低
频
低
噪
声
高
增
益
放
大
器——设计与报告总结
2012年7月15日
目录：
一．方案设计与论证
A.题目要求和指标分析
B.信号源部分
C.前级放大部分
D.滤波器部分
E.压控放大模块
F.功率放大模块
G.负反馈放大模块
二．电路设计
A.整体电路设计
B.信号源部分
C.前级放大部分
D.滤波器部分
E.压控放大部分
F.功率放大部分
G.负反馈部分
三．测试方法与测试结果
a.仿真部分
b.实测部分
本次设计是以vca810，op07，tda2030，msp430为核心器件的低频低噪声放大器。带宽为3kHz~5kHz,电压放大系数可达200~2000倍，
能保证波形不失真，噪声系数小，性能良好。信号由自制正弦波振荡器产生，经过前级放大，再经vca810进行压控放大，而后经过3阶有源切比雪夫带通滤波器，最后经过tda2030为核心的功率放大器，输出给负载。而由Msp430单片机进行AD采样和DA输出，实现负反馈。设计方案具有放大倍数高，预置步长小，低噪声，数字显示精度高等特点，达到了设计要求，切实可行。
一．方案论证
1.题目要求和指标分析
根据题目要求，设计方案应该实现电压放大，预置步进，数字显示，并且信号的通频带要在3kHz~5kHz,低噪声。综合各项设计指标，将该系统设计为以下模块：信号发生模块，前级放大模块，步进放大模块，滤波器模块，功率放大模块，反馈模块；
具体设计框图如下：
2. 信号源部分
方案1：以为LM358为核心的正弦波振荡器，优点是元器件少，成本低，稳定性好，失真度小，幅度频率可调，常用于音频电路。
方案2：采用555芯片设计，由555定时器所构成的多谐振荡器产生方波，方波经过积分电路产生三角波，三角波再经过差分放大电路的非线性转换产生正弦波。设计过程较繁琐。
方案3：采用ICL8038芯片设计，该芯片是专用的函数发生芯片，波形原理上和555类似，集成度高，能够很好的实现波形的产生，且稳定度高，失真低，但成本较高。
充分考虑成本，设计难易，以及设计要求等指标，选择方案1；
3. 前级放大部分
方案1：利用低噪声运放OP37搭建的同相放大器，元件少，放大效果明显，原理简单，是目前最为常见的放大模块。缺点是带宽有限，不适合高频。
方案2：利用BJT管搭建的放大器，运算过程较方案一较繁琐，精确度没方案1高，成本高，适合高频；
根据题目的设计指标，选择方案1；
4. 压控方案放大模块
方案1：采用压控放大芯片VCA810和DA芯片TLV5638配合。引入噪声小，设计方便，放大倍数调节方便，步进小，但
成本较高。
方案2：使用低噪声运放OP37为主体，用多个反馈电阻，并用继电器选择步进。元器件多，设计复杂，引入噪声大，但
成本较低。
根据题目的设计指标，选择方案1；
5. 滤波器部分
方案1：LC窄带带通滤波器。比较适合高频，对输入输出的阻抗有较大的要求，设计原理简单，精确度较高，缺点是电感,电容的匹配较难。
方案2：有源窄带带通滤波器。适合10KHz以下的信号，精确度很高，过渡带小，衰减快，电路设计较方案1 稍繁琐。
根据题目的要求及精确度方面的考虑，选择方案2；
6. 功率放大模块
方案1：使用BJT管搭建，波形失真度小，噪声低，功率放大效率高，原理简单，但对BJT管的选择有较大的要求，计算较繁琐，元器件使用较多。
方案2：使用集成功率放大芯片，对芯片的要求高，要求芯片噪声低，放大效果明显。
考虑到噪声，放大倍数等因素，采样方案2；
7. 负反馈模块
主要采用单片机MSP430对输入输出信号进过一定比例分压后进行AD采样，通过DA控制vca810进行压控放大，实现精密控制放大倍数，预置步进等，同时单片机实现数字显示，要求单片机运行速度快；
二．电路设计
1.整体电路设计
考虑到此次设计对噪声的要求很高，所以本次设计采用PCB制板，元件安装近，布线简洁，集成电路主要退耦，尽最大的可能把噪声降到最小。信号源由lm358为核心的正弦振动器产生，经过前级放大后由vca810进行压控放大实现精密控制，再经过由3个op07组成的3阶有源带通滤波器，最后通过tda2030为核心的功放电路，输出给负载，由msp430控制AD和DA功能，实现反馈，具体电路如下：
2.信号源部分：
3.前级放大部分：
电路设计如下：
同相输入，要求放大倍数为10倍，而Vout = (1+R4/R3)Vin，所以选择R4 为9K，R3 为1K，为降低噪声，运放选择噪声系数较低的op37，正负电源连接运放时，做退耦处理。
4. 滤波器设计
运放采用op07，因为噪声小，带宽适宜。因为要求通频带为3kHz~5kHz,上下截止频率小于1倍，所以滤波器采用窄带滤波器设计，根据设计要求，我们选择的3阶0.25dB等波纹切比雪夫滤波器，考虑到元件的精度，所以采用MFBP电路，实现谐振频率的精确可调，具体的电路设计如下：
参数计算如下：
几何中心频率为：√（3*5） = 3.873kHz；
Q bp = f0/BW3db = 1.9365
3阶0.25dB等纹波切比雪夫的极点如下：
要求增益为1，所以计算各阶的参数如下：
选择合适的参数，计算各节的参数为：
第一节：R2 = 670K，R1a = 110K, R1b = 4.1K,C = 0.001uF
第二节：R2 = 430K，R1a = 38K, R1b = 2.3K,C = 0.001uF 第三节：R2 = 28K，R1a = 13K, R1b = 684 ,C = 0.01uF
考虑到电阻精度为5%，所以把控制频率的R1b参数控制成可调，
通过示波器把各节X，Y设为输入输出，调节李萨如图，使椭圆成为1条直线即可；
5.压控放大部分：
电路图如下：
6.功率放大部分：
本次设计采用tda2030芯片，这块芯片在音频放大中有广泛的应用，噪声低，功率放大系数明显，具体电路图如下：
功率放大倍数为20倍。
7.负反馈部分
使用TI公司的MSP430实现功能，具体功能为测频，AD采样， DA输出，步进预置，和数字显示，程序框图如下：
中断部分：
三测量方法与测试结果
仿真部分：
A.滤波器仿真：
