摘要
电压可控放大器是随着数字技术发展起来的一种新概念放大技术。由于电压可控放大器增益可数字化调节，因此在工业控制、消费电子以及数字通信领域有着广阔的应用前景。电压可控放大器研究所涉及的频率范围从直流到射频，十分宽泛。但由于经费和实验条件的限制，本文仅以频率小于110KHz的正弦小信号为研究对象，详细介绍了一种实现方便、安全可靠的电压可控放大器硬件电路的设计方法。
本系统主要由放大器单元、自动切换单元、微控制器单元和人机接口单元组成。放大器单元主要由精密仪表放大器AD620组成，完成对预定频带的预定倍数的放大；自动切换单元主要由继电器、三极管和电阻网络组成，完成对预定放大倍数的自动选通；微控制器单元和人机接口配相应的软件完成数字化控制。系统的主要实现了对小于110KHz的正弦小信号的无失真10倍放大；小于100KHz的正弦小信号的无失真50倍、100倍的放大；小于40KHz的正弦小信号的无失真的200倍的放大。这些放大器倍数以及频段通过键盘输入，由MCU自动选通。在这个频段的研究基本能够满足大多数工业控制、消费电子、低频信号采样等的需求。
关键词
电压可控放大器；正弦小信号；单片机继电器
一、总体设计方案
1、系统概述
本系统是以单片机为控制单元，键盘为输入设备，图形点阵液晶显示器为输出设备，通过键盘输入所需放大倍数。单片机读取相应放大倍数后按一定算法自动把输入的数据处理后重新刷新显示到屏幕上，同时在相应的输入输出口上输出控制数据。这些控制数据就控制相应的自动控制部分，自动切换放大倍数。当完成一次操作后，单片机就进行一些初始化，为下一次的操作做准备。
系统详细的工作过程描述如图1-1所示。
二、 系统硬件电路的设计
1、 概述
在许多诸如嵌入式设计、数据采集系统设计、A/D 转换、通信基站、个人消费电子产品中，电压可控放大器的应用非常广泛，电路的集成度越高，系统的可靠性就越强就越有利于占有市场。于是我们考虑低成本、高可靠性的前提下，选择一些外围电路简单、应用方便的芯片。硬件整机原理图见论文附录一。
2、 放大器的设计
（1） 放大器电路部分
放大器电路部分主要由精密仪表放大器AD620，直流转换芯片MC34063组成。 仪表放大电路是由三个放大器所共同组成，其中的电阻 R 与Rx 需在放大器的电阻适用范围內。由于可以固定电阻R ，所以我们可以只调整Rx 来调整放大增益值，其关系如式：
))(21(21V V R
V X
O R
-+
=
仪表放大电路的构成如图2-1所示。
在计算放大倍数时不是完全没有限制的。在应用时必须注意每个放大器的饱和现象（放大器的最大输出电压）。
AD620是众多仪表放大器中的一种。它使用方便，价格合理且自身特性完全符合本文的设计要求。
AD620的频率-增益特性图如图2-2所示。
AD620是只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1～1000的低功耗、高精度仪表放大器。它体积小，为8管脚的SOIC 或DIP 封装；供电电源范围为±2.3V ～±18V ，最大供电电流仅为1.3mA 。AD620的结构图如图2-3所示。
AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大输入失调电压为50μV ，最大
输入失调电压漂移为1μV ／℃，最大输入偏置电流为2.0nA 。G ＝10时，其共模抑
图2-3 AD620的结构图
图2-2 AD620频率特性图
制比大于93dB 。在1KHZ 处输入电压噪声为9nV ，在0.1HZ ～10HZ 范围内输入电压噪声的峰－峰值为0.28μV ，输入电流噪声为0.11pA 。G ＝100时它的增益带宽为120kHz ，建立时间为15μs 。
AD620的增益设置十分方便，只用改变一个外部电阻的阻值就可以了。AD620的增益计算如式所示：
1K 4.49+Ω
=
R
G
G
AD620的应用（见图3-4）非常简便，只需用在1脚和8脚之间连接一个电阻就可以了。AD620本来是差模信号放大器，但是如果在2脚和接地之间连接一个100K Ω的电阻和0.1μF 的电容就可以放大单端信号了。同时在正输入端需连接一个耦合电容。
本例中在1脚和8脚之间连接一个电位器，通过调节电位器观察放大倍数的变化就能直观的了解到AD620易于控制的特性。
AD620应用电路如图2-4所示。
注意：AD620的这种应用需正负电源供电。
（2）负电源电路部分
负电源电路部分主要由DC-DC转换芯片MC34063及外围电路构成。
负电源电路部分的核心元件是MC34063，它是一种价格低廉的单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
MC34063的封装形式为塑封双列8引线直插式，具有以下特点：
1、能在3.0 40V的输入电压下工作。
2、带有短路电流限制功能。
3、低静态工作电流。
4、输出开关电流可达1.5A(无外接三极管)。
5、输出电压可调。
6、工作振荡频率从100HZ至100KHZ。
7、可构成升压降压或反向电源变换器。
由于有大电流的电源开关，MC34063能够控制的开关电流达到1.5A，内部线路包由参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管。
参考电压源是温度补偿的带隙基准源，振荡器的频率由3脚的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反相输入端和振荡器相连的逻辑控制线路置成ON,并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。
MC34063由于其价格低廉、使用方便，所以广为使用。在使用时要注意：如果设置的正当频率较高时，整流二极管应为快速开关二极管，如IN4148。
MC34063应用电路如图2-5所示。
MC34063参数计算如式所示：
)1.25(1R
R V
2
1
out
+
=（输出电压）
Ct(定时电容)：决定内部工作频率如式和所示：
Ton *0.000004
C t
= (工作频率） T
I
I
off
omax
pk
T
**2=
Rsc(限流电阻值)：决定输出电流。如式所示：
I
R pk
sc 0.33
=
I
T V V L
pk
on
ces imin min
*)(-=
（电感）
图2-5 MC34063A 应用电路
C
o
(滤波电容)：决定输出电压波纹系数如式所示：
V
T I C p
p on
o
o
*-=
(波纹系数）
固定值参数如式所示：
1.0V V
ces
= )()(V V V V V T
T c e s
i m i n i m i n
f o o f f on
--+=
Vimin:输入电压不稳定时的最小值.
