宽带放大器设计与仿真
集成运放同相放大器的带宽测量(设计与仿真)实验报告
集成运放同相放大器的带宽测量（设计与仿真）实验报告一、实验目的1、熟悉放大器幅频特性的测量方法。
2、掌握集成运算放大器的带宽与电压放大倍数的关系。
3、了解掌握Proteus 软件的基本操作与应用。
二、实验线路及原理1、实验原理 （1）同相放大器同相放大器又称同相比例运算放大器，其基本形式如图所示。
输入信号U i 经R 2加至集成运放的同相端。
R f 为反馈电阻，输出电压经R f 及R 1组成的分压电路，取R 1上的分压作为反馈信号加至运放的反相输入端，形成了深度的电压串联负反馈。
R 2为平衡电阻，其值为R 2=R 1//R f 。
电压放大倍数为RR UU Afiuf101+==。
输出电压与输入电压相位相同，大小成比例关系。
比例系数（即电压放大倍数）等于1+R f /R 1,与运放本身的参数无关。
图 同相放大器 图 某放大电路的幅频特性（2）基本概念 1）带宽运放的带宽是表示运放能够处理交流小信号的能力。
运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围，带宽越高，能处理的信号频率越高，高频特性就越好，否则信号就容易失真。
图所示为某放大电路的幅频响应，中间一段是平坦的，即增益保持不变，称为中频区（也称通带区）。
在f L 和f H 两点增益分别下降3dB ，而在低于f L 和高于f H 的两个区域，增益随频率远离这两点而下降。
在输入信号幅值保持不变的条件下，增益下降3dB 的频率点，其输出功率约等于中频区输出功率的一半，通常称为半功率点。
一般把幅频响应的高、低两个半功率点间的频率定义为放大电路的带宽或通频带，即BW=f H -f L 。
式中f H 是频率响应的高端半功率点，也称为上限频率，而f L 则称为下限频率。
通常有f L <<f H ，故有BW≈f H 。
2）单位增益带宽运放的闭环增益为1倍条件下，将一个频率可变恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，随着输入信号频率不断变大，输出信号增益将不断减小，当从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db （或是相当于运放输入信号的）时，所对应的信号频率乘以闭环放大倍数1所得的增益带宽积。
“宽带放大器设计与实现”(2015.05常州)
2.1 如何确定电源供电方式(续)
单电源供电：只适用 于交流信号的放大。无法 实现直流信号放大，级间必须采取交流(阻容)耦合 。
如，11年LC谐振放大器，明确要求是单电源 3.6V供电，方案设计时：
单电源供电； 级间为交流耦合方式； 设计重点是各级偏置电路的设计、降低级间 耦合电容对放大器低频截止频率fL和带内平坦度的 影响。
带内增益起伏≤1dB
-3dB
1MHz
fL 0.3MHz
3dB带宽
15(80)MHz fH
图2 幅频特性示意图
f（MHz）
赛题的考点主要有：
带宽(BW-3dB 0.3MHz～100MHz )； 增益（ Av ≥60dB，高增益、可调、带内波动）； 带负载能力(在R L=50条件下测试)； 动态范围（最大输出正弦波电压有效值Uo ≥1V）；
2.1 如何确定电源供电方式
放大器供电方式：双电源供电和单电源供电。 首选双电源供电 (在应用场合不受限制或没有特 别要求的情况下) 。 优点：偏置电路简单；可放大直流信号、级间 可采用直接耦合方式 。 如：09年宽带直流放大器，应采用双电源供电 ，级间为直接耦合方式，但此时应考虑直流补偿问 题。 03年、13年宽带交流放大器，应采用双电源供 电，级间采用直接耦合与交流(阻容)耦合相结合的 方式。
伏≤1dB。 （4）放大器的输入阻抗 = 50，输出阻抗 = 50 。
2013年真题示例：
射频宽带放大器（D题）
2．发挥部分
（1）电压增益Av ≥60dB，输入电压有效值Ui ≤1 mV。 Av在0～60dB范围内可调。 （2）在Av ≥60dB时，输出端噪声电压的峰峰值 UoNpp ≤100mV。 （3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限 频率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz频带内
宽带放大器的设计方法以及仿真和实测
宽带放大器的设计方法以及仿真和实测分布式放大器能提供很宽的频率范围和较高的增益。
有一段时间，其设计通常采用传输线作为输入和输出匹配电路。
随着砷化镓(GaAs)微波单片集成电路的发展成熟，为了提高效率、输出功率、减小噪声系数，人们提出了很多种放大器电路类型，但是分布式放大器仍然是宽带电路(如光通信电路)的主流设计。
理解砷化镓微波单片集成电路GaAs MMIC 分布式放大器的设计，对很多宽带电路的应用都会有很大的帮助。
约翰・霍普金斯大学从198?年开始就开设了MMIC 设计课程，并在让学生在TriQuint 公司的产线上流片。
一款由Craig Moore(从198?年到2003 年，他一直担任该课程的助教)设计的分布式放大器作为该课程一个经典的设计例子。
该设计甚至经历了低温环境实验，在液氮的低温下表现出更低的噪声系数。
该放大器采用TriQuint 公司的0.5μm GaAs MESFET 工艺，其增益比基于0.5μm GaAs 伪高电子迁移率晶体管PHEMT 的新电路略低，2006 年的新课程中则采用了新版本的0.5μm GaAs PHEMT 分布放大器和一些其他电路作为例子。
本文将介绍宽带放大器的设计方法以及仿真和实测的结果。
