电子技术基础实验
实验报告
学院: 电子工程学院
指导老师: 王玉兰
学生：刘浩
学号： 20150209
签名：
年月日
3.16多级放大电路设计及测试
一、实验目的
1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法
2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法
3.掌握多级放大器性能指标的测试方法
4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法
二、设计要求
用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V, -VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。
三、电路原理图
四、实验原理
1 输入级
采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大器。其零点漂移很小。共模抑制比很高，利于抗干扰。
2主放大级
采用一级PNP管的共射放大电路。方便配置前后级的工作点，保证主放大器位于最佳工作点上。
3 输出级电路
采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。
五、实验步骤
（一）一级电路——差分放大电路设计
1、恒流源设计设IEQ3=1.2 mA，UBQ3=0.7 V，反馈电阻R4=1000欧。
UBQ3由R5,R6分压得到：
×R5 ···················3.16.1
UEQ3=V1-VR5=V1-V1?V2
R5+R6
其中：V1=12 V，V2= - 12V，设R6= 1000欧，由上式可得
R5=1263 欧
仿真结果为：IEQ3=1.293 mA，与计算结果相符。
2、差分电路设计UQ1=UQ2= 0 V，可得UEQ1=UEQ2=- 0.7V
因为IEQ3=1.293 mA=2IEQ1= 2IEQ2，所以IEQ1= IEQ2=0.65 mA
令UCEQ1=UCEQ2=6 V (最佳静态工作点), 取R3=R7
UCEQ1=V1- IEQ1×R7-UEQ1 ···················3.16.2
可得R7约为 10千欧。
为了使输入电阻较大，取R1=R2= 20千欧。
3、动态参数计算（单端输入，单端输出）
交流等效电路为（手画的）：
*用基本放大电路测得晶体管2SC1815(NPN)的 β=127，rbe=5200欧。
Ad=Uo
Ui
=?β×ib×R7
ib×(rbe+rbe+R2)
=β×R7
rbe+rbe+R2
=?41.78
Ri =R1//(2rbe+R2)=12.06 千欧
Ro=R7=10 千欧
仿真结果：
(1)放大倍数
输入为1000Hz的交流信号，有效值Ui=7.07mV,输出有效值Uo=243.23mV
|Ad |=Uo
Ui
=
243.23
7.07
=34.40,与计算值相差不大。
(2)输入电阻
R8 =10千欧，U8=3.319mV, Ui=3.752mV,因此
U8 Ui =R8
Ri
···················3.16.3
由上式得 Ri=11.30 千欧，与计算值相符。
（3）输出电阻
空载电压：Uo=243.232 mV
带一个负载RL=2000欧时的电压Uo’=41.759 mV
计算：
Uo’RL =Uo?Uo‘
Ro
···················3.16.4
由上式得 Ro=9.65 千欧，与计算值相符。
至此为止，差分电路设计完全符合题目要求。
（二）二级电路——主放大级电路设计
没有按书上的电路，自己设计的。电路图如下：
*测得rbe=1585欧，β=127
1、静态工作点设置设IEQ4=2 mA, UCEQ4=14 V
设UCQ= 11 V,则 UBQ=10.3 V ,UEQ=-3 V
（1）由R1和R3分压得
V2?UBQ R1
=
UBQ R3
设R3=103千欧，则R1=17 千欧；
（2）由IEQ4=V2?UCQ R2 得 R2=500欧；
（3）由IEQ4=
UEQ?V1
R6
得 R6=4500欧；
为了避免失真，应适当减小放大倍数，取R6=3000欧。
仿真结果：ICQ=2.09 mA,与设计相符。
2、放大倍数
交流等效电路
Au=
Uo Ui
=?