Vf=1.2V 快速开关二极管正向压降,如IN4148。 通过以上公式计算，得出以下参数计算值： 输入电压：5V 输出电压：-5V 输出电流：100mA 波动电压:200mV 振荡频率：50KHZ
460
C pF
t
=
52
C μF
o
=
470I
mA pk
=
98L
μΗmin
=
0.638
R Ω
sc
=
1
R K Ω
1
=
3
R K Ω
2
=
实际电路测试数据： 输入：+5V 输出：-5.36V
3、自动控制部分
自动控制部分是为了能够通过单片机自动控制放大电路切换电阻，从而自动改变放大倍数而设计的。
自动控制部分是通过单片机的I/O口输出控制信号，分别打开不同的继电器，把不同阻值的电阻连接到AD620的1脚和8脚。通过自动变换1脚和8脚之间的电阻值来自动改变放大器的放大倍数，实现放大器的放大倍数数字可控。
当需要打开K1到K4中的任意一个或多个继电器开关时，只需要在与之对应的单片机的P3^4-P3^7口上输出高电平即可。但对应I/O口上输出高电平时，就会打开由9014构成的三极管开关，从而使继电器线圈接通电源打开继电器。
注意：由于单片机的输入输出口的驱动能力很弱，所以在设计时在单片机的输入输出口上有设计了上拉电阻来加大驱动能力。增加单片机输入输出口驱动能力是为了保证从单片机口上输出的控制信号能够稳定的打开三极管开关。
自动控制部分的原理图如图2-6所示。
4、自动控制放大电路工作过程以及实际测试结果
自动电压控制放大电路由前面讲到的放大器部分和自动控制部分构成。
工作过程：当通过键盘输入相应的放大倍数，单片机内部程序就把该数据进行相关处理（具体处理的软件实现方法见下一章），处理完后在单片机的P3^4-P3^7的对应口上输出高电平时，就会打开与之对应的三极管开关，同时与之对应的继电器就会吸合，把不同阻值的电阻连接到AD620的1脚和8脚之间，从而实现了对放大倍数的数字可控的要求。
在设计初期曾经考虑过用模拟开关和光耦隔离来实现不同阻值电阻的选通。但由于当通过不同频率信号的频率时模拟开关的自身电阻会随之变化，且自身电阻较大，所以不能获得所要求的放大倍数。
最后考虑使用继电器。由于继电器完全是物理上的断开和闭合，所以能够起到很好的隔离作用，用此方法设计的放大器稳定性高。但缺点是是系统的耗电量明显加大，使系统不适合应用在对电源使用要求严格的地方。
实际测试结果：通过在单片机的P3^4-P3^7口上分别输出高电平能够打开不同的继电器。能够实现对小于110KHZ的正弦小信号信号的无失真10倍放大；小于100KHZ 的正弦小信号的无失真50倍、100倍的放大；小于40KHZ的正弦小信号的无失真的200倍的放大的自动控制。
此部分详细原理图见附录一。
5、单片机及外围器件接口电路的设计
单片机及外围器件接口的设计主要是为了提供友好的的人机接口，方便用户的使用。此部分的硬件电路主要由单片机，图形点阵液晶显示器，扫描键盘等组成。这部分的详细硬件连接原理图见附录一。
（1）单片机的选择
经过多方面考虑，决定选用ATMEL公司的AT89S52，它价格低廉，功能强大。同时还支持在线下载程序，减小了开发中对开发工具的要求。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯
片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器8K 字节在系统可编程Flash AT89S52 。
P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL 逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash 编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能如下：
P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出。
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）。
P1.5 MOSI（在系统编程用）。
P1.6 MISO（在系统编程用）。
P1.7 SCK（在系统编程用）。
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发
送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为AT89S52特殊功能。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能如下：
P3.0 RXD(串行输入口)。
P3.1 TXD(串行输出口)。
P3.2 INTO(外中断0)。
P3.3 INT1(外中断1)。
P3.4 TO(定时/计数器0)。
P3.5 T1(定时/计数器1)。
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)。
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)。
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器
件是使用12V编程电压Vpp。
At89s52的引脚图见附录二。
（2）图形点阵液晶显示器的选择
本系统需要编制一个友好的人机界面，所以需要选用点数较多的图形点阵液晶显示器。从价格和使用难易程度考虑，最后选择了深圳市美视发展有限公司的图形点阵液晶显示器MS12864J。