分布式放大器使用宽带传输线给一组有源器件注入输入信号(如由于分布式放大器的应用场合很多，对各项性能指标的要求很灵活，宽带增益是其中最重要的一项指标。
在Craig Moore 这个设计例子中，采用了增强型PHEMT 器件，因为增强型器件只需要一组正电压供电。
为了能提供和198?年TriQuint 半导体公司采用的0.5μm GaAs MESFET 工艺的电路相同的性能，该设计采用了0.5μm GaAs PHEMT 工艺，并且使用3 级晶体管放大拓扑。
为了适应电池供电的应用，选用3.3V 电压。
当然为了满足不同的客户需求，工作电压和电流可以方便的在较大范围内调节。
在1.5V 和14mA 的供电下，仿真结果显示：仅。
宽带功率放大器的设计
宽带功率放大器的设计宽带功率放大器的设计0 引言宽带功率放大器的应用开始从军用向民用扩展，目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带功率放大器也同样占有重要地位。
在无线通信、电子战、电磁兼容测试和科学研究等领域，对射频和微波宽带放大器有极大需求，且这些领域对宽带放大器要求各不相同，特别是在通信系统和电子战系统的应用中，对宽带低噪声和功率放大器的性能指标有特殊要求。
在设计上传统窄带放大器的端口匹配，一般是按照低噪声或者共扼匹配来设计的，以此获得低噪声放大器或者最大的输出功率。
但是，在宽带的条件下，输入／输出阻抗变化是比较大的，此时使用共扼匹配的概念是不合适的。
正因为如此，宽带放大器的匹配电路设计方法也与窄带放大器有所不同，宽频带放大器电路结构主要可以分为以下几种：平衡式放大器；反馈式放大器；分布式放大器；有耗匹配式放大器；有源匹配式放大器；达灵顿对结构。
各种结构都有各自的特点和适用的情况，在设计中应当根据具体放大器的性能指标要求进行合理的选择。
1 宽带功率放大器的结构与原理1．1 宽带功率放大器的指标分析宽带功率放大器的许多指标和普通的功率放大器是一样的，如饱和输出功率、P1dB压缩点、功率效率、互调失真、谐波失真、微波辐射等，但宽带功率放大器也有特殊之处。
1．1．1 工作频带宽度工作频带通常指放大器满足其全部性能指标的连续工作频率范围。
1．1．2 增益平坦度与起伏斜率增益平坦度是指频带内最高增益与最低的分贝数之差，多倍频程放大器的增益平坦度一般是±1～±3 dB。
在微波系统中有时候需要两个以上的宽频带放大器级联，级联放大器的增益平坦度将变坏，这是由于前级放大器输出驻波比与后级放大器输入驻波比不一致造成的。
尤其在宽频带内，级间的反射相位有时迭加，有时抵消，增大了起伏，因此一般要在级联放大器的级间加匹配衰减器。
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计[导读]介绍一种X波段宽带低噪声放大器(LNA)的设计。
该放大器选用NEC公司的低噪声放大管NE3210S01(HJFET)，采用微带阻抗变换型匹配结构和两级级联的方式，利用ADS软件进行设计、优化和仿真。
最后设计的放大器在10～13 GHz范围内增益为25．4 dB+0．3 dB，噪声系数小于1．8 dB，输入驻波比小于2，输出驻波比小于1．6。
该放大器达到了预定的技术指标，性能良好。
O 引言低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。
它的主要作用是放大接收到的微弱信号，足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声，并尽可能少地降低附加噪声的干扰。
LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，由于处于接收机的最前端，其抑制噪声的能力直接关系到整个接收系统的性能。
因此LNA的指标越来越严格，不仅要求有足够小的低噪声系数，还要求足够高的功率增益，较宽的带宽，在接收带宽内功率增益平坦度好。
该设计利用微波设计领域的ADS软件，结合低噪声放大器设计理论，利用S参数设计出结构简单紧凑，性能指标好的低噪声放大器。
1 设计指标下面提出所设计的宽带低噪声放大器需要考虑的指标：(1)工作频带：10～13 GHz。
工作频带仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且还要在全频带内使噪声系数满足要求。
(2)噪声系数：FN<1．8 dB。
FN表示输入信噪比与输出信噪比的比值，在理想情况下放大器不引入噪声，输入／输出信噪比相等，FN=O dB。
较低的FN可以通过输入匹配到最佳噪声匹配点和调整晶体管的静态工作点获得。
由于是宽带放大器，难以获得较低的噪声系数，这就决定了系统的噪声系数会比较高。
(3)增益为25．4 dB。
LNA应该有足够高的增益，这样可以抑制后面各级对系统噪声系数的影响，但其增益不宜太大；避免后面的混频器产生非线性失真。
(4)增益平坦度为O．3 dB。
宽带放大器的设计与仿真
宽带放大器的设计与仿真
邬丽娜
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2011(024)002
【摘要】采用TI公司的高速运放OPA820ID作为一级放大电路,THS3091D作为末级放大电路,在输出负载50 Ω上实现电压增益≥40 dB,通频带宽为10 Hz～10 MHz,并利用MSP430单片机控制1602液晶显示输出电压峰峰值和有效值,以及模拟电子技术和单片机信号采集处理完成了增益控制和输出显示.整个系统结构合理、设计简洁、性能稳定,可应用于课程设计、实训等教学场合.