β×ib×R6ib×rbe
=
β×R6rbe
=240.4
仿真结果|A|=Uo
Ui =989.66
5
=197.9，与计算大致相符
至此为止，主放大级电路设计完全符合题目要求。
(三)三极电路——输出级电路
电路图
这里将R8，R9置0；该电路没有放大倍数，但减小输出电阻。
1输出仿真：如图，输出6.240V，与输入的5 V接近，但是底部有明显失真。
2输出电阻计算
空载电压：Uo =3.45 V
带载RL=1千欧时的电压：Uo’= 2.43 V
有
Uo’
RL
=Uo?Uo‘
Ro
由式得 Ro=420.9 欧，与要求相差很大，现在需要改进。
(1)将二极管短路，波形就没有明显失真了。
然后计算新的输入电阻，Uo=5.0 V,Uo’=4.55 V
由Uo’
RL
=Uo?Uo‘
Ro
得 Ro=98.9欧，勉强接近要求。
至此为止，各级电路设计完成。
(四)组合电路
最终组合电路为：
输出为：（B红色输入，A绿色输出）底部有明显失真
将R7减小到200欧，得到较好的不失真波形，其中交流输出为1.73 V，可得最终放大倍数
A=1730/5=346
六、实验结论及总结
本次仿真实验的输出电阻与最终放大倍数没有打到规定要求，最后测了一下输
出电阻，变成了11.7欧，由于时间关系其他参数不再调试。
经过这次仿真实验，我明白了虽然各级电路的性能已知，但是合成一个电路时，最终结果并不是各级简单的累加，因为各级之间是会互相影响的，以后设计电路要注
意这个问题。
射 频 课 程 设 技 论 文 院系：电气信息工程学院 班级：电信2班 姓名：贾珂 学号：541101030211
1射频小信号放大器概述 射频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，所谓小信号,一是信号幅度足够小,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路来模型化;二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系.从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;. 小信号谐振放大器除具有放大功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有用信号,滤除无用的干扰信号的能力.从这个意义上讲,高频小信号谐振放大电路又可视为集放大,选频一体,由有源放大元件和无源选频网络所组成的高频电子电路.主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器. 其中射频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
第二章基本放大电路 ［教学目的］ 1、了解放大电路的性能指标，掌握单管共射放大电路的工作原理，掌握放大电路的静态、 动态分析与计算方法（图解法、等效电路法） 2、掌握放大电路的三种基本接法及其特点 3、掌握场效应管的等效模型及共源放大电路的原理及特点 ［教学重点和难点］ 1、基本共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的分析及计算 2、BJT放大电路的三种组态特点、FET放大电路的三种组态特点 ［教学时数］8学时 ［教学内容］ 第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标 一、放大的概念 二、放大电路的性能指标 第二节基本共射放大电路的工作原理 一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用 二、设置静态工作点必要性 三、基本共射放大电路的工作原理 四、放大电路的组成原理 第三节放大电路的分析方法 一、直流通路与交流通路 二、图解法 三、等效电路法 第四节放大电路静态工作点的稳定 一、静态工作点稳定的必要性 二、典型的静态工作点稳定电路 三、稳定静态工作点的措施 第五节晶体管单管放大电路的三种基本接法 第六节晶体管放大电路的派生电路 第七节场效应管放大电路
一、场效应管放大电路的三种接法 二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法及分析估算 三、场效应管放大电路的动态分析 四、场效应管放大电路的特点 ［电子教案］ 本章讨论的问题：1.什么是放大？放大电路放大信号与放大镜放大物体意义相 同吗？放大的特征是什么？2.为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的原则是什么？有几种接法？3.如何评价放大电路的性能？有哪些主要指标？4.晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们的特点组成派生电路？ 5.如何根据放大电路的组成原则利用场效应管构成放大电路？它有三种接法吗？ 6.场效应管放大电路与晶体管放大电路有哪些不同处？在不同的场合下，应如何选用放大电路？ 2.1 放大电路的基本概念和放大电路的主要性能指标2.1.1 放大的概念 基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。 1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 2. 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图见图。 放大概念示意图 2.1.2 放大电路的性能指标 (1) 放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。