3kHz：-3.048dB 5kHz -3.016dB B振荡器仿真：
幅度，频率皆可调
实测部分：
输入信号频率为4kHz
噪声测试：
电子技术课程设计报告 设计课题：音频功率放大器的设计与制作 拔河游戏机的设计与制作
模电部分 音频功率放大器的设计与制作 一、设计任务与要求 1）话筒放大器和前置放大器由于话筒的输出信号一般只有5mV左右，而输出阻抗达到20kΩ（也有低输出阻抗的话筒如20Ω，200Ω等），所以话筒放大器的作用是不失真的放大声音信号（最高频率达到20kHz）。其输入阻抗应远大于输出阻抗。前置放大器要求失真小、通频带宽。 2）电子混响器电子混响器的作用是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。该部分电路有专用电路可以选用，不作设计要求。 3）音调控制器音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低，音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。这部分参考电路较多，要求通过仿真进行选取，并进行必要的计算。 4）功率放大器功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能的大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有单电源供电的OTL电路和正负双电源供电的OCL 电路。有专用集成电路功率放大器芯片。可采用由集成运算放大器和晶体管组成的功率放大器，要求进行必要的计算和计算机仿真。 设计参数 ①放大器的失真度<1%。 ②放大器的功率>1W。 ③放大器的频响为50Hz—20kHz。 ④音调控制特性为自选。 （3）设计要求 1）调研，查找并收集资料。 2）总体设计，画出框图。
3）单元电路设计。 4）电气原理设计---绘制原理图。 5）参数计算——列元器件明细表。 6）用EWB对设计电路进行仿真实验，并给出仿真结果及关键点的波形。 7）撰写设计说明书。 8）参考资料目录。 二、方案设计与论证 2.1 音响模块流图 图2－1电路整体框图 话音放大器：话音放大器的作用是不失真地放大音频信号。 电子混响器：电子混响器是用电路模拟声音的多次反射，产生混响效果，使声音听起来具有一定的深度感和空间立体感。 混合前置放大器：混合前置放大器的作用是将音乐信号和电子混响后的声音信号混合放大。 音调控制器：音调控制器主要是控制、调节音响放大器的幅频特性。 功率放大器：功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL提供一定的输出功率 电路方案的比较与论证 2.2话音放大电路的比较与论证 方案一：采用uA741运算放大器设计电路，uA741通用高增益运算通用放大器，早些年最常用的运放之一。应用非常广泛，双列直插8脚或圆筒8脚封装。工
自动增益控制放大器 一、设计思路描述 本自动增益控制放大器系统以MSP430G2553为控制核心。利用单片机内部ADC10对末级输出信号采样，可由按键控制三种模式以及增益倍数的切换，也可根据采样得到的末级输出信号幅度大小，自动控制DAC7811作为TLC085反馈电阻网络，从而实现对末级自动增益控制。在软件设计中，我们实现三种不同的模式切换： 1.交流手动模式中。根据选择增益倍数不同，我们可以算出不同的code值，将code值传给DAC7811。例如：当我选择0.2倍增益时，那么需要控制前级衰减，同时code值为2048,因此增益倍数Av=0.1*4096/2048=0.2。 2.直流自动换挡模式。根据单片机内部ADC10对输出信号采样幅度大小，自动控制前级是否衰减、控制CD4051选择OPA 2227反馈电阻，从而实现0.2、0.5、 2、5的最大增益倍数。 3.自动增益模式。根据利用单片机内部ADC10对输出信号采样幅度大小自动控制前级是否衰减，控制CD4051选择OPA 2227反馈电阻。 二、硬件电路设计 2.1前级信号衰减电路 VDD
图2.1 前级衰减电路 如图2.1所示，前级衰减电路由CD4051、OPA2227、20K?以及2K?电阻组成，其中CD4051为单刀八掷开关。在该电路中，单片机MSP430G2553通过P1.3口进行对CD4051中两种电阻进行选择，改变OPA2227反馈电阻，从而实现0.1倍与1倍的控制。 在整个电路中，前级衰减电路十分重要，它不仅仅是对输入信号进行衰减，还可以对单片机MSP430G2553进行保护。 2.2末级DAC7811增益自动控制电路 图2.2 DAC7811增益自动控制电路 图2.2为末级DAC7811增益自动控制电路。利用单片机内部ADC10对输出信号经过OPA2340绝对值整形后的波形进行采样，根据幅值控制CD4051选择
题目：音频功率放大器电路 音频功率放大器设计任务 1、基本要求 （1）频带范围 200Hz —— 10KHz，失真度 < 5%。 （2）电压增益 >= 20dB。 （3）输出功率 >= 1 W (8欧姆负载)。 （4）功率放大电路部分使用分立元件设计。 发挥部分 （1）增加音调控制电路。 （2）增加话筒输入接口，灵敏度 5mV，输入阻抗 >> 20 欧姆。 （3）输出功率 >= 10W (8欧姆负载)。 （4）其他。 目录 1 引言····························································· 2 总体设计方案·····················································2.1 设计思路······················································· 2.2 总体设计框图··················································· 3 设计原理分析·····················································3.1设计总原理图 3.2设计的PCB电路图 ··· 1 引言 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。