【总页数】3页(P7-9)
【作者】邬丽娜
【作者单位】苏州职业大学电子信息工程系,江苏,苏州,215104
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.1
【相关文献】
1.宽带放大器匹配电路的设计与仿真 [J], 李志敏;赛景波
2.一种增益可控高频宽带放大器的设计 [J], 肖志杰;徐若洋;王梓旭
3.基于不同注入信号的集成宽带放大器失效分析 [J], 董戴;畅艺峰;邹旭军;唐启翔;
雷群龙
4.TBH-412PSM 10kW短波发射机20W线性宽带放大器工作原理与维护 [J], 高滨; 许宏鹏
5.TBH-412PSM 10kW短波发射机20W线性宽带放大器工作原理与维护 [J], 高滨; 许宏鹏
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Class-AB宽带功率放大器匹配方法的设计与仿真
Class-AB宽带功率放大器匹配方法的设计与仿真王毅敏;李佳旺【摘要】With the rise of the third communication revolution in the software-defined radio, the broadband RF power amplifier becomes the key part of the software radio transmission system, and has the advantages of wide bandwidth, large dynamic range, small size, long service life and so on. According to the characteristics of software radio and the development trend of current power amplifier, a broadband linear power amplifier with output power of over 25 W and 30-500 MHz working band is designed and developed. By using the coaxial line for broadband matching, and via analyzing the structure model and working characteristics of the push-pull high frequency broadband power amplifier, ADS simulation is done and the design verified. With the appropriate reactance value, the real part of the input-output impedance for the power pipe is made to meet the requirement of the same axis matching. Finally, the coaxial line length, characteristic impedance and the best value of the related components are acquired. After adjustment and optimization, the design reaches the expected indicators. This transformation model has a good prospect of analysis and application in the actual market.%随着软件定义无线电第三次通信革命的兴起,宽带射频功率放大器成为软件无线电发射系统的关键一环,具有频带宽、动态范围大、体积小、寿命长等优点.针对软件无线电的特点及当今功率放大器的发展趋势,设计研制了一款输出功率在25W以上、工作在30～500MHz的宽带线性功率放大器.采用同轴线进行宽带匹配,通过分析推挽式高频宽带功率放大器的结构模型和工作特点,利用ADS仿真验证设计.以合适的电抗值使功率管的输入输出阻抗的实部达到同轴线匹配的要求,最终得到同轴线长度、特性阻抗和相关元器件的最佳取值.经过调整和优化,使设计达到所需指标.这种转换模型在实际市场中有很好的分析应用前景.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)003【总页数】7页(P727-733)【关键词】宽带功率放大器;同轴线匹配;推挽式;ADS【作者】王毅敏;李佳旺【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN722.750 引言随着灵活和开放的软件定义无线电第三次通信革命的兴起，越来越多的人开始投入到SDR架构的研究中。
宽带功率放大器的仿真设计研究
• 143•宽带功率放大器的仿真设计研究中国电子科技集团公司第五十四研究所 杜 浩 刘雪峰 宋海涛【摘要】随着移动通信、无线局域网等技术的发展和应用，宽频带功率放大器的需求日益增多。
本文采用级间匹配补偿技术，优化输入输出匹配电路，实现宽带大功率、平坦的频谱特性。
