【正文】 致謝 ........................................................ 25 附錄 ........................................................ 26 附錄一 系統(tǒng)電路圖 .................................................... 26 附錄二 系統(tǒng)帶寬測量圖 ................................................ 27 附錄三 OPA842ID 相關參數(shù) ............................................. 28 附錄四 系統(tǒng) PCB 印刷板 ................................................ 29 附錄五 系統(tǒng)焊接電路元器件清單 ........................................ 30 第 5 頁 第一章 緒論 近年來，隨著高性能集成運算放大器技術的迅猛發(fā)展，使得放大電路的應用非常廣泛，尤其是小信號放大電路的應用。設計好后的電路，使用 Multisim 電路仿真軟件對其進行仿真。該電路由五個OPA842ID 組成的輸入級差分放大電路、中間級電壓放大電路和輸出級功率放大電路完成對小信號的采集、電壓放大和功率放大。與國外相比國內對運算放大器的研究比較落后， 導致對小信號 放大電路的研究處于落后狀態(tài)。然而小信號有它自身的缺陷，由于它本身的能量較小，容易被噪聲淹沒或受到外界的干擾 ，而且對小信號放大電路設計的難處主要在高性能運算放大器。 畢畢畢 業(yè)業(yè)業(yè) 設設設 計計計 （（（ 論論論 文文文 ））） 題 目： 小信號放大電路的探究 第 1 頁 摘 要 目前，小信號放大電路的應用極其廣泛， 小到音箱、收音機等民用行業(yè)，大到衛(wèi)星、火箭等軍用行業(yè)。它不僅使我們的日常生活更加豐富多彩，而且對經濟、國防等做出了不可磨滅的貢獻。運算放大器性能的優(yōu)劣決定該電路的性能。 基于 OPA842ID，本設計介紹了小信號放大電路的探究與設計。同時有效的抑制或消除電路的溫漂和共模信號，使放大后的信號失真度較小。通過施加正弦小電壓信號，從電路的靜態(tài)工作點分析，交流分析等方面仿真，得出電路的電壓增益、帶寬等仿真結果，進一步驗證了電路理論設計的正確性和可行性。它涉及的行業(yè)很廣泛，小到音箱、收音機等民用行業(yè)，大到衛(wèi)星、火箭等軍用行業(yè)。然而現(xiàn)有的設備很難觀測這些小信 號的參數(shù)，這要求我們必須對小信號的幅值進行放大以便于我們對其進行研究。其中，小信號的幅值為 10uV～ 100uV, 帶寬為 0～ ，增益在 90db 左右 ,性噪比為9:1，輸入電阻趨于無窮，輸出電阻趨于零。該電路在實際應用中還會遇到如下幾個問題： (1)環(huán)境溫度的變化、電源電壓波動等對電路的影響。（ 3）要求負載功率的變化對電路的輸出幾乎沒有影響。 第 6 頁 第二章 小信號放大電路的系統(tǒng)方案 整個電路組要有三個部分組成： (1)輸入級 ——— 采用差分放大電路來抑制電路的零漂和溫漂，同時也提高了電路的共模抑制比。（ 3）輸出級 ——— 采用電壓跟隨器（功率放大電路）來確保電路輸出功率足夠大。由于差分放大電路采用了兩個相同參數(shù)的運算放大器，所以該電路有較強的抑制共模信號、溫漂和零漂的能力。（ 3）輸出級功率放大電路放大中間級放大電路輸出信號的功率來滿足不同功率負載的要求。 系統(tǒng)框圖如圖 221 所示。 輸入級差分放大電路 方案一：在電子市場上直接買高 單位增益 帶寬的集成運算放大芯片（如OPA842ID）。 方案二：可以自己利用電阻，電容，三極管等分立電子元器件，參照集成運算放大器的工作原理，試著焊接電路，調試，反復嘗試，直到能夠滿足要求為止。 綜合考慮后，最后采用方案一，來解決差分放大電路，如圖 231 所示。