模电课程设计报告

模拟电子技术基础课程设计报告

课题： 放大器的设计与制作 班级： 姓名： 学号：

专业： 电气工程及其自动化

一、课题名称：放大器的设计与制作 二、设计内容与要求：

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50kΩ、输出电阻≤10Ω。

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。 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，要求增益可调，调节步进20dB。

三、设计过程： (1)元器件选型：

由于我们的课题是制作放大器，所以我们可以利用三极管或者运放制作，但我们考虑到如果用三极管的话，制作起来的电路会比较复杂，不仅要考虑三极管的电流放大倍数去选取三极管，而且在调试时还要设置好静态工作点使三级管工作在放大区并且保证输出为最大不失真电压，考虑到题目要求的放大倍数很大，可能还要使用多级的放大电路，这会使电路结构更加复杂，调试查错时也会非常痛苦。

但如果我们选用运放，我们制作起来就会比较方便，设置静态工作点也不用这么难，只需设置好正负电源的大小即可。而且我们可以直接使用公式来计算所需要的电阻规格，也不需要对运放的型号考虑太多，电路结构也简单，在调试时出现问题时也就容易查找。

所以我们最终决定用运放来制作，我们选用实验室常用的uA741

运放和各种规格的金属膜电阻来制作。 (2)电路类型的确定：

观察题目我们知道，题目需要我们对一个输入信号进行线性的放大，所以我们可以选用比例运算电路。而比例运算电路里又有同相比例运算电路和反相比例运算电路。

如果我们用同相比例运算电路，由于该电路是属于电压串联负反馈，可认为输入电阻为无穷大，输出电阻为零，输出电阻符合题意，但我们就无法保证题目所要求的输入电阻为一定的数值。而且该电路有共模输入，运算精度不高。

如果我们用反相比例运算电路，由于该电路是属于电压并联负反馈，所以输入电阻不会很大，且该输入电阻就为从输入端和虚地之间看进去的等效电阻。故输入电阻可以人为确定。因为电路引入了深度电压负反馈，且1+AF=∞，所以输出电阻为零，电路带负载后运算关系不变，输出电阻也符合题意。

所以我们最终决定用反相比例运算电路来制作该设计。 (3)系统电路图的设计：

根据上面确定好的电路所需的元器件和电路类型后，我们就开始设计系统电路图了，为了设计方便和检验电路的正确性我们使用了Multism电路仿真软件来设计电路图。以下仿真设计好的电路图：

(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50kΩ、输出电阻≤10Ω。

该题要求我们把输入的100mV的正弦信号放大100倍，即要求输出电压为10V，为了选取电阻方便，我们使用了两个运放构成两级的反相比例放大器来制作。根据反相比例运算电路的电压放大倍数的计算公式：𝑢0=−

𝑅𝑓𝑅

𝑢𝑖，由图可以看出我们先让第一级运放放大10倍，再

让第二级在第一级的基础上再放大10倍，来达到总的电压放大倍数为100倍，从图中输入和输出的电压也可以看出该电路的设计是符合要求的，同时输入电阻为50K欧，负载电阻为1K欧和输出电阻不超过10欧也是符合题意的。

(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。

该题要求我们把0.5mV的正弦信号放大10000倍，即输出电压要为5V。考虑到需要的放大倍数太大而且输入的信号太小，如果我们仍然用题目(1)的电路，就提供不了这么大的放大能力，会造成所需要的输出电压已经超出该电路实际的最大不失真输出电压，造成输出电压严重失真，所以我们决定更换成另外一种电路。

从上图可以看到，我们使用了三运放构成的精密放大器，该放大电路具有足够大的差模放大倍数可以放大弱小信号，非常符合题目的要求。它的电压放大倍数的计算公式为：𝑢0=−

𝑅𝑓𝑅

(1+

2𝑅1𝑅2

)𝑢𝐼𝑑,其中

𝑅𝑓=𝑅6=𝑅7=100𝑘欧,R=𝑅4=𝑅5=1k欧, 𝑢𝐼𝑑=0.5mV，𝑅1=100𝑘欧，𝑅2=2𝑘欧，可以计算出刚好可以把输入信号放大10000倍变为5V。

同时输入电阻为200K欧和负载电阻为1K欧也是符合题意的。

(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，要求增益可调，调节步进20dB。

根据题目要求，我们知道它要求我们制作一个放大倍数可调的放大器，增益60dB，调节步进20dB，即要求增益可以调为20dB、40dB和60dB，放大倍数依次为10倍、100倍和1000倍。考虑到放大倍数不高，我们又再次选择了题目(1)的电路，不过在参数上要做一定的修改，同时要加一个拨码开关来切换电阻的大小从而调节增益。以下分别是在不同增益下的仿真结果： (1)增益是20dB，即放大10倍的情况:

(2)增益是40dB，即放大100倍的情况:

(3)增益是60dB，即放大1000倍的情况:

以下是我们用面包板搭的电路，从左到右依次是三个题目对应的电路

设计。

四、调试步骤

(1)在调试之前，我们就先去把示波器和信号发生器调好，把信号发生器产生的正弦信号输入到示波器中观察输入信号是否正常，以及判断示波器的一些档位是否调好，有问题就马上进行修正，防止后续调试出现问题时的排查的困难。

(2)我们根据电路图把板子需要的正负电源线、地线、输入信号和输出信号线一一对应接好，把输入信号线接到信号发生器中，输出信号线接到示波器中，正负电源线和地线接到实验室提供的实验箱中对应

的电源供应接口好地线接口，并且接好后再仔细检查是否有线路接错。 (3)线路检查完好，我们先输入正负电源，观察板子的运放是否有发烫，如有发烫则马上关闭电源，没有发烫则把输入的信号也接入到板子中，然后观察示波器输出的波形是否与理论推导和仿真的一致，检验电路是否正常工作。

(4)如果波形与理论的不符，如有失真现象，则一边调节正负电源的输入电压的大小，一边观察示波器的波形，直到波形达到最大不失真，说明此时的静态工作点是正常的。

(5)如果波形怎么都出不来或者出现芯片烧坏的现象，则要停下来好好检查一下电路正确以及连接是否正确，如果电路不正确，就要静下心来好好看书和查找资料的把电路修改正确。 五、测试结果

从实验现象可以观察出，第一个和第三个题目要求的电路能够基本实现，波形正常。但第二个使用了仪表放大器的电路问题很多，总是会失真，而且再使用了一次后，下一次再使用时就会烧芯片，烧了芯片后之后无论怎么更换芯片，波形都没有再出来。我们初步判断应该是由于芯片烧坏使板子里的线路都不正常了，由于我们的电路是用面包板搭建的，看不到内部结构是否因为芯片烧坏而改变，所以我们也不能非常肯定我们的推断是否正确，之后由于无论怎么调试，第二个电路都没法正常工作，我们只好回去继续研究一下电路的结构是否有问题，争取下次能把这个可以把信号放大10000倍的电路搭建出来。 六、心得体会

通过这次模电课程设计，我们懂得了如何把书本中的理论通过自己的双手去实践出来，体会到了动手的快乐，并真正体会到书本知识的重要性，假如没有书本中的理论知识的支撑，我们不可能设计出正确的电路，以及电路出问题后也不知道怎么去分析。所以，我们一定要把模电学好，我们相信有模电的基础，以后无论见到什么样的电路，我们都能够静下心来仔细分析，找出电路的本质，真正做到学以致用。