CMOS二级运算放大器设计 （东南大学集成电路学院） 一．运算放大器概述 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。 它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。 二．设计目标 1.电路结构 最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 图两级运放电路图 2.电路描述 电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。M6 提供给M7 的工作电流。M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。相位补偿电路由M14和Cc构成。M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。 3.设计指标 两级运放的相关设计指标如表1。
表1 两级运放设计指标 三．电路设计 第一级的电压增益： )||(422111o o m m r r g R G A == 第二级电压增益： )||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益： )||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -== 单位增益带宽： c m O C g A GBW π2f 1 d == 偏置电流： 2 13 122121)/()/()/(2??? ? ??-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压： 7 5 6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W == 转换速率： ? ?? ???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min 相位补偿： 12.1)/()/()/()/(1 61311 146 6+== m m m C g g L W L W L W L W g R
微弱信号的多级放大电路 课程设计报告 设计题目：微弱信号的多级放大电路 学院：信息工程学院 专业：网络工程 姓名：赵骞 组长：陈子宇学号： 201324070106 指导教师：杨云 成绩： 2015 年 07月02日
目录 第一章概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2第二章知识扩展????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1 低频电压放大器????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2 集成运算放大器????????????????????????????????????????????????????????????????????5 第三章实验原理??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 第四章电路分析???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 4.1 仿真电路图??????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 4.2两级放大电路静态工作点的测量?????????????????????????????????????????????????10 4.3两级电压放大倍数的测量?????????????????????????????????????????????????????????11第五章安装调试?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 5.1 安装调试过程????????????????????????????????????????????????????????????????????14 5.2 计算结果与分析?????????????????????????????????????????????????????????????????15第六章致谢????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17第七章心得体会?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 第一章概述
集成运算放大器的设计方法 运算放大器电路大全 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电压也可以是3V 也或者会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的运放基本上都是
项目支持：北京市科技攻关项目，农业节水灌溉监测与控制设备研制与开发（D0706007040191）国家“十一五”科技支撑计划农产品流通过程信息化关键技术与系统研发（2006BAD10A04） 国家“十一五”科技支撑计划灌区地下水开发利用关键技术（2006BAD11B05） 微弱信号检测的前置放大电路设计 张石锐1，2，郑文刚2*，黄丹枫1，赵春江2 （1.上海交通大学农业与生物学院上海市 200240 2.国家农业信息化工程技术研究中心北京市 100097） 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求，论文设计了以电流电压转换器，仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路，并利用微弱低频信号进行了测试，得到了理想的效果。 