课程设计小信号放大课件

1、课程设计论文题 目： 小信号放大器设计 院 （系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲 师 2012年 1 月 12 日摘 要小信号放大分为低频小信号放大和高频小信号放大。高频率放大器一般用于各种信号接收器，例如手机，电视机，收音机，遥控器等等。凡是无线电通讯都要用的。低频小信号放大器主要用在音频放大，例如听音乐的各种功率放大器的前置部分。低频小信号放大电路的用途非常广泛，它能够把微弱电信号增强到所要求的值。电路由线性元件电阻、电容和非线性元件，即半导体晶体管组成。在进行低频小信号放大时，电路中既有直流信号，又有交流信号，因此在分析和设计电路时问题

2、错综复杂，利用叠加定理和低频小信号因素，可使问题变得容易。本次设计我采用了仪用放大器进行放大，低通滤波器的知识，利用NE5532芯片来实现运放。 关键字：小信号放大，仪用放大器，低通滤波器，NE5532，目 录引言································&

3、#183;·················································&

4、#183;······31 设计任务及要求·········································

5、83;······················32、设计方案及元器件及其对应实现功能介绍·······················32.1.同

6、相放大电路·················································&

7、#183;·················32.2 差分放大电路······························&#

8、183;····································42. 3 仪表放大器···········

9、83;·················································

10、83;·······42.4.方案确定·········································

11、··································52.4.1 主要器件选择··············

12、;··················································

13、;·52.4.3 工作原理···············································

14、·······················53.滤波部分··························

15、;··················································

16、;····73.1滤波器的介绍············································&

17、#183;·····························74调试方法与步骤··················

18、3;················································95结论记录

19、3;·················································

20、3;······························96课程设计总结··················&#

21、183;·················································&#

22、183;···107谢辞·············································

23、83;·········································10参考文献·······

24、83;·················································

25、83;························10附录·························

26、;··················································

27、;···············11 附录一：设计原理图·································

28、;····································11附录二：PCB图············&

29、#183;·················································&

30、#183;··············、12 附录二：元件清单·································&

31、#183;······································13引言课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、

32、安装、调试、印制电路板等综合于一体的一门课程，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好课程设计，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。 本次设计是小信号放大，采用仪用放大器的原理及低通滤波原理，仪用放大器实用性很强，通过本次课程设计，让我们根据平时所学知识，设计及制作，提高了我们分析问题解决问题的能力，也培养了我们的动手能力。1、设计任务及要求：设计任务：小信号放大器设计设计要求：建议采用测量放大器组

33、成具体指标如下：1、总增益Ad60dB；(1000)2、输入阻抗Ri10M；3、共模抑制比CMRR60dB；4、频带范围为0100Hz；5、信噪比S/N>40dB。2、设计方案及元器件及其对应实现功能介绍2.1.同相放大电路 输入电压ui 接至同相输入端，输出电压uo 通过电阻RF仍接到反相输入端。R2的阻值应为R2=R1/RF. 根据虚短和虚断的特点，可知I-=I+=0,则有 且 u-=u+=ui，可得： 同相比例运算电路输入电阻为： 输出电阻： Rof=0因此选择同相放大电路满足输入阻抗足够大2.2 差分放大电路差动输入比例运算（即减法运算）在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个

34、端子上分别输入大小相等、相位相反的信号，（这是有用的信号）放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号，（这实际是上一级由于温度变化而产生的信号 ，是一种有害的东西），我们把这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由差模放大倍数和共模放大倍数可求差模增益Avd和共模增益Acd，共模抑制比 KCMR =20log(Avd/Acd)2. 3 仪表放大器2.3.1仪用放大器的介绍：仪用放大器由运放A1,A2按同相输入法组成第一级差分放大电路。运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，v1v

35、2分别加到A1和A2的同相端，R1和两个R2组成的反馈网络，引入了负反馈，两运放A1A2的两输入端形成虚短和虚断，通过计算可得电路的电压增益，适当的选择电阻阻值可实现放大倍数的改变，并且可以将R1用适当的电位器代替，做到使放大倍数可调的功能。 仪用放大器电路优点：电路简单，原件较少，A1和A2两放大器组成差分放大器，可以有效地抑制共模信号，并且为双端输出，其共模放大倍数理论为0，因而可以大大地提高共模抑制比。并且由于输入信号V1V2都是A1A2的同相输入端，根据虚断和虚短，输入阻抗趋于无穷大，满足部分要求。图1仪用放大器电路结构： 图1、仪用放大器电路图图1是仪用放大器的结构，是分离和集成仪表

