测量放大器的设计与仿真

测量微弱信号的放大电路设计要点与技巧测量微弱信号是科研领域中常见的实验任务之一，而放大电路设计则是实现这一目标的关键。

在本文中，我将探讨一些测量微弱信号的放大电路设计要点和技巧，希望能为科研工作者提供有益的指导。

首先，了解信号的性质至关重要。

微弱信号通常在低频范围内，并且很容易受到环境干扰。

因此，在设计放大电路时，要考虑选择适当的频率带宽。

一般来说，带宽应该比信号频率的两倍高，这样能够有效地避免高频噪声的干扰。

其次，选择合适的放大器是成功设计放大电路的关键。

低噪声放大器是测量微弱信号的理想选择，因为它们能够增加信号的幅度同时减少噪声的干扰。

常见的低噪声放大器包括运算放大器和差动放大器。

运算放大器广泛应用于各种测量仪器中，而差动放大器则在抵抗共模噪声方面表现出色。

此外，合理设置放大器的增益也是非常重要的。

过高的增益可能会引入更多的噪声，因此需要在信号幅度和噪声干扰之间寻找一个平衡点。

经验表明，设置适当的增益可以确保信号得到放大，同时保持噪声干扰的最低程度。

在设计放大电路时，还需要注意地线的布局和连接。

地线是将电路与外界连接的重要通道，不良的地线布局可能导致干扰信号的引入。

因此，要确保地线布线短小粗直，尽量减少环路面积，以减少可能引入的噪声干扰。

此外，选择合适的滤波器也是测量微弱信号的成功关键之一。

滤波器能够消除信号中的杂散噪声，从而提高信噪比。

常见的滤波器类型包括低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

不同的信号频率需要不同类型的滤波器，因此在设计放大电路时要仔细选择合适的滤波器。

最后，校准和调整放大电路也是设计过程中的关键环节。

由于不同的器件走线、元件容差等原因，放大电路可能存在一些偏差。

因此，需要通过校准和调整来保证放大电路的准确性和稳定性。

校准过程中需要使用特定的校准仪器和设备，例如示波器和信号发生器。

综上所述，设计测量微弱信号的放大电路需要特别关注信号性质、放大器选择、增益设置、地线布局、滤波器选择和校准调整等方面。

bjt晶体管放大器设计仿真实验报告实验目的：通过仿真和设计实验掌握BJT晶体管放大器的特性，了解放大器的基本结构和原理，使用Multisim进行模拟电路的设计和验证。

实验器材：电脑、Multisim软件实验原理：BJT晶体管放大器BJT晶体管放大器是工程中常用的放大器之一，其结构简单，易于实现，所以被广泛应用。

BJT晶体管的放大器基本参数有增益、输入阻抗、输出阻抗等，这些参数与负载、元器件选型等有关。

BJT晶体管放大器包括三个区域：基区、发射区、集电区。

当正向偏置（即基极正向，发射极负向，集电极正向）时，电子从发射区向基区注入，由于集电区厚度较大，电子大量扩散到集电区，形成电流放大效应。

由于收集极为多数载流子的主要地方，所以放大器的电流一般从集电极注入。

实验步骤1. 设计放大器的电路图，包括输入端、BJT晶体管、输出端、偏置电路等。

2. 选择合适的电阻值，偏置电压、负载等元器件参数。

3. 使用Multisim软件按照电路图布局放置元器件，并将元器件的参数输入Multisim 中。

4. 设置测量点，并对电路进行仿真分析。

5. 分析仿真结果，调整电路参数，优化电路。

6. 记录仿真结果并写出实验报告。

实验内容1. 设计一个以晶体管为核心的放大电路，要求两个输出端之间的放大系数应不小于100，放大器的直流通路电路使用以2mA为中心的工作点，增益、输入阻抗、输出阻抗等参数要求在电阻值误差的5%以内。

2. 使用Multisim仿真软件模拟电路。

3. 优化电路参数，得出满足实验要求的电路。

实验步骤及结果1. 电路设计根据实验要求，我们设计了以下电路图：其中，RE1、RE2为两个发射极稳流器。

根据放大器的基本公式，我们可以计算出电路中各电阻的取值：R1=261ΩR2=1.1kΩR3=121kΩR4=6.5kΩR5=8.2kΩR6=39kΩR7=360ΩR8=4.7kΩ在仿真时，我们将R1、R2看作是一个整体R1//R2=228.1Ω，R6与R8也是一个整体，即R6//R8=8.81kΩ。