音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。本次设计旨在熟悉设计流程，达到基本指标。 2 总体方案 根据实验要求，本次设计主要是也能够是用集成功放TDA2030为主的电路 一、电路工作原理 图1所示电路为音频功率放大器原理图，其中TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030使用方便、外围所需元器少，一般不需要调试即可成功。 RP是音量调节电位器，C1是输入耦合电容，R1是TDA2030同相输入端偏置电阻。 R2、R3决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。该电路闭环增益为 （R2+R3）/R2=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C2起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。静态工作点稳定性好。 C4、C5为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。R4、R5称为茹贝网路，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。VD1、VD2是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。 2．电流反馈 电流反馈是指在一个反馈电路中，若反馈量与输出电流成正比则为电流反馈;若反馈量与输出电压成正比则为电压反馈。通常可以采用负载短路法来判断。 从概念上说，若反馈量与输出电压（有时不一定是输出电压，而是取样处的电压）成正比则为电压反馈；若反馈量与输出电流（有时不一定是输出电流，而是取样处的电流）成正比则为电流反馈。在判断电压反馈和电流反馈时，除了上述方法外，也可以采用负载短路法。负载短路法实际上是一种反向推理法，假设将放大电路的负载电阻RL短路（此时，），若
低噪放大器定义： 噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数 F=1（0分贝），其物理意义是输入信噪比等于输出信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。 低噪放大器的原理： 地球站的品质因数（G/T）主要取决于天线和低噪声放大器（LNA）的性能。接收系统的噪声温度Ts是指折算到LNA输入端的系统等效噪声温度，它主要由天线噪声温度TA、馈线损耗LALA 和低噪声接收机噪声三个部分组成。 低噪放大器的应用： 低噪放大器(LNA)主要面向移动通信基础设施基站应用，例如收发器无线通信卡、塔顶放大器(TMA)、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计，并为低噪声指数(NF, Noise Figure)立下了新标竿。目前无线通信基础设施产业正面临必须在拥挤的频谱内提供信号质量和覆盖度的挑战，接收器灵敏度是基站接收路径设计中最关键的要求之一，合适的LNA选择，特别是第一级LNA可以大幅度改善基站接收器的灵敏度表现，低噪声指数也是关键的设计目标，Avago提供了1900MHz下0.48dB同级产品的噪声指数。另一个关键设计为线性度，它影响了接收器分辨紧密接近信号和假信号分别的能力，三阶截点OIP3可以用来定义线性度，在1900MHz和5V/51mA的典型工作条件下，Avago特有的GaAs增强模式pHEMT工艺技术可以带来0.48dB的噪声指数和35dBm的OIP3，在2500MHz和5V/56mA的典型工作条件下，噪声指数为0.59dB，OIP3则为35dBm。通过低噪声指数和高OIP3，这些Avago的新低噪声放大器可以提供基站接收器路径比现有放大器产品更大的设计空间。 LNA经历了早期液氦致冷的参量放大器、常温参量放大器的发展过程，随着现代科学技术的高速发展，近几年已被微波场效应晶体管放大器所取代，此种放大器具有尺寸小、重量轻和成本低的优异特性。特别是在射频特性方面具有低噪声、宽频带和高增益的特点。在C、Ku、Kv 等频段中已被广泛的使用，目前常用的低噪声放大器的噪声温度可低于45K。 在雷达射频接收系统中，对系统性能指标的要求越来越高，其中低噪声放大器是影响着整个接收系统的噪声指标的重要因素。与普通的放大器相比，低噪声放大器作用比较突出，一方面可以减少系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面可以放大系统的射频信号，保证系统正常工作。因此，低噪声放大器的性能制约着整个接收系统的性能，对整个接收系统性能的提高起了决定性的作用。因此，研制宽频带、高性能、更低噪声的放大器，已经成为微波技术中发展的核心之一。 由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F=1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度（绝对温度），致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。
