两级交流放大器设计报告资料

1、课程设计报告所属院系：电气工程学院专 业：自动化课程名称：电子技术基础A设计题目：两级交流放大器的设计班 级：学生姓名：学生学号：指导老师：完成日期：2011.7.8课程设计题目：两级交流放大器的设计要求完成的内容：使用集成运算放大器设计一个两级交流放大器。技术指标要求为： * 1 （1 r BTB n BTB 2 H ; KB ， R中频电压放大增益为1000,输入电阻为20k R通频带为20Hz-10KHz,最大不失 B1 a I1 a * r ra w t 44 ii r r a- - i1 a * r r -het i1 a - 44 b i-a-*hsa i1 a - 4411-a-

2、4&ta - i1 a - 44 u i-a-44= a *a - -A-I- 41-a-i- ha. j a 一 &-& 41 _a d-h ha- a - - 11-a- t 一 tsts,真输出电压为5V,负载电阻为20k。所使用的元器件要求为：运算放大器（LM741或LM353）,电容（瓷片电容），电阻（0.25瓦）等。，r is 1 wara h bbc wara n tn ira h h ira hH - -n - - ku r要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，计算并选取电路的元件参数。* Un上 a A 9 3iUl il A U B J. HiLK B A SI a

3、 d. ii S.B 11 J. BS-K HaS. U il EB-K SJl U 11U 9 d . I.（2）分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。（3）综合分析计算电路参数，满足设计要求后，认真完成设计报告。指导教师评语：1n H ITF1 ， T h T sn h h hV T hhl： h !FWU mWT , 该生具有查阅文献资料和手册的能力，了解与课题有关的电子电路以及元器件4二U4R ；i.TiTOBJ & U U NU il d *_B 3 B J. B I1J. a J. U 3 J. BiLB B & U K J. U a d. K3-K Jdl U

4、d_ ESUi U BJi - a H的工程技术规范。能够把课堂理论知识用于实际，按照任务书的要求完成设计任务。设计的电路正确，分析计算基本合理，仿真结果满足性能指标要求，论文格式基本rv vbbbwbvbbbwwi- wwa-ra!i-rMa-r iKBaa-rarva正确。 aim 11 - ! BU * U 1-! KB KBBS If KB B H KB N 评定成绩为： aim - mB B n !B:M（ B KB B KB : B NBB 1 W HI : - ! EB K aBaBIH ! B 指导教师签名：年 月 日两级交流放大器的设计两级交流放大器的设计具有组装简单、调试方

5、便、工作稳定的实验设计电路。 设计中包括电源输入电路，一级同相放大电路，二级反相放大电路三部分。通过电 路实现电压放大，稳定增益，确定放大电路的通频带，并且用仿真软件进行仿真分 析。一、设计方案.拟定系统方案框图两级交流放大电路的设计，整个系统是由那些模块组成，这三部分分别为：电源输入电路，一级同相放大电路，二级反相放大电路。系统方框图如下图1.+电源 埼人 僖晋电珞A +U：同性旅大电路4-第0 反值R士电路 +11图1两级交流放大的系统组成图根据各模块的系统功能进行分析，了解各部分的波形形式如下图并选择各模块所需的电路形式。图2两级交流放大电路各部分输入输出电压波形.方案的分析与比较:(1

6、)采用两个LM741运算放大器共同组成两级交流放大电路。其电路图如下图所示:图3两级交流放大图(2)采用两个2N2222A放大器组成放大电路X图4两级交流放大图比较：方案一与方案二比较,是电压波形无失真，增益能够达到，方案一的技术指标比较完善。二是，在完成技术指标的条件下，,方案一实验电路所需元件数较少，更为简单，,更加容易实现。三是经济指标的比较，,在完成以上指标的情况下，方案一比方案二更容易实现，且所需要的元件数少很多，因而所需价格较低，经济方面大有节约。综上所述，方案一为最佳方案、单元电路的设计和计算.单元电路的设计第一级放大电路图根据以上分析，第一级放大电路图如下图所示:KBP11一图