放大电路设计与分析实验报告实验目的：1. 熟悉放大电路的设计和分析方法。

2. 掌握放大电路的参数计算和实验测量方法。

3. 理解各种放大电路的特点和应用场合。

实验原理：放大电路是电子电路的重要组成部分。

它可以将小信号放大到较大幅度，从而实现信号增强、波形整形、滤波等功能。

放大电路一般由一个放大器和其它元器件组成。

放大器的基本功能是将输入信号放大到一定程度，同时不改变其波形和频率。

按照输出信号的特点，放大电路可以分为音频放大电路、射频放大电路、功率放大电路等。

在放大电路中，放大器是核心部件。

一般来说，放大器的增益和频率响应是其最重要的特性。

增益是指输出电压和输入电压之比，通常用分贝(dB)表示。

频率响应是指输出信号的幅度和频率之间的关系。

在一定频率范围内，放大器的增益和频率响应应该保持稳定。

在放大电路设计中，需要注意以下几个方面：1. 输入阻抗和输出阻抗的匹配。

2. 偏置电路的设计，确保放大器的工作状态稳定。

3. 常用的放大电路拓扑结构，如共射放大电路、共基放大电路、共集放大电路等。

实验仪器：1. 双踪示波器。

2. 函数信号发生器。

3. 直流稳压电源。

4. 万用表。

5. 电阻箱、电容箱。

实验步骤：1. 搭建共射放大电路。

将三极管(NPN型)作为放大器核心部件，外加偏置电路和输入、输出电容等元器件。

其中，偏置电路应该满足三极管工作状态的要求，即基极电压为正，发射级和集电级处于正向偏置状态。

输入电容应该滤除输入信号中的直流分量，输出电容应该防止信号向下级传播时对下级线路产生影响。

将电路连接到直流稳压电源、函数信号发生器和示波器上，调整函数信号发生器的幅度和频率，记录电路的输入信号与输出信号的波形和幅度，计算电路的增益和频率响应曲线。

2. 搭建共基放大电路。

将三极管(PNP型)的基极接到地电平上，集电级接到负电源电平，发射级接到输入电源，外加输出电容和输入电容等元器件。

其中，输出电容应该防止信号向下级传播时对下级线路产生影响，输入电容应该滤除输入信号中的直流分量。

高频功率放大器设计及应用摘要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。

本文介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用电子设计工具软件 Proteus对丙类功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。

关键词：高频功率放大器应用、功率放大器原理、高频功率放大器仿真设计1. 引言高频功率放大器是无线电发射机末端的重要部件 ,是评价通信系统性能的重要参数。

近年来 ,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现 ,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。

利用Proteus软件工具进行高频功率放大电路的设计 ,通过仿真结果对电路的特性进行分析 , 并逐步完善电路。

2. 高频功率放大器应用功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。

以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。

在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。

而用于家庭的hi－fi音乐欣赏，av系统放音，以及卡拉ok娱乐的功放，通常我们称为家用功放。

随着行动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝芽(Bluetooth)的普及化，高频电子设备已经成为生活中的必需品，而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。

由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升，使得高频电路的特性获得大幅的改善。

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 放大器非线性失真研究装置设计与测试臧竞之　李希平杭州广安汽车电器有限公司 浙江省杭州市 311402摘 要： 基于STM32F334单片机设计制作的一个放大器非线性失真研究装置。

该设计采用晶体管放大电路将信号源放大，使用四双向模拟开关（CD4066BM）做模拟开关，利用单片机自带ADC采集电压变化，用FFT 算法实现的低频谐波失真度的测量。

使用THD的计算公式计算出线性放大器的“总谐波失真”近似值。

通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度并且可以通过按键进行波形选择。

关键词：STM32F334单片机　晶体管　ADC采集　FFT算法1　系统方案论证1.1　方案描述信号源输出频率为1kHZ、峰峰值为20mV的正弦波，通过晶体管放大电路放大到峰峰值不小于2V，频率为1kHZ的无明显失真正弦波形，顶部失真波形，底部失真波形，双向失真波形，交越失真波形这5种波形[1]。

通过ADC采集电压变化，用FFT算法实现的低频谐波失真度的测量，使用THD计算公式计算出非线性失真的输出的“总谐波失真”近似值。

通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度。

如图1所示。

1.2　方案比较与选择1.2.1　失真度测量方法的比较与选择方案一：失真度计以模拟法为基础，采用基于基波抑制原理的基波抑制方法，通过频率选择性无源网络抑制基波，并从抑制基波后的总均方根电压和均方根谐波电压中计算失真度，基波抑制法构成的失真度测量仪可以解决频率范围为100Hz～10KHz、失真度为1×10-5～100％的总体谐波失真测量，测量准确度为±5％～±30％左右，测量较为方便。

