差动放大器报告

差动放大器报告（精选7篇）

篇1：差动放大器报告

差动放大电路实验报告

1.实验目的（1）

进一步熟悉差动放大器的工作原理；

（2）

掌握测量差动放大器的方法。

2.实验仪器

双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。

3.预习内容

（1）

差动放大器的工作原理性能。

（2）

根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。

4.实验内容

实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3

和Re3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器Rp用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号Vi=0时使双端输出电压Vo=0.差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。

本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不是完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510电阻后几乎不影响实验电炉接受来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。

由此可见，在可以降低差动放大器输入电阻时，降低差动放大器输入电阻，可提高差动放大器的抗高内阻共模干扰的能力。

实验这弱的到教师的同意，可去掉实验电炉中的两个510欧电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（1）

静态工作点的调整与测量

将两个输入端Vi1、Vi2接地，调整电位器Rp使VC1=VC2，测量并填写下表。由于元件参数的离散，有的实验电路可能只能调到大致相等。静态调整的越对称，该差动放大器的共模抑制比就越高。

测量中应注意两点，一是所有的电压值都是对“地”测量值。二是应使测量的值有三位以上的有效数字。

静态工作点调整

对地电压

VB1

VB2

VB3

VC1

VC2

VC3

VE1

VE2

VE3

测量值（V）

0

0

-7.9012

6.4711

6.4501

-0.7817

-0.63985

-0.64013

-8.5650

由以上数据可得交流放大倍数为：

（2）

测量双端输入差模电压放大倍数

在实验箱上调整DC信号源，使得OUT1大约为0.1V，OUT2大约为-0.1V，然后分别接至Vi1、Vi2，再调整，使得OUT1为0.1V，OUT2为-0.1V，测量，计算并填写下表。

双端输入差模电压放大倍数

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AD1

AD2

AD

3.1555

9.7610

-6.6055

-16.58

-16.55

-33.0

仿真测量值（V）

仿真计算值

2.304

10.367

-8.063

-20.84

-19.58

-40.31

这样做的原因是，实验电路的输入端对地有510欧的电阻，实验箱上的可变直流电压源是用1kΩ的可变电阻对5V、0.5V直流电压分压实现的，即直流电压信号源内阻于实验电路输入电阻大小可比。直流电压信号源接负载使得电压将明显小于未接负载时的电压，所以必须将直流电压信号源于实验电炉连接后，再把输入电压调到所需要的电压值。

这里，双端输入差模电压单端输出的差模放大倍数应用下式计算：

差模放大倍数实验值与仿真值误差为：

差模放大倍数的理论值可由以下公式计算：，其中

（3）

测量双端输入共模抑制比CMRR

将两个输入端接在一起，然后依次与OUT1、OUT2相连，记共模输入为ViC。测量、计算并填写下表。若电路完全对称，则VC1-VC2=Vo=0，实验电路一般并不完全对称，若测量值有四位有效数字，则Vo不应等于0.这里双端输入共模电压单端输出的共模放大倍数应用下式计算：

建议CMRR用dB表示

测量双端输入共模抑制比CMRR

输入（V）

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AC1

AC2

AC

CMRR

+0.1001

6.4743

6.4469

0.0247

0.032

-0.032

0.247

42.52

输入+0.1仿真

6.327

6.327

0

0.02

-0.02

0

无穷

-0.1003

6.4917

6.4328

0.0589

0.206

-0.383

0.589

34.96

输入—0.1仿真

6.329

6.329

0

0.04

-0.04

0

无穷

由于理想状态下（正如仿真所得），所以共模放大倍数理论值为0，因此共模抑制比CMRR理论值为无穷。

事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V

不等于0，因而

AC也不等0，只不过共模放大倍数很小而已。共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re3上的电压降也随之增大或减小，Re3起着负反馈作用。

由此可见，Re3

对共模信号起抑制作用；Re3

越大，抑制作用越强。晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。

（4）

测量单端输入差模电压放大倍数

将Vi2接地，Vi1分别于OUT1、OUT2相连，然后再接入f=1KHz，有效值为50mV的正弦信号，测量计算并填写下表。若输入正弦信号，在输出端VC1、VC2的相位相反，所以双端输出Vo的模是它们两个模的和，而不是差。

