高精度线性放大器课程设计

电子技术基础课程设计（论文）

题目：高精度线性放大器

院（系）：电气工程学院

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工工程

1.1高精度线性放大器的应用意义    1

1.2高精度线性放大器设计的要求及技术指标    1

1.3 设计方案论证    2

1.4 总体设计方案框图及分析    3

第2章 高精度放大器各单元电路设计    4

2.1 输入调整电路设计    5

2.2 中间级放大电路设计    5

2.3 输出级电路设计    5

2.4 增益调整电路设计    6

第3章 高精度放大器整体电路设计    7

3.1 整体电路图及工作原理    7

3.2 电路参数计算    7

3.3 整机电路性能分析    8

第4章 设计总结    9

参考文献    10

高精度线性放大器设计方案论证

1.1高精度线性放大器的应用意义

近年来，各种电子产品的迅速发展，高精度放大器越来越受到人们的重视。高精度线性放大器是模拟电路中的一个基本重要模块。其性能直接影响到电路及系统的整体性能。同时，现代集成电路特征尺寸越来越小，也导致集成电路产品的工作电压及功耗越来越低，这样待处理的信号越来越弱，这就要求有更高精度的放大器。而通用放大器显然不能满足这些要求。

高精度放大器的运用范畴很广，可用于量测仪器、控制系统、程序控制等。在医疗领域中也有超音波、气体分析、血压计、诊断器等，此外汽车中的引擎管理、传动系统管理等，都要用到高精度的放大器。

1.2高精度线性放大器设计的要求及技术指标

设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

技术指标：1.设计并制作一台高精度线性放大器。

2.线性失真度不大于0.5%

3.放大倍数2000，输入电阻2M，输出电阻100

1.3设计方案论证

图1是BJT共射级放大电路的原理图，其中BJT是核心元件，起放大作用。直流电源通过电阻给BJT的发射结提供正偏电压，并产生基极直流电流。直流电源通过电阻，并与和配合，给集电结提供反偏电压，使BJT工作于放大状态。

但由于BJT制造工艺和其自身V-I特性，该种放大电路一次放大不能将信号放大到设计指标。且该种电路在多级放大时会因为BJT静态工作点因放大信号的影响而导致输出信号严重失真。

图1 BJT共射级放大电路

1.4总体设计方案框图及分析

图2 高精度线性放大器总体设计方案框图

总体方案分为四部分，输入级、中间放大级、输出级、偏置电路。输入级将输入信号送人中间放大级，并提供2MΩ输入电阻。中间放大级将输入信号放大并传递到输出级。输出电路将放大信号提供给负载，并提供100Ω输出电阻。电源为电路提供稳定直流偏置，确保电路稳定工作。如图2。

可编程增益放大器各单元电路设计

2.1输入调整电路设计

图3 输入级电路

输入级采用差分放大电路输入。作用是提高输入阻抗。T1、T2参数相同，R7=R8，R1=R6，这样可以增大输入阻抗。电流源具有交流电阻大、直流电阻小的特点，具有恒流特性，并带有高阻值的动态输出电阻。因而电路具有稳定的直流偏置和很强的抑制共模信号的能力。

2.2中间级放大电路设计

图4 中间级放大电路

2.3输出级电路设计

 其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压的系数略低于1，负载能力强。由于该种组态的BJT电路能对输入信号作比例输出，可以稳定来自中放级电路的电信号，并且由该级电路直接与负载连接，能减少负载对输出信号的影响，保证输出信号的稳定度和精度。同时，由于该种电路结构简单，易于根据具体电路情况调整。

图5 输出级电路

可编程增益放大器整体电路设计

3.1整体电路图及工作原理

图6 整体电路图

   输入级为差分放大电路，将输入信号送入中间级放大电路中极具放大电路采用集成运放二级放大，将放大信号送入输出级，有输出级将放大信号送入到负载。

3.2电路参数计算

输入级

输入级的差分电路是单端输入单端输出，它的电压增益与双端输入、单端输出的情形完全相同。该级电路对信号的放大增益为1，整个电路的输入电阻达到2MΩ。该级电路的输入电阻参数计算如下：

β1=100

Ri=2*[rbe1+(1+β1)*R1] ≈2*R1*β1=2MΩ

中间级

中放级采用集成运放二次放大，电路运放均采用电压串联负反馈连接组态。R12＝100kΩ,R5=10Ω,R13=R14=100Ω,放大增益计算如下：

Av1=1+R12/R5≈R12/R5=10k/10=1000

Av2=1+R14/R13=1+100/100=2

Av=Av1*Av2=1000*2=2000

输出级

输出级采用BJT共射极电路输出，该电路对输入信号的放大增益近似为1。该级电路主要调整其参数满足输出电阻等于100Ω的设计指标，该电路的具体参数计算如下：

Rc’=Rs//R15

Ro=Re//[(Rc’+rbe)/(1+β)]

由于中放级放大电路采用电压串联负反馈，所以中放级电路输出电阻较小，若中放级输出电阻Rs＝5kΩ，R15＝500kΩ，β＝50，rbe＝1k则：

Rc’=Rs//R15=Rs*R15/(Rs+R15)=5kΩ

Ro≈(rbe+Rc’)/ β=120Ω

3.3整机电路性能分析

 。输出级采用典型的射极跟随器输出，其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压的系数略低于1，负载能力强。由于该种组态的BJT电路能对输入信号作比例输出，可以稳定来自中放级电路的电信号，并且由该级电路直接与负载连接，能减少负载对输出信号的影响，保证输出信号的稳定度和精度。

理论上能符合设计指标所要求。

第4章 设计总结

参考文献

[1] 康光华.电子技术基础 模拟部分）第五版.高等教育出版社.2006.1.

[2] 徐建.模拟电路.机械工业出版社.2010.7.

[3] 郭赟.模拟电子. 机械工业出版社.2007.9.

[4] 萧江.一种高精度CMOS运算放大器的设计.贵州大学硕士研究生学位论文.2008.

[5] 高文焕 李冬梅.电子线路基础. 高等教育出版社.2006.1.

附录：器件清单