放大器的设计

模拟电子技术课程设计
一、课题名称：放大器的设计
二、设计内容及要求：
1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分
（1）输入为100mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，放大器的性能参数为：增益40dB、输入电阻50Ω、输出电阻≤10Ω、通频带范围300Hz—4000Hz。

（2）输入为0.5mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，设计放大器的性能参数为：增益80dB、输入电阻≥200KΩ、输出电阻≤50Ω、通频带范围20Hz—400KHz。

（3）输入为10mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，设计放大器的性能参数为：增益60dB、输入电阻10KΩ、输出电阻≤20Ω、通频带范围500Hz—10KHz，要求增益可调，调节步进10dB。

软件仿真部分元器件不限，只要元器件库中有即可，但需要注意合理选取。

2、要求实际制作部分
上述（3）输入为10mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，设计放大器的性能参数为：增益60dB、输入电阻10KΩ、输出电阻≤20Ω、通频带范围500Hz—10KHz，要求增益可调，调节步进10dB。

硬件制作部分核心元器件：LM324、uA741、ADC0832，电阻电容不限。

三、设计方案分析：
由于晶体三极管及场效应管对环境的要求较高，如果只采用晶体三极管或场效应管来设计放大电路则很容易引起失真，导致设计结果不符合设计要求！而集成运算放大电路有较大的输入电阻和较低的输出电
阻，具有较高的放大倍数，且不容易产生失真，参数也较容易估算，所以在此采用集成运算放大器来设计此课题！另外基于课题中对同频带的要求则需要采用多级放大，并采用电阻与电容的串并联设计一个滤波器，用以达到课题的要求！在课题3中要求增益可调，我们可采用DAC0832数模转换芯片或者组合开关来调节，由于DAC0832数模转换芯片调节起来较为方便，且没有繁杂的参数运算，而组合开关则要求计算出多个参数，较为繁杂，故在此采用DAC0832来设计增益可调部分！
四、方案设计原理
1由于是放大电路的设计，所以为达到目的在此可用两种方案：（1）正相比例运算电路，（2）反相比例运算电路！但由于正向比例运算电路共模输入不为零，在工程应用上基本不采用，所以此设计采用反向比例运算放大电路，如图（一）
2滤波器参数的确定:由公式RC
=和课题的要求可确定滤波器
fπ2/1
中R和C的参数！
七、DAC0832引脚功能介绍及转换原理
DAC0832是双列直插式8位D/A转换器。

能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。

图4-13和图4-14分别为DAC0832的内部结构图和引脚图。

其主要参数如下：分辨率为8位，转换时间为1μs，
满量程误差为±1LSB，参考电压为(+10～-10)V，供电电源为(+5～+15)V，逻辑电平输入与TTL兼容。

图1-1、DAC0832引脚图
2、引脚功能：图4-14中其余各引脚的功能定义如下：
(1)、DI7～DI0 ：8位的数据输入端，DI7为最高位。

(2)、I OUT1 ：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。

(3)、I OUT2 ：模拟电流输出端2，I OUT2与I OUT1的和为一个常数，即
I OUT1＋I OUT2＝常数。

(4)、R FB ：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以R FB 端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。

(5)、V REF ：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负
电压，它决定0至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，V REF范围为(+10～-10)V。

V REF端与D/A内部T形电阻网络相连。

(6)、Vcc ：芯片供电电压，范围为(+5~ 15)V。

(7)、AGND ：模拟量地，即模拟电路接地端。

(8)、DGND ：数字量地。

（9）CS片选信号
（10）WR1写信号
八、设计方案：
（1）：根据要求输入为100mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，增益40dB、输入电阻50Ω、输出电阻≤10Ω、通频带范围300Hz～4000Hz。

该电路采用二级放大，滤波器放在一二级放大电路之间每级放大10倍输入电阻≈R1，输出电阻几乎为零根据公式RC
=可算得
fπ2/1
C1=C2=20nF,R4=2KΩ,R10=40KΩ.
仿真后的示波器图像：
（2）根据要求输入为0.5mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，增益80dB 即放大10000倍、输入电阻≥200KΩ、输出电阻≤50Ω、通频带范围20Hz~400KHz，
该电路才差模电路，由于差模电压增益为10000，需采用多级放大电路来达到要求。

各级电路均采用集成运放设计，集成运算放大器采用uA741型运放。

电路前半部分采用仪用放大器，后半部分为二级反向放大电路，在中间个穿插一个低通滤波器和一个高通滤波器，此电路输入电阻有200MΩ，输出接近于零！电路图如下：
（3）根据要求输入为10mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，增益60dB、输入电阻10KΩ、输出电阻≤20Ω、通频带范围500Hz~10KHz，要求增益可调，调节步进10dB。

该电路采用三级运算电路，输入电阻为R14（10K欧）输出电阻≈0，第一级采用差模输入，后两级采用反向放大,最后的输出接DA 转换器的输入，用于增益调节。

当减少10db即增益为50db时：由公式U0’=-U0*Dn/2的8次幂(其中U0=10V)，可以得出Dn=81，换算为二进制后为01010001，从下到上依次接D7到D0，当减少20db，30db，40db，50dB时由公式可以算出Dn=26,8,3,转换为二进制分别为00011010，00001000，00000011，00000001同样从下到上依次接D7到D0（用+12V代表二进制中的“1”，接地代表二进制中的“0”）。

电路图如下：
增益60dB的示波器和波特仪的波形：
于是把60dB的信号用数模转换芯片实现增益可调，分别在芯片上输入01010001，00011010，00001000，00000011，00000001可实现增益为50dB,40dB,30dB,20dB,10dB的增益，通频带大小与芯片无关故不用调节！
50dB的电路图：
40dB的电路图：
30dB的电路图：20dB的电路图：
10dB的电路图：
硬件测试
硬件测试使用信号发生器的电路，分别输出方波、三角波、正弦波，
电路图如下：
十、收获和体会：
在本次软件仿真和硬件制作中，我对集成运放和电路的焊接有了更深刻的认识，当在仿真过程中出现仿真结果和课题要求不一致时，首先别认为是软件有问题，而应该去认真检查一下电路是否有线漏接，或者电路本来就设计错误！在此时就要利用万用表或者波特仪去检查电路那一部分没接好！在硬件测试中，要细心把元器件的位置放到位决不能太粗心，不然会让实验结果与要求不符！有时自己检查没出错，而就是不出结果，则不要怪是否是元器件坏了，很有可能就是自己把什么元器件给漏插了！再仔细检查一遍，如果实在没查出是自己的问题，再去向实验室的老师要求调换元器件！这次硬件测试培养了我一丝不苟的实验作风，更要注重理论与实际相结合
附录：
参考书籍
硬件测试所需元器件清单：。