单端输入差模电压放大倍数

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.8068

8.1128

-3.306

-33.06

直流-0.1V

8.1683

4.7584

3.4099

-34.10

正弦信号

0.768

0.774

1.542

30.84

仿真如下：

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.225

8.434

-4.209

-42.09

直流-0.1V

8.436

4.224

4.212

-42.12

正弦信号

1.06

1.06

2.12

42.4

实验值与仿真值的误差为：

单端输入的差模放大倍数理论上应该与双端输入的相近，因此其理论值也是-105.4

5.思考题

（1）

实验箱上的双端输入差动放大器的共模抑制比不算高，若要进一步提高共模抑制比，可采取哪些办法？

1）

提高差动放大器的输入阻抗或提高闭环增益。

2）

可以用一个晶体管恒

流源取代

Re3。因为工作于线形放大区的晶体管的Ic

基本上不随

Vce

变化（恒流特性），所以交流

电阻=△Vce

/△Ic

很大，大大提高了共模抑制比。

（2）

图3.1中的电阻Rb1、Rb2在电路中起到什么作用，若去除上述两个电阻，按实验（3）步骤和方法再测CMRR，两次测量的结果是否会有较大差别？为什么？

在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510Ω电阻后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不该变差动放大器的共模抑制比。

去掉实验电路中的两个510Ω电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（3）

归纳差动放大器的特点与性能，并于共射放大器比较。

电路对称抑制零点漂移；对差模信号有放大作用；对共模信号有抑制作用；输入阻抗较高；共模抑制比高；一般用来放大微小信号

篇2：差动放大器报告

差动放大电路工作原理

1.基本差动放大电路：下图为差动放大器的典型电路。

信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。

对差分放大器来说，放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。

2.差模共模信号 当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。

当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态。

当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中

3.差模共模等效电路

1）输入电阻：2rп

2）输出电阻：单端Rc 双端2Rc 3)双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：

1）输入电阻：Βree 2）电压增益：

双端输入双端输出

共模抑制比

共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大

篇3：差动放大器报告

日前, 德州仪器 (TI) 宣布推出一款全差动零漂移36 V可编程增益放大器 (PGA) 。该款PGA281在5μV电压下提供同类最低偏移电压, 可提高准确度与长期稳定性, 并减少未来系统校准需求。且其零漂移架构支持DC高精度与长期稳定。设计人员可在工业信号采集应用中使用PGA281, 包括测量测试、应变仪、桥接放大器及医疗仪表等。如欲了解更多详情或订购样片与评估模块 (EVM) , 敬请访问:www.ti.com.cn/pga281-pr-cn。

PGA281的主要特性与优势

·零漂移架构:25μV偏移电压与174 n V/C偏移电压漂移加上128最大增益, 可帮助设计人员优化系统性能。偏移电压可在包括时间与温度的各种条件下实现稳定性。

·业界最佳的CMRR:宽泛频率下超过140 d B, 与同类竞争产品相比可将单位增益的共模信号抑制比提高1倍。这在应对电压变化时可实现最小误差。

·广泛的内部增益选项:数字可编程内部增益选项与输出缩放扩展功能可提供20多个独特增益选择。可编程增益与衰减可实现从几毫伏到超过20 V的广泛输入范围, 因而该产品也是一款多功能前端。

·内部错误检测:错误标记引脚可表明是否发生过压或过载情况, 从而有助于设计人员监控和维持清晰的信号。

封装与供货情况

采用5 mm×6.4 mm、16引脚TSSOP封装的PGA281现已开始供货, 该器件支持-40℃~+105℃的宽泛工作温度。

工具与支持

TI提供各种工具与支持加速采用PGA281的设计。

PGA281EVM评估模块 (EVM) 可帮助设计人员便捷地评估该器件的功能与多功能性。

PGA281通过最新TI高精度设计参考设计“10μA~100 m A、0.05%误差、高侧电流传感”配套提供, 其可使用高灵活增益配置实现跨越40年的高精度电流传感。该TI高精度设计参考设计库提供综合而全面的电路板级高精度设计, 可帮助工程师快速评估和定制系统。

