集成宽带课程设计.doc

课程设计任务书20092010学年第二学期专业：通信工程 学号： 姓名： 课程设计名称： 通信电路课程设计 设计题目： 集成宽带放大器完成期限：自 年 月 日至 年 月 日共 周设计依据、要求及主要内容：一、 设计依据，对相关基础要求1、 通信电路、模拟电子技术、电路基础教科书及相关专业书籍。2、 线性放大器，增益带宽积、负反馈在放大器中的作用。3、 35人一组，可同用一个题目。二、 设计任务的主要内容，从专业角度的具体要求1、 设计一个宽带放大器，由三级电路构成，前级采用“平衡差分对”以抑制“零漂”，末级采用“射随器”以提高带负载能力。2、 由多路恒流源提供静态电流。3、 引入串联电流/并联电压负反馈以改善放大器性能，且增益带宽可调。三、 课程设计的主要工作、具体要求1、 以教科书基础知识为底蕴，查找相关资料，目标是现代实用电路。2、 充分消化相关资料后，拟出课题底稿，同组成员间磋商，或与指导教师交流，导师私下个别辅导。3、 以小组为单位，接受理论验收，向主管指导教师答辩，面对面陈述课题的主要内容，并接受质询，教师打分。4、 按规定独立撰写课程设计任务书，基本要求如下（供参考）：（1） 系统框图、总论（2） 集成核心器件介绍：内电路框图、外端子功能（3） 单元分块电路介绍（4） 绘制相关图纸：系统框图（核心器件框图）、电路原理图。四、 设计进度1周（2010年6月14日-2010年6月20日）五、 参考资料沈伟慈通信电路西安：西安电子科技大学出版社，2004其他相关书籍。 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 年 月 日摘要 本设计采用集成宽带放大器LM733对频带进行展宽。此放大器主要有三级电路构成，前级采用“平衡差分对”以抑制“零漂”，中间级进行对电压的放大，末级采用“射随器”以提高负载的能力。其中静态电流由多路恒流源提供，此外为了改善放大器的性能，在电路中采用了电流串联负反馈差分放大器和电压并联负反馈差分放大器，而且在第一级差放中采用可调电阻，通过改变其阻值可是整个电路的电压增益发生改变（典型值为400、100、10），从而使上限频率依次提高（典型值为40、90、120）。也可采用外加可调电阻的方法进行增益和带宽的调节。关键词：LM733 负反馈 增益 带宽目录1课题描述12设计原理13设计过程33.1LM733中差分放大器的设计33.1.1基本形式差分放大器33.1.2长尾式差分放大电路43.2LM733恒流源的设计53.3 LM733中的反馈电路63.3.1电流串联负反馈63.3.2电压并联负反馈73.4 LM733中的射随器84.总结9参考文献101课题描述随着微电子技术的发展，对高频小信号的使用越来越多，而在此之前必须对高频小信号进行放大，其中分为窄频带放大和宽频带放大。前者对中心频率在几百千赫兹到几吉赫兹，频谱宽度在几千赫兹到几兆赫兹内的微弱信号进行线性放大，所以不但需要有一定的电压增益，而且需要有选频能力。后者对频带宽度为几兆赫兹甚至几吉赫兹以上的微弱信号进行线性放大，要求放大电路的下限截止频率很低，上限截止频率很高。在放大电路中，随着信号频率的增加，放大后的信号会出现失真，这就需要减小放大电路的增益以提高其上限截止频率，增加放大信号的频率带宽。本设计中采用的集成宽频放大器LM733基本实现了上述所说功能，可实现对增益和带宽的调节。2设计原理集成宽带放大器LM733通过调节内部电路中的某些元件参数，可以改变反馈深度，从调节负反馈放大器的增益和频带宽度。如果以牺牲增益为代价，可以扩展放大器的频带，其类型可以使多级负反馈，本集成器正是以牺牲增益为代价来提高其频带。其工作原理如下： 2.1 集成宽带放大器LM733内部电路图在集成宽带放大电路中,、组成了电流串联负反馈差分放大器，利用差分放大器可以抑制“零漂”，、为输入信号，同时在他们的发射级接有四个电阻，其作用一是构成电流串联负反馈以提高放大器的性能；二是通过改变阻值来改变整个电路的增益从而改变输入信号的频带宽，例如如果把引出端1、4短接，或者3、12短路，或者均不短路，可以根据差分放大增益的计算公式(其中为调零电位器，为放大系数，为发射结电阻，为发射极电阻,为等效负载)计算其增益，典型值放别为400、100、10；，则可使上限频率以此提高分别对应为40、90、120，也可以在11、4之间外接可调电阻进行增益和带宽的调节。组成了电压并联负反馈差分放大器（其中兼做输出级），他们分别是通过电阻反馈到中，增加了放大器的稳定性。为恒流源电路。3设计过程3.1LM733中差分放大器的设计3.1.1基本形式差分放大器将两个电路结构、参数均相同的单管放大电路组合在一起，就成为差分放大电路的基本形式，如下图所示：3.1差分放大电路基本形式输入电压分别加在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压之差。