电压控制增益可变放大器（VGA）设计 摘要 本设计以VCA822芯片为核心，加以其它辅助电路实现对宽带电压放大器的电压放大倍数、输出电压进行精确控制。放大器的电压放大倍数从0.1倍到10倍变更，通过电压跟随器确保输入阻抗＞1012Ω。选用高增益带宽积的运放保证放大器的带宽大于15MHz。 关键词：宽带直流放大器；控制电压；电压变换；VCA822； ABSTRACT This experiment is designed with VCA822 chip as the core, with other auxiliary circuit to realize the voltage gain of the broadband voltage magnification, as well as the accurate control of the output voltage. Amplifier voltage magnification changes from 0.1 times to 0.1 times through the voltage follower to ensure that the input impedance > 1012Ω. At the same time, the selection of high gain bandwidth product of the op-amp is to ensure the bandwidth of the amplifier greater than 15 MHZ.
目录 1.系统方案比较与设计 2.理论分析与计算 3.单元电路设计与计算 3.1一级同相放大电路 3.2二级可控放大电路 3.3三级同相放大电路 3.4四级反向放大电路 3.5甲乙类功率放大电路 4.系统测试 5.结论 6.参考文献
低频低噪声高增益放大器 一、基本要求 （1）放大器 a．电压放大倍数200~2000倍，放大倍数可预置步进（间隔不大于200倍），有数字显示额外加分。 b．通频带3kHz~5kHz。 c．放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰—峰值等效到输入端小于800nV。d．最大不失真输出幅度不小于8V。 e．输入电阻不小于1kΩ，输出电阻不大于20Ω。 （2）自制供电电源。单相交流220伏电压供电，电源波动±10%时可正常工作。 （3）自制适合于本放大器测试用的信号源。 发挥部分 （1）电压放大倍数更高、步长更小 （2）等效输入噪声不大于200nV。 （3）等效输入电阻大于10kΩ。 （4）数字显示精度进一步改善 二、方案设计 2.1方案流程图
2.2 信号源制作模块 信号源原理图
信号源效果图 说明：单片机制作4.5KHZ的信号源，为电路提高信号源。 2.3 π网络衰减射随器带通滤波器模块制作 衰减网络 说明：由于单片机制作的信号源输出幅度很大，4V左右，而题目的要求知，信号源提供的电压幅度在10mV左右，因此通过衰减网络达到目的。
射随器 说明：射随器提高输入阻抗，以达到题目指定的要求。 带通滤波器 说明：带通滤波器的范围为3kHz~5kHz，因此可以满足通频带3kHz~5kHz的要求。 2.4 DAC0832程控网络
说明：通过DAC0832实现电压放大倍数200~3000倍的控制，把放大3000倍后的信号作为DAC0832的参考电压，通过数字量实现步进100倍的增益控制。 2.5 后级放大
说明：放大倍数进一步放大，固定放大1000倍。 2.6 电源制作模块
多级放大电路电压增益的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法： 一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联，简称输入电阻法。 二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端，简称开路电压法。 现以图示两级放大电路为例加以说明。 例1：三极管的β1=β2=β=100，V BE1=V BE2=0.7V。计算总电压放大倍数。分别用输入电阻法和开路电压法计算。 解：一、求静态工作点： A 9.3 = mA 0.0093 = mA 7.2 101 ) 20 // 51 ( 7.0 38 .3 ) + (1 + ) // ( ' = e1 b2 b1 BE1 CC BQ1 μ β? + - = - R R R V V I mA 93.0 BQ1 CQ1 = =I Iβ V 26 .7 V )1.5 93 .0 12 ( c1 CQ1 cc B2 C1 = ? - = - = =R I V V V CEQ1cc CQ1c1CQ1BQ1e1cc CQ1c1e1 = 1209378 V47 V ()() (..). V V I R I I R V I R R --+≈-+ =-?= V 96 .7 V )7.0 26 .7( BE2 B2 E2 = + = + =V V V V 47 .4 V )3.4 04 .1( mA 04 .1 mA 9.3/ 04 .4 mA ]9.3/) 96 .7 12 [( /) ( c2 CQ2 C2 e2 E2 CC CQ2 EQ2 = ? = = = = - = - = ≈ R I V R V V I I V 45 .3 V ) 96 .7 47 .4( E2 C2 CEQ2 - = - = - =V V V 二、求电压增益：
任务一 自动增益控制(AGC )电路 任务引入 在调幅接收机接收电台信号时 ,由于各发射台功率有大有小,发射台离接收机的距离远近不一,无线电波传播过程中的多径效应与衰落等原因,使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊,而且往往有很大的起伏变化(约为～倍),有可能在接收微弱信号时造成某些电路(例如检波器)不能正常工作而丢失信号,而在接收强信号时造成放大电路的阻塞(非线性失真)。为此在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路,用来压缩有用信号强度的变化范围。 任务分析 自动增益控制(AGC )电路的作用就是能根据输入信号的电压的大小,自动调整放大器的增益,使得放大器的输出电压在一定范围内变化。 自动增益控制(AGC )电路就是无线电接收设备中的重要电路,用来保证接收幅度的稳定。它一般由电平检测器(峰值检波电路)、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器与可控增益放大器组成。其中可控增益放大器就是实现增益控制的关键。 相关知识 一、自动增益控制电路(AGC)的工作原理 1.AGC 的作用 自动增益控制电路的作用,就是在输入信号幅度变化很大的情况下,自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。 2.AGC 的组成框图 自动增益控制电路的组成框图如图3-5-2所示。
