模電-寬帶放大器

1、本科學(xué)生綜合性實驗報告（模電部分） 項目組長 學(xué)號 成 員 諶笛、柯澤浚、張祺、黃文慶、劉林、顏良鵬 專 業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)工程 班級 軟通153 實驗項目名稱 高增益寬帶放大器 指導(dǎo)教師及職稱 陳濱 開課學(xué)期 2016 至 2017 學(xué)年第 3 學(xué)期 上課時間 2017 年 7 月 1 日學(xué)生實驗報告學(xué)生姓名 學(xué)號 同組人： 實驗項目高增益寬帶放大器必修 選修 演示性實驗 驗證性實驗 操作性實驗 綜合性實驗實驗地點W103實驗儀器臺號指導(dǎo)教師 實驗日期及節(jié)次2017.06.29-2016.07.03一、實驗設(shè)計方案實驗名稱：寬帶放大器實驗時間：2016.07.01-2016.07.05小組合作： 是

2、 否小組成員： 1、實驗要求：1、用集成運放（注意選擇的集成運放高端截止頻率要高于500KHz。）及阻容元件設(shè)計一個高增益寬帶放大器，要求下限截止頻率低于10KHz，上限截止頻率高于200KHz，放大增益不小于60dB，帶內(nèi)增益較平坦。2、要求輸出波形不能出現(xiàn)明顯失真。3、擴展功能：在上述要求的基礎(chǔ)上，將增益做得更大。4、先進行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進行設(shè)計。功能實現(xiàn)后，在萬能板或印制板上搭建實際電路并進行調(diào)試，完成一份設(shè)計報告。2、實驗場地及儀器、設(shè)備和材料：實驗地點：江西財經(jīng)大學(xué)楓林園校區(qū)物華樓實驗設(shè)備：模擬電路實驗箱、數(shù)字萬用表、示波器、信號發(fā)生器、自制電路等3、實驗思路（

3、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理方法及實驗步驟等）：一、實驗內(nèi)容：高增益寬帶放大器設(shè)計要求：1、用集成運放（注意選擇的集成運放高端截止頻率要高于500KHz。）及阻容元件設(shè)計一個高增益寬帶放大器，要求下限截止頻率低于10KHz，上限截止頻率高于200KHz，放大增益不小于60dB，帶內(nèi)增益較平坦。2、要求輸出波形不能出現(xiàn)明顯失真。3、擴展功能：在上述要求的基礎(chǔ)上，將增益做得更大。4、先進行原理分析與方案選擇，可以采用仿真軟件進行設(shè)計。功能實現(xiàn)后，在萬能板或印制板上搭建實際電路并進行調(diào)試，完成一份設(shè)計報告。二、實驗電路及原理集成運算放大器是具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性

4、元件組成輸入和負反饋電路時，可以實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。放大倍數(shù)為60dB即1000倍，可以用級聯(lián)來實現(xiàn)。我們用的是同相比例放大器，原理圖如下：輸出端電壓 ，所以可以改變和的值來改變放大倍數(shù)。根據(jù)所學(xué)的知識，以及這次實訓(xùn)的要求，我們先進行了原理圖的設(shè)計圖:三、 元器件以及方案的選擇方案的選擇： 本制作是采用集成運放設(shè)計一個寬帶放大器，要求增益不小于40dB，下限截頻率低于10KHz，上限截止頻率高于1MHz，帶內(nèi)增益平坦。所以我們選用的核心芯片為LM6172IN。 LM6172IN是一款雙高速電壓反饋放大器。它具有增益穩(wěn)定以及提供良好的DC和AC性能，且擁有100MHz的單位增益帶寬，3000

5、V/S的擺率，50mA的通道輸出。LM6172提供高性能的雙放大器，但它每個通道僅消耗2.3毫安電源電流?？晒ぷ髟谡?/15V的電壓下。詳細介紹如下圖：LM6172IN圖 4、 設(shè)計電路根據(jù)題目我們用Multisim設(shè)計了如下電路：分析過程：此次的電路要求是電壓放大的增益為60dB即100倍。故在電路的設(shè)計中，我們設(shè)計了如上圖的電路，其中第一級電壓的增益Av1=1+1K/100=11；第二級電壓增益Av2為：Av2=1+2.2K/100=23;第三級電壓增益Av3=1+2.2K/100=23:系統(tǒng)增益Av為：Av=Av1*0.5*Av2*Av3*0.5=1455>1000滿足實驗的要求

6、。其中第一級的輸出信號減少一半再到第二級的輸入再到第三級的輸出信號減少一半。但是由于這種方法輸出電壓不能超過4微伏（超過則實驗結(jié)果會出現(xiàn)失真），而實驗室的電源電阻最小要12微伏，所以我們在電路的前端加入了兩個電阻用以分壓，使得結(jié)果沒有失真。仿真結(jié)果如下圖:分析：在10K和1M的時候從通道A和通道B可以看出增益超過1000倍以上，且由波特測試儀可以看出在10Hz到200MHz內(nèi)增益平緩，為67.873dB,故仿真成功。5、 元器件及材料清單型號功能單價數(shù)量LM6172放大器1322k電阻構(gòu)成負反饋電路電阻0.012047電阻分壓0.0120100電阻構(gòu)成負反饋電路電阻0.01201K電阻構(gòu)成負反