MS12864J是一种图形点阵液晶显示器。它主要采用动态驱动原理由行驱动—控制器和列驱动器两部分组成了128(列)×64(行)的全点阵液晶显示。此显示器采用了COB 的软封装方式，通过导电橡胶和压框连接LCD,使其寿命长，连接可靠。
它还具有以下良好的特性：
1.工作电压为+5V±10% ,可自带驱动LCD所需的负电压。
2.全屏幕点阵,点阵数为128(列)×64(行),可显示8(/行)×4(行)个(16×16 点阵)汉字，也可完成图形，字符的显示。
3.与CPU接口采用5 条位控制总线和8 位并行数据总线输入输出，适配M6800系列时序。
4.内部有显示数据锁存器。
5.简单的操作指令显示开关设置，显示起始行设置，地址指针设置和数据读/写等指令[11]。
MS12864J的读写时序以及结构图详见附录三。
（3）键盘设计方法的选择
键盘作为一种人机接口的实现方式，是很常用的。
一般的实现方法大概有：
1. 外接键盘扫描芯片（例如8279，7279 等等），然后由该芯片来完成去抖、键值读取、中断请求等功能。然后单片机响应中断并读取键值，有的时候也可以采用轮询的方式。
2. 如果按键数比较少，那么可以直接将按键接到单片机的IO 口，然后各按键取逻辑或再送到单片机的中断管脚（对于51 体系），单片机响应中断后再去读取I/O 口的数据。如果单片机的中断向量比较多（例如A VR 系列的单片机，每个I/O都可以作为中断），那么也可以直接把各个按键接到各个具有中断功能的I/O上面。在中断处
理程序中往往需要执行这样一个操作序列：延时一定时间来去抖，如果按键有效那么等待按键释放。
3. 按键较多时，可以选用软件扫描的方法。软件扫描方法即CPU 在一定的节奏下去扫描按键数据线上的信号，然后分析并确定按键事件。扫描节奏一般为20MS。这种方法能够有效节约单片机的I/O口资源。
1、2两种方法都有比较明显的缺陷：
第一种方法需要专门的外围芯片，增加成本，且一般不容易检测按键的按下、释放以及长按键等一些事件。
第二种方法同样不容易检测按键的按下、释放以及长按键等一些事件。且采用软件延时的方式，浪费CPU 资源，很不可取。
由于本系统中使用按键较多，所以综合考虑选用软件扫描的方式设计键盘。
键盘为4*4，分配P0口为键盘使用。
三、系统评价与分析
1、本设计的测试结果：
在硬件实物测试中发现，本系统能通过键盘进行数字设置增益，而且系统软件能够稳定运行；液晶显示器能够显示友好的人机界面、参数设置过程以及设置输出，能够对信号有良好的放大。
当在输入信号为小信号，频段为直流到100KHZ，放大倍数小于100倍时，输出信号几乎无失真。但是当放大倍数为100倍时，在靠近100KHZ出波形由不太明显的失真。当在输入信号为小信号，频段为40KHZ，放大倍数为200倍时，输出信号几乎无失真。
注意：以上测试结果均是在放大器没有出现峰-峰切割失真条件下获得的。如果输入信号过大出现峰-峰切割失真，这是就不能达到要求的放大倍数。
测试结果完全符合设计要求，设计成功。
2、本系统的评价以及应用范围
本系统只设置了四个能自动控制的放大倍数。由于本设计只是对着方面进行一些研究，所以能够实现对放大倍数的数字化可控就可以了。如果实际应用时需要能多的放大倍数只需要扩展等多的继电器接口或者组合打开不同的继电器即可。
电压可控放大器的实现方法有多种，除了本系统使用的用继电器控制的方法外，还有诸如用模拟开关分别选通不同的电阻器，利用A/D转换器选通不同的电阻，用光耦隔离开关控制选通不同阻值电阻等方法。在设计初曾经尝试过用模拟开关和光耦隔离的方法实现，但由于模拟开关以及光耦隔离所谓的断开与闭合只是相对的，断开电阻值不是无穷大，闭合时电阻值不是无穷小，同时他们的电阻值还受到所通过信号的频率的影响，所以用它们实现效果不好，系统不稳定。
本系统中采用的继电器选通的方法能够实现待选通的电阻在电器上的完全隔离。在调试时，只需要调试好每一个电阻对应的放大倍数，系统就能稳定的工作。此中实现方法要明显优于别的实现方法。
但是由于这种设计方法，本系统的应用范围受到了限制。由于使用了大量继电器，致使本系统耗电量加大，所以本系统不适用于对耗电要求很高的系统。但是在供电充足，要求稳定度高的工业控制系统等中会有很好的应用前景。
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附录一自动增益控制部分电路图如下：
附录二AT89S52引脚分部图如下：
附录三MCU从MS12864J读数据时序图如下：
MCU向MS12864J写数据时序图如下：
参加全国大学生电子设计大赛的同学们加 油了！ 低频功率放大器设计与总结报告 作者：王汉光 一、任务 设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率MOS 晶体管。 二、要求 1．基本要求 （1）当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真。 （2）通频带为20Hz～20kHz。 （3）输入电阻为600Ω。 （4）输出噪声电压有效值V0N≤5mV。 （5）尽可能提高功率放大器的整机效率。 （6）具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于5%。