关键字：精准农业、微弱信号检测、仪表放大器、前置放大电路 中图分类号：TN721.5 文献标识码：A The design of preamplifier circuit based on weak signal detection ZHANG Shi-rui1，2，ZHENG Wen-gang2，HUANG Dan-feng1，ZHAO Chun-jiang2 (1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing, 100097, China) Abstract：Combined with the demand of the detection of weak signal in precision agriculture, the article introduced the circuit principle of deigning preamplifier circuit whit I/V Conversion level, instrumentation amplifier level and low-pass filter level. At the same time the article discussed the circuit's noise suppression and isolation according to the characteristics of the weak signal, and gave the method of choosing elements and noise reduction. Finally, gave the design of the weak signal detection pre-amplifier using the program-controlled integrated instrumentation amplifier PGA202. Key words: precision agriculture ，weak signal detection, instrumentation amplifier, preamplifier 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。
第2章基本放大电路例题解析 例2．1三极管组成电路如图2．2(a)～(f)所示，试判断这些电路能不能对输入的交流信号进行正常放大，并说明理由。 解：解此类题要注意以下问题： (1)判别三极管是否满足发射结正偏，集电结反偏的条件，具备合适的静态工作点。对NPN型晶体管构成的电路，集电极电源V CC的正极接集电极C，负极接“地”；对PNP型晶体管构成的电路，集电极电源V CC的负极接集电极C，正极接“地”。 (2)判断有无完善的直流通路。 (3)判断有无完善的交流通路。 (4)在前三步判断得到肯定的结果时，再根据电路给出的参数值计算、判断三极管是否工作在放大区。电路的分析如下： 图(a)电路由NPN管组成，静态情况下发射结无正向偏置，电路没有合适的静态工作点， 图2．2 不具备放大作用。 图(b)电路由NPN管组成，发射结满足正偏条件，但集电结不是反偏，也不具备合适的静态工作点，不能放大。 图(c)电路由NPN管组成，三极管的发射结、集电结满足正偏和反偏的条件，但发射结的偏置电源V BB将输入的交流信号旁路而不能进入三极管b，e间的输入回路，所以尽管电路具备合适的静态工作点，仍不能对交流信号进行正常的放大。 图(d)电路由PNP管组成，三极管发射结正偏，集电结反偏，交流信号能进入b，e间的输入回路，经放大后在输出端出现，放电路能进行正常的放大。 图(e)电路由PNP型管组成，三极管的发射结、集电结均满足放大的偏置条件，输入信
号也能进入输入回路，但输出端无电阻R
c ，故输出交流信号将经电源V CC 被地短路，因此电路也不能进行正常的放大。 图(f)电路由PNP 管组成，三极管的偏置满足放大的条件，二极管VD 为反向偏置，在电路中起温度补偿的作用，放电路能正常的放大。 例2．2 图2．3(a)固定偏流放大电路中，三极管的输出特性及交、直流负载线如图2．3 (b)，试求： (1)电源电压V CC ，静态电流I B 、I C 和管压降V CE 的值； (2)电阻R b 、R C 的值； (3)输出电压的最大不失真幅度V OM ； 解 (1)由图解法可知，直流负载线与输出特性横坐标轴的交点的电压值即是V CC 值的大小，由图2．3 (b)，读得I b ≈20μA ，V CC ≈6V 。由Q 点分别向横、纵轴作垂线，得I C ＝1mA ，V CE ＝3V 。 (2)由直流通路基极回路得 Ω?=?=≈-361030010206A V I V R B CC B 由集射极回路得 Ω=-= k I V V R C CE CC C 3 (3)由交流负载线②与静态工作点Q 的情况可看出，在输入信号的正半周，输出电压V CE 在3V 到0．8V 范围内，变化范围为2．2V ；在信号的负半周输出电压V CE 在3V 到4．6V 范围内，变化范围为1．6V 。输出电压的最大不失真幅度应取变化范围小者，故V OM 为1．6V 。 例2．3 用示波器观察NPN 管共射单级放大电路输出电压，得到图2．4所示三种失真的波形，试分别写出失真的类型。 图2．3
设计指标： A V >250，R i ≥10kΩ，R L =5.1kΩ， BW=50Hz~50kHz ，D<5% 。 设计条件： 输入信号（正弦信号）：2mV≤V i ≤5mV ，信号源内阻：R s =50Ω，电源电压：V CC =12V ； 半导体三极管9013，参数：β=100，r bb ’=300Ω，C μ=5pF ，f T =150MHz ，3V≤V CC ≤20V ， P CM =625mW ，I CM =500mA ，V (BR)CEO =40V 。 1．电路选型： 小信号放大电路选用如图1所示两级阻容耦合放大电路，偏置电路采用射极偏置方式，为了提高输入电阻及减小失真，满足失真度D<5%的要求，各级射极引入了交流串联负反馈电阻。 2．指标分配： 要求A V >250，设计计算取A V =300，其中T 1级A V1=12，A V2=25；R i ≥10kΩ要求较高，一般，T 1级需引入交流串联负反馈。 3．半导体器件的选定 指标中，对电路噪声没有特别要求，无需选低噪声管；电路为小信号放大，上限频率f H =50kHz ，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN 型管9013，取β=100。 4．各级静态工作点设定 动态范围估算：T 1级：im1imax V1252mV, 12,V V A === om1V1im1125284mV V A V ==?=。 T 2级：im2om1V284mV , 25V V A ===， om2V2im22584 2.1V V A V ==?=。