36、放大器最常选的结构。整个增益的传输函数很复杂，当R1=R2=R3=R4时，传输函数可以简化为 R5和R6设置为相同值（通常在1050k）。简单地调节RG的值，电路的整个增益可由单位值调至任意高的值。因此选择三运放仪用放大器满足电路的增益要求。 2.4.方案确定：由于差模增益要求为1000，需采用多级放大器电路来达到增益要求。各级放大电路均采用集成运放设计，且增益分配要均匀，本次设计采用仪用放大器，其次采用四阶低通滤波器进行滤波，使频带范围在0100Hz。2.4.1 主要器件选择芯片NE5532供电电压：12直流稳压电源供电滤波电路,反馈电路电阻,滑动变阻器(调节增益电阻)安捷伦示波器

37、数字万用表函数信号发生器2.4.2 最终电路选择使用两个运放同相输入组成第一级差分放大电路，使用第三个运放组成第二级差分放大电路，即两级共同构成了仪用放大器，在第二级接入滑动变阻器改变电路总增益。2.4.3 工作原理芯片选择：为了减少运放对滤波电路的负载效益，同时便于调节，我选用NE5532. NE5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。NE5532芯片的主要特性如下图2： 参数数值通道数2推荐电源电压 (V)

38、77;5-15增益带宽(MHz)10功率带宽(KHz)140转换速率(V/us)9输入失调电压(mV)5 (Max)输入噪声电压(nV/Hz)5共模抑制比(dB)70 (Min)静态电流(mA)8 图2、NE5532芯片的主要特性表系统框图：从工作原理看，设计出来的电路框图如图3所示。直流稳压电源提供电路工作电压，经过发光二极管可知电路是否通路；OP07作为一个主控芯片，实现输入信号放大功能；输入信号经过芯片会被放大，第一级差放电路的反馈网络形成了虚断，使输入阻抗Ri；输入信号进入第二级差分电路，调节滑动变阻器可改变整个电路的增益；信号输出到示波器。系统框图如图3所示：NE5532输入小信 号

39、+12V直流电源NE5532滑动变阻器10K+12V直流电源发光二极管数字示波器NE5532 图3、测量放大系统框图3.滤波部分3.1滤波器的介绍：滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。但实际滤波器不能达到理想要求。为了寻找最佳的近似理想特性，可主要考虑幅频特性。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数

40、越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由(n-1)/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。根据设计要求，我选择巴特沃斯滤波器。巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。我选择了四阶有源低通滤波器电路，即n=4.有源4阶低通滤波器电路如图4所示，由两个二阶低通滤波器级联而成，压控电压源二阶滤波器电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出的阻抗很低，滤波器相当于一

41、个电压源，其优点是电路性能稳定，增益容易调整。图4 有源四阶低通滤波器电路图 （1） 选择电容器的容量，计算电阻器的阻值电容C的容量宜在微法数量级以下，电阻的阻值一般应在几百千欧以内。现选择C1=C2=C3=C4=0.33uF，可算出R8=R9=R10=R12=1/(2fcC)=1/（2*100*0.33uF）4.8k。现选择标准电阻R=4.7 k，这与计算值有一点误差，会导致截止频率比额定值稍有升高。 由表5可知，四阶巴特沃兹滤波器总的增益由两部分组成，即Av1=1.153和Av2=2.235，因此总的带通增益Ao=1.152×2.2352.575.选择R13,R14，R15,R1

42、6，R17时，为了减少偏置电流的影响，应尽可能使加到运放同相端对地的直流电阻与加到反相端对地直流电阻基本相等。现选R14=68 k，R17=20 k，根据已知增益可算出 R13=（1.152-1）*R14=10.336 k，取10 k电阻代替 R15=（2.235-1）*R17=24.7 k，选用20 k和4.7 k电阻串联形成。阶数n2468增益G一级1.5861.1521.0681.038二级2.2351.5861.337三级2.4831889四级2.610表5 巴特沃兹低通、高通电路阶数n与增益G之关系3 （3）multisim辅助设计及修正通过multisim仿真软件对上述电路进行仿真

43、，仿真结果如图6图6 multisim仿真电路图其频域仿真结果为图7图7 multisim仿真得到的频域图由上述仿真图可知，该滤波设计满足条件。滤波部分系统框图如图8所示NE5532输入信号+12V直流电源数字示波器NE5532-12V直流电源图8、滤波部分系统框图4调试方法与步骤1.连接好电路；2.双端输入+12V电压，信号源输入20mv，60HZ的小信号；3.调节电位器Rv1改变输出电压大小，即可改变输出电压放大倍数；4.测量输出不失真电压Uo,则差模增益Avd =20lg(Uo /20mv)；5.输入输出信号端共地测输出电压大小Vo ,则共模增益Avc =20lg(Vo/20mv),共模抑制比Kcmr=20lg（Avd/Acd） ； 6.差模信号输入下，保持输入信号电压幅度不变，改变输入频率，测量输出电压等于0.707Uo 时不失真频率范围，可得频带7输入端对地短路，测出输出噪声电压Un1；8差模信号输入下，改变输入信号电压幅度到最大不失真，测量输出电压Un2 ,则信噪比S/N=20lg(Un2 /Un1)9