2. 发挥部分 （1）低频功率放大器通频带扩展为10Hz～50kHz。 （2）在通频带内低频功率放大器失真度小于1%。 （3）在满足输出功率≥5W、通频带为20Hz～20kHz的前提下,尽可能降低输入信号幅度。 （4）设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为40～60Hz。在50Hz频率点输出功率衰减≥6dB。 （5）其他。 摘要： 本系统采用了NE5534p作为前级的电压放大电路来给低通功率放大电路提供输入电压，通过低通功率放大电路将功率放大，由双踪示波器对整个系统的输入输出端进行监测，调节可变电阻，使输出波形无明显失真，从而使输出功率达到指定的输出功率要求。输入的频率范围为20Hz~20kHz。 一．概述： 本系统通过信号发生器输入电压为5mV，频率在20Hz~20kHz范围内的信号，对信号进行功率放大，低通功率放大器模块由+/-15V的直流电源提供，通过前级放大电路将输入电压放大，再由低通功率放大电路进行功率放大。在此期间，用示波器监测低通功率放大模块的输入输出端，观察波形是否失真，以及测量最大最小不失真频率。 二．系统工作原理及分析： 此系统由三部分组成，分别为电源模块、前级放大模块、低频功率放大模块。 如图所示：
3.16多级放大电路的设计与测试 一．实验目的 1.理解多级放大直接耦合放大电路的工作原理和设计方法。 2.学习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.掌握再放大电路中引入负反馈的方法。 二．实验预习与思考 基本要求： 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,第二放大级射极电流Ieq4=2-3mA；差分放大器的单端输出不失真电压增益至少大于10倍，主放大级的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10KOhm，输出电阻小于10Ohm，并保证输入级和输出级的直流电流为为零。 三．测试方法 静态工作点、增益、输入、输出阻抗、幅频特性等测试方法请参看前面的教学内容。 四．实验内容 用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出仿真结果。 仿真实验电路： 测得放大电路单端输入电阻约为10KOhm，放大倍率3094.53倍。 由于放大倍率较大，如采用Ui=5mV，10kHz交流电，则放大电压Uo=Ui*Au=15.47V，超出了放大电路的最大输出，因此接下来的仿真实验采用交流电压为100uV，500Hz的交流电源。 测试电路： 2.电路放大倍率的测试
倍Au=3094.53总放大倍数： 测试电路：测试截图：差分输入，输出波形：主放大级输入、输出波形：总输入，输出波形：输入电阻测试2.Ri R U' U 10.372kOhm 49.085uV 10kOhm 100uV :测试电路：测试结果Ro=4.032hm 输出电阻： 370 1850 3.7K 18.5 37K 74K 185K 370K Au(dB) 69.790 69.811 69.798 69.328 67.71 65.573 54.922 46.614 分析电路： 测试结果：
献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要
东北大学秦皇岛分校电子信息系 综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01
课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天
1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。 2. 前言（绪论） 我们通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是上述几种工作状态中最高的。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 3. 系统原理 3.1 高频功率放大器知识简介 在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，
大功率功率放大器电路设计 大功率功率放大器电路设计 一. 设计理念及实现方式 (1)能推4Ω、2Ω等双低音的“大食”音箱以及专业类大粗音圈的各类专业箱。 (2)要省电、噪声小，发热量小。 (3)音质要好，能适合家居使用和专业使用。 第一点的实现就是要有大的推动功率。由于目前居室客厅面积有不断扩大的趋势，100W ×2以下功放已显得有些“力不从心”，所以本功放设计为4ΩQ 时360W ×2，2Ω时720W ×2。 第二点的实现就是电路工作在静态时的乙类小电流，靠大水塘级电容和电阻进行滤波降噪，使功放级噪声极小。而电路的工作状态又决定了电路元件的发热量很小，与一般乙类电路相当。配备的大型散热系统是为了应付连续大功率、低阻抗输出时的安全、可靠。 第三点的实现是本功放板的主要目标。目前公认的是：甲类、MOS、电子管音质好，所以本功放要达到甲类、MOS、电子管的音质。 二.大功率输出的实现 要实现大功率，首先是电源容量要大。本功放配置的电源是在截面积为35mm ×60mm的环形铁心上绕制的环牛。一次侧为1.0mm线绕484圈，二次侧为1.5mm双线并绕100圈。 整流为两只40A全桥做双桥整流，滤波为4只47000 uF电容 2只2.7kΩ电阻并接在正负电源上，使电压稳定在±62V。如电压过高可减小电阻到2.2kΩ，过低可加大电阻到3kΩ，功率用3W以上的。 除电源外，要实现大功率输出，特别是驱动“大食”音箱，要求功放输出电流能力要强，本功放每声道选用6对2SD1037管做准互补输出，可驱动直流电阻低达0.5Ω的“大食”音箱。所以4Ω时360W×2、2Ω时720W×2是有保障的。 三. 甲类、MOS、电子管音质的实现 目前人们公认的甲类、MOS、电子管的音质最好，所以本功放电路设计动态时工作于甲类的最佳状态，偏流随信号大小而同步增减，所以音质是有技术保障的。而在此工作状态下，即使更换几只一般的MOS管，对音质的提高也不明显。下面给出其原理图，如图1所示。从图1上可见到本原理图相当简洁，比一般乙类或甲乙类准互补电路还节省元件。而通过在电路板上改变一只电阻的接法就可方便地在本电路与准互补乙类或甲乙类之间变换。 四.绿色环保概念的实现 对本功放来说，实现低耗电、低噪声污染、低热辐射污染是通过以下措施实现的： (1)本功放空载时只有小电流级工作，而功率管基极电压只有0.45V，基本上是截止的，所以比一般乙类耗电少，属节电型功放。
