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1、随世氏法厚诧HUBEI UNIVERSITY FOR NATIONALITIES电子系统设计实验题目：放大器设计院系：信息工程学院专业：电子信息科学与技术姓名：李 攀学号：030941017 指导老师：谭建军年十二月1 .设计任务及要求1 .用运算放大器构成同相放大器反相放大器和跟随器。2 .测出三种电路的输入电阻，输出电阻，放大倍数，通频带。2 .设计概述；本设计根据要求利用运算放大器构成同相放大器反相放大器和跟随器，并且根据频带也要设计出低通、高通、带通滤波器，这样组 合起来就有9种电路，以下将一一介绍。根据仿真，测得电路的输入 电阻，输出电阻，放大倍数，通频带都能很好达到要求。3 .设计
2、方案综合考虑题目要求，即用集成运算放大器和 RC电路可组成 有源滤波电路。有源滤波电路能提高滤波性能，还可以将信号放大，且放大倍数易调节。有源滤波器也可以分为低通滤波器、高 通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。3.1 同相放大器将反相放大器中R1端接地，输入电压ui经电阻R2由同相输入 端输入，即可构成同相放大器(noninverting amplifier),实现输出电压uo与输入电压ui之间的同相比例运算。且有下列放大关系:Kf =二=1十 以iiffi R R2 产 上图1同相放大器 3.1.1同相低通放大器放大器选用LM741 , LM741是通用的双运用算放大器，其特点有：较低输入偏置
3、电压和偏移电流：；输出没有短路保护，输入级具 有较高的输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压摆率。最大工作 电压为18V.鉴于以上这些特点，选用LM741作为同相放大器完全能 满足要求，且经济实惠。低通滤波器采用典型的RC低通网络，不难低通网络的传递函数:VF 1 j RC11 SRC1 SRCVi进而可得到其幅频响应为A(j )Vo(J)Vj)对于图1所示电路输入信号中的高频成分，电容 C1可近似地看成短路，输出端与同相输入端连接，所以最终输出电压很小，抑制了高频信号。对于输入信号中的低频成分，电容C1可近似地看成开路， 这时的放大倍数为1+R3/R4,低频信号顺利通过。此低通滤波器的上限频
4、率为：1/2兀R2C1。当取R2=1KC,C1 = 1Uf,得到上限截止频率为：.1fH = = 159.1Hz2 二 R2cl放大器的放大倍数;Av=1+R3/R4=2仿真及测试结果：a.通频带从右图可以看出，该低通滤波 器的上限截止频率是138.7Hz,与计 算值能很好的吻合。b.放大倍数Timebaf«ScN4 110 ms/DivX position 0y/T Aid B/A A/BChanpslA Sea厄 |l Diu Y position o-Channd B.Sea恒 |l 5口MY position ft)AC | 0 |pC - |THcgerGdgw于Mj-日1
5、2bevel J| VType Sin. | Hr, | ArtoNunrAC| 0 |UC图4输入和输出电压仿真结果表明在50Hz情形下，输入幅值为1V,输出为2V,放大倍数为2 倍，与理论吻合。图5输入输出电流c.输入输出电阻由于 Vi=1.0V , Vo=2.0V, ii =54.0nA,io = 25.2mA,容易 算出输入电阻Ri=18.5MC,输出电阻Ro=79.68Q ,即系统的输入电阻大，输出电阻小，带负载能 力强，适合在输入级和输出级。3.1.2同相高通放大器同相高通放大器只需将同相低通放大器中的低通网络换成高通 网络即可，同样可得到高通网络的传递函数:八Voj RCAV 二
6、一二VF 1 j RCVo 二 SRC ViSRC1 SRC而其他分析与低通是一样的，故不再赘述,电路图如下:图6同相高通仿真及测试结果：a.通频带lPFC1T 期ft1 kR 1-o从右图可以看出，该高通滤波器的下限截止频率是594kHz,b.放大倍数1 SRCTV1由输入输出电压计算得到放大倍数为1.91倍，与理论值能很好地吻合b.C.输入输出电阻由于 Vi=1.0V , Vo=2.0V, ii =2.24uA,i。= 281.2mA,容易算出输入电阻Ri=0.45M， ,输出电阻 Ro=7.11 13.1.2同相带通放大器带通可由一个低通和一个高通级联组成，因此电路自然可以是:邓F115