方案二：采用快速傅立叶变换（FFT）算法对量化后的信号进行处理，得到基波和各次谐波的电压，从而计算出失真度[2]。

为了提高非整周期采样条件下失真度测量的精度，可以采用准同步法对被测信号的基波和谐波电压进行精确测量。

微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。

但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。

本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。

1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。

(1)光伏模式，如图1 (a)。

此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。

本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。

(2)光导模式，如图1(b)。

这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。

当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。

可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。

这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。

从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。

经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。

在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。

实验二负反馈放大器设计与仿真1.实验目的（1）熟悉两级放大电路设计方法。

（2）掌握在放大电路中引入负反馈的方法。

（3）掌握放大器性能指标的测量方法。

（4）加深理解负反馈对电路性能的影响（5）进一步熟悉利用Multisim仿真软件辅助电路设计的过程。

2.实验要求1）设计一个阻容耦合两极电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mv)，负载电阻1kΩ,电压增益大于100。

2）给电路引入电压串联负反馈：①测试负反馈接入前后电路的放大倍数，输入输出电阻和频率特性。

②改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

3.实验内容反馈接入前的实验原理图：1.放大倍数：Au=0.075V/0.707mV=106.0822.输入电阻：Ri=0.707mV/94.48nA=7.483kΩ3.输出电阻：Ro=0.707V/143.311nA=4.934kΩ4.频率特性：fL=357.094Hz,fH=529.108kHz输出开始出现失真时的输入信号幅度：19.807mV反馈接入后的实验电路：开关闭合之后：1.放大倍数：Af=7.005mV/0.707mV=9.9082.输入电阻：Ri=0.707mV/0.198uA=3.57kΩ3.输出电阻：Ro=0.707mV/0.096mA=7.364Ω4.频率特性：fL=67.134Hz,fH=6.212MHz输出开始出现失真时的输入信号幅度≈197mV4.理论值分析由于三极管2N2222A的β=220，所以反馈接入前第一级rbe1=rb+βVT/Ic=6.7kΩ第二级rbe2=rb+βVT/Ic=6.5kΩ第二级输入电阻Ri’=R8||(R7+40%R13)||rbe2=3.65kΩ放大倍数Au=βR4||Ri’*R9||R12/([rbe1+(1+β)R1]rbe2)=107.034输入电阻Ri=R3||(R2+30%R5)||[rbe1+(1+β)R1]=7.484kΩ输出电阻Ro=R9=5.1kΩ反馈接入后：F=0.101放大倍数Af=Au/(1+AuF)=9.056输入电阻Rif=R3||(R2+30%R5)||(1+AuF)Ri=3.621kΩ输出电阻Rof=Ro/(1+AoF)=7.425Ω所以可以得出结论Af≈1/F5.实验结果分析由仿真结果以及理论计算值可以看出，接入负反馈后，放大倍数明显下降,输入电阻变化不明显，输出电阻明显下降，原因是接入电压并联负反馈之后，输出电压基本稳定而输出电流由于负反馈的增加而变大，导致输出电阻变小。

摘要本论文使用EWB软件对丙类谐振式功率放大器的进行了仿真设计。

首先，根据电路的性能指标要求，对丙类谐振式功率放大器的电路参数进行工程估算；然后，利用软件对估算的电路进行进一步分析，通过观测、分析丙类谐振式功放的调制特性、负载特性、放大特性的基础上，调整电路的参数，从而达到优化电路参数的目的，以使电路的各项性能指标满足预期的设计要求。

关健词: EWB；丙类功率放大器；放大特性；负载特性ABSTRACTIn this dissertation，the simulation of the class-C resonant Power-Amplifier is given in detail by studying EWB, by using which the accurate simulation analysis of the estimated circuit is obtained after the Circuit parameters of the class-C resonant Power-Amplifier are estimated according to the circuit performance. On the base of observing and analyzing load characteristics, amplify characteristics and modulation characteristics, optimized Circuit Performance are obtained by adjusting the circuit parameters for the purpose of meeting the demands of the design.Keywords：EWB；class C amplifier；amplification characteristics；load characteristics目录第1章前言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (1)1.3 研究内容 (2)第2章丙类功率放大器原理 (2)2.1 丙类功率放大器的电路组成及工作原理 (3)2.2 丙类谐振功率放大器的效率与功率 (3)2.3 丙类放大器的工作特性 (4)2.3.1 调制特性 (4)2.3.2 放大特性（振幅特性） (5)2.3.3负载特性 (6)第3章丙类功率放大器电路设计与仿真分析 (8)3.1放大器电路设计要求 (8)3.2设计电路图 (8)3.3 EWB软件介绍 (9)3.3.1 EWB操作介绍 (9)3.3.2 EWB软件中各界面介绍 (11)3.4 仿真结果及分析 (12)3.4.1测量高频功率放大器的技术指标 (12)3.4.2 调制特性的仿真分析 (12)3.4.3 放大特性（振幅特性）的仿真分析 (14)3.4.4 负载特性的仿真分析 (16)总结 (20)参考文献 (1)致谢 (2)第1章前言1.1 研究背景随着无线通信技术的高速发展，市场对射频电路的需求越来越大，同时对射频电路的性能要求也越来越高。

