放大器设计题目(朱代先).doc

1 宽带前置放大电路1.1 任务设计一个前置放大电路，使其在较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特性，电路包括输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等环节，采用单端输入单端输出方式实现信号变换。输入阻抗匹配单元有50和1M两种数值可选；无源衰减网络单元可以在输入阻抗不变的前提下实现对信号1倍或10倍衰减；有源放大单元可以实现1、2、5、10倍放大，电路输出电阻近似为0。无源衰减网络有源放大电路输入阻抗匹配单元输出输入1.2 要求1. 基本要求输入阻抗：直流输入阻抗可以50和1M可选，允许误差2%。过载能力：50阻抗可承受5V输入过载，1M阻抗可承受36V输入过载，过载时间不少于1分钟。直流零点：输入短路时，电路输出直流电压偏离零点在3mV范围内。大信号1倍放大带宽特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽不低于DC10MHz。大信号衰减10倍带宽特性：输入峰值为5V的正弦信号，电路的工作带宽不低于DC10MHz。2发挥部分2倍放大带宽特性：输入峰值为0.5V的正弦信号，放大2倍，电路的工作带宽不低于DC10MHz。5倍放大带宽特性：输入峰值为0.2V的正弦信号，放大5倍，电路的工作带宽不低于DC10MHz。10倍放大带宽特性：输入峰值为0.1V的正弦信号，放大10倍，电路的工作带宽不低于DC10MHz。大信号1倍放大扩展宽带特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽不低于DC35MHz。小信号扩展带宽特性：输入峰值为0.1V时，电路设置衰减10倍，再放大10倍，电路的工作带宽不低于DC35MHz。输出信号的幅度过冲可控制在理论输出值的15%内。特色创新。1.3 说明在进行各项测试时，放大电路开路；在进行幅度频率特性测试时，在输入阻抗1M条件下测试。有源放大电路采用正负5V电源，电源可由外部直接提供。工作带宽，指信号在该频带内稳态的输出衰减不超过理论幅度的10%，稳态输出值可以不考虑过冲影响，但要记录过冲值。整个电路只能由纯模拟电路实现，一旦调试完成，测试时不允许对电路元件再进行调整。状态的选择可由手动开关实现，禁止输入输出端直通短接。1.4 评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择方案描述2理论分析与计算带宽增益积通频带内增益起伏控制线性相位抑制直流零点漂移放大器稳定性9电路与程序设计电路设计8测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性3总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项7完成第（2）项4完成第（3）项8完成第（4）项7完成第（5）项12完成第（6）项6完成第（7）项6总分502 通用可变增益放大器1.1 任务设计、制作一个通用可变增益放大器，放大器的增益可手动数字设置或程控设置，无调节电位器。该放大器的增益变化范围、信号输入及输出范围、信号有效频段及幅频特性等具有较高的技术经济指标。1.2 要求1基本要求（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于3V；（2）放大器的电压增益可设为三档：0.101.00，1.010.0，10100，放大器在同一档位时增益线性度不低于1%，分辨力不低于1%；（3）增益为100时，在DC1MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；（4）增益为100时、输入端短路，输出端电压值不超过5mV；（5）输入端阻抗可开关设置为大于10MW或50W，并有过压保护能力；（6）放大器输出端阻抗可开关设置为50W或0。2发挥部分（1）放大器的低频及直流最大不失真输入、输出信号幅度不低于8V；（2）放大器的增益可设为四档：0.1001.000，1.0010.00，10.0100.0，100.01000，放大器在同一档位时线性度不低于0.5%，分辨力不低于0.1%；（3）增益为1000，在DC5MHz带宽范围内，输出大信号幅度波动不超过5%；（4）放大器输出端阻抗为50W，外接负载50W，在DC5MHz频段内，大信号输出时波形失真度小于2%；（5）增益为1000时、输入端短路，输出端电压值不超过20mV；（6）整体电路成本低，电路工艺简单；（7）其他。1.3 说明（1）工作电源可用成品，也可自制。（2）设计报告正文中应包括系统总体框图，可变增益发生器工作原理，幅度、频段、增益变化区间、器件选择方法，主要的测试结果。详细电路原理图以附件形式给出。（3）题目中所有技术参数电路原理及器件硬件指标所能保证，需要有分析说明。1.4 评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择方案描述4理论分析与计算程控放大，程控衰减幅度范围，频段上限增益范围，零点误差10电路与程序设计硬件电路原理图语言程序设计清单6测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析6设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性4总分30基本部分完成第（1）项6完成第（2）项18完成第（3）项12完成第（4）项6完成第（5）项5完成第（6）项3总分50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项14完成第（3）项8完成第（4）项6完成第（5）项6完成第（6）项3其他3总分503 测量放大器3.1 任务设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图1。输入信号VI取自桥式测量电路的输出。当R1R2R3R4时，VI0。R2改变时，产生VI 不等于0的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。 3.2 要求1基本要求(1)测量放大器差模电压放大倍数AVD1500，可手动调节；最大输出电压为10V，非线性误差105；在AVD500时，输出端噪声电压的峰峰值小于0.5V；通频带020Hz ；直流电压放大器的差模输入电阻2M（可不测试，由电路设计予以保证）。(2)电源设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相220V交流电压供电。交流电压变化范围为1515。(3)设计并制作一个信号变换放大器，参见图2。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。2发挥部分 （1）提高差模电压放大倍数至AVD1000，同时减小输出端噪声电压。（2）在满足基本要求(1)中对输出端噪声电压和共模抑制比要求的条件下，将通频带展宽为0200Hz以上。（3）提高电路的共模抑制比。（4）差模电压放大倍数AVD可预置并显示，预置范围11000，步距为1，同时应满足基本要求(1)中对共模抑制比和噪声电压的要求。（5）其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。3.3 说明直流电压放大器部分只允许采用通用型集成运算放大器和必要的其它元器件组成，不能使用单片集成的测量放大器或其它定型的测量放大器产品。3.4 评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择；方案描述4理论分析与计算放大增益计算；非线性误差分析；放大器稳定性7电路与程序设计电路设计8测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性3总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项10总分504 宽带放大器 4.1 任务 设计并制作一个宽带放大器。