篇4：音响放大器的设计实验报告

姓名：黄巧华04麦妙仪16郭焕贤25林晓强05 专业班级：10电子信息工程 课题名称：音响放大器的设计

内容摘要：㈠了解音响放大器的基本组成和总体设计

㈡了解音响放大器各组成部分的具体设计

㈢了解Multisim 的基本操作和命令

㈣利用Multisim 设计实验电路并进行仿真验证

㈤音响放大器的实物安装与调试 第一部分

设计任务 一 设计任务及要求

设计一个音响放大器，要求具有音调输出控制，对话筒输出信号进行扩音。已知话筒的输出电压为5mV，电路要求达到的主要技术指标如下： 1 额定功率Po＝0.5W（失真度<10％）； 2负载阻抗R＝20Ω（Vs＝15V）； 3 频率响应fl～fH＝40Hz～10KHz；

4音调控制特性：1KHz处增益为0dB，40Hz和10KHz处有±12dB的调节范围，AVL＝AVH>=+20dB；输入阻抗Ri>>20Ω 设计方案的分析论证简述

这次的课题设计。我们根据这学期对模电知识的学习，和上一学期电路知识的学习的应用。对要求进行设计。第二部分

设计方案

根据要求，我们初步设计了一个电路原理，首先我们用12v的单电源的输入，输入5mv的交流信号，经过，语音放大——混合前置放大——音调控制电路——功率放大，最后输出6v的电压。所以我们根据20lg(6/0.005)=62dB

语音

一级

音调

放大 5mv——10倍——2.5倍——0.8倍——45倍——6V

20dB

8dB

-2dB

36dB Avf=1+Rf/R1 Avf=-Rf/R1

Rp=Rf//R1

运放集成块我们用lm324 它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的与该输入端的相位相同。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

所以可以得出第一级语音放大的电路

我们所有的是正相比例放大…..第二级放大由

反向比例放大、第三级音调控制电路

在功放部分我们用了TDA2030, [1].外接元件非常少。

[2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。

[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。

[4].开机冲击极小。

[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

[6].TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%。

第三部分

仿真波形 语音放大： 混合前置放大： 最后

功

率

放

大

波

形

第四部分

安装调试及性能检测

1、对电路的排版，然后进行焊接和连线

2、对电路进行了实际的测试，结果发现有严重的失真现象，多次调试结果差不多，所以在这没法展示波形.3、原件清单

电阻 20 1个

4.7k 1个

1k 1个

9.1k 1个

10k 3个 15k 1个 47k 3个

90k 1个

100k 4个

300k 2 个 可调电阻

10k一个

100k二个

500k二个

电解电容

1uf 一个

2.2uf 一个 6.8uf二个

10uf一个

22uf二个 瓷片电容

100nf 八个

470pf 一个 10uf一个 IN4001二极管

二个 第五部分

心得

通过此次模电大型试验的设计以及调试，掌握了音响放大器的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识和印象，并且掌握了一定的多级放大电路设计和调试的经验。但是，同时也发现自己的许多不足之处。发现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，对于更深层次的探究，知识实在有限，所以我认为我们要多看一些有关本专业的书，以便提高自己的能力，在动手焊接，调试中我们也发现有很多不足之处，比如，电路排版没有排好导致焊接不好，以后我会更加注重自己这方面能力的培养。同时这次设计我们还懂得了，团队的合作是完成一件事的必要事情。

篇5：锁相放大实验报告

摘要

本实验利用锁相放大器对微弱信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位角与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。

关键词

锁相放大器，通道，噪声带宽，信噪比 正文

锁相放大器己成为现代科学技术中必不可少的常备仪器。国内 72 年南京大学首先从事这方面的研究工作，1974 年研制成了第一台实验室样机，继后物理所等单位相继进行了这一方面的研究工作，1978 年才有了工厂生产产品。现在测量毫微伏量级的信号已是可能。锁相放大器在涉及到微弱信号检测的各个领域都已得到了广泛的应用。

一、实验原理简析 锁相放大器就是用来检测淹没在噪声中的微弱交流信号。本质上，锁相放大器是一个具有任意窄带宽的滤波器，其频率调谐到信号的频率，排除掉大多数不需要的噪声而只允许被测量信号通过。除了滤波，锁相放大器也能够提供增益，锁相放大器可以从噪声中提取比噪声小 1000 倍甚至 10000 倍的信号，锁相放大器的信噪改善比特别高它可用于测量交流信号的幅度和相位。有极强的抑制干扰和噪声的能力，有极高的灵敏度。