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；
硬件设计检查列表——Check List 产品名称开发代号 PCB P/N PCB 版本 PCBA P/N PCBA 版本 产品功能简述： 原理图设计部分（参考《电路原理图设计规范》） 1.电路图图幅选择是否合理。（单页，多页）是?否?免? 2.电路图标题栏、文件名是否规范。是?否?免? 3.元件大小、编号、封装是否有规律，是否符合要求。是?否?免? 4.元器件标注（名称，标称值，单位，型号，精度等）是否符合要求是?否?免? 5.元器件摆放和布局是否合理、清晰。是?否?免? 6.器件间连线是否正确，规范。是?否?免? 7.电气连线交叉点放置是否合理。是?否?免? 8.重要的电气节点是否明确标示。是?否?免? 9.重要网络号是否标准清晰。是?否?免? 10.是否对特殊部分添加注释。是?否?免? 11.零件选型是否符合要求（零件封装，可购买性，电压电流是否满足等）。是?否?免? 12.是否设计测试点，Jump点。是?否?免? 13.是否符合ESD保护设计要求。是?否?免? 14.是否符合EMI/EMC设计要求。是?否?免? 15.是否有过流、过压保护设计。是?否?免? 16.元器件选项是否能满足功能设计的功耗，电压，电流的要求。是?否?免? 17.时钟晶振电容是否匹配，晶振选项是否正确(有源、无源)。是?否?免? 18.I/O口开关量输入输出是否需要隔离。是?否?免? 19.上拉、下拉电阻设计是否合理。是?否?免? 20.是否进行过DRC检查。是?否?免? 21.是否存在方框图。是?否?免? 22.是否标注模块名称。是?否?免? 23.原理图层级结构是否合理、清晰。是?否?免? 24.标注部分字体、大小是否合理。是?否?免? 25.零件选型的可采购性。是?否?免? 26.零件选型的可生产性。是?否?免?Designed by：Checked by：Approved by：
低噪声前置放大器电路的设计方法 收藏此信息打印该信息添加：不详来源：未知 前置放大器在音频系统中的作用至关重要。本文首先讲解了在为家庭音响系统或PD A设计前置放大器时，工程师应如何恰当选取元件。随后，详尽分析了噪声的来源，为设计低噪声前置放大器提供了指导方针。最后，以PDA麦克风的前置放大器为例，列举了设计步骤及相关注意事项。 前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟应该采用哪些元件才恰当？ 元件选择原则 由于运算放大器集成电路体积小巧、性能卓越，因此目前许多前置放大器都采用这类运算放大器芯片。我们为音响系统设计前置放大器电路时，必须清楚知道如何为运算放大器选定适当的技术规格。在设计过程中，系统设计工程师经常会面临以下问题。 是否有必要采用高精度的运算放大器？ 输入信号电平振幅可能会超过运算放大器的错误容限，这并非运算放大器所能接受。若输入信号或共模电压太微弱，设计师应该采用补偿电压(Vos)极低而共模抑制比(CMRR)极高的高精度运算放大器。是否采用高精度运算放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用较高准确度的运算放大器。 运算放大器需要什么样的供电电压？
这个问题要看输入信号的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出要求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比(PSRR)会影响运算放大器的准确性，其中以采用电池供电的系统所受影响最大。此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。 输出电压是否需要满摆幅？ 低供电电压设计通常都需要满摆幅的输出，以便充分利用整个动态电压范围，以扩大输出信号摆幅。至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的解决办法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，原因是共模电压(Vcm)永远小于输出范围或等于零(只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器)。增益带宽的问题是否更令人忧虑？ 是的，尤其是对于音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。事实上，体现音频器件性能的重要技术参数如低总谐波失真(TH D)、快速转换率(slew rate)以及低噪声等都是高增益带宽放大器所必须具备的条件。 图1，建议选用的放大器 深入了解噪声 在设计低噪声前置放大器之前，工程师必须仔细审视源自放大器的噪声，一般来说，运算放大器的噪声主要来自四个方面： 热噪声(Johnson)：由于电导体内电流的电子能量不规则波动产生的具有宽带特性的热噪声，其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的关系。对于电阻及晶体