通过采用sumitomo公司的GaN功率管EGN25C07012的静态特性数据和小信号S参数，用ADS 仿真软件仿真设计频率范围800MHz～3500MHz，覆盖WLAN、GSM、TD-SCDMA三个应用频段、输出功率30W的宽带放大器。
【关键词】宽带；功率放大器；仿真0.概述无线通信技术的快速发展，对频段利用效率提出了更高要求。
无线通信装备中重要的组成部分功率放大器，其带宽要求达到3倍频程。
为了解决超宽带微波功放面临的技术瓶颈，通过宽带匹配技术仿真设计宽带功放。
在宽带功放的设计过程中，要对功率管的输出能力进行反复调试，通常在实物设计之前，需要对功放电路进行仿真，目前常用ADS 进行仿真设计。
1.功放设计宽带功放主要设计难点是幅频特性设计，功放在不同频率的增益不同，需要在设计时通过匹配补偿等设计手段补偿增益平坦度。
匹配补偿技术原理是在放大器级间引入匹配电路，目的是降低带内高增益的地方，使得放大器整体增益在要求带宽内尽量平坦。
通常可以在匹配电路中采用电阻的方式来实现，利用微带短路线的阻抗变换作用，降低高增益的频段的增益，获得较宽信号带宽。
同时，对于宽带阻抗匹配设计，可以在放大器阻抗匹配是采用多节λ/4支节、渐变传输微带线、低Q 多级匹配等方法实现。
其中，多节λ/4匹配，传输线特性阻抗为，从1端口输入阻抗为：（1）通过将多节λ/4支节级联，从而减小比值，可实现宽带特性。
渐变线传输微带线匹配，是一种特性阻抗连续变化的设计，等效于多节阻抗变换线在长度极限小的情况下的一种阻抗变换。
发射系数为：（2）由上述公式可知，反射系数随着L 的增大而变小。
可实现宽带匹配。
宽带放大器的设计
采用集成运算放大器设计一个宽带放大器，输入正弦电压峰峰值为0.4V，频率范围为100Hz～10MHz。
①电压放大倍数范围为1～30可调；②输入阻抗≥10kΩ；③输入信号直流偏移量可调，变化范围为-2V～2V；④负载变化范围100～∞时，输出电压幅度变化≤3%。
二、设计方案1.方案比较与选择方案一：采用压控增益放大芯片AD603+DAC0832实现增益的程控放大，AD603可控增益变化范围大，频带范围宽，可实现增益的精密调节。
但AD603输入阻抗小，需加一级阻抗变换器；最大输出电压小，需加一级固定增益放大器。
总体电路复杂。
方案二：采用输出电压高的宽带放大器，通过调节反馈电阻实现增益的调节，电路输出失调大，但结构简单，因此，采用此种方案。
2.理论分析与计算设计要求电压放大倍数最大达30，频率最大达10M，选择的运放的GBW必须大于300。
OPA846是一个宽带、低噪声、电压反馈型放大器，GBW=1750M，满足要求。
AD8671为低失调运算放大器。
三、设计工具计算机一台，Multisim软件电路原理图如图1所示：图1 电路原理图五、设计结果1.交流小信号分析，增益为30时；如图2所示：图2 交流小信号分析（增益为30时）2.交流小信号分析，增益为1时；如图3所示：3.增益及直流偏置调节仿真如图4--7所示：注：电压放大倍数为30，频率为10M Hz，输出直流偏移量为-2V（Y位置=1）图5 增益及直流偏置调节注：电压放大倍数为1，频率为10M Hz，输出直流偏移量为0V（Y位置=0）；由于OPA846的最小稳定增益为7，故输出电压存在谐波。
注：电压放大倍数为5.5，频率为10M Hz，输出直流偏移量为-2V（500mV×4）图7 增益及直流偏置调节注：电压放大倍数为16，频率为100Hz，输出直流偏移量为04.输入输出阻抗测输入阻抗，测试环境：电压放大倍数为16，频率为100，输出直流偏移量为0，负载电阻为100Ω。
宽带放大电路的设计仿真
宽带放大电路的设计仿真【摘要】集成运算放大器的分类、性能指标、应用、所用芯片、静态工作点的测试【关键词】分类、指标、芯片、静态工作点一．集成运算放大器的分类I. 按照集成运算放大器的参数分类1）、通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。
例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356 都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2）、高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>（109~1012）W,IIB 为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
3）、低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。
低温漂型运算放大器就是为此而设计的。
目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650 等。
4）、高速型运算放大器在快速A/D 和D/A 转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR 一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。
高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。