当输电压等于零时，,故输出的电压为零，如果温度升高使增大，减小，则也将增大，也将减小，而且两管变化的幅度相等，结果输出端的零点漂移将相互抵消。下面分析一下差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比：放大电路对差模输入电压的放大倍数称为差模电压放大倍数，用表示= （3.1） 放大电路对共模输入电压的放大倍数称为共模电压放大倍数，用表示， （3.2） 在上图中，假设每一边单管放大电路的电压放大倍数为，则的集电极输出电压变化量分别为 （3.3） （3.4）则放大电路输出电压的变化量为 （3.5）所以差分放大电路的差模电压放大倍数为 （3.6）上式表明差分放大电路多用一个管子，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了零漂的抑制。通常希望差分放大电路的差模放大倍数越大越好，共模放大倍数越小越好。所以，为了描述差分放大电路对零漂的抑制能力，引出了共模抑制比的概念，它用符号表示，定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用对数表示，单位为分贝，即 （3.7）愈大，说明抑制零漂的能力越强。但对于基本形式的差分放大电路来说，由于内部的参数不可能绝对匹配，所以输出电压仍然存在温度漂移，共模抑制比很低。因此，在实际工作中一般采用它的改进形式的应用。恒流源差分放大电路在实际中的到广泛。3.1.2长尾式差分放大电路在实际中常用长尾式差分放大电路，在LM733中就采用了此种放大器。其基本电路图如下：3.2长尾式差式差分放大器长尾电阻的作用式引入一个共模负反馈，也就是说，对共模信号有负反馈作用，而对差模信号没有负反馈作用。假设在电路输入级加上正的共模信号，则两个管子的集电极电流、同时增加，使流过发射极电阻的电流增加，于是发射极点位升高，反馈到两管的基极回路中，使、降低，从而限制了、的增加。但对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以增加多少，就减少同样的数量，因而流过的电流总量不变，则,所以对差模信号没有反馈作用。引入的共模负反馈使共模放大倍数减小，降低了没跟管子的零点漂移，愈大，共模负反馈愈强，则抑制零漂的效果愈好。在对电压放大倍数的分析中和基本形式的思路相同，在此就不做详细分析。3.2LM733恒流源的设计在LM733电路中，为恒流源电路（比例电流源），即偏置电路，向各个放大级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。图中的基准电流由决定，各级电流运算如下： （3.8） 向由、组成的差动放大器提供的电流： （3.9） 向由、组成的差动放大器提供的电流： = （3.10） 向和提供的电流： （3.11） 3.3 LM733中的反馈电路、构成了LM733中的反馈电路，它能够稳定净态工作点，同时能够展宽频带。因在LM733中应用了电流串联负反馈和电压并联负反馈，所以下面对次两种反馈进行分析：3.3.1电流串联负反馈在下图所示的放大电路中，反馈电压,即反馈电压与输出电流成 3.3电流串联负反馈电路图 正比。而在放大电路的输入回路中，净输入电压，及外加输入信号与反馈信号以电压的形式求和。根据瞬时极性法，不难判断出此反馈电压将削弱输入电压的作用，使放大倍数降低，因此电路中的反馈为电流串联负反馈。则放大网络的转移电导为 （3.12）反馈系数为 （3.13）3.3.2电压并联负反馈在图所示的放大电路中，反馈信号取自放大电路的输入电压,属于电 3.4电流串联负反馈电路图 压反馈。而在输入回路中，净输入电压，即输入信号与反馈信号以电流的形式求和。根据瞬时极性法，设输入电压的瞬时值升高，由于加在反相输入端，故输出电压瞬时值将降低，于是流过电阻的反馈电流将增加，但这个反馈电流将削弱输入电流的作用，使尽输入电流减小。可见，此反馈为电压并联负反馈。其中转移电阻 （3.14）反馈系数 （3.15）3.4 LM733中的射随器为了提高电路的带负载能力，在末极采用了共集电极放大电路，它的特点是电压跟随，这就是电压的放大倍数接近于1而小于1，而且输入电阻很高、输出电阻很低，因而常作为放大电路的输出级。其共集电路的电路图和等效电路图如下3.5共集级放大电路3.6共集级等效电路通过对放大电路的同态分析可知：电流放大倍数为 （3.16）电压放大倍数 （3.17）其中输入电阻 （3.18）输入电阻 （3.19）4.总结 在本次宽频放大器的设计中，利用了三级电路，第一级采用“差分平衡对”以抑制“零漂”,而且在末级采用“射随器”以提高带负载的能力；在改善放大器的性能方面采用了负反馈电路，而且增益的带宽可调。但也存在一些缺点，在调节增益时对应的典型值很有限，这就限制了带宽调节的范围，而且