小信號(hào)放大電路的探究畢業(yè)論文設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-13 16:47 本頁(yè)面
【正文】 得放大電路的應(yīng)用非常廣泛，尤其是小信號(hào)放大電路的應(yīng)用。它涉及的行業(yè)很廣泛，小到音箱、收音機(jī)等民用行業(yè)，大到衛(wèi)星、火箭等軍用行業(yè)。小信號(hào)放大電路在實(shí)際應(yīng)用中意義十分重大，通常我們需要對(duì)小信號(hào)的波形、頻率等參數(shù)進(jìn)行分析。然而現(xiàn)有的設(shè)備很難觀測(cè)這些小信號(hào)的參數(shù)，這要求我們必須對(duì)小信號(hào)的幅值進(jìn)行放大以便于我們對(duì)其進(jìn)行研究。本課題主要研究小信號(hào)放大電路的帶寬、信噪比、增益、輸入輸出阻抗等參數(shù)。其中，小信號(hào)的幅值為10uV～100uV, 帶寬為0～，增益在90db左右,性噪比為9:1，輸入電阻趨于無(wú)窮，輸出電阻趨于零。根據(jù)研究?jī)?nèi)容，本文介紹了基于OPA842ID高單位增益帶寬芯片的小信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)與制作。該電路在實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)遇到如下幾個(gè)問(wèn)題：(1)環(huán)境溫度的變化、電源電壓波動(dòng)等對(duì)電路的影響。（2）要求輸出信號(hào)有個(gè)較大的幅值及電路有個(gè)較大的帶寬。（3）要求負(fù)載功率的變化對(duì)電路的輸出幾乎沒(méi)有影響。通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)處理，設(shè)計(jì)出符合要求的小信號(hào)放大電路。 第二章 小信號(hào)放大電路的系統(tǒng)方案整個(gè)電路組要有三個(gè)部分組成：(1)輸入級(jí)———采用差分放大電路來(lái)抑制電路的零漂和溫漂，同時(shí)也提高了電路的共模抑制比。（2）中間級(jí)———采用電壓放大電路來(lái)確保電路輸出電壓幅值足夠大。（3）輸出級(jí)———采用電壓跟隨器（功率放大電路）來(lái)確保電路輸出功率足夠大。整個(gè)電路的工作流程是：（1）輸入級(jí)差分放大電路完成對(duì)信號(hào)的采集和放大。由于差分放大電路采用了兩個(gè)相同參數(shù)的運(yùn)算放大器，所以該電路有較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)、溫漂和零漂的能力。（2）中間級(jí)電壓放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)前級(jí)輸出信號(hào)的電壓進(jìn)行放大以滿足對(duì)信號(hào)幅度的要求。（3）輸出級(jí)功率放大電路放大中間級(jí)放大電路輸出信號(hào)的功率來(lái)滿足不同功率負(fù)載的要求。通過(guò)這三級(jí)電路的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)小信號(hào)的采集、放大和提高其帶負(fù)載能力，來(lái)滿足實(shí)際的需求。系統(tǒng)框圖如圖221所示。通過(guò)框圖，可以清晰的看到系統(tǒng)有前級(jí)差分放大、負(fù)反饋放大和功率放大三部分構(gòu)成。前級(jí)差分放大OPA842ID負(fù)反饋放大OPA842ID功率放大信號(hào)輸出圖221 系統(tǒng)框圖小信號(hào)輸入方案一：在電子市場(chǎng)上直接買(mǎi)高單位增益帶寬的集成運(yùn)算放大芯片（如OPA842ID）。直接用集成運(yùn)算放大芯片的優(yōu)點(diǎn)是省去了焊接和調(diào)試電路的過(guò)程且該電路具有較強(qiáng)的抑制零漂、溫漂和共模信號(hào)的能力，電路的帶寬也比較大。方案二：可以自己利用電阻，電容，三極管等分立電子元器件，參照集成運(yùn)算放大器的工作原理，試著焊接電路，調(diào)試，反復(fù)嘗試，直到能夠滿足要求為止。該方案的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)降低了畢業(yè)設(shè)計(jì)的成本，缺點(diǎn)是自己焊接的電路，性能沒(méi)有集成運(yùn)算放大器的性能好，且工作量大、易出錯(cuò)。綜合考慮后，最后采用方案一，來(lái)解決差分放大電路，如圖231所示。