常见的运放有LM318、mA715 等,其SR=50~70V/ms,BWG>20MHz。
5）、低功耗型运算放大器由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。
超高频宽带低噪声放大器的设计与仿真
（ ｅ．ｆ ｈｓ ｓＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｅｔ ｌ ｏｔ ｎｖｒｔ，Ｃ ａ ｇｈ １０ ３ ｈｎ ） Ｄ ｐｏ ｙｉ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｃ ｎ ａ ＳｕｈＵ ｉ ｓｙ ｈｎｓａ ０ ８ ，Ｃ ｉａ Ｐ ｃ ｅ ｏ ｒ ｅｉ ４
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电子产品创新制作宽带放大器设计报告
宽带放大器设计报告学院：电子信息学院班级：11251T姓名：朱雪学号：22任课教师：李玲一、设计要求：输入要求阻抗>1M；输入信号：正弦波，10MHZ <=10mVRS；增益：0~60dB；输出信号：10VRMS,负载为50Ω；肉眼观察无明显失真；增加一个自动增益控制模块。
4.5Vpp<=V out<=5.5Vpp二、方案设计：运算放大器模型：高阻输入级中间放大级低阻输出级偏置电路v N v P v O宽带放大器设计框图：宽带放大器的原理：工作频率上限与下限之比远大于1的放大电路。
习惯上也常把相对频带宽度大于20％～30％的放大器列入此类。
这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。
用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。
这类放大器通常以电阻器为放大器的负载，以电容器作级间耦合。
为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。
可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。
元器件及参数选择1.运算放大器OPA656，OPA843，OPA684，THS30001各一个。
2.电阻1KΩ一个，750Ω一个，500 Ω两个，150Ω一个，100Ω一个。
三、设计过程 电路仿真图：基本框图：OPA656具有高输入阻抗，为了降低系统引入的噪声和干扰，在OPA656的输入端对地接一电阻。
作输入缓冲。
OPA843和OPA684低功耗，高增益带宽的性能，并提高由反相输入限制谐波失真比早期的解决方案的线性关系。
保证了放大器不失真且达到放大要求。
宽带放大器的设计与仿真
宽带放大器的设计与仿真发布: 2011-3-21 14:39 | 作者: —— | 来源: 21ICTAG:放大器示波器芯片本设计实现了一个5 V单电源供电的宽带放大器基本功能。
核心部分采用高速运算放大器OPA820ID作为一级放大电路，THS3091D作为末级放大电路，利用DC-DC交换器TPS61087DRC为末级放大电路供电，在输出负载50 Ω上实现电压增益等于40 dB。
该放大器通频带范围10 Hz～10 MHz，系统最终可利用示波器测量输出电压的峰峰值和有效值，并利用MSP430单片机控制1602液晶显示输出数据的功能。
整个系统结构简单，而且综合应用了电容去耦、滤波等抗干扰措施以减少放大器噪声并抑制高频自激。
经验证，本方案完成了设计要求和部分扩展功能。
1 方案论证与系统设计1．1 方案论证直接使用集成高电压输出运放OPA820，放大器通频带从20 Hz～10 MHz，并能驱动50 Ω的负载，单纯用音频放大的方法来完成功率输出。
同时要做到在输出负载上放大器最大不失真输出电压峰峰值≥10 V的难度较大，故采用DC-DC变换器TPS61087DRC为末级THS3091放大电路供电，最终设计这款高速宽带放大器。
本方案简单易行，由于采用单芯片，所以系统体积较小。
1．2 系统设计利用模拟电子技术和单片机信号采集处理技术，最终完成增益控制及输出显示。
系统框图如图1所示。
2 模拟电路设计利用TI公司的模拟仿真软件Tina，设计出5 V和15 V电源电路和三级放大电路，并利用峰值检测电路的输出经单片机采样处理后液晶显示。
Tina仿真软件模拟出上述电路40 dB 时的通频带范围为10 Hz～10 MHz。
图2所示为三级放大电路的通频带图。
2．1 放大电路采用OPA820作为一级、二级放大电路，THS3091作为末级放大电路。
三级放大倍数分别为5倍、5倍和4倍。
其中末级电路通过两个可调电阻来控制放大倍数和保证输出信号的不失真。
基于TI芯片的宽带前置放大器设计与仿真
基于TI芯片的宽带前置放大器设计与仿真摘要本文从输入阻抗匹配单元、无源衰减网络、有源放大电路、单片机测频模块及显示装置4个模块设计电路，每一部分电路都实现相应的功能，达到技术要求。
设计考虑电路实效性和具备一定的技术先进性。
关键词宽带；放大；TINA-TI；MSP430单片机2010年浙江省大学生电子设计竞赛专科组题目宽带前置放大器电路。
任务是设计一个前置放大电路，使其在较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特性。