該電路的優(yōu)點是易于設計一個符合放大倍數(shù)要求的電路且電路的帶寬較大、結構簡單。該方案的優(yōu)點是相對降低了畢業(yè)設計的成本，缺點是自己搭的電路，性能沒有集成運算放大器搭成的反 相電壓放大電路的性能好，且工作量大、易出錯。 V+ V V1+ V1 Vo1 圖 231 差分放大電路 Vo Vo1 Vo2 圖 232 中間級電壓放大電路 第 8 頁 輸出級功率放大電路 方案一：用高 單位增益 帶寬的集成運算放大芯片（如 OPA842ID）連接一個電壓跟隨器。 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，調試，反復嘗試，直到能夠滿足要求為止。 綜合考慮后，最后采用方案一，來解決輸出級功率放大電路，如圖 233 所示。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。 電源電壓波動主要有兩個方面 ： 一方面， 穩(wěn)壓電源中混有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量。 另一方面， 直流電壓源的穩(wěn)壓性較差 , 帶負載能力不高 , 導致輸出直流電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象。該電路的VCC 和 VDD 都有 的波動 (理想情況 VCC、 VDD 為 5V、 5V)， 一般情況下， 它會把 ()/2= 看做自己的地，也就是 說 實際出來的波形會和對稱電源出來的波形 相 差 左右 （即波形會上移）。這樣容易導致運放輸出達到飽和而產生失真，如圖 313 所示。 圖 313 失真波形 圖 312 電源電壓波動 輸出 輸入 圖 311 受干擾的波形 第 10 頁 解決方法 對于電源電壓中 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)一個容值較大的電容（一般為 100nF）來解決電源電壓波動問題。因為 電容 有 隔直流通交流 的作用 ，當 電源 電壓 中有交流分量時 ，電容器就會把交流 成 分濾掉，只剩下穩(wěn) 定的 直流 分量。 隨著電路工作產生的熱量和環(huán)境溫度的變化，電路中的各元器件參數(shù)和特性會發(fā)生變化（如電阻、運放等）。 溫度對電阻阻值的影響及解決方法 首先，將了解一下電阻的溫度系數(shù) (TR RR1 12 ???TCR)，它表示表示電阻當溫度改變1 度時，電阻值的相對變化，單位為 ppm/℃ （ ppm百萬分之一）。 讓我們看看電阻阻值變化對電路的影響。因為若前級放大電路的輸出電壓誤差為 △ V，經過多級放大后誤差變?yōu)?Av△ V（其中 Av 為多級放大電路的電壓增益）。即使 △ V 很小，但經過多級放大后會有一個較大的誤差。一般來說，選擇散熱性能較好且阻值精度較高的電阻 （如金屬膜電阻）作為前級放大電路的電阻，還要選擇正確的焊接方式，如圖 322 所示兩種焊接方式。 錯誤 正確 圖 322 電阻焊接方式 圖 321 前級差分放大電路 V+ V V1+ V1 第 12 頁 溫度對運放參數(shù)及特性的影響及解決方法 由于溫度變化引起輸出電壓產生 △ Vo （或電流 △ Io）的漂移，通常把溫度升高 1℃輸出漂移折合到輸入端的等效漂移電 壓 TAvVo??? （或 電流 TAiIo??? ）作為溫漂指標。TVIO?? 不能用外接調零裝置的辦法來補償。(10～ 20)uV/℃ 。 【 2】輸入失調電流溫漂 TVIO?? 這是指在規(guī)定溫度范 圍內 IIO的溫度系數(shù)，也是對放大電路電流漂移的度量。高質量的運放每度幾個 pA。 對于高精度運放來說這些誤差可忽略不計，但對于前級放大電路來說這些誤差經過多級放大后會很大，嚴重時會導致輸出信號無法使用。 V+ V V1+ V1 Vo 圖 323 三運放儀表放大電路 Vo 第 13 頁 下面將分析一下電路的工作原理 【 1】 靜態(tài)分析 當沒有輸入信號電壓，即 V+=V=0 時，由于 電路完全對稱， V1+=V1=0 得到 Vo=0。 【 2】動態(tài)分析 （ 1）輸入信號為差模信號 Vid 當