为避免饱和失真，应选：CEQ om CE(sat)C V V ≥+ ；可见 T 1级V CEQ1可选小些，T 2级V CEQ2可选大些。 CQ CQ CM CEQ CM T T I I I I I ≥+12取值考虑：设定主要根据，由于小信号电压放大电路较小； 另从减小噪声及降低直流功率损耗出发，、工作电流应选小些。 T 1级静态工作点确定： T CQ1 T CQ1T CQ1CQ1CQ1BQ1CEQ13k Ω, ',100'30026mV ' 10026 0.963mA 3000300 0.7mA 0.07mA , V 2V>0.12V V r r r I V I r V r r I I I I ββββ ≥=+= ===-?≤ =-====be1be1bb bb be1bb 取依可推得其中，，可求得选， T 2级静态工作点确定： 一般应取CQ2CQ1I I > ，CEQ2CEQ1V V > 选 ：CQ2 CQ2BQ2CEQ21.2mA , 0.012mA , V 4V>3V I I I β == == 5．偏置电路设计计算（设BEQ 0.7V V =） T 1级偏置电路计算： Rb1BQ1BQ1CC 10100.0070.07mA 11 124V 33I I V V ==?===?=取 故：CC BQ1 b1b1 124 114.286k Ω0.07 V V R I --= = = 取标称值120 kΩ 22Rb1b1b110.071200.588mW 前言 (2) 第一章放大器的概述 (2) 1.1多级放大器的功能 (2) 1.2.2设计任务及目标 (2) 1.2.3主要参考元器件 (3) 第二章电路设计原理与单元模块 (3) 2.1设计原理 (3) 2.2设计方案 (4) 2.3单元模块 (6) 第三章安装与调试 (6) 3.1电路的安装 (6) 3.2电路的调试 (7) 第四章实验体会 (7) 结论 (7) 致谢 (7) 参考文献 (8) 附录 (8) 前言 电子技术电路课程设计是从理论到实践的一个重要步骤，通过这个步骤使我们的动手能力有了质的提高，也使我们对电路设计理念的认识有了质的飞跃。本课程设计是对放大器对电压放大的基本应用，我们设计的二级低频阻容耦合放大器严格按照实验要求设计，能够充分满足的电压放大倍数、频带宽、输入输出电阻等实验要求的性能参数，这次课程设计让我们了解了类似产品的内部原理结构。设计时我和搭档设计了二级三极管放大电路、可变放大倍数的二级运算放大器电路等多种方案，由于考虑到器材的限制，我们最终采用了最为简洁的两级运算放大器电路，实现了用最少的元器件实现要求功能。 第一章放大器的概述 1.1多级放大器的功能 随着科技的进步，电子通讯产品越来越多的进入人们视野，小到耳机手机收音机，大到大型雷达都要利用到信号放大器，可以说信号放大器是现代通讯设备的核心器件之一，而多级放大器又是一级放大器的推广，可以克服单级放大器放大倍数不够等诸多问题。耦合形式多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。 直接耦合——耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。 电抗性元件耦合——级间采用电容或变压器耦合。 电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 零点漂移是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参 数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 本设计主要完成：实验要求电压放大倍数大于100倍，实际参数200倍，频带要求为：30Hz~30KHz，实际参数20Hz~150KHz，要求输入电阻大于20千欧，实际为23千欧，要求输出电阻均低于10欧，实际为8欧。 1.2设计任务及要求1.2.1基本要求（1）电压放大倍数大于100倍；（2）电路的频带为：30Hz~30KHz；（3）输出电阻大于20千欧； (4)输出电阻小于10欧； 1.2.2设计任务及目标 （1）综合运用相关课程所学到的理论知识去独立完成课题设计； 摘要 集成电路掩膜版图设计是实现电路制造所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路的功能是否正确，而且也会极大程度地影响集成电路的性能、成本与功耗。 本文依据基本CMOS集成运算放大电路的设计指标及电路特点，绘制了基本电路图，通过Spectre进行仿真分析，得出性能指标与格元器件参数之间的关系，据此设计出各元件的版图几何尺寸以及工艺参数，建立出从性能指标到版图设计的优化路径。运算放大器的版图设计，是模拟集成电路版图设计的典型，利用Spectre 对设计初稿加以模拟，然后对不符合设计目标的参数加以修改，重复这一过程，最终得到优化设计方案。最后根据参数尺寸等完成了放大器的版图设计以及版图的DRC、LVS验证。 关键词：集成电路，运算放大器，版图设计，仿真 ABSTRACT Integrated circuit layout design is an essential design part to realize circuit mask manufacturing, it is not only related to the integrated circuit to function correctly, but also can greatly affect the performance of the integrated circuit, the cost and the power consumption.Based on the basic CMOS integrated operational amplifier circuit characteristic and design target, we have rendered the basic circuit diagram, and simulation by Spectre, the simulated results are derived parameters and