电路包括输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等环节，采用单端输入单端输出方式实现信号变换，电路方框如图1所示。
1 模块方案选择与设计1.1输入阻抗匹配单元阻抗匹配是为了保证能量传输损耗最小。
在低频电子电路中，输入阻抗一般都要求越大越好，但是在宽带电路中，因为要考虑电阻、电感、电容在不同频率下的作用，阻抗匹配的计算一般比较复杂，主要通过改变阻抗力与传输线来达到。
本设计的频带在高频段，主要考虑电阻作用。
在同相跟随器基础上并联电阻网络。
同相跟随器具有无穷大的输入电阻和极小的输出电阻，跟随器起隔离缓冲的作用，使前后级电路信号不互相影响。
输入阻抗单元采用OPA820构成的同相跟随器，当它与电阻并联时，输入阻抗单元阻抗为电阻阻值。
1.2无源衰减网络无源衰减网络能起到调整信号强度，控制阻抗的不匹配和作为电路级间的耦合与隔离作用。
依据无源器件的连接方式有不同的方案如：PI型衰减、T型衰减、桥型衰减等。
设计利用串联电路分压的性质设计电路，由于电路在不同信号频率下工作，频率的高低将对电路的性能产生不同的影响，在电路系统中放入多个去耦电容。
利用串联电路分压的性质设计电路。
电路如图2所示。
1.3有源放大电路选用TI公司的宽带运算放大器，利用FilterProTM有源滤波器设计软件与TINA-TI模拟仿真软件仿真相结合，完成电路的设计与器件参数的选择。
采用具有静态调零功能的THS4501运放做成二阶低通滤器。
图3所示为设计的二阶低通滤波电路图和仿真结果。
宽带放大器设计与仿真
单电源供电交流放大器
Vcc
Rf
vo
C1 R1
vi
R2
Vcc
A
+
C2
1/2Vcc
C3
R3
RL vo
t
无信号输入 有信号输入
宽带放大器设计与仿真
iN=0
1.3 集成运放的主要参数 vN -
vP
vD +
+-
AVOvD
vO
iP=0
1.输入偏置电流—IB (input bias currents) 输入失调电流—IOS (input offset current)
fb:开环-3dB带宽;fB:放大器带宽;ft:放大器单位增益带宽. 例：用运算放大器741设计一个增益为60dB的音频放大器，
要求带宽fB≥20kHz。 宽带放大器设计与仿真
4．转换速率（Slewing Rate，SR）
转换速率也称压摆率，其定义是运放在额定负载及输入阶跃 大信号时输出电压的最大变化率 。
宽带放大器设计与仿真
（3）专用差分放大器-IN132
差动放大电路 优点是电路简单， 缺点是输入电阻较低，增益调节不便，
在实际使用中电阻参数很难完全匹配导 致共模抑制能力下降。
宽带放大器设计与仿真
（3）专用差分放大器-IN132
Ref 1 -in 2 +in 3 V- 4
40kΩ 40kΩ
40kΩ
v1
+ -
A1
2 40kΩ 40kΩ 5
R2
R1
R2
+
6
vo
3 40kΩ 40kΩ 1
v2
+
A2
宽带直流放大器的设计与仿真【开题报告】
毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化宽带直流放大器的设计与仿真一、宽带放大器的背景和选题意义伴随着二十一世纪微电子技术领域的广泛发展，在日常生活和生产中就需要能够较长距离的无论在何时何地迅速且准确的实现多媒体的传输，于是，无线通讯技术随之便有了迅捷的的发展，成熟度也有了较大的提高。
本课题所涉及的宽带放大器便是日常通讯系统和其他电子系统中重要的部分。
由此可见，宽带放大器在日常生活以及科学领域的通信系统中有着卓越而显著作用，随着电子科技技术的发展，人们对宽带放大器的要求也越来越高。
当然宽带直流放大器同样在科研中扮演着重要的角色，而宽带运算放大器的运用也比较广泛，例如A/D转换器，D/A转换器，波形放大器，有源滤波器，视频放大器等等的电路中。
日常的通讯，电视广播，各种雷达以及自动控制等各种装置中都有宽带放大器。
所以宽带直流放大器在各个领域中运用非常广泛，有着良好的市场前景和研究意义。
所谓的放大器其实就是能把远方的输入信号的电压或功率实现放大的一种装置，它由数个电子管或者晶体管，电源变压器以及其他一些原件组成。
一般放大器的原理是将高频功率放大器作为发射机的末端，然后将高频已调波信号功率放大，来满足功率放大的要求，然后通过天线将已调波信号辐射到空间中去，来保证在所需区域内的接收器能够接收到满意的信号电平，而且不会干扰到相邻道的通信。
前面所提到的高频放大器是通信系统里面发送装置中的一个重要组件，按高频放大器工作频带的宽窄可以划分为宽带高频功率放大器和窄带高频功率放大器，其中的窄带高频功率放大器又被称为调谐功率放大器或协整功率放大器，其特点是通常以有选频滤波作用的选频电路作为自己的输出回路；因为传输线变压器或其他宽带匹配电路往往被宽带高频放大器作为输出电路，所以宽带高频放大器同样被称为非调谐功率放大器。
二、研究目标与主要内容1、自行设计制作一个宽带直流放大器和所需的直流稳压电源。
2、电压增益AV>=40Db,输入电压的有效值Vi<=20mV.所需电压增益AV可在0-40dB范围内手动连续调节3、要求放大器最大输出电压正弦波有效值Vo>=2V,且输出信号的波形无明显失真。
“宽带放大器设计与实现”(2015.05常州)