1.相关检测原理 所谓相关就是指两个函数间有一定的关系，如果他们的乘积对时间求平均（积分）为零，则表明这两个函数不相关（彼此独立）；如不为零，则表明两者相关。由于互相关检测抗干扰能力强，因此在微弱信号检测中大都是采用互相关检测原理。

如果)(1t f 和)(2  t f 为两个功率有限的信号，则可定义其相关函数为：

   TT ldt t f t f T R)()(2 / 1 lim2 1)( 由于噪声的频率和相位都是随机量，它的偶尔出现可用长时间积分使它不影响信号的输出。因而可以认为信号和噪声，噪声和噪声之间是互相独立，相关函数为零，通过推导，则：

   YTr sdt t v t T R)()(2 / 1 lim)( 

由此可知，对两个混有噪声的功率有限信号进行相乘和积分处理（即相关检测）后，可将信号从噪声中检出，噪声被抑制，不影响输出。

根据相关检测的原理设计的相关检测器是锁定放大器的心脏。

通常相关器由乘法器和积分器组成。常采用方波做参考信号，而积分通常由ＲＣ低通滤波器构成。

待测信号：ts se tcos)( ； 参考信号：        tr re t  cos)(； 式中  为两信号的延迟时间，他们进入乘法器后，变换输入为)(t，若有两个信号频率相同，则 0   。通过低通滤波器后，高频信号被滤去，于是：（Ｋ为低通滤波器的传输系数有关的常数）

因而，两个相关信号为同频正弦波时，经相关检测后，其相关函数与两信号幅度的乘积成正比，同时与他们之间的相差余弦成正比，特别是当待测信号和参考信号同频同位相，即 0   ，0   时输出最大，即r s ome Ke  。

由此可知，参考信号也参与了输出。基于模拟乘法器对参考信号稳定要求极高的缺陷，现行设备中常采用开关式乘法器构成。

开关乘法器,称为相敏检波器（PSD）。相关器由 PSD 与 LPF 组成。此时待测信号)(ts 为正弦信号。参考信号)(ts 为方波信号，即

当ωr=ωs 时 Vo(t)=Ke s cosφ，上式表明，输出仅与待测信号的幅度 e s 成正比，也是两信号的相差φ成正比。

以上我们假设噪声与信号不相关，通过相关检测器后噪声被抑制，到由于低通滤波器的积分时间不可能无限大，实际上仍有噪声输出，它与时间常数有关，通过加大时间常数可以改善信噪比。

2、锁相放大器对噪声的抑制 （1）等效噪声带宽 对于输入噪声通常用等效噪声带宽（ENBW）来表征滤波器抑制噪声的能力。PSD 的基波等效噪声带宽应为 RC 低通滤波器等效噪声带宽的 2 倍。

对于白噪声，相应谐波等效噪声带宽为：,总的等效噪声带宽为

（2）信噪比改善（SNIR）

信噪比改善是指系统输入端信噪比 与输出信噪比 的比值，锁相放大器的信噪比改善常用输入信号的噪声带宽与 PSD 的输出噪声带宽之比的平方根表示：

二、实验内容

1、相关器的 PSD 波形观察及输出电压测量和波形记录

（1）按上图要求正确连接电路；（2）接通电源，预热二分钟，调节多功能信号源，输出正弦波，输出频率为1kHz左右；（3）调节输出幅度旋钮，用交流、直流、噪声电压表测量输出交流电压，使输出100mv；（4）置相关器直流放大倍数×10，交流放大倍数×1，用示波器观察PSD的输出波形，调节宽带相移量观察PSD的输出波形；（5）测量相关器输出直流电压与相关器的输入信号对参考信号之间相位差之间的关系，用相位计测量φ值的大小，并用示波器观察记录下波形，从0°开始相位每隔30°测一次，总共测一个周期，即360°。