4.2 要求 1基本要求 （1）输入阻抗1k；单端输入，单端输出；放大器负载电阻600。（2）3dB通频带10kHz6MHz，在20kHz5MHz频带内增益起伏1dB。（3）最大增益40dB，增益调节范围10dB40dB（增益值6级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值2dB），需显示预置增益值。 （4）最大输出电压有效值4V，数字显示输出正弦电压有效值。 （5）自制放大器所需的稳压电源。 2发挥部分 （1）最大输出电压有效值7V。 （2）最大增益60dB (3dB通频带06MHz，在20kHz5MHz频带内增益起伏1dB)，增益调节范围10dB60dB（增益值12级可调，步进间隔5dB，增益预置值与实测值误差的绝对值2dB），需显示预置增益值。 （3）增加自动增益控制（AGC）功能，AGC范围20dB，在AGC稳定范围内输出电压有效值应稳定在 4.5VVo5.5V内（详见说明3）。 （4）输出噪声电压峰-峰值VoN 0.5V。 （5）进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大AGC范围、减小增益调节步进间隔。 （6）其它。 4.3 说明 1基本要求部分第（3）项和发挥部分第（2）项的增益步进级数对照表如下：增益步进级数1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112预置增益值（dB） 510152025303540455055602发挥部分第（4）项的测试条件为：输入交流短路，增益为60dB。 3宽带放大器幅频特性测试宽带放大器幅频特性测试框图如下图所示。4AGC电路AGC电路常用在接收机的中频或视频放大器中，其作用是当输入信号较强时，使放大器增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而保证在AGC作用范围内输出电压的均匀性，故AGC电路实质是一个负反馈电路。 注：发挥部分第（4）项中涉及到的AGC功能的放大器的折线化传输特性示意图如下所示；本题定义：AGC范围=（dB）；要求输出电压有效值稳定在4.5VVo5.5V范围内，即VoL4.5V、VoH5.5V。4.4 评分标准 设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择；方案描述4理论分析与计算带宽增益积通频带内增益起伏控制线性相位放大器稳定性7电路与程序设计电路设计8测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性3总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项12完成第（3）项7完成第（4）项2完成第（5）项16其他3总分505 可控放大器5.1 任务设计并制作一个可控放大器，其组成框图如图1所示。放大器的增益可设置；低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、带陷滤波器的频点、截止频率等参数可设置。5.2 要求1基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，通频带为100Hz100kHz，放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz50kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于40dB，RL=1k。（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz50kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，RL=1k。（4）滤波器可设置为带陷滤波器，可设置一个频率点。（5）截止频率的误差不大于10%。（6）有设置参数显示功能。2发挥部分（1）放大器电压增益为60dB，输入正弦信号电压振幅为10mV，增益10dB步进可调，通频带为100Hz100kHz。（2）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz和60kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于50dB。（3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz100kHz，步进为2kHz。（4）电压增益、截止频率误差均不大于5%。（5）滤波器可设置为带陷滤波器，可设置23个频率点。（6）其他。5.3 说明（1）正弦输入信号由信号源提供。（2）放大器输出端应留测试端子。（3）设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。5.4 评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择；方案描述4理论分析与计算可控增益计算；通频带内增益起伏控制；放大器稳定性7电路与程序设计电路设计8测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性测试结果分析8设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性3总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项5完成第（6）项5总分506 宽带直流放大器6.1 任务设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。6.2 要求1基本要求（1）电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi15mV。AV可在040dB范围内手动连续调节。（2）最大输出电压正弦波有效值Vo4V，输出信号波形无明显失真。（3）3dB通频带05MHz；在04MHz通频带内增益起伏1dB。 （4）放大器的输入电阻50W，负载电阻（502）W。（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。2发挥部分（1）最大电压增益AV60dB，输入电压有效值Vi10 mV。（2）在AV60dB时，输出端噪声电压的峰峰值VONPP0.3V。（3）3dB通频带010MHz；在09MHz通频带内增益起伏1dB。（4）最大输出电压正弦波有效值Vo10V，输出信号波形无明显失真。 （5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。（6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为060dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点）。（7）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。6.3 说明（1）宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。图1 幅频特性示意图（2）负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（502）W的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。（3）放大器要留有必