本节小结：重点讨论了以下四大问题： 1) 宽带放大器的电源供电方式 2) 宽带放大器的整体结构 3) 选择合适的宽带放大器芯片 4) 保证良好的制作工艺
主要内容
一、放大器类赛题的特点
二、宽带放大器的设计
三、宽带放大器的实现 四、赛前训练的几点建议
三、宽带放大器的实现
模拟电路的实现过程：
“精密放大器”、“宽带放大器”等模拟电路 的设计与实现过程分为五个阶段，包括： 1)准备阶段：课前的技能准备、知识准备； 2)设计阶段：方案设计、仿真与芯片选型； 3)制作阶段：电路板设计与制作；电路焊接 与调试； 4)测试阶段：数据测试与分析； 5)总结阶段：总结报告撰写； 设计、制作、测试三个阶段需要不断反复进行， 即常说的调试!!!) 。
一、放大器类赛题的特点(续)
1.3 放大器是组成各类电子系统的重要单元电 路，其应用背景明显，并对新技术、新器件发展、
工艺制作质量敏感。分析近年的考题，我们可以
清晰地看出放大器类题目跟随业界技术发展的趋 势：即宽带、高增益和高性能（较高的输出电压、 较高的效率、较宽的动态范围、较低的噪声性 能），以及采用新型器件的导向。
3.3放大器方案：采用四级结构 OPA2695+滑动变阻器+OPA2695 ；通过滑动 变阻器的调节，实现对增益的控制。
四级结构放大器
放大器增益分配
3.4 级间耦合方式： 在本设计中信号输入端与第一级、第三极 与第四级、第四级与示波器之间采用直接耦合 ；第一级与第二级、第二级与第三级之间采用 阻容耦合。
一、放大器类赛题的特点(续)
1.4 宽带放大器具有特殊性
“宽带放大器”也是放大器，与“精密放大 器”、“低频放大器”具有相同的基础理论，但具 有其自身的特殊性，体现在： 1)工作频率：从几MHz、几十MHz到一百MHz以 上。频率越高，影响电路正常工作的因数就越多。 特别是在分析电路时要考虑分布参数的影响。(特 殊性的源点) 2)性能指标：淡化了精度要求，强调高增益、大带 宽、低噪声等指标，同时更关注电路的稳定性、增 益的平坦度 (竞赛训练的重点、难点) 。
南昌大学multisim仿真实验宽带放大电路
南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：□验证□综合■设计□创新实验日期：实验成绩：宽带放大电路设计一、实验目的：1、熟悉集成运算放大器的特性；2、掌握运用集成运算放大器构成有源滤波器的方法；3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。
4、进一步熟悉multisim的功能与使用二、实验任务及要求：利用集成运放设计一个带通放大器。
要求该放大器能够对一定频率范围内的电压信号进行选频及放大，对频率范围之外的信号进行衰减。
集成运放可选择LM324。
技术指标：BW（300Hz－3400Hz）、中频增益Av＝4）。
三、实验原理及电路设计：用运放构成带通滤波器。
信号范围较宽，可以用2个运放分别构成低通和高通并串联。
滤波器的快速设计方法：（1）根据截止频率fc ，选定电容C （单位uF ）的标称值，使其满足K ＝C f c ⋅100（101≤≤K ）；（2）从设计表中查出与Av 对应的电容值及K ＝1时的电阻值，再将这些电阻值乘以参数K ，得电阻的设计值；（3）实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数。
四、实验仪器与设备：Multisim 虚拟仪器库中的电压源、波特器、示波器、集成运放、电容、电阻等五、实验步骤：1、按照实验要求，然后查表并计算出实验电路中需要使用的电阻与电容值2、按照实验说明设计出实验电路（下图）3、按照实验电路连接电路4、运行电路（此时频率在中频范围内）并用示波器监视一级、二级输出电压，观察到二级输出电压约为一级两倍，输入电压的四倍（如图所示）5、设置输入电压频率为50Hz，运行电路，用示波器观察输出波形，现象如下图。
6、用波特仪检测实际的频率范围，如下图六、实验总结：1、宽带放大电路是一种能将特定频率范围内的信号筛选并放大的电路，实验中主要应用了RC电路的整流滤波以及集成放大器的放大作用2、实验条件有限的情况下可以用multisim软件仿真3、实验前必须熟悉实验原理，实验时才能做到有目的，有方向4、实验能巩固所学理论知识，且能让我们学会如何利用理论知识解决实际问题5、实验时必须细心、耐心！。
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1.比例放大器
R2
R1
vi
-
A +
vo
Avf=vo/vi= -R2/R1
特点： 运算放大器输入端无共模信号
运算电路输入电阻较小
宽带放大器设计与仿真
2.同相放大器
vi
+
A
-
R2 R1
vo
Avf
vo vi
1 R2 R1
特点： 运算放大器输入端有共模信号 运算电路输入电阻很大
宽带放大器设计与仿真
3.加法电路
v1
R1
Rf
v2
R2
-
A +
vo
vo
（v1 R1
Rv22）Rf
宽带放大器设计与仿真
加法电路的应用——D/A转换器双极性输出
+5V
D0 VREF
输
D1
Rfb
D2
入 数 字
D3 IOUT1 D4 IOUT2
量
D5 D6
AGND DGND
D7
v2 R1
2kΩ
+ A1
R2
v1 1kΩ
Rf 2kΩ
V+
vo
压力传感器
R1 RT
V+ R2
vo
W
