高精度线性放大器17号

1、 辽 宁 工 业 大 学 模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：高精度线性放大器院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 电子121 学 号： 1204040* 学生姓名： # 指导教师： （签字）起止时间： 2014.6.30-2014.7.11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号1204040*学生姓名#专业班级电子121课程设计（论文）题目高精度线性放大器课程设计（论文）任务设计参数：（1）设计并制作一台高精度线性放大器。（2）线性失真度不大于0.5%。（3）放大倍数2000，输入电阻2M，输出电阻100。设计要求：1 .分析设计要求，明

2、确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：选择器件进行单元电路设计；第5天：单元电路设计及仿真；第6天：整体电路设计并仿真；第7天：电

3、路焊接制板；第8天：焊接调试；第9天：完善设计；第10天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要 高精度线性放大器应用十分广泛，可以经常在在电子行业中如精密测量、微数据采集、微小信号传输等领域见到，甚至高科技尖端领域也不乏其身影。 设计内容：设计制作一个高精度线性放大器。设计方案共包括一级放大电路、二级放大电路、输出电路以及直流偏置供电电路四个部分，前3个电路以LM741为核心元件，直流偏置电路直接用实验室电源。一级放大电路是基本的同相放大电路，由LM741和一个反馈电阻、一

4、个接地电阻构成，放大的倍数是50倍；二级放大电路也是同相放大电路，增益可以用电位器调节，由LM741、反馈电阻、接地电阻和一个电位器构成，放大倍数是20到60倍，可以输出要求的40倍；输出电路设计为携带一个100欧电阻作为输出电阻的电压跟随器，能够输出稳定的信号；直流电源由实验室电压正负12伏提供，作为设计的直流偏置电路。通过Mulisim仿真之后，一级放大、二级放大和输出电路都能正确的模拟出来，能够符合要求，实现基本功能，克服原有缺点。本文比较详细描述其设计过程、工作原理、各部分变量参数设置、Mulisim仿真和实际应用等。特点：LM741有较大的输入阻抗，可以满足2兆欧的输入电阻，信号Vi

5、直接输进一级放大电路，放大后，Vo1输出接二级放大电路，再次放大后，Vo2输出接电压跟随器，输出信号Vo.连接负载，总体电路增益大，输出比较稳定，误差在允许范围之内。关键词：LM741；运算放大器；Multisim仿真；放大电路 目录 第1章 绪论11.1 高精度线性放大器概况11.2 本文研究内容1第2章 总体电路设计32.1 高精度线性放大器总体设计方案32.1.1 方案论证及选择32.1.2 总体设计框图及分析52.2 具体电路设计52.2.1 一级放大电路设计52.2.2 二级放大电路设计62.2.3 输出电路设计72.2.4 整体电路设计82.3 元器件型号选择92.4 Multis

6、im仿真、数据分析92.5实物展示12第3章 课程设计总结13参考文献14元器件清单15第1章 绪论1.1 高精度线性放大器概况 运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。 第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大

7、器，型号为A709，但是709很快地被随后而来的新产品A741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。直到今天A741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。 作为电子产品重要的基本元器件，运算放大器在电子技术中有着举足轻重的地位，其应用广泛日渐显现，在当今各大工程工业领域活跃着。然而随着微电子技术的发展，常用的普通的运放显然已经无法符合增益扩大与体积缩小的趋势，所以有着失调和噪声非常低，增益和共模抑制比非常高等特点的一类运放高精度线性放大

8、器，开始进入生产生活领域。 如何设计出高质量的电子产品，除了要求总体方案最佳外，放大器设计得是否合理可靠直接影响整个电子产品的系统性能。根据其特点便可以设计出符合要求的高精度线性放大器，因其精度高和增益大一开始就得到很广泛的应用，精密测量、微数据采集、微小信号传输，甚至高科技尖端领域也不乏其身影，国家大力推进的微电子技术，迅猛的发展带来了它的产生，处处见其踪迹；同样，它的出现也时时刻刻造福着人类，方便着人们的生产、生活。1.2 本文研究内容设计参数：（1） 设计并制作一台高精度线性放大器。（2） 线性失真度不大于0.5%。（3） 放大倍数2000，输入电阻2M，输出电阻100。设计要求：1 .

9、分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。第2章 总体电路设计2.1 高精度线性放大器总体设计方案2.1.1 方案论证及选择方案1:图2.1为基本共射放大电路，共射放大电路原理为三极管对电

10、流的放大作用，集电极电流 ic=*基级电流ib，为三极管电流放大系数。通过三极管放大作用可以得到有效信号的放大，但BJT本身制造工艺远远达不到放大2000倍的要求，在多级放大电路中或因温度变化情况下导致Q点不稳定，信号产生严重失真，误差极大，需舍弃。图2.1 BJT共射放大电路方案2：图2.2仪用放大器电路图。A1,A2接同向端组成第一级放大电路，A3组成第二级放大电路。仪用放大器由运算放大器构成，但性能却有很大差异，可以有效抑制共模信号，KCMR很高，有共模信号的情况下也可以对很小的差模信号放大。其输入电阻约等于无穷大，输入电阻大，失调漂移产生误差可以抵消，但实际放大倍数无法满足，可作为输入

