高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现要点

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：电信1101班

指导教师：工作单位：信息工程学院

题目: 高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现

初始条件：

可选元件：运算放大器，三极管，电阻、电位器、电容、二极管若干，直流电源Vcc= +12V，V

= -12V，或自选元器件。

EE

可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表等。

要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据要求，完成对高输入阻抗放大电路的设计、装配与调试，鼓励自制稳压电源。（2）设计要求

①电压增益>=100，输入信号频率<100HZ,共模抑制比≥60dB；

② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计；

③ 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电

路工作原理并仿真实现系统功能；

④ 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书；

⑤ 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。

时间安排：

1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。

2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要 (3)

1.电路方案选择 (4)

2.高输入阻抗放大电路设计 (5)

2.1差分放大电路 (5)

2.1.1零点漂移 (5)

2.1.2差模信号与共模信号 (5)

2.1.3.共模抑制比 (6)

2.1.4差分放大电路的分析 (6)

2.2镜像恒流源 (7)

2.2.1镜像电流源电路特点 (8)

2.2.2镜像电流源电路分析 (8)

2.3同向比例放大电路 (8)

2.4电压串联负反馈 (9)

2.5电路原理设计图 (10)

3．直流稳压电源的设计 (10)

3.1理论分析 (10)

3.2原理图 (11)

3.3直流稳压电源仿真结果 (11)

4高输入阻抗放大电路仿真 (12)

5实物安装和调试 (17)

5.1布局焊接 (17)

5.2调试方法 (17)

5.3测试结果分析 (17)

5.4实物展示 (18)

6. PCB制作 (19)

7．个人总结 (23)

参考文献 (24)

摘要

本课程设计是基于模拟电子技术基础课程的高输入阻抗放大器的设计，需要运用书中所学的模电知识。

本设计主要有三部分构成，输入级由场效应管组成的差分放大电路，中间级由共射极的偏置电路组成的放大电路，镜像电流源提供稳定的输入电流。为了实现本次课程设计的要求，报告首先就集成放大器及其组成、运算电路、电压串联负反馈、镜像电流源和差分放大电路作了简要的分析，重点介绍了高输入阻抗放大器电路的设计、理论分析、proteus环境下的仿真与电路的安装调试。

本实验设计的高输入阻抗放大电路，能够接很高输入负载，在输入信号频率小于100HZ的情况下，能实现电压放大倍数大于100倍的效果。而且利用场效应管组成的差分放大电路的共模抑制比也可以达到>=60dB的要求。

关键词：高输入阻抗；放大；Proteus仿真；差分放大电路；镜像电流源

1电路方案选择

方案一：用晶体三极管组成多级放大器来实现。一个多级放大器总的电压放大倍数等于各单级放大器的乘积。本实验可以考虑用二级放大器来实现放大倍数大于100的要求，第一级电路实现放大倍数15倍，第二级实现10倍的放大倍数，总放大倍数达到150，符合要求。而输入阻抗等于第一级放大的输入阻抗，为了实现高输入阻抗的要求，可以选择输入阻抗高的射极偏置共射极放大电路作为第一级放大电路。理论上这种方案很容易实现，但是由于晶体三极管正常工作放大时候对静态工作点的要求较高，静态工作点设置不好就会引起失真，所以这种方案不用。

方案二:用集成运算放大器实现。集成运算放大器简称集成运放，是一种模拟集成电路。集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路，一般由输入级、中间级、输出级、偏置电路四部分组成。输入级常常采用三极管和场效应管组成的差分放大电路，具有高差模放大倍数和高输入电阻，同时获得尽可能低的零点漂移和尽可能高的共模抑制比，其性能的好坏直接影响集成运算放大器的整体性能。中间级由多极共射极或共源放大器组成，为集成运算放大器提供高电压放大倍数。为了提高电压放大倍数，经常采用复合管结构，使用恒流源作为集电极负载。输出级一般由电压跟随器或者互补对称电压跟随器构成，具有较低的输出电阻和较强的带负载能力，同时需要一个较宽的线性输出范围。输出级往往还具备有保护电路的功能偏置电路为各级电路设置合适和稳定的静态工作点，往往采用恒流源电路为三极管或场效应管的各电极提供合适的偏置电流。根据高输入阻抗放大器的高输入阻抗要求，我们选取型号为CA3130E的放大器，此放大器的输入阻抗高达1.5x1012欧姆，远远可以满足高输入阻抗的要求，且CA3130E放大器的共模抑制比为90dB，也大于所要求的60dB。设计要求是放大倍数A>100倍，输入频率f<100HZ，而根据芯片CA3130的特点，芯片输出电压的值受到直流偏置电压的影响，最大只能达到直流偏置电压的值，所以在这里直流偏置电压设计的是正负15V。由于放大器本身的电压放大倍数达到了105，而设计要求电压放大倍数为100，可以引用电压串联负反馈，来调节电压放大倍数。

2高输入阻抗放大电路设计

集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路，一般由输入级、中间级、输出级、偏置电路四部分组成。输入级常常采用三极管和场效应管组成的差分放大电路，具有高差模放大倍数和高输入电阻，同时获得尽可能低的零点漂移和尽可能高的共模抑制比，其性能的好坏直接影响集成运算放大器的整体性能。中间级由多极共射极或共源放大器组成，为集成运算放大器提供高电压放大倍数。为了提高电压放大倍数，经常采用复合管结构，使用恒流源作为集电极负载。输出级一般由电压跟随器或者互补对称电压跟随器构成，具有较低的输出电阻和较强的带负载能力，同时需要一个较宽的线性输出范围。下面就每部分电路做原理分析。

2.1.差分放大电路

2.1.1零点漂移

实验研究发现，直接耦合放大器即使将输入端短路，输出电压并不为零。而且这个不为零的电压会随时间作缓慢的、无规则的、持续的变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。产生这种现象的原因在于直接耦合，当外界因素变化时输出电压随之变化。其中温度的影响最大，所以有时把零漂也叫温漂。第一级的零漂经第二级放大，再传给第三级，依次传递的结果使外界参数的微小变化，在输出端产生了较大的零漂电压。这个变化的电压与有用的输出信号混在一起，严重时甚至会淹没有用信号，使放大器无法工作。

抑制零点漂移可以采用下列方法：①利用直流负反馈，稳定电路的静态工作点。②采用温度特性较好的高性能器件。③采用温度补偿方法，利用热敏器件的参数随温度变化而变化的特性，抵消电路随温度变化产生的影响。④采用差分放大电路，利用特性相同的对管，使它们的温度漂移互相抵消。

本设计就是用差分放大电路达到效果，原理在于差分式电路中，温度的变化、电源的波动会使两管的集电极电流、集电极电压产生相同方向的变化，相当于在差分管的两输入端加入共模信号。由于差分放大器有很强的抑制共模信号的能力，零点漂移很小，特别适合作多级直接耦合放大器的输入级。

2.1.2差模信号与共模信号

差模信号：把一对大小相等，极性相反的信号叫做差模信号。电路中所加的