多级低频电压放大器设计 姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间 ※※※※※※※※ ※ ※ ※ ※※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※※※※※ 2013级 模拟电子技术课程设计
摘要 本设计采用二级高通运算放大器的设计思路，分别设计了二级运算放大电路、可变放大倍数的二级运算放大电路等多种方案，并应用放大器对电压放大的特点，要求电压在满足放大倍数的前提下，对大于10KHz高频的信号进行选取，并运用多级反相放大器对电压进行放大。并且多级电压放大倍数等于组成它的各级电路电压放大倍数之积。其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。在求解某一级的电压放大倍数时应将后级输入电阻作为负载。我们经常听广播，当我们选台时其实是对不同的频率的信号进行选择，对信号的选择这时我们就要用到多级低频电压放大器的实现。根据所选信号的频率范围可分为低通、高通、带通、带阻。这其中带通是允许每一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，而消除高频段和低频段的干扰和噪声，经常用与抗干扰设备的组成中。 由于多级放大倍数等于各级放大倍数之积算出所需要的电路，并通过对设计的电路图经过Multisim仿真运行后，得到了放大倍数大于600倍，频率大于10KHz的符合要求的高频输出波，因此可以确定此次电路设计可以满足要求。 关键词：多级放大滤波
目录 第1章设计任务与要求.....................错误！未定义书签。第2章方案与论证. (1) 第3章设计电路图......................错误！未定义书签。第4章调试分析.. (3) 第5章结论与心得 (4) 参考文献 (5)
运算放大器的电路仿真设计 一、电路课程设计目的 错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。 二、实验原理说明 （1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电 压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。 （b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。
理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、 电路设计内容与步骤 如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：
V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,， 与理论结果相同． 但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结 果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。 四、 实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。
课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：成绩：__________________ 实验名称：仪用放大器的应用电路设计类型：___________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.学习并了解仪用放大器与运算放大器的性能区别。 2.掌握仪用放大器的电路结构及设计方法。 3.掌握仪用放大器的测试方法。 4.学习仪用放大器在电子设计中的应用。 二、实验内容和原理 1. 仪用放大器 仪用放大器是一种精密差动电压放大电路。 在实际的生产生活中，实际的信号获取单元经常需要面对强噪声背景下的微弱信号，这些强噪声将以共模的形式进入测量单元。虽然运放具有共模抑制比，但信号电压和共模电压一起被传送到输出端，将降低放大器的有效输出范围。 2.基本差动放大器与带输入缓冲的差动放大器 基本差动放大器：带输入缓冲的差动放大器： 3.标准的三运放构成的仪用放大器 造成差动放大器误差的两个主要因素为：运算放大器的参数和电阻器匹配的精确度。 若在输入运算放大器周围增加匹配电阻，把增益设臵放在前端实现，就构成了仪用放大器。 仪用放大器的传输函数为：
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，来提高共模抑制比。 4.单片仪用放大器 5.双孔梁应变式传感器 力传感器单元是这个实验的传感器，为信号输入部分。它内部含有由4个全桥电路。