11、电路，但无法采用。图2.2 仪用放大器 方案3：本次设计采用如下具体方案，如图2.3。多级放大电路，可以满足设计增益要求，一级放大和二级放大总增益是2000，LM741输入电阻很大，也可以满足要求，所以此设计原理比较简单，好操作，容易实现。图2.3 本方案电路图2.1.2 总体设计框图及分析 偏置电路 二级放大电路 输出电路 一级放大电路 2.2 具体电路设计2.2.1 一级放大电路设计如图2.4：一级放大电路采用同相放大电路，LM741的输入电阻Rid的典型值为2M欧，共模抑制比90dB，由于整体电路的输入电阻取决第一级放大电路，所以其阻值符合输入电阻的要求，电位器用来调零，调整运放本身的偏

12、差，LM741用正负12V供电，交流小信号输入到同向端，电阻R6和R7是决定放大倍数的电阻，表达式为Av1=1+R7/R6。 图2.4 一级放大电路2.2.2 二级放大电路设计如图2.5:二级放大电路采用和一级放大相同的同向放大电路，来自一级放大电路的输出信号通过限流电阻输入二级放大电路的同相端，电位器用来调节电路的增益，可以抵消掉一级放大被放大的误差，保证符合放大倍数的要求，一级放大已经完成偏差调节，所以LM741的1脚和5脚不必再连接并依然用正负12V供电。LM741的输出电阻75欧。已经比要求100欧要小。表达式为Av2=1+(R5+R6)/R4。图2.5 二级放大电路 2.2.3 输出

13、电路设计 如图2.5：输出端采用电压跟随器，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，输出端接100欧的电阻，作为输出电阻，因为其电压增益恒小于但接近于1，对整体电路增益基本不贡献。运放的1角和5角不接，正负12V供电。来自二级放大的信号通过限流电阻接入跟随器的输入端口，反向端和输出端短接。 图2.6 电压跟随器2.2.4 整体电路设计 图2.6为整体电路图，正负12V直流电源给LM741供电，第一级放大电路对小信号固定放大了50倍，二级放大电路放大倍数可调，理论上应放大40倍，考虑到误差信号也被第一级放大，所以第二级用电位器来调节增益，保证符合2000倍的

14、要求。多级放大电路中，总的增益等于各级放大之积，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻;输出电阻就是输出级的输出电阻，电位器应调至中间，即阻值为总阻值的一半。 图2.7 整体电路图2.3 元器件型号选择本设计所用的运算放大器为LM741，共需要3个。电位器用到两个，总量程分别是20K和40K.电阻，1个100欧、2个1K欧、1个19K欧、1个49K欧和1个100K欧。2.4 Multisim仿真、数据分析1、如图2.7为第一级放大电路的仿真结果，量程选择一格代表50V和1V，波形重合，所以一级放大50倍。 图2.8 一级放大仿真2、 如图2.8为二级放大电路仿真结果，量程选择200V和5V

15、,波形重合，放大约40倍。 图2.9 二级放大仿真3 、如图2.9为整体电路仿真结果，图中出现了误差，量程选择分别为20V和10mv,波形基本重合，放大了2000倍。 图2.10 整体电路仿真3、 数据分析 在一级放大电路中，增益Av1=1+R7/R6=1+49/1=50。 第二级放大电路中，电位器处中间位置，增益Av2=1+(R5+R3)/R4=1+34/1=40。 第三级放大电路中，电压跟随器的增益Av3=1。 总的增益Av=Av1*Av2*Av3=50*40*1=2000。 2.5实物展示 % 图2.11 实物展示 第3章 课程设计总结本次的设计方案以LM741为核心元件，主要包括一级放

16、大电路、二级放大电路、输出电路以及直流偏置电路供电。一级放大电路和二级放大电路都采用同向放大电路，输出电路则采用带载能力较强的电压跟随器，既可以稳定电路，又可以降低输出电阻，LM741的直流偏置则由实验室直流电源供给。一级放大电路放大倍数50倍，二级可调增益放大电路放大40倍，输出电路设计为携带一个100欧电阻作为输出电阻的电压跟随器，直流电压正负12伏供电。LM741有较大的输入阻抗，可以满足2兆欧的输入电阻，信号Vi直接输进一级放大电路，放大后，Vo1输出接二级放大电路，再次放大后，Vo2输出接电压跟随器，输出信号Vo.连接负载，第一二级放大倍数由反馈电阻和接地电阻决定通过Multism软

17、件对该电路进行仿真，能满足任务书的设计要求。运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。有着很好的性能，更为稳定，也更容易使用的741成为微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，今天A741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。高精度线性放大器可以由741设计而成，应用十分广泛，特点良多，如失调和噪声非常低，增益和共模抑制比非常高，输入电阻极高，通常为兆欧级别，输出电阻非常低甚至可以达到几欧，带载能力极强，十分有适用性。在电子行业中如精密测量、微数据采集、微小信号传输，应用极广，甚至高科技尖端领域也不乏其身影。参考文献1 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：高等教育出版社,2005.2 华成英主编.模拟电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2009.8.3 Bruce Carter, Ron Mancin.姚剑清译. 运算放大器权威指南 .第三版. 北京：人民邮电出版社，2010.9.4 郑