1、單位代碼 01 學 號 分 類 號 TN722 密 級 文獻綜述放大電路的概述 院（系）名稱 專業名稱 學生姓名 指導教師201年月日放大電路的概述摘 要本篇論述分析的是應用寬帶放大芯片，增益可控芯片，有源濾波技術和功率放大電路，實現20HZ到40MHZ的信號的放大，并設計相應的直流穩壓電源。該系統最大的特點是輸出功率大、效率高、失真小、具有控制精確靈敏，抗干擾能力強，可靠性高等顯著優點，不僅如此，同時它也具有與傳統的放大電路使用方便，價格低廉，制作實現容易等等特點，有著廣泛的實際應用價值。該篇論證仔細、全面、深入，通俗易懂，適合多層次電子相關專業人士參閱。關鍵詞：直流電源, 寬帶放大，功率放

2、大，增益可控引 言隨著當今科技的發展, 信息交換量與日俱增，信息高速公路大規模建設迫在眉捷。在目前使用的電子技術教材中,放大器的應用電路所占的分量也越來越重, 由它們構成了信號運算電路、信號處理電路和信號發生器等。在許多測量和控制系統中，通常用集成運放對微弱的電信號進行放大和處理，集成運放的精度將直接影響測量系統的精確度。這就需要具有精密測量儀器。因此，放大器有了很廣泛的應用。影響集成運放精度的因素是多種多樣的，但是在不同的使用條件下將由不同因素起主導作用。放大器有兩種實現方式：自動增益控制放大器和限幅放大器。由于限幅放大器具有設計簡單、功耗低、芯片面積小和外接元件少的優點，選擇采用限幅放大器

3、的形式來實現光接收機的主放大器。對要求增益低的反相放大電路（如增益Ao=1）來說，失調引入的誤差將是非常嚴重的。在電壓跟隨器和電流電壓轉換器中，偏置電流引入的誤差將起主要作用。通常，對放大器要求具有高的輸入電阻，高共模抑制比，平衡差動輸入，將雙端輸入轉換成單端輸出等，廣泛應用在儀器儀表和醫療電器等方面。因此，分析放大器，對合理選擇集成運放及外圍電阻的大小和精度，組成高質量的放大器，提高測量系統的精確度是非常重要的。本文為滿足精密測量的需要主要分析以下幾個問題：儀用放大器的理論基礎，使用方法及保護措施，實用儀用放大電路的理論分析及舉例，高精度直流穩壓電源等。方案論證與比較1 增益控制部分方案一：

4、原理框圖如圖1所示，場效應管工作在可變電阻區，輸出信號取自電阻與場效應管與對的分壓。采用場效應管作AGC控制可以達到很高的頻率和很低的噪聲，但溫度、電源等的漂移將會引起分壓比的變化,用這種方案很難實現增益的精確控制和長時間穩定3。高頻放大高頻放大AGC檢波輸入 圖1 方案一示意圖方案二：采用可編程放大器的思想，將輸入的交流信號作為高速D/A的基準電壓，這時的D/A作為一個程控衰減器。理論上講，只要D/A的速度夠快、精度夠高可以實現很寬范圍的精密增益調節。但是控制的數字量和最后的增益(dB)不成線性關系而是成指數關系，造成增益調節不均勻，精度下降1。方案三：如圖2所示，使用控制電壓與增益成線性關

5、系的可編程增益放大器PGA，用控制電壓和增益（dB）成線性關系的可變增益放大器來實現增益控制。用電壓控制增益，便于單片機控制，同時可以減少噪聲和干擾2。綜上訴述，選用方案三，采用集成可變增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器，溫度穩定性高，最大增益誤差為0.5dB，滿足題目要求的精度，其增益（dB）與控制電壓（V）成線性關系，因此可以很方便地使用D/A輸出電壓控制放大器的增益。D/A單片機A/D測有效值PAPGA輸入緩沖圖2 方案三示意圖2 功率輸出部分根據賽題要求，放大器通頻帶從10kHz到6MHz，單純的用音頻或射頻放大的方法來完成功率輸出，要做到

