低频放大器

HEFEI UNIVERSITY

合肥学院第六届“爱默尔杯”电子设计竞赛

竞赛题目：低频放大器（A题）

系别班级：电子系08级电子（7）班

队员姓名：孙世玉刘银华王题峰

低频放大器(A题)

摘要：本设计是一个基于集成运放设计电压放大器，主要由以下四个模块组成：滤波模块，电压跟随模块，电源模块，和放大模块组成。首先通过带通滤波电路，使3-5kHz频带范围内的信号通过，接着通过电压跟随提高输入电阻，最后通过二级放大电路完成放大功能。其中在放大部分中完成了步进不超过200的设计。完成了基本功能的设计。

关键字：带通滤波输入电阻两级放大步进

1.系统设计与论证

1.1系统总体设计思路

拿到赛题后，我们组便展开了讨论，最后决定将系统分为以下几个部分进行设计：电源模块，带通滤波模块，电压跟随模块，和两级放大模块。其中，电源模块用以提供±12V的电压；滤波模块可以使3kHz到5kHz频率范围内的信号通过，而阻碍其他频率范围内的信号通过；电压跟随模块用以提高输入电阻；最后是放大模块，此模块我们采用的是两级放大，通过对电阻的可预置改变，来完成可预置放大以及步进不大于200的功能。、

系统模块设计图如下：

1.2方案比较与选取：

(1)滤波方案的论证与选择

方案一：电容滤波，此种滤波电路常用于小功率电路中，电路简单，纹波较小，适用于负载电压较大的电路中，缺点是输出特性较差。

方案二：电感滤波，此种滤波电路的特点是无峰值电流，输出较平坦，缺点是由于铁芯的存在笨重、体积大，已引起电磁干扰，价格较贵。

方案选择：鉴于题目输出噪声电压的限制，我们采用电容滤波，首先经过低通滤波在经过高通滤波最终达到带通的目的。

（2）放大电路的论证与选择

方案一：采用三极管组合放大,由于每个管子的放大倍数较小，所以采用多级放大，此放大电路的放大倍数等于各级单管放大电路电压增益的乘积，级间相互影响，即前一级的输出是后一级的输入，且由于三极管的存在使得放大信号只有一半得到输出，并且三极管受温度影响较大，易产生温漂。

方案二：集成运放放大电路，运放的输出电压的极限值等于电源电压，开环增益很高，内部的输入电阻较大，输出电阻小，且波形失真较小，电路简单。

方案选择：综合考虑信号的不失真以及放大倍数的各方面的因素我们选用集成运放的方案。

（3）电压跟随器的选用：

由于本设计中要求输入电阻必须大于100K，而一般的放大电路输入电阻基本上都采用比例放大的输入电阻小，输出电阻大。所以我们为电路增加了电

压跟随器模块用来提高输入电阻。

（4）电源模块

题目中由于要求单相交流220伏电压供电，电源波动±10%时可正常工作。而我们设计电路所需的电压为正负12V直流电源。因此，我们用LM317和LM337稳压器等器件自制了正负12V的可调直流电源，用于对集成运放芯片提供直流电源，所以电源模块满足了电路设计要求。

1.3电路设计

（1）滤波电路：

滤波电路分为低通滤波和高通滤波两部分，首先选用一个二阶低通滤波电路的截止频率为5kHz,接着再选用一个二阶高通滤波电路的截止频率为3 kHz。由于它们在电路结构上存在对偶关系，它们的传递函数和幅频响应而存在对偶关系，且：由公式Wc=1/RC得，R=1/2πfC即可确定各电阻值。但是，由于电路不可避免的存在误差因素，所以我们把频带扩大为2..7KHZ-5.3KHZ，以保证赛题所要求的频带信号都能通过，并完成放大功能。

电阻计算公式为：

下图为低通和高通组成的带通滤波电路图

(2)电压跟随器

在跟随器的输入端加上一个100K的电阻可以将输入电阻提高。

电压跟随器电路图

(3)电压放大电路

该模块采用集成运放两级放大,我们把一级放大电路的放大倍数设置为固定值，然后在第二级放大电路中通过改变电阻值，以实现可预置放大电路功能。

一级放大电路放大倍数为：

Av=1+R2/R3

=50（倍）

二级放大电路通过10个电阻R1并联实现了倍数放大可预置功能，同时步进不大于200，由公式Av=1+R1/R4得,采用拨动开关将其中的电阻R1接通到不同的阻值，以实现放大倍数的可预置。

（4）电源模块

我们采用变压电路，整流电路，滤波电路和稳压电路自制了一个正负12V的直流可调电源。

2.基本功能测试

（1）滤波电路测试

当信号频率范围介于3-5kHz时能够通过，而当信号频率超出这个范围时会遭到抑制，仿真效果如下：

（2）①放大倍数测试

下图为放大200倍时的波形图：其中红线表示输入的波形，图中为A通道，蓝线表示放大后的波形，图中为B通道。

3.设计总结：

经过四天三夜的努力我们终于完成了低频放大器的设计，其中带通为3-5kHz，放大倍数实现了可预置，且步进不大于200，放大倍数>2000的扩展功能，输入电阻>100K等。这次比赛的经历使我们受益匪浅，终生难忘。

通过比赛，我们不仅成功完成了一件作品，更提高了我们的动手能力，团队协作精神和竞争意识；培养了我们分析问题、解决问题的能力。相信这些收获将会是使我们终身受益的宝贵财富。比赛中，我们充分发挥团队合作精神。大家既分工分工明确又相互配合相互帮助，大大提高了我们的工作效率。

但由于我们知识和时间的限制，显示部分没能实现，导致部分功能拓展功能没能完成。我们以后会更加努力学习，争取在以后的比赛中取得好成绩。

参考文献

[1] 《电子技术基础模拟部分》康华光编高等教育出版社

[2] 《电子技术基础数字部分》康华光编高等教育出版社

[3] 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》全国大学生电子设计竞赛组委会

编北京理工大学出版社

附录

电路元器件清单：

1.电位器 12个

2.LM358N 5个

3.电阻若干

4.电容若干

5．电源一个