实验七多级交流放大器的设计 一．实验目的 1．学习多级交流放大器的设计方法。 2．掌握多级交流放大器的安装、调试与测量方法 二．预习要求 1．根据教材中介绍的方法，设计一个满足指标要求的多级交流放大器，计算出多级交流放大器中各元件的参数，画出标有元件值的电路图。 2．预习多级交流放大器的调试与测量方法，制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．实验原理 当需要放大低频范围内的交流信号时，可用集成运算放大器组成具有深度负反馈的交流放大器。由于交流放大器的级与级之间可以采用电容耦合方式，所以不用考虑运算放大器的失调参数和漂移的影响。因此，用运算放大器设计的交流放大器具有组装简单、调试方便、工作稳定等优点。 如果需要组成具有较宽频带的交流放大器，应选择宽带集成放大器，并使其处于深度负反馈。若要得到较高增益的宽带交流放大器，可用两个或两个以上的单级交流放大器级联组成。 在设计小信号多级宽带交流放大器时，输入到前级运算放大器的信号幅值较小，为了减小动态误差，应选择宽带运算放大器，并使它处于深度负反馈。由于运放的增益带宽积是一个常数，因此，加大负反馈深度，可以降低电压放大倍数，从而达到扩展频带宽度的目的。由于输入到后级运放的信号幅度较大，因此，后级运放在大信号的条件下工作，这时，影响误差的主要因素是运放的转换速率，运放的转换速率越大，误差越小。 四．设计方法与设计举例 1．设计方法与步骤： 169
170 （1）确定放大器的级数n 根据多级放大器的电压放大倍数A u Σ和所选用的每级放大器的放大倍数A ui ，确定多级 放大器的级数n 。 （2）选择电路形式 （3）选择集成运算放大器 先初步选择一种类型的运放，然后根据所选运放的单位增益带宽BW ，计算出每级放大 器的带宽。 ui Hi A BW f = （1） 并按（2）式算出。 121 ' -=n Hi Hi f f （2） 多级放大器的总带宽H f 必须满足： 'Hi H f f ≤ （3） 若'Hi H f f >，就不能满足技术指标提出的带宽要求，此时可再选择增益带宽积更高的 运放。一直到多级放大器的总带宽H f 满足（3）式为止。 当所选择的运放满足带宽要求后，对末级放大器所选用的运放，其转换速率R S 必须满足： om R U f S ?≥max 2π （4） 否则会使输出波形严重失真。 （4）选择供电方式 在交流放大器中的运放可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源供电与正 负双电源供电的区别是：单电源供电的电位参考点为负电源端（此时负电源端接地）。而正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值（当正负电源的电压值相等时，参考电位为零）。 （5）计算各电阻值 根据交流放大器的输入电阻和对第一级电压放大倍数的要求，先确定出第一级的输入 电阻和负反馈支路的电阻，然后再根据第二级电压放大倍数的要求，确定出第二级的输入电阻和负反馈支路的电阻。按此顺序，逐渐地把每级的电阻值确定下来。 （6）计算耦合电容 当信号源的内阻和运放的输出电阻被忽略时，信号源与输入级之间、级与级之间的耦 合电容可按下式计算。 i L R f C π2)10~1(= （5） 上式中，i R 是耦合电容C 所在级的输入电阻。类似地输出电容可按下式计算。 L L R f C π2)10~1(= （6） 2．设计举例
经验分享：硬件电路怎么设 计
1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb ，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信
号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept & allegro 是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有： 1)原理图设计。 2)pcb设计。 3)制作BOM表。 现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。 要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚 ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital
电工电子技术课程设计报告 题目：多级放大电路的设计 二级学院机械工程学院 年级专业 14 动力本 学号 1401250029 学生姓名周俊 指导教师张云莉 教师职称讲师 报告时间：2015.12.28
目录 第一章．基本要求和放电电路的性能指标 (1) 第二章．概述和任务分析 (5) 第三章．电路原理图和电路参数 (6) 第四章．主要的计算过程 (9) 第五章．电路调试运算结果 (11) 第六章．总结 (12) 制作调试步骤及结果 (12) 收获和体会 (13) 第七章．误差和分析 (14) 第八章．参考文献 (15)
第一章．基本要求和放电电路的性能指标 1. 基本要求： 用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知V CC =+12V, -V EE =-12V ，要求设计差分放大器恒流源的射极电流I EQ3=1~1.5mA ，第二 级放大射极电流I EQ4=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10k Ω，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。 2. 放电电路的性能指标： 第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。 1.1第一种类型的指标： 1.放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值： （1-1） 1.