7、5第一级放大电路图如图5第一级放大电路采取同相放大电路，图中 LM741为反相运算放大器，输入信号源为5mV的电压，通过运算放大器使得电压增益为 10, R2是第一级交流放大器的负载，也是一级交流放大器与第二级交流放大器之间的输入电阻Ri2,C2是第二级交流放大器的耦合电容。此时一级放大电路输入输出电压波形如下:图6 一级放大电路电压输入输出波形从放大器的输入端输入频率为1kHz,幅度Uim=5mV的交流信号，用示波器在放大器的输出端测出输出电压的幅值 Uolm,根据Uim与Uolm算出该级电压放大倍数Au1.电压增益Au1 = 10,以降低放大电路的信噪比。观察波形图可知，输入电压与输出电压

8、同相位，输出电压幅值为输入电压幅值 10倍，因而稳定了输出电压，增益也达到了要第一级幅频特性:图7第一级幅频特性曲线观察如图7所示的幅频特性曲线，使得下限频率 fL=19.409HZ,接近20 HZ增益随 频率远离下线频率点而下降，在输入信号幅值不变的条件下，保证按要求的通频带宽。1.2第二级放大电路图图8第二级放大电路图如图8为第二级放大电路图，是由LM741反相运算放大器组成，此时的输入信号为第一级放大电路的输出信号，负载阻值R=20Kohm,C为第二级放大电路的耦合电容，该电路将增益提高到100倍，进而将第二级放大电路的输入信号放大 100倍,达到了实验规定的要求。此时第二级放大电路的输

9、入输出电压波形如下:图9第二级放大电路电压输入输出波形语Mt X制|观察图9可知，经第一级放大电路放大的信号经过第二级放大电路，增益提高了 100倍，输出输入电压的峰值比也为100,并且由第一级放大电路而来的信号，经过第二级反相放大电路，输入电压与输出电压相位相反，稳定了输出电压。第二级幅频特性:Bode Plotlcr-IBP2图10第二级幅频特性曲线观察如图10所示的幅频特性曲线，使得上限频率 fH=10KHZ增益随频率远离下线频率点而下降，经过两句级放大器，增益提高，.并且保证按实验要求的通频带宽.单元电路元件的选择和计算电路图设计由于所要求的电压反放大倍数 A=1000,同相放大器的电

10、压放大倍数在 1100之 间，反相放大器的电压放大倍数在 0.1100之间，因此采用两级放大电路来满足设计 要求。电路形式的选择,.由于同相放大器的输入电阻比较高，在不接同相端平衡电阻RP1时，同相放大器的输入电阻在10M Q100MQ之间，接了同相端平衡电阻 RP1后，输入电阻主要由Rp1的值决定。反相放大器的输入电阻 Ri2=R2, R2的取值一般在1kQ1MQ之间，对于所设计的交流放大器，要求输入电阻Ri=20kQ,因此输入级无论采用同相放大器还是反相放大器都能满足要求。由于交流放大器所要求的最大不失真输出电压Uom=5V ,因此最大不失真输出电流：内对于普通运放，具输出电流一般都在几毫

11、安与十几毫安之间，因此无须采用扩流方式。 TOC o 1-5 h z 选择集成运算放大器.第一级交流放大器中，Au1=10,选择LM741运算放大器，由于其单位增益带宽BW=1MHZ因此第一级交流放大器的带宽 向为：fH1 -BW 10- 100KHz Au110-111 1fH1 fH112n1 10 1(3 丫22 1 6.441dHz 因此 f H1 fH1：2 10KHz,因而第一级交流放大器采用LM741型运放，可满足设计要求。,第二级交流放大器中，Au2=100,选择该级运放仍为LM741,则该级运放的带宽为：fH2 BW 10KHZ , f H2 fH22n 1 10 10342

12、 1 6.44 1C3Hz Au2 100 f H 2 fH2 ,酒足设计的指标要求。选择供电方式在交流放大器中的运放可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源供电而。与正负双电源供电的区别是：单电源供电的电位参考点为负电源端(此时负 电源端接地)。正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值(当正负电源的电压值 相等时，参考电位为零)。本实验选择单电源供电计算电阻值根据性能指标，实验设计要求输入电阻R=20Kohm第一级放大器的输入电阻RPi既是平衡电阻，也是整个放大器的输入电阻，因此取 R= Rpi=20Kohm由岸产R1/R1和Ai=1+R/Ri=10,因此可以知道 R=22Kohm R