图3-5-2 自动增益控制电路的组成框图 由图可见,自动增益控制电路可以瞧成由反馈控制器与(控制)对象两部分组成,其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器与控制电压产生器组成,被控对象就是可控增益放大器。可控增益放大器的输入信号就就是AGC电路的输入信号,其输出信号,其增益为 增益受控制电压的控制,控制电压就是由电压比较器产生的误差电压经控制电压产生器变换后得到的,增益可写成或,它就是误差电压(或控制电压)的函数。也可以直接用误差电压控制可控增益放大器的增益。 3.AGC各单元电路的功能与基本工作原理 (1)电平检测器电平检测器的功能就是检测出输出信号的电平值,通常由振幅检波器实现,它的输出与输入信号电平成线性关系,其输出电压为。 (2)低通滤波器环路中的低通滤波器具有非常重要的作用。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度的变化就是自动增益控制电路需要进行控制的范围,这些变化比较缓慢,而当输入为调幅信号时,调幅波的幅值变化就是传递信息的有用幅值变化.这种变化不应被自动增益控制电路的控制作用减弱或抵消(此现象称为反调制),由于两类信号的变化频率不同,就可以恰当选择环路的频率响应特性,适当地选择低通滤波器的传输特性,使环路对高于某一频率的调制信号的变化无响应,而对低于这一频率的缓慢变化具有抑制作用。 (3)直流放大器直流放大器将低通滤波器输出的电平值进行放大后送至电压比较器,由于电平检测器输出的电平信号的变化频率很低,例如几赫左右,所以一般均采用直流放大器进行放大。 (4)电压比较器经直流放大器放大后的输出电压与给定的基准电压进行比较,输出误差信号电压,当电压比较器增益为时,服从下列关系式
音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输
出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低
低 频 低 噪 声 高 增 益 放 大 器——设计与报告总结 2012年7月15日 目录： 一．方案设计与论证 A.题目要求和指标分析
B.信号源部分 C.前级放大部分 D.滤波器部分 E.压控放大模块 F.功率放大模块 G.负反馈放大模块 二．电路设计 A.整体电路设计 B.信号源部分 C.前级放大部分 D.滤波器部分 E.压控放大部分 F.功率放大部分 G.负反馈部分 三．测试方法与测试结果 a.仿真部分 b.实测部分 本次设计是以vca810，op07，tda2030，msp430为核心器件的低频低噪声放大器。带宽为3kHz~5kHz,电压放大系数可达200~2000倍，
能保证波形不失真，噪声系数小，性能良好。信号由自制正弦波振荡器产生，经过前级放大，再经vca810进行压控放大，而后经过3阶有源切比雪夫带通滤波器，最后经过tda2030为核心的功率放大器，输出给负载。而由Msp430单片机进行AD采样和DA输出，实现负反馈。设计方案具有放大倍数高，预置步长小，低噪声，数字显示精度高等特点，达到了设计要求，切实可行。 一．方案论证 1.题目要求和指标分析 根据题目要求，设计方案应该实现电压放大，预置步进，数字显示，并且信号的通频带要在3kHz~5kHz,低噪声。综合各项设计指标，将该系统设计为以下模块：信号发生模块，前级放大模块，步进放大模块，滤波器模块，功率放大模块，反馈模块； 具体设计框图如下： 2. 信号源部分 方案1：以为LM358为核心的正弦波振荡器，优点是元器件少，成本低，稳定性好，失真度小，幅度频率可调，常用于音频电路。
基于宽带高增益的放大器设计 陈亮名，杨昆 （西南交通大学四川成都611756） 摘要：文中介绍了一种基于集成运算放大器实现的宽带高增益放大器，本系统创造性地利用两级宽带运放VCA822压控放大，宽带运算放大器OPA690输出，完成了一个通频带50kHz~40MHz ，增益0~68dB 可调的宽带高增益放大器。放大器噪声小，通频带范围宽，最大放大倍数大，后级加入了开关手动切换的自动增益控制电路模块，自制电源降压模块。系统采用多种方式消除了高增益，高频自激。放大器输入输出阻抗均为50Ω，方便和前后级电路匹配。关键词：VCA822；压控增益；自动增益控制；宽带放大器；放大倍数中图分类号：TN721.1 文献标识码：A 文章编号：1674鄄6236（2014）15鄄0146鄄03 Based on broadband high 鄄gain amplifier design CHEN Liang 鄄ming ，YANG Kun （Southwest Jiaotong University ，Chengdu 611756，China ） Abstract:This paper describes an approach based on integrated operational amplifier for wideband high gain amplifier ，this system creative use two wideband voltage controlled amplifier VCA822，with wideband op amp OPA690，completed a passband 50kHz~40MHz ，0~68db adjustable gain