7、VINOUTVCC住L仿真及测试结果：c.通频带上可知下线截止频率为32JHz,上限截止频率为55.236kHzTimebaseScal« I ID ms/Div£“劭丽oChannel AScata|2 DivV posit|oChannel 6Scale 2 VDiv Y position o-Trigger出的卫产上 但“y.'T .«dd 小a .5口ACj D fOCAC| D pF - |Typ? Sing. I Nor. I 'rtn由输入输出关系可得，放大倍数约为 2倍，与理论符合C.输入输出电阻同理可以计算出，输入输出电阻分别为R
8、i=1.6MG,Ro=79.3C3.2反相放大器输入电压ui经电阻R1由反相输入端输入，输出端与反相端之间接一反馈电阻 RF,同相输入端与地之间接一平衡电阻R2,且R2=R1RF,以保证运放输入端的对称。3.2.1反相低通放大器XS Cl仿真及测试结果：a.通频带从右图可以看出，该低通滤波器的下限截止频率是594kHz,b：.放大倍数很明显，输入和输出的相位相反，并且由输入和输出电压分别为Vi=1.0V,Vo=1.5V可得到放大倍数为1.2倍C.输入输出电阻iTv同理可以计算出，输入输出电阻分别为Ri=3.2Mc,Ro=52.3c 3.2.1反相高通放大器设计反相高通放大电路如下:XSC10R
9、3WFA工_VEE3kG15V得到传递函数为:Vfj R3C1SR3C11 j R2C11SR2C1SR3cl1SR2C1Vi仿真及测试结果：a.通频带从右图可以看出，该高通滤波器的下限截止频率是1.71kHz,b.放大倍数为确保在通频带内输入信号为3.0kHz,很明显，输入和输出的相位相反，并且由输入和输出电压分别为Vi=1.0V,Vo=2.5V可得至U放大倍数为2.5倍C.输入输出电阻同理可以计算出，输入输出电阻分别为Ri=5.2MG ,Ro=100.3C3.2.1反相带通放大器同样带通可由一个低通和一个高通级联组成，因此电路自然可以仿真及测试结果：a.通频带由上图可得出，通频带为1.36
10、8kHz837kHz,且通带有较大增益,阻带衰减快，有很好的滤波性能。b.放大倍数为确保在通频带内输入信号为10.0kHz,很明显，输入和输出的相位相反，并且由输入和输出电压分别为Vi=1.2V,Vo=1.8V可得到放大倍数为1.5倍。b.输入输出电阻i*e±er- _ . X 599.12 uA24.815 mAvl fll可以计算出，输入输出电阻分别为 Ri=2.1Mc,Ro=88.3c3.2电压跟随器电压跟随器，就是输出电压与输入电压是相同的，就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般 来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是
11、很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低由此可以看出电压跟随器与同相比例运算放大器类似,现低通电压跟随为例，作简要分析:仿真及测试结果：c.通频带从右图可以看出，该低通滤波器的上限截止频率是117.1Hz,b.放大倍数Time Charinel_A Chanrid_B 0.000 s 40g 0D JOO VErt, TriggerTimkasScale ID msVDivX positiciin DI 77F Aid | &/a| Af'BChanpd A匚启叫胤TriggerScalel rfOiv乐nk |荷 mMOivEdgej"|F"
12、B | E)ct|¥ position oY pofitionLevel口| V| AC 0 | DC |AC" 0 I 口D I . CTypeSingNor | 自加 |hlan包为确保在通频带内，输入信号为 50.0Hz,很明显，输入和输出的相位相反，并且由输入和输出电压分别为Vi=1.4V,Vo=1.3V可得到放大倍数为0.93倍c.输入输出电阻手 lultiKEter. * .pl v oj -Ii r=厂1.6A I Wult er.(X故测得的输入电阻Ri为无穷大，Ro=VO=13V =0.8150,所以 io 1.6A说电压跟随器输入阻抗高，而输出阻抗低而对于两外两种滤波电路，仅仅只在滤波网络上有差异，因此在这就不在赘述。4.总结通过利用运算放大器构成同相放大器反相放大器和跟随器， 结合频带设计出低通、高通、带通有源滤波器，使我加深了对这 三种放大电路的认识，特别是电压跟随器，它输入阻抗高，而输 出阻抗低，没有电压放大能力，可作输入级、输出机和缓冲级。 另外有源滤波器的设计，也使我更加清晰地了解了几种典型的滤 波电路以及其传输特性。止匕外，我还发现，这几种基本的电路可 以推广到很多电路。参考文献：1电子技术基础（模拟部分 第五版），高等教育出版社，康华光2电子系统设计（第二版），国防工业出版社，陆应华3电子系统设计基础，电子工业出版社，林建英