温度测量放大电路的设计概述：温度测量是工业生产、实验研究和日常生活中常见的一项任务。

温度测量放大电路是用来增强传感器输出信号的弱电流和电压的放大器电路。

本文将对温度测量放大电路的设计进行详细的介绍。

设计目标：设计一个温度测量放大电路，实现以下目标：1.准确测量温度，并将温度信号放大到合适的幅度。

2.提供稳定、可靠的放大功能，同时保持低噪声3.能够适应不同类型的温度传感器4.电路设计简单，成本低廉5.能够工作在较宽的温度范围内温度传感器：温度传感器是测量温度的核心设备。

常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻和半导体温度传感器。

本设计将以热敏电阻为例进行介绍。

电路设计：为了准确测量温度，我们需要将热敏电阻的变化转换为电压信号。

热敏电阻的电阻值随温度的变化而改变，这样可以通过将热敏电阻串联在一个已知电阻上，利用电阻分压原理将电阻值转换为电压信号，然后将该信号放大。

在这里，我们选择了运算放大器（Op Amp）作为放大电路的关键元件。

运算放大器具有高放大度、低噪声和稳定性好的特点，非常适合温度测量放大电路的设计。

具体的电路设计步骤如下：1.选择适当的运算放大器：根据设计要求选择适合的运算放大器。

常见的运算放大器有：LM741、LM358、TL071等。

选择时需要考虑输入和输出电压范围、增益带宽积、噪声等参数。

2.确定电源电压：根据运算放大器的工作电压范围确定电源电压。

一般地，运算放大器的电源电压为正负15V，也有一些运算放大器可以在单电源供电下工作。

3.设计电阻分压网络：根据热敏电阻的特性和测量范围选择合适的电阻值。

通过将热敏电阻串联在一个已知电阻上，利用电阻分压原理将电阻值转换为电压信号。

根据设计要求确定电阻值，并进行串联连接。

4.设计反馈电阻：为了放大电路中的信号，需要设计一个反馈电阻。

反馈电阻的值决定了放大倍数。

一般地，反馈电阻的值越大，放大倍数越高。

通过选择合适的反馈电阻可以实现所需要的放大倍数。

5.添加输入和输出保护：为了保护运算放大器和其他部件，可以添加输入和输出保护电路。

功率放大器非线性测量和设计的新范例— NVNA非线性矢量网络仪和ADS基于X参数的功放设计非线性测量和设计的创新技术— X参数频率覆盖10MHz-13.5/26.5/43.5/50GHz我很清楚我所设计的放大器增益随着负载的变化而变化，但是传统的“Hot S22”在非线性条件下并不能帮我解决问题。

当我将各级功率放大器级联时，总的输出结果并没有像我所想象的那样。

不知道到底是怎么回事? 因此我需要新的工具，能让我深入了解器件的非线性特性。

如果我能够获得器件基波及谐波的幅度和相位信息，将大大节省我花在功率合成放大器的匹配电路设计上的时间。

半导体厂家提供的管芯的小信号S参数对我设计放大器几乎没有作用，我需要大信号激励下管芯的非线性参数。

我真希望有一种测量工具能让我提取出完全表征器件非线性特性的参数。

传统的负载牵引系统并不能帮我解决大信号模型问题，因此我需要新方法帮我快速提取出器件的大信号模型，从而让我使用ADS软件有效而且快速地设计出满足指标的功率放大器。

安捷伦科技非线性矢量网络分析仪(NVNA)荣获《电子产品世界》2008年度产品奖, 2008年EDN创新奖,并被选为射频和微波年度最佳产品2众所周知，功率放大器是每个发射机系统的核心部件，随着雷达应用、卫概述星通信及无线通信的迅速发展，要求研发工程师和科学家们不断地研究和设计出具有更高的输出功率、更高的功率附加效率以及更高的线性度等指标的功率放大器，以满足更快的数据通信、更宽的雷达信号等需求。

这就需要不断提高半导体功率管的性能，并把对半导体功率管的应用扩展到其性能的极限，经常使其进入到半导体功率管的非线性工作区域甚至饱和状态。

器件的非线性特性非常容易给雷达系统、卫星系统及通信系统造成严重问题，往往是信息之间互相干扰、系统有效带宽下降的最主要原因。

如何更深刻地了解并掌握器件与电路的非线性特性是每个射频工程师每天所面临的棘手难题，急需解决。

而现有的工具和手段并不能有效地帮助工程师解决这些问题。