2、相关器谐波形响应的测量与观察 （1）同实验 1 把上述实验连接图略作如下改变：将宽带相移器输入信号由1/n 输出（即 1/n 分频）送给；（2）多功能信号源功能“选择”置分频，由于相关器的参考信号为输入信号的 1/n 分频，即相关器的输入信号为参考信号的 n 次频；（3）先置分频数为 1，由示波器观察 PSD 波形及测量 PSD 输出直流电压，调节相移器，使输出直流电压最大，观察示波器波形，并记下电压值；（4）改变 n 为 1，2，3„„14，15，对任意 n 值重复上述操作，观察示波器波形，记下最大的电压值。

3、噪声的观察 （1）将两台实验仪保持第一步的原电路，将两台电路连接在一起，一台实验仪作为噪声输入另一台实验仪。

（2）观察噪声的变化关系。

三、实验过程与数据处理 1 1、相关器的 D PSD 波形观察及输出电压测量和波形记录

表 1：电压与相位的关系与波形记录 相位差  /度 直流电压/mv 波形 8-780-913

58-806 略 78-626

略 117-220

119-77.9

略 122 8.9

略 121 1.9

23.8

略 125 49.4

略 127 71.6

略 138 183.5

略 142 251

286

略 177 635

略 195 814 略 210 865

253 644

略 273 508 略

282 325 略 286 292

292 243

略 297 41.6

略 301 17.8

略 308 5.6

略 309 1.7

略 307-1.2

备注：由于图像变化有一定的规律，因此表格中只选择了几个比较特殊的具有代表性的图像显示，其余的省略。

根据上述数据作相位角与直流电压的变化关系曲线如下：

结果分析：

验证电压与相位的关系的就是验证01cos()2r sV e e  。

根据图表可知，相位角与电压的变化关系趋势呈余弦变化趋势。本实验结果当相位角为零度的时候电压达到反向最大值，理论上应该是正向最大值，因此之间就存在了一个反向问题，或者可以说相位角相差了 180°。

由图像可以看出实验存在着比较大的误差，变化曲线不够光滑并且峰值并没有在 0°和 180°位置。分析原因可以归结为以下几点：

（1）实验仪器本身的问题，相位角调节旋钮位置调节旋钮与相位角的读数显示本身存在问题，仪器本身存在着相位偏移；（2）实验本身为微波实验，实验电路接线比较复杂，信号传输过程中，传输线之间存在着一定的干扰，接触不良等很多因素，因此干扰是不可避免的。

总体来说，虽然存在着很大的误差问题，但是相位角与电压的变化关系仍然可以看出呈余弦变化，所以01cos()2r sV e e  

可以通过本实验验证。2、相关器谐波形响应的测量与观察

表 2：放大倍数 n 与直流电压的变化关系以及波形记录 n 直流电压 波形 读数 1（v）

读数 2（v）1.2 1.30.04 0.030.37 0.410.01 0.020.24 0.230.02 0.010.18 0.220.01 0.010.14 0.130.02 0.01 略 11 0.11 0.12 略 12 0.01 0.02 略 13 0.09 0.08 略 14 0.01 0.01 略 15 0.08 0.08 略 备注：由于图像变化有一定的规律，因此表格中只选择了几个比较特殊的具有代表性的图像显示，其余的省略。

根据上述数据作放大倍数与直流电压的变化关系曲线如下：

结果分析：

此步实验是为了验证01 4cos()r sV e en。

实验得到的结果本身存在很多的误差对结果取近似拟合后得到如上图所示的图像。由这些数据可知，01 4cos()r sV e en 是成立的，当 n 为偶数时是为零，奇数时是一倍时的奇数分之一倍。

实验误差总的来说都可以归结为实验仪器的误差与信号干扰误差。

因此奇次谐波输出的直流响应电压为基波的直流响应电压的 1n，偶次谐波的输出直流响应为 0。3、噪声的观察

将两台实验仪连接测得数据如下表所示：

信号源（KHz）

噪声频率（KHz）

倍数 直流电压变化范围（V）

0.90693 0.90643 1-0.640~0.590 1.820 2 0.920 2.718 3 0.878~0.951 3.628 4 0.921 4.533 5 0.893~0.945 5.431 6 0.920 6.349 7 0.760~1.075 7.251 8 0.920 8.164 9 0.744~1.068 9.029 10 0.922 9.981 11 0.886~0.949 结果分析：