13、i=200Kohm对于第二级放大器而言，Rf2，一I ,Au2= 100 ,当取 R=10Kohm 贝U Rf2=1Mohn Rp2= Rf2/R 2=10 Kohm. R2=R=10 KohmR2计算耦合电容对于第一级交流同相放大电路，耦合电容:C3 (rfLRr 2 M；)(3.989.8)10 6F 取其标称值，ci=1uF第一级放大器与第二级放大器之间的耦合电容:C2 (1-10) (1T0)-(0.796 - 7.96) 10 6F 取其标称值，C2=1uF2 fLRi2 220 10 103第二级放大器输出端的耦合电容：C3(1一切 (”10-3 (3.98539.8) 10 6F

14、 取其标称值，C3 =4.7 uF2 fLRL 220 2 10芯片说明:n U. OUT iW 年2 LM四零 rLM741是通用型运算放大电路，拥有反相和同相两个输入端。输入失调电压0.8mV;偏置电流：30nA增益带宽积：1.5MHz转换速率：0.7V/uS耗电流：1.7mA电源：+/-3V+/-22V o总体设计.总体电路在电路中经常会用到放大电路，将其输入信号进行放大，在输出端得到放大的信号。本实验中设计要求是增益 A=1000,根据放大电路的放大倍数，将实验由两个 放大电路组成，分别是同相放大电路和反相放大电路。在这个放大电路的设计当中，. 同相放大电路的增益为10,反相放大电路的

15、增益为100,多级放大电路的通频带一 定比它的任何一级都窄，级数愈多，通频带越窄。并且多级放大电路的电压增益为 各级电压增益的乘积其中同相放大电路将输入的信号进行放大，其输入输出信号相位相同，在反.相放大电路中，对输入的信号进行放大的情况下，输入输出信号的相位相反。根据实验要求，选择LM741运算放大器连接实验电路，得到符合要求的两级交流放大电路实验原理图图11两级交流放大电路由示波器观察输入输出端电压的波形：图12两级交流放大器输入输出端电压的波形观察图12可知,，输入信号电压峰值为2毫伏，输出电压峰值为2伏，输出端比输入端增大了 1000倍，即电压增益Av=1000o这个两级交流放大电路，

16、提高了增益，稳定了输出电压，通频带也符合实验设计要求。用示波器在放大器的输出端测量输出电.压的幅值Uom,根据Uim与Uom算出总的电压放大倍数 Aus.元件明细表表1元器件明细表元件名称数量型号元件名称数量型号交流电源1个5mV 1KHZ运算放大器2个LM741电容1个4.3uF电阻1个1Mohm2个1uF1个200Kohm1个22Kohm2个20Kohm2个10Kohm.综合分析(1)第一级放大电路分析从放大器的输入端输入频率为1kHz,幅度Uim=5mV的交流信号，用示波器在放大器的输出端测出输出电压的幅值Uo1m,根据Uim与Uo1m算出该级电压放大倍数Au1电压U o1m,若U o1

17、m =0.707 Uo1m, 说明已达到指标要求，若 U o1m 0.707 Uolm ,说明 Cl、C2的值取得太大，此时应先减小C1的值。使用同相放大器电路，最终满足频带宽， 以及增益为10。(2)第二级放大电路将第一级放大电路的输出信号作为第二级放大电路的输入信号,再次将信号放大,使用反相放大电路。用示波器在放大器的输出端测出输出电压的幅值Uo2m,根据Uim与Uo2m算出该级电压放大倍数 Au2=100。然后将输入信号的 频率改为20HZ,输入信号 的幅度保持不变，测出对应的输出电压Uo2m,若U o2m =0.707 Uo2m ,说明已达到指标_丁. 要求，若Uo2m 0.707Uo

18、2m2说明C2、C3的值取得太大.，此时应先减小 C2的值，同时观察对 应的输出电压Uo2m ,然后再改变C3的值，一直调节到Uo2m =0.707 Uo2m。 四、小结通过这次的课程设计实验，使我对两级交流放大器有了更为深刻的认识。对其电路组成以及更元件参数也有了更多的了解，特别是对运算放大器有了更多的学习，知 .道它的各项参数，以及脚标如何在电路中连接等等。通过本次动手设计，使我对LM741 运算放大器有了更多的了解，提高了动手能力，并且自己将电路连接好，得到了正确. 的仿真结果。主要存在的问题：在设计电路时，对于元件参数的选择当中存在一些问题，因为之前在课堂上学习不是很好，以至于对于如何选取元件值时出现了点问题。其次，对 . 于分析电路的幅频响应时存在一些错误,.对于电路的通频带也存有些问题。电路的设 . 计其实