broadband high 鄄gain amplifiers.Amplifier noise ，the pass band range ，a large maximum magnification level after adding the switching manual switching automatic gain control circuit module power down module is made.System uses a variety of ways to eliminate the high 鄄gain ，high 鄄frequency self 鄄excited.Amplifier input and output impedances are 50Ω，convenient and front stage circuit match.Key words:VCA822；VCO gain ；AGC ；broadband amplifier 收稿日期：2013-12-02稿件编号：201312007 作者简介：陈亮名（1993—），男，湖南邵阳人。研究方向：自动化。 当代无线通讯领域中，宽带高增益放大器必不可少，但随着电子电路的发展，通信系统对其带内平坦度，增益范围，带宽，噪声等性能指标提出了越来越高的要求。特别是在通行链路的传输中，宽带高增益放大器是其中的关键设备，因为在传输过程中，放大器的特性易受环境，材质，温度噪声等多方面的影响，也就造成该技术的研制设计一直是生活，工业，军用，医疗等多个领域的前沿课题，其研究价值极大。微电子技术，芯片工艺的发展带动了通信电路的进步，宽带高增益放大器被广泛应用于雷达，无线通信，导航，卫星通讯，电子对抗技术等，研究其高频，高增益，低失真，低噪声的放大器特性具有非常重要的意义[1]。目前宽带高增益放大器一般线性度不好，噪声大，设计难，易自激等缺点，文中给出了一种宽带高增益放大器的具体设计及消除自激的方法。 1 系统电路 1.1 系统组成 本宽带高增益放大器由宽带放大模块、自动增益控制模 块、电源模块组成。系统组成框图如图1所示。 1.2宽带放大模块 宽带放大器由两级宽带压控放大器，配合宽带运算放大 器实现，电路原理图见图2。两级构成的宽带压控放大部分完成了0~52dB 动态范围的增益可调，使用进行可调电压放大达到最大电压增益为16dB ，使整体的增益达到68dB 。 VCA822是一款直流耦合型宽频带压控增益放大器，最 大工作频带宽度可到达150MHz ，增益大于40dB 的控制范围，160mA 的输出电流，并且具有优越的噪声特性和高精度的增益控制。放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定[2]。在控制电压的作用下，该器件可提供精确的增益，且按 V /V 线性变化，且有良好的稳定性。同时在后级加入500MHz 的电压反馈型运放OPA690。若只采用1级VCA822直接放大的话，很容易在A v ≥30dB 和高频的时候产生自激，因此，我们采用3级级联分别进行放大的方案。 根据TI 提供的VCA822数据手册，可以决定外围电阻的具体参数。由单级放大倍数Av （max ）=20>10，则1.33k Ω< R f <845Ω；通过Av （max ）=2R f /R G 选择133Ω 自动增益放大器 摘要：本系统有四个模块组成：程控放大器，峰值检测，液晶。程控放大器采用两片AD603接连组成，放大电压增益可达50dB，增益0.2v步进可调，电压增益误差不大于5%。放大器输出无明显失真。峰值测量采用真有效值采样芯片AD637先进行有效值采样，然后通过PCF8951进行AD采样，最后再转换成峰值，液晶采用LCD1602，系统以stc89c51单片机为控制核心，经测试验证，系统运行稳定，操作方便。 关键词：程控放大器，峰值检测，AD采样，单片机。 Abstract：This system has three modules: SPC amplifiers, peak detection, liquid crystal. By two AD603 program-controlled amplifier amplification voltage gain one, can gain 1db stepping 0.2v, adjustable, voltage gain error is not more than 5%. Amplifier output without obvious distortion. Measure true RMS peak by sampling AD637 chip on sampling, then PCF8951 through effective sampling, finally to AD convert peak, LCD USES lcd1602 management system with stc8951 SCM as control core and tested, the system runs stably, convenient operation. Key: SPC amplifier Peak detection AD sampling chip SCM 1. 方案的论证与比较 1.1 设计需求 1.1.1 基本要求 （1）放大器可以从信号发生器或音乐播放器输入音频信号（50Hz~10KHz）， 输出可以带200Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。（20 分） （2）当输入信号幅度在10mV~5V 间变化时，放大器输出默认值保持在2V ±0.2V（有效值）内，波动越小越好。（30 分） （3）可以显示输入信号幅度和频率。（10 分） （4）能够在1V~3V 范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V。