their relationship between determining factors, thereby defining a line with the design target domain size and processing parameters, finally we builded an optimization from the performance index to layout design .Operational amplifier IC layout design, is the design model of analog integrated circuit layout . Here we used Spectre to design draft which should be simulated, then modified which do not comply with the design goals of the parameters , repeat the process, and finally get the optimization design scheme. Finally, according to the parameters such as size finished the amplifier layout design and the DRC, LVS verification. KET WORDS: Integrated circuit, Operational amplifier, layout design, Simulation 中北大学 课程设计说明书 学生姓名:罗再兵学号： 0906044151 学院: 电子与计算机科学技术学院 专业: 电子科学与技术 题目: 信号放大滤波电路设计 指导教师：孟令军职称: 副教授 2011 年 12 月 30日 目录 1、设计任务 (2) 2、设计目的 (2) 3、设计方案 (2) 4、参考电路设计与分析 (3) 4.1、同相比例放大器 (3) 4.2、二阶压控电压源低通滤波器 (3) 4.3、二阶压控电压源高通滤波器 (4) 5、信号放大滤波电路 (5) 5.1信号放大滤波电路设计 (5) 5.2信号放大滤波电路仿真 (6) 5.3信号放大滤波电路性能评估 (8) 5.4信号放大滤波电路PCB板图 (8) 6、设计仪器设备 (9) 7、设计心得 (9) 一. 设计任务 1、查阅熟悉相关芯片资料； 2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总放大倍数为12； 3、并通过高通、低通滤波电路滤波； 4、利用PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用multisim 软件仿真。 二. 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和印刷版图。 3、掌握应用multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的 正确性。 三．设计方案 由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大12倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二 阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。设计框架图如下： 信号输入 信号输出 图1 信号放大滤波电路设计方案 图1为信号放大滤波电路设计方案。在这一方案中，系统主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。 由于要求实现信号的3级放大，总放大倍数为12，信号经过同相比例放大器 后放大12倍，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于1）后就可以得到我们所需频段的信号。 同相比例放大器 二阶压控电压源低通滤波器 二阶压控电压源高通滤波器 第二章 基本放大电路 习题解析 2-1试判断图2-48中各电路有无交流电压放大作用？如果没有，电路应如何改动使之具备放大作用。 解：(a)可以； (b)交流通路集电极对地短接； (c)直流通路基极开路，将电容移到B R 的外边即可； (d) B C V V >三极管没有工作在放大状态。 2-2半导体晶体管放大电路如图2-49（a ）所示，已知CC U =12V ，C R =3k Ω，B R =240 k Ω，晶体管的β=40。（1）试根据直流通路估算各静态值（B I 、C I 、CE U ）；（2）如果晶体管的输出特性如图2-64（b ）所示，试用图解法求放大电路的静态工作点；（3）在静态时（i u =0），1C 和2C 上的电压各为多少？并标出极性。 解：(1)由电路的直流通路可知： 12 0.05240 400.05212326CC BE CC B b b C B CE CC c C U U U I mA R R I I mA U U R I V β-= ≈====?==-=-?= (2)在图中画出方程为CE CC c C U U R I =-的直线，和50B I A μ=的曲线交点即为静态工作点。 (3)120.7,C C CE U V U U ==，极性如图中所示。 2-3在题2-2中，若使CE U =3V ，B R 应变为多少？若改变B R ，使C I =1.5mA, B R 应等于多少？在图上分别标出静态工作点。 解：CE CC C C U U R I =- 40123 160123 4012 3201.5 CC CE CC C B C B CC C B C C CE CC B C U U U I I R R U R R k U U U R k I ββββ-∴= ==??∴= = =Ω--?= = =Ω 2-4在图2-49（a ）中，若CC U =12V ，要求静态值CE U =5V ，C I =2mA 。试求C R 和B R 的阻值。设晶体管的放大倍数β=40。 