 语音放大器可以把一些弱小的声音信号进行放大，达到能够清晰辨认其内容。 目录 一、语音放大器的方案设计...................4 二、单元电路的设计.............................5 2.1——前置放大级的.. (5) 2.2——音调控制器设计设计.....................................6 2.2.1——低频工作时原件参数计算...........................7 2.2.1.1——低频提升.......................................9 2.2.1.2——低频衰减.......................................10 2.2.2——高频工作时的原件计算.............................11 2.2.2.1——高频提升.......................................13 2.2.2.2——高频衰减.......................................14 2.3——功率输出级的设计...................................14 2.3.1—确定电源电压 (16) 2.3.2——功率输出级的设计 (16) 2.3.2.1——输出晶体管的选择...............................16 2.3.2.2——复合管的选择...................................17 2.3.2.3——电阻17R `R12的估算.............................17 2.3.2.4——确定偏置电路...................................17 2.3.2.5——反馈电阻 1314R R 、的决定 (18) 三、语音放大器设计电路的总电路图 (19) 四、 设计结论 (20)