6、6V有效值輸出難度較大，而用高電壓輸出的運放來做又很不現實，因為市面上很難買到寬帶功率運放4。這時候采用分立元件就能顯示出優勢來了。3 測量有效值部分方案一：利用高速ADC對電壓進行采樣，將一周期內的數據輸入單片機并計算其均方根值，即可得出電壓有效值：此方案具有抗干擾能力強、設計靈活、精度高等優點，但調試困難，高頻時采樣困難而且計算量大，增加了軟件難度。方案二：對信號進行精密整流并積分，得到正弦電壓的平均值，再進行ADC采樣，利用平均值和有效值之間的簡單換算關系，計算出有效值顯示。只用了簡單的整流濾波電路和單片機就可以完成交流信號有效值的測量。但此方法對非正弦波的測量會引起較大的誤差。方案三：

7、采用集成真有效值變換芯片，直接輸出被測信號的真有效值。這樣可以實現對任意波形的有效值測量。綜上所述，我們采用方案三，變換芯片選用AD637。AD637是真有效值變換芯片，它可測量的信號有效值可高達7V，精度優于0.5，且外圍元件少，頻帶寬，對于一個有效值為1V的信號，它的3dB帶寬為8MHz,并且可以對輸入信號的電平以dB形式指示，該方案硬件、軟件簡單，精度也很高，但不適用于高于8MHz的信號。此方案硬件易實現，并且8MHz以下時候測得的有效值的精度可以保證，在題目要求的通頻帶10kHz6MHz內精度較高。8MHz以上輸出信號可采用高頻峰值檢測的方法來測量，但是由于時間關系，高于8MHz的信號

8、我們未能測量顯示。4 自動增益控制（AGC）利用單片機根據輸出信號幅度調節增益。輸出信號檢波后經過簡單2級RC濾波后由單片機采樣，截止頻率為100Hz。由于放大器通頻帶低端在1kHz，當工作頻率為1kHz時，為保證在增益變化時輸出波形失真較小，將AGC響應時間設定為10ms，用單片機定時器0來產生10ms中斷進行輸出有效值采樣，增益控制電壓也經過濾波后加在可變增益放大器上5。AGC控制范圍理論上可達080dB，實際上由于輸入端加了保護電路，在不同輸出電壓時AGC范圍不一樣，輸出在GV峰值測有效值輸入緩沖90MHz寬帶放大PGAPGA屏蔽盒D/A單片機A/D數碼管和按鍵精密基準源低通濾波PA30

9、MHz寬帶放大同軸電纜功放電路隔離4.55.5V時AGC范圍約為70dB，而當輸出為2V2.5V時AGC范圍可達80dB圖3 系統整體框圖系統各模塊電路的設計1 輸入緩沖和增益控制部分圖5 輸入緩沖和增益控制電路AD603的輸入電阻只有100，要滿足輸入電阻大于2.4k的要求，必須加入輸入緩沖部分用以提高輸入阻抗；另外前級電路對整個電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲。故采用高速低噪聲電壓反饋型運放OPA642作前級跟隨，同時在輸入端加上二極管過壓保護6。如圖5所示，輸入部分先用電阻分壓衰減，再由低噪聲高速運放OPA642放大，整體上還是一個跟隨器，二極管可以保護輸入到OPA642的電壓峰峰

10、值的不超過其極限（2V）。其輸入阻抗大于2.4k。OPA642的增益帶寬積為400MHz，這里放大3.4倍，100MHz以上的信號被衰減。輸入輸出端口P1，P2由同軸電纜連接，以防自激。級間耦合采用電解電容并聯高頻瓷片電容的方法，兼顧高頻和低頻信號7。增益控制部分裝在屏蔽盒中，盒內采用多點接地和就近接地的方法避免自激，部分電容電阻采用貼片封裝，使得輸入級連線盡可能短。該部分采用AD603典型接法中通頻帶最寬的一種8，如圖6所示，通頻帶為90MHz，增益為10+30dB，輸入控制電壓U的范圍為0.50.5V。圖6 AD603接成90MHz帶寬的典型方法增益和控制電壓的關系為 AG(dB)=40U