解： 4012 2402 125 3.52 CC B C CC CE C C U R k I U U R k I β?= = =Ω--===Ω 2-5放大电路如图2-50（a ）所示，晶体管的输出特性及放大电路的交、直流负载线如图2-50（b ）所示。试问：（1）C R 、B R 、L R 各为多少？（2）不产生失真的最大输入电压im U 和输出om U 电压各为多少？（3）若不断加大输入电压的幅值，该电路先出现何种性质的失真？调节电路中哪个电阻能消除失真？将阻值调大还是调小？（4）将L R 阻值变大，对交、直流负载线会产生什么影响？（5）若电路中其他参数不变，只将晶体管换一个β值小一半的管子，B I 、C I 、CE U 和 深圳大学实验报告课程名称：模拟电路 实验名称：负反馈放大电路设计 学院：信息工程学院 专业：信息工程班级： 组号：指导教师：田明 报告人：学号： 实验地点 N102 实验时间： 实验报告提交时间： 教务处制 一.实验名称: 负反馈放大电路设计 二.实验目的: 加深对负反馈放大电路原理的理解. 学习集成运算反馈放大电路、晶体管反馈放大电路的设计方法. 掌握集成运算反馈放大电路、多级晶体管反馈放大电路的安装调试及测试方法. 三.实验仪器: 双踪示波器一台/组 信号发生器一台/组 直流稳压电源一台/组 万用表一台/组 四.实验容: 设计一个多级晶体管负反馈放大电路或集成运算负反馈放大电路，性能要求如下： 闭环电压放大倍:30---120 输入信号频率围:1KHZ-------10KHZ. 电压输出幅度≥1.5V 输出电阻≤3KΩ 五.实验步骤: 1.选择负反馈放大电路的类型，一般有晶体管负反馈放大电路、集 成运算负反馈放大电路. 为满足上述放大倍数的要求，晶体管负反馈放大电路最少需要二级放大，其连接形式有直接耦合和阻容耦合，阻容耦合可以消除放大器各级静态工作点之间的影响，本设计采用两者相结合的方式；对于各级放大器，其组态有多种多样，有共发射极，共基极和共集电极。本设计可以采用共发射极-共基极-共集电极放大电路。对于负反馈形式，有电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。本设计采用电压并联负反馈形式。 2.设计电路,画出电路图. 下面是电源输入电路，通过并联两个电容的滤波电路形式，以效消除干扰,保证电路稳定工作，否则容易产生自激振荡。 整体原理图如下： 从上图可以看出来，整个电路由三级放大和一路负反馈回路构成，第一级电路是NPN管构成的共发射极电路，通过直接耦合的方式输出给 运算放大器设计 电子竞赛初赛设计方案姓名：刘俊贤学号：班级： 2019301951 08031301 实验一：用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) 的加法电路 一．实验要求 用集成运放设计一个能实现V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3)的加法电路。设计步骤： （1）根据已知条件，确定电路方案，计算并选取各电路元件参数； （2）在输出波形不失真的情况下，测量输入、输出波形的幅度，使之满足设计要求 二．实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大器件。当外界接入线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 在大多数情况下，将运放看成是理想的，有以下三条基本结论: （1）开环电压增益Av=∞。 （2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V+ = V-，成为虚短。（3）运算放大器同相和反相两个输入端电流可视为0，成为虚断。 三．实验分析设计 题目要求设计能实现 V0=-(4Vi1+3Vi2+2Vi3) U0Ui .. 的加法电路，分析得： （1）输出与输入反相，则采用反相加法运算电路。（2）由基本反相比例放大器的增益公式Auf= =- RfR1 可进一步推出反相加法 运算公式u=-(Rfu+Rfu+Rfu)，则Rf=4 Rf=3 Rf=2，所以设计 0i1i2i3 R1R2R3R1R2R3 Rf=120kΩ,R1=30kΩ,R2=40kΩ,R3=60kΩ （3）Vi1=100mV,Vi2=200mV,Vi3=300mV,三者频率都为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。反相加法运算电路如下图所示： 四、仿真结果 理论计算（峰值）： u0=-(4*100+3*200+2*300)=1600mV 实验测得（峰值）： ' u0=1.590V ' u0≈u0 所以该设计较合理。 实验二 RC文氏桥振荡器输出正弦波 一、实验要求 根据文氏电桥振荡电路原理，设计一个正弦波发生器电路。设计任务： (1) 输出正弦波的振荡频率为1KHZ； (2) 振荡频率的测量值与理论值的相对误差 二、实验原理 文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路，它是一种较好的正弦波产生电路，适用于频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，为了产生正弦波，必须在放大电路中加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构 高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日 目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19) 一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。 二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线 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。模电设计多级放大器
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