V+VV1+V1Vo1圖231 差分放大電路Vo方案一：用高單位增益帶寬的集成運(yùn)算放大芯片（如OPA842ID）連接一個(gè)反相電壓放大電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)是易于設(shè)計(jì)一個(gè)符合放大倍數(shù)要求的電路且電路的帶寬較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。方案二：可以自己利用電阻，電容，三極管等分立電子元器件，參照反相電壓放大電路的工作原理，試著焊接電路，調(diào)試，反復(fù)嘗試，直到能夠滿足要求為止。該方案的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)降低了畢業(yè)設(shè)計(jì)的成本，缺點(diǎn)是自己搭的電路，性能沒(méi)有集成運(yùn)算放大器搭成的反相電壓放大電路的性能好，且工作量大、易出錯(cuò)。綜合考慮后，最后采用方案一，來(lái)解決中間級(jí)電壓放大電路，如圖232所示。Vo1Vo2圖232 中間級(jí)電壓放大電路方案一：用高單位增益帶寬的集成運(yùn)算放大芯片（如OPA842ID）連接一個(gè)電壓跟隨器。該電路的優(yōu)點(diǎn)是易于設(shè)計(jì)一個(gè)符合輸出功率要求的電路且電路的帶寬較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。方案二：可以自己利用電阻，電容，三極管等分立電子元器件，參照射極電壓跟隨電路的工作原理，試著焊接電路，調(diào)試，反復(fù)嘗試，直到能夠滿足要求為止。該方案的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)降低了畢業(yè)設(shè)計(jì)的成本，缺點(diǎn)是自己搭的電路，性能沒(méi)有集成運(yùn)算放大器焊接成電壓跟隨電路的性能好，且工作量大、易出錯(cuò)。綜合考慮后，最后采用方案一，來(lái)解決輸出級(jí)功率放大電路，如圖233所示。Vo2Vo3圖233 輸出級(jí)功率放大電路Vo2第三章 常見(jiàn)的問(wèn)題及解決方法理想直流電壓源的電壓為一個(gè)恒定的值，但在實(shí)際這種情況是不存在的。它們或多或少受環(huán)境的溫度、各元器件間的相互干擾等因素影響。在對(duì)電源電壓要求較高的電路中會(huì)造成重大影響。圖311 受干擾的波形電源電壓波動(dòng)主要有兩個(gè)方面：一方面，穩(wěn)壓電源中混有50 Hz、100 Hz 等交流分量。因?yàn)槎鄶?shù)直流電壓源是利用50Hz 的交流電源經(jīng)整流濾波后獲得的,若直流電壓源中的濾波器濾波不良, 則將會(huì)有50 Hz、100 Hz 等交流分量, 以及它們的相應(yīng)諧波信號(hào)進(jìn)入放大器的輸入端, 這些信號(hào)經(jīng)放大器放大后, 混雜在正常信號(hào)的輸出中, 會(huì)使放大器產(chǎn)生所謂“交流噪聲”干擾，如圖311所示。另一方面，直流電壓源的穩(wěn)壓性較差, 帶負(fù)載能力不高, 導(dǎo)致輸出直流電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象。假設(shè)某一時(shí)刻電源的VCC=、VDD=，如圖312所示。(理想情況VCC、VDD為5V、5V)，一般情況下，它會(huì)把()/2=，（即波形會(huì)上移）。，則對(duì)于多級(jí)放大電路來(lái)說(shuō)就產(chǎn)生了很大的誤差。這樣容易導(dǎo)致運(yùn)放輸出達(dá)到飽和而產(chǎn)生失真，如圖313所示?？梢?jiàn)電源電壓的穩(wěn)定對(duì)電路的重要性。圖313 失真波形圖312 電源電壓波動(dòng)輸出輸入對(duì)于電源電壓中混有50 Hz、100 Hz 等交流分量的這種情況，我們一般在電源和地線之間串聯(lián)一個(gè)容值較大的電容（一般為100nF）來(lái)解決電源電壓波動(dòng)問(wèn)題。如圖314所示。因?yàn)殡娙萦懈糁绷魍ń涣鞯淖饔?，?dāng)電源電壓中有交流分量時(shí)，電容器就會(huì)把交流成分濾掉，只剩下穩(wěn)定的直流分量。而對(duì)于輸出直流電壓不穩(wěn)定的這種現(xiàn)象，可以換一個(gè)穩(wěn)壓性較好, 帶負(fù)載能力較高的直流穩(wěn)壓電源來(lái)解決這一問(wèn)題。 圖314 加濾波電容的電路輸入輸出隨著電路工作產(chǎn)生的熱量和環(huán)境溫度的變化，電路中的各元器件參數(shù)和特性會(huì)發(fā)生變化（如電阻、運(yùn)放等）。下面將具體說(shuō)明溫度變化對(duì)其參數(shù)的影響。首先，將了解一下電阻的溫度系數(shù)()，它表示表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化，單位為ppm/℃（ppm百萬(wàn)分之一）。普通電阻的溫
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