7、饋電路電阻0.012010uF電容使電源供電穩(wěn)定0.34六、根據(jù)題目我們設(shè)計的實物圖：反面圖如下：正面圖如下：指導(dǎo)老師對實驗設(shè)計方案的意見： 指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日二、實驗結(jié)果與分析1、實驗?zāi)康?、場地及儀器、設(shè)備和材料、實驗思路等見實驗設(shè)計方案2、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及結(jié)果、測試方法按照電路原理圖，正確連接電路電源線，接通電源。用示波器測輸入信號的波峰值記為，測輸出信號的波峰值記為，則放大倍數(shù)為 ;不斷改變信號源的頻率，重復(fù)之前對示波器的操作，記錄數(shù)據(jù)。、測試結(jié)果（1）當頻率時，黃色為輸出，如下圖可看出放大1000倍左右。（2） 當頻率為時，黃色為輸出，如下圖可看出放大1000倍左右。（3） 當

8、頻率為500KHz時，黃色為輸出，如下圖可看出放大1000倍左右（4） 當頻率為1MHz時，黃色為輸出，如下圖可看出放大51 倍左右3、對實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及觀察結(jié)果的分析與討論：此次實驗設(shè)計我們所采用的是LM6172IN，從仿真結(jié)果以及實驗室的示波器得到的數(shù)據(jù)及波形上可以看出基本滿足了題目的要求。由于芯片內(nèi)部實際性能與理論的性能存在明顯的差距，所以經(jīng)過幾次修改電路板，及重新焊接，其在滿足40dB的增益下，其帶寬為10Hz到200KHz（沒有到達500MHz）。4、 本次實驗遇到的問題及解決方法 （1）一開始本來打算用Protues8.0來做防真電路圖，但是每次改變輸入信號的頻率到達1MHz時，P

9、rotues就會停止工作，就算在輸入信號為低頻時，仿真的示波器無論怎么調(diào)，都只顯示輸入波形，而無輸出波形，后來果斷換了仿真軟件Multisim12，一邊學(xué)習(xí)怎么使用這個軟件的功能，一邊做該實驗的仿真電路設(shè)計。 （2）看到題目的時候，給了一個上限截止頻率和下限截止頻率，還以為是要使用到低通濾波器和高通濾波器，看了幾天的書，然而之后才發(fā)現(xiàn)并不需要使用到這些電路設(shè)計來做本次的寬帶放大器實驗，只需要選擇具有合適的寬帶增益積的芯片即可。 （3）這個運算放大器芯片的寬帶增益積是固定的，即寬帶*放大倍數(shù)=寬帶增益積（為一常數(shù)），到具體計算這個寬帶增益積時，搞不清楚這個放大倍數(shù)指的是每一級運放的放大倍數(shù)中的最

10、大的放大倍數(shù)還是整個系統(tǒng)的放大倍數(shù)，所以就選了一個寬帶增益積較大（100MHz）的芯片。 （4）因為有兩級電路放大電路，覺得要做防自激的電路部分，并不知道我們自己選用的芯片內(nèi)部的電容是怎樣的，所以不能使用環(huán)內(nèi)補償方法來防自激。自己就使用環(huán)外補償法（即在運放的輸出端串上一個小電阻，在連到后級，十幾歐到幾十歐之間即可，具體值與后級電路的輸入電容有關(guān)），所以在第一級運放后，加了一個47的電阻。 （5）由于選的芯片的原因在做電路仿真時，就輸入信號和輸出信號之間在指定的寬帶范圍內(nèi)并沒有產(chǎn)生前后反饋信號相位差為2，覺得并沒有必要做防自激部分。 （6）LM6172IN芯片的實際性能與理論的存在明顯的差距，導(dǎo)

11、致在頻率大于200KHz時，不滿增益為60dB，雖然修改了3次電路板，依然沒有得到理想的帶寬，可能是芯片內(nèi)部的內(nèi)阻較大的原因。（7）由于實驗室電壓的限制，使得我們必須加兩個電阻來使輸入電壓衰減。5、 設(shè)計總結(jié)體會 這一次模擬電路的設(shè)計和制作都是自己來完成的，并不是像以前一樣基本都是老師畫好電路圖，自己來焊電路板這么簡單，這次考驗的不僅僅是焊板子的能力，還有設(shè)計分析能力，元器件的選定與購買、團隊的合作等。這次的實踐我們有以下幾點體會： （1）我們已經(jīng)有一年沒有非常具體的使用模電分析問題，所以開始的幾天都在看書，由于學(xué)了信號與系統(tǒng)之后，以前不是很明白的一些知識點也在那幾天弄清楚了。比如自激部分的根本原因還是對于一個系統(tǒng)函數(shù)而言，在極點位置處。 （2）芯片的選擇。做一個高增益寬帶放大器，要想達到目的要求，選擇芯片是其中一個很重要的步驟。選擇的芯片要滿足實際要求就要學(xué)會查看一些較好的芯片網(wǎng)站，然后從中查看選中的芯片的相關(guān)文件，找到需要的參數(shù)，并進行選擇。 （3）電路板的制作：由于焊的電阻和電容都是貼片的，所以要非常小心和細致。而且一個頻率比較高的放大電路，就不能像制作低頻電路一樣任意連線，必須考慮線的布局等方面的問題，因為若