温度传感器
宽带放大器设计与仿真
V+
应变片1
R1 vo
应变片2
R2
典型的几种差分输出的传感器就是电阻电桥、 RTD 测温电阻和电流并联检测器。
宽带放大器设计与仿真
共模信号为放大器的同相和反相输入端含有的相同信 号，这里的共模信号（Common Mode Voltage）VCM＝ 5V；
（2）基本差分放大电路的原理
Rf
v1
R1
-
A
v2
+
R2
RF
vo vo1vo2
vo
Rf R1
v1R2RFRF（1RR1f ）v2
当Rf=RF，R1=R2 时，
vo vo1vo2 RR1f（v1 v2） Av（ f v1 v2）
宽带放大器设计与仿真
宽带放大器设计与仿真
存在的问题
电路的共模抑制比（CMRR）被外部电阻网络所限 制。
宽带放大器设计与仿真
运算放大器构成信号的产生、信号的变换、信号处 理等各种各样功能，已成为构成模拟系统的基本单 元。
1.1 运算放大器的模型
vN vP
高阻 输入级
中间 放大级
低阻 输出级
vO
偏置电路
宽带放大器设计与仿真
1.理想运算放大器的模型
iN=0
vN
-
vD +
vP
+-
iP=0
AVOvD
净输入vD=0, (虚短)
宽带放大器设计与仿真
（3）专用差分放大器-IN132
+
A2
vo
加法电路
vo5V2v1
宽带放大器设计与仿真
D/A转换器单极性和双极性输出工作波形
vo5V2v1
v1
vo
+5V
0
t
0
t
-5V
-5V
思考题：怎样把0~3V的直流电压转换为-1V~0V
宽带放大器设计与仿真
4.基本差动放大电路
（1）差模信号和共模信号 很多传感器的输出信号既有差模信号，又有共模信号。
宽带放大器设计与仿真
电压源驱动的电阻电桥
压力测试仪，未受外力作用时，电桥平衡（左）； 受到外力时阻值改变，电桥不再平衡（右）上下两个 应变片在外力作用下弯曲：一个被拉长，值以+ε的比 例变大；一个被压短，阻值以－ε的比例变小。
宽带放大器设计与仿真
压力引起的电桥臂上 应变片的形变实际上是 非常的小，一个压力传 感器的满量程差分输出 通常都在20mV以下， 而共模电压则通常在 2.5V以上。如果直接对 信号放大，共模信号会 引起电路饱和。因此， 首先我们需要进行共模 抑制，提前出差模信号。 如上图，共模信号为 2.5V，差模信号为 6.3mV，我们只需将V+ 宽带放大器设计与仿减真 去V-即可，
差模信号为放大器的同相和反相输入端含有的不同信 号，这里的差模信号（Diffrential Mode Voltage） VDM=3V。
共模抑制比（CMRR:定义为差模的信号的放大倍数 比上共模信号的放大倍宽带数放大）器设计与仿真
电压源驱动的电阻电桥
电阻电桥可以用电流源驱动，也可以用电压源驱 动，其工作实质是由于外力作用，导致电桥臂上的一 个或几个电阻阻值发生变化，从而破坏电桥的平衡， 输出差模信号。通过调理和转换差模的信号的大小， 即可以获得电阻变化的信息，从而再换算出外力的大 小。
vO
vP = vN
净输入 iN= iP=0 (虚断)
（1）开环增益AVO＝∞； （2）输入电阻ri= ∞ ； （3）输出电阻ro=0；
（4）频带宽度△f=∞； （5）共模拟制比KCMR=∞； （6）失调漂移、内部噪声均为0。
宽带放大器设计与仿真
2.实际运算放大器的模型
vN - vD ri +
ro
vP
项目3 宽带信号发生器的设计与仿真
宽带放大器设计与仿真
模拟电子系统设计与实践
宽带放大器设计与仿真
TI 的精密型运放有下面几类（所有的y代表通道数量和关断功能与否） • OPAy2xx, TLExxxy: Bipolar，精密，微小输入失调电压，GBW<=80MHz； • OPAy1xx: FET, Difet， 精密，高输入阻抗，微小偏置电流，GBW<=10MHz； • OPA637,OPA627: Difet， 精密，优秀的直流交流特性，GBW<=80MHz； • OPAy3xx: CMOS, <=5.5V, 精密,直流特性出众，低噪低功耗，GBW<=200MHz； • OPAy7xx: CMOS, <12V; GBW<=20MHz • TLV/TLCxxxy： CMOS, <=16V; GBW<=10MHz; 针对低成本，低频应用
假如 R1，R2，R3，R4 中仅有一只电阻有 0.1％ 的误差，导入上面的公式可以得到 CMRR 将下降到 66dB； 若误差为 1％，CMRR 将下降到46dB。 那么，我们在通用电子市场上里通常能买到的最精 密的电阻为多少误差呢？ 1％，而我们在学校里经 常抓来使用的电阻常常只有 5%的甚至更差的精度 ，这将使我们的共模抑制比更加“惨不忍睹”。 上面 的例子里， VCM＝2.5V， 若 VDM＝20mV， 60dB 的 CMRR 将使 VCM＝2.5V减小到 1/1000 ， 此时 VCM 仍将有 2.5mV，这相当于有用差模信 号的 10%，对我们的测量结果有相当大的影响， 因 此我们需要更高的 CMRR。
+
+
-
AVOvDiN=0vN-vO
vP
vD +
+-
AVOvD
vO
iP=0
（1）差分输入电阻ri； （2）电压增益AVO； （3）输出电阻rO； （4）差分输入电压vD=vP-vN。
uA741运算放大器的
rd=2MΩ， AVO=200V/mV，ro=75Ω。
宽带放大器设计与仿真
1.2 用集成运放构成的典型放大电路