11、10一級的控制范圍只有40dB，使用兩級串聯，增益為 AG(dB)=40U1+40U220增益范圍是20dB+60dB，滿足題目要求。由于兩級放大電路幅頻響應曲線相同，所以當兩級AD603串聯后，帶寬會有所下降，串聯前各級帶寬為90MHz左右，兩級放大電路串聯后總的3db帶寬對應著單級放大電路1.5db帶寬，根據幅頻響應曲線可得出級聯后的總帶寬為60M.。2 功率放大部分電路如圖7。參考音頻放大器中驅動級電路，考慮到負載電阻為600，輸出有效值大于6V，而AD603輸出最大有效值在2V左右，故選用兩級三極管進行直流耦合和發射結直流負反饋來構建末級功率放大，第一級進行電壓放大，整個功放電路的電壓

12、增益在這一級，第二級進行電壓合成和電流放大，將第一級輸出的雙端信號變成單端信號，同時提高帶負載的能力，如果需要更大的驅動能力則需要在后級增加三極管跟隨器，實際上加上跟隨器后通頻帶急劇下降，原因是跟隨器的結電容被等效放大，當輸入信號頻率很高時，輸出級直流電流很大而輸出信號很小9。使用2級放大已足以滿足題目的要求。選用NSC的2N3904和2N3906三極管（特征頻率250300MHz）可達到25MHz的帶寬。整個電路沒有使用頻率補償，可對DC到20MHz的信號進行線性放大，在20MHz以下增益非常平穩，為穩定直流特性。我們將反饋回路用電容串聯接地，加大直流負反饋，但這會使低頻響應變差，實際上這樣

13、做只是把通頻帶的低頻下限頻率從DC提高到1kHz，但電路的穩定性提高了很多。本電路放大倍數為：AG1R10/R9整個功放電路電壓放大約10倍。通過調節R10來調節增益，根據電源電壓調節R7可調節工作點。圖7 功率放大電路3 控制部分這一部分由51系列單片機、A/D、D/A和基準源組成10，如圖8所示。使用12位串行A/D芯片ADS7816和ADS7841（便于同時測量真有效值和峰值）和12位串行雙D/A芯片TLV5618。基準源采用帶隙基準電壓源MC1403。A/D單片機D/A減法電路精密基準源 圖8 數字部分框圖結 論在測試系統中，由傳感器變換來的電信號通常是十分微弱的，若要顯示、記錄或送計

14、算機處理這種電信號，必須先進行放大，故放大器是測試系統中不可缺少的重要環節。隨著電子技術的發展，對測試系統的精度要求越來越高，用分立元件組裝成的放大器已被集成運放所代替。為了滿足儀器儀表的需要，本設計對儀用放大器進行了研究。本論文通過對儀用放大電路的分析與研究，實現了增益控制、有源濾波和功率放大等特點。本論文從整體上分為三個部分，包括放大器的理論基礎，基本儀用放大電路的理論分析，三種實用特殊儀用放大電路的分析與設計，直流電源等。在測量控制系統中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱放大電路。由于其具有線性好、精度高、成本低等優點，所以應用范圍非常廣泛。通

15、過本次畢業設計，使我對放大電路的相關知識有了全面和系統的認識，并在此基礎上并且能夠進行簡單的電路設計。參考文獻 1周雪.模擬電子技術M.西安:西安電子科技大學,2002:117-119.2陳明.Protel99se原理圖與pub設計教程M.北京：機械工業出版社,2006:21-23.3閻石.數字電子技術基礎（第四版）M.北京：高等教育出版社,1997:50-53. 4楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程M.第二版，北京:高等教育出版社,1998:192-193 237-238. 5吳顯鼎.集成電子電子線路設計手冊M.福州:福建科技出版社,2003:7-18 93-94. 6清源計算機工作室. Protel99 SE原理圖與PCB及仿真M.北京:機械工業出版社,2004:20-23.7童詩白.模擬電子技術基礎M（第二版）.北京:高等教育出版社,1998:82-85. 8李士雄,丁康源.數字集成電子技術教程M.西安:工業出版社,2000:97-98.9 中國集成電路大全委員會.中國集成電路大全集成穩壓器與非線性模擬集成電路M.北京:國防工業出