（15 分） （5）能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。（15分） （6）其它发挥设计。（10 分） （7）设计报告。（20 分） 1.1.2 发挥部分 文献综述 电子信息工程 高效率音频功率放大器设计文献综述 一、前言 为了节约电路的成本，提高放大器的效率，采用普通的电子元器件设计高 效率音频功率放大器的方法，使用基本的运算放大器，构成PWM路，形成D 类功率放大器，实现了高效率，低失真的设计要求。为了提高电路的抗干扰性能，在设计中使用了电压跟随器，差动放大器，有源带通滤波器等。使设计获 得了良好的效果。 二、主题 在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的 不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放 而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。 音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。 （一）早期的晶体管功放 半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。自从有了晶体管，人们就开始用它制造功率放大器。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，例如，共发射极截止频率fh的典型值为4kHz，大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。这样，放大器的频率响应也就很狭窄，其3dB截止频率通常在10kHz左右，大大影响了音乐中高频信号的重现。再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约，制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管子，所以不得不采用变压器耦合输出。变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难，谐波失真得不到充分的抑制，因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。“还 放大器知识经典问答 放大器知识经典问答（第一部分） 1.什么是开环电压增益？ 开环电压增益是指当放大器输入输出开路时既开环，放大器输出端的电压变化与输入端的电压变化之比。 2.什么是共模抑制比？ 共模抑制比是指放大器对差分电压信号放大倍数与共模电压信号放大倍数之比，单位为分贝（dB）。 3. 什么是输入电流噪声(in)？ 输入电流噪声（Input Current Noise (in )）：是和无噪声放大器的输入并联应用的等效电流噪声。 4. 电压反馈放大器和电流反馈放大器之间有什么区别？ 两种运放的内部电路是不同的，所以对于一个已给的配臵，两种类型运放是没有必要去互换的。电压反馈的运放受制于内部设计，只有非常低的输入偏流，但内部没有限制差分输入电压，仅仅当外部的反馈需要时才会做出限制。相反，对于电流反馈放大器，其差分输入电压受制于内部设计，但并没有限制它的输入偏流为低，所以仅仅当外部反馈需要时才会限制。尽管，大多数高校仍没有授关于电流反馈放大器的基础知识，但使用电流反馈放大器有许多优点，尤其在高速的应用中请看下面的应用笔记: https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/an/OA/OA-30.pdf OA-30,电流电压反馈放大器的比较 https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/an/OA/OA-07.pdf OA-07,电流反馈放大器应用电路指导https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/an/OA/OA-13.pdf OA-13,电流闭环反馈增益分析和性能提高https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/an/OA/OA-15.pdf OA-15, 在运用宽带电流反馈放大器时，频繁失真https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/an/OA/OA-20.pdf OA-20, 电流反馈误判断https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/appinfo/webench/放大器放大器WEBENCH 支持电流模式和电压模式的放大器类型。 5. 开环和闭环之间有什么差别？ “开环增益”实际上是没有反馈的运放的“内部”增益，通常取 1,000 到10，000，000之间的任意值。请看数据手册中的“开环增益”图；“闭环增益”是整个电路的增益，带有由用户选择适当的反馈电阻值选择的反馈，比如“增益为+10”“或"增益为-2 ”。 6. 什么是输出电流？ 输出电流是指运放的输出端得到的驱动负载的电流。它通常是一个功能：输入过驱动，输出电压和电源的相关性、温度。源极和漏极的特性会有所不同。 7. 我选择了轨对轨（Rail-to-Rail）输入/输出（Input/Output）放大器，但是输出并不是一直是负轨，或一直是正轨。我做错了什么吗？ 单词“轨对轨（Rail-to-Rail）”是易令人误解的。完全正确的应该是“几乎是轨对轨”或“非常接近轨对轨”。大多数R-R放大器任一电源轨上的输出电压为从20到200mv，几乎从未有过对轨的。当需要更多的负载电流时，输出要更远离电源电压轨。大多数放大器通过100k ?或更大的负载提供最大输出电压摆动。在产品数据手册中电气特性表和特性曲线上，指定的输出电压波动都是期望值。