硬件电路原理图设计审核思路和方法 1、详细理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要 求； 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，对CPU进行选型，CPU 选型有以下几点要求： a）性价比高； b）容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多； c）可扩展性好； 3、针对已经选定的CPU芯片，选择一个与我们需求比较接近的成功 参考设计，一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证，比如440EP就有yosemite开发板和 bamboo开发板，我们参考得是yosemite开发板，厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方，CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的，当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同，可以细读CPU芯片手册和勘误表，或者找厂商确认；另外在设计之前，最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证，如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的；但要注意一点，现在很多CPU 都有若干种启动模式，我们要选一种最适合的启动模式，或者做成兼容设计；
4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型，元器件选型应该遵守 以下原则： a）普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷偏芯片，减少风险； b）高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，减少成本； c）采购方便原则：尽量选择容易买到，供货周期短的元器件； d）持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件；e）可替代原则：尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件；f）向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件； g）资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚； 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改，修改时对于每 个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计，如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的，那么基本可以放心参照设计，但即使只有一个参考设计与其他的不一样，也不能简单地少数服从多数，而是要细读芯片数据手册，深入理解那些管脚含义，多方讨论，联系芯片厂技术支持，最终确定科学、正确的连接方式，如果仍有疑义，可以做兼容设计；这是整个原理图设计过程中最关键的部分，我们必须做到以下几点： a）对于每个功能模块要尽量找到更多的成功参考设计，越难的应该越多，成功参考设计是“前人”的经验和财富，我们理当借鉴吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起点；
电子线路CAD短学期 设计报告 学院：电子信息学院 学号： 15041523 班级： 15040211 姓名：卢虎林 日期： 2017年3月11日
一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下： 差模电压增益：1000(5V/5mV)； 差模输入阻抗： >10MΩ； 共模抑制比：80dB； 通频带：0.05Hz～250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由
于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。
题目五：实用低频功率放大器 一、设计任务与要求: (一)、任务： 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。 其原理示意图如下： (二)、要求： 1．在放大通道在正弦信号输入电压幅度为(5-700)mV，等效负值载电阻R1。：812下，放大通道应满足： a、额定输出功率P oK≥10W； b、带宽BW≥(50-1000)HZ； c、在P oK下和BW内的非线性失真系数≤3％； d、在P oK下的效率≥55％； e、在前置放大级输人端交流短路接地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mV。 2。自行设计并制作满足设计要求的稳压电源。 (三)、发挥部分(选作部分)： 1. 测放大器的时间响应： a、方波发生器：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波。频率为1000HZ；上升和下降时间1≤uS；峰一峰值电压为200mV b、用上述方波激励放大通道时，在R8下，放大通道应满足 (1)、额定验出功率P ok≥10W； (2)、P oK下，输出波形上升或下降时间12≤uS； (3)、在P oK下，输出波形顶部斜降≤2％ (4)、在P oK下，输出波形过冲电压≤5％ (四)、设计电路、画布线图、编写调试步骤以及调试方法：根据任务要求，设计该低频功率 放大电路及电源电路，要求有电路、有参数及设计过程，画出布线图，并在面包板上插接、调试。 (五) 答辨： 答辨前必须完成下列资料 1．设计说明书：方案选择、设计过程、原理图、布线图及说明； 2．总结调试方法、测试技术指标： 整理原始记录数据 故障处理、(出现何现象、原因及解决办法)。 (六)、参考元器件型号： STK465 集成功率放大电路 uA741 0P-27／0P-37 电阻、电容、电位器、稳压块等。
摘要 电子设备中，往往需要放大微弱的信号，这主要是通过放大电路实现的。基本放大电路由单个晶体管或场效应管构成，为单级放大电路，其电压放大倍数可以达到几十倍。而当信号非常微弱时，单级放大电路无法满足放大需求，此时我们把若干个单级放大电路串接在一起，级联组成多级放大电路。 本文主要研究多级放大电路的分析与设计，根据各级电路级间耦合方式的不同，分别设计了直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路和光耦合放大电路，分析了电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等指标特性。在此基础上，讨论了差分放大电路以及消除互补输出级交越失真的方法。 最后，以前面的讨论为基础，设计了一款具有差分输入的多级放大电路，对电路性能指标进行了设定，并分析了各部分的作用。
2.1直接耦合多级放大电路的设计 2.1.1 设计原理 根据设计要求，本设计主要采用两级放大，为了传递变化缓慢的直流信号，可以把前级的输出端直接接到后级的输入端。这种连接方式称为直接耦合。如图2.1所示。直接耦合式放大电路有很多优点，它既可以放大和传递交流信号，也可以放大和传递变化缓慢的信号或者是直流信号，且便于集成。实际的集成运算放大器其内部就是一个高增益的直接耦合多级放大电路。直接耦合放大电路，由于前后级之间存在着直流通路，使得各级静态工作点互相制约、互相影响。因此，在设计时必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使各级有合适的工作点。
图2.1 直接耦合两级放大电路 通常在第二级的发射极接入稳压二极管，这样既提高了第二级的基级电位，也使第一级的集电极静态电位抬高，脱离饱和工作区，可以使整个电路稳定正常的工作，稳定三极管的静态工作点。 但是在一个多级放大电路的输入端短路时，输出电压并非始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。产生零漂的原因有很多，主要是以下两点：一方面，由于元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化；另一方面，即使温度不变化，元器件长期使用也会使远见老化，参数就会发生变化，由温度引起的叫做温漂，由元器件老化引起的叫做零漂，在多级放大电路中，第一级的影响尤为严重，它将被逐级放大，以至影响整个电路的工作，所以零漂问题是直接耦合放大电路的特殊问题。 解决零漂的方法有很多种，例如引入直流负反馈来稳定静态工作点，以减小零漂；利用温度补偿元件补偿放大管的零点漂移，利用热敏电阻或二极管来与工作管的温度特性相补偿；利用工作特性相同的管子构成对称的一种电路—差动放大电路，这是最为行之有效的方法，故本次设计采用差动放大电路来设计实现。