此外，当通过https://www.doczj.com/doc/4413982703.html,/appinfo/webench/放大器放 摘要 自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。 本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。 本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了详细分析。 关键词：放大器；自动增益控制；电压跟随器；滤波器 目录 摘要 (1) 第1章引言 (4) 第2章自动增益控制 (4) 2. 1自动增益控制 (4) 2.1.1自动增益控制基本概念 (4) 2.1.2自动增益控制的原理 (5) 2. 2自动增益控制放大器 (5) 2. 3本课题的研究内容 (5) 第3章自动增益控制放大器的电路设计 (6) 3. 1方案选择 (6) 3. 2压随器工作原理 (8) 3. 3整流电路工作原理 (8) 3. 4滤波 (9) 3. 5增益控制工作原理 (9) 3. 6电路元器件选择 (10) 3.6.1运算放大器 (10) 3.6.2场效应管的选择 (11) 3.6.3其他元器件的选择 (11) 第4章放大器电路的调试及实验结果 (12) 4. 1放大器电路的调试 (12) 4. 2实验结果及存在问题 (12) 第5章总结 (14) 参考文献 (15) 附录 (15) 致谢 (16) 第1章引言 随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益 控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进 行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输 入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对 输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自 动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大 的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信 号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实 现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自 动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。 第2章自动增益控制 2. 1自动增益控制 2. 1. 1自动增益控制的基本概念 接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接 收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强 时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接 收机的动态范围。 影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射 台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天 电气与电子信息工程学院《电子线路设计与测试B》报告 设计题目：多级音频放大电路的设计与测试专业班级：电子信息工程技术2013（1）班学号： 201330230118 姓名： 指导教师： 设计时间： 2015/07/13～2015/07/17 设计地点：K2—306 电子线路设计与测试B成绩评定表 姓名学号 专业班级电子信息工程技术2013级（1）班 课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 课程设计答辩或质疑记录： 1、对一个音频功率放大器的前置级有什么要求？ 答：要求：一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。 2、试画出利用TDA2030/2030A实现的OTL功率放大器电路？ 答： 3、何为D类功率放大器？D类功率放大器有什么特点？ 答：(1)D类功放也叫丁类功放，是指功放管处于开关工作状态的功率放大器。 (2)特点：效率高、功率大、失真小、体积小。 成绩评定依据： 实物制作（40％）： 课程设计考勤情况（10％）： 课程设计答辩情况（20％）： 完成设计任务及报告规范性（30％）： 最终评定成绩： 指导教师签字： 年月日 目录 《电子线路设计与测试B》课程设计任务书 (4) 一、课程设计题目：多级音频放大电路的设计与测试 (4) 二、课程设计内容 (4) 三、进度安排 (4) 四、基本要求 (5) 五、课程设计考核办法与成绩评定 (5) 六、课程设计参考资料 (5) 多级音频功率放大电路的设计与测试 (6) 一、设计任务 (6) 二、设计方案分析 (6) 1、前置放大器 (6) 2、音调控制电路 (7) 3、功率放大器 (11) 三、主要单元电路参考设计 (11) 1、前置放大器电路 (12) 2、音调控制器电路 (12) 3、功率放大器电路 (14) 四、软件的仿真与调试 (15) 五、原理图与PCB的制作 (16) 六、音频功率放大器的调试 (17) 七、心得体会 (18) 八、附录 (19) 1、元件清单 (19) 2、实物图 (19) 3、文献 (19)单片机自动增益放大器
高效率音频功率放大器设计文献综述【文献综述】
放大器知识经典问答
自动增益控制放大器
音频功率放大器设计(明细)
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