当输入一个噪声信号时，若噪声频率和原参考信号频率一致，或者为参考信号频率的奇数倍，经过相关器处理的输出信号的电压值有比较明显的波动，导致锁相放大器的滤除噪声的功能失效。

四、实验总结 本次实验相对来说还是成功的。其中遇到了许多的问题，在老师的指导与帮助下，在小组成员的努力下，最终还是得到了正确的实验结果。

通过这次实验，我对锁相放大器的原理和内部结构有了深刻的了解，知道了互相关函数的特征，及电噪声函数的特点了解了正弦函数与同频率、不同相位差的方波函数叠加后波形及幅值情况，并通过实验进行了验证；除此之外，我们验证了输入信号和参考信号倍频关系改变，输出直流电压的改变情况；最后还对噪声进行了观察。

篇6：心电放大电路设计报告

设计一单导联心电放大器，心电信号的幅度范围为0.5～5mV，要求放大器与后续计算机系统中的10位A/D转换器相连接，A/D转换器的输入电压范围为0～5V。

1.1 主要技术指标

1)2)3)4)5)6)7)输入阻抗：≥5MΩ 偏置电流：<2nA 输入噪声：<10uV 共模抑制比：≥100dB 耐极化电压：±300mV 漏电流：<10uA 频带：0.05～250Hz 1.2 具体要求

1)设计放大器电路；

2)计算电路中个元器件的参数值；

3)对选择的关键元器件说明其选择理由。引言

在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。

心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

图1 标准的心电图

心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面：

(1)分析与鉴别各种心律失常。(2)查明冠状动脉循环障碍。

(3)指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。

(4)了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。

(5)心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。系统设计

3.1 设计思路

心电信号十分微弱，常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几十千欧以上。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极极化电压引起基线漂移，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上)，临床上还存在高频电刀的干扰。电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。电极极化电压引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此心电放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上，而且 CMRR也要在60dB以上（目前的心电图机共模抑制比一般均在89dB）。同时要在无源、有源低通滤波器中有效地滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。

3.2结构框图

本电路设计主要是由五部分构成。

1、前置放大电路。其中前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性；

2、共模抑制电路。在设计中使用了右腿驱动电路、屏蔽驱动电路，它们可以消除信号中的共模电压，提高共模抑制比，使信号输出的质量得到提高；

3、低通滤波电路及时间常数电路。常见的心电频率一般在0.05--100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度微小，大概为5mV，临床监护有用频率为0.5～30几HZ，因此设计保留40HZ以下的信号。时间常数电路实现一阶无源高通，截止频率为0.05HZ，时间常数为3.6s。

4、工频50Hz的陷波电路。本设计采用了双T带阻滤波电路，它能够对某一频段的信号进行滤除，用它能有效选择而对电源工频产生的50Hz的噪声进行滤除；

5、主放大电路：心电信号需要放大上千倍才能观测到，前置放大增益只有100~250左右，在这一级还需要放大4~10倍左右。

总体电路框图如图

右输入信号前置放大电路左输入信号低通滤波电路50HZ陷波后级放大电路右腿驱动电路

3.3电路设计

3.3.1 前置放大电路

由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：

高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

图1 AD620 放大器内部结构图

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。

参数选择：

由于AD620的增益与之间关系如下：G=1+(R1+R2)/R3，选取R21=R22=27K, R23=6.2K, C21=39pF, C22=200pF,C23=39Pf, 前置放大倍数：G1=1+(R1+R2)/R3=9.7。

3.3.2 右腿驱动电路

体表驱动电路是专门为克服50Hz共模干扰，提高CMRR而设计的，原理是采用人体为相加点的共模电压并联反馈，其方法是取出前置放大中的共模电压，经过驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动，通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰时非常严重。而使用右腿驱动电路就能很好的解决上述问题，下图就是右腿驱动的电路图。其反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。

参数选择：如上图上标示，C41=0.01Uf,R41=10K,C42=1M.3.3.3 低通滤波放大电路

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定的频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的（如图10虚线）。只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的特性。常用的方法是巴特沃斯（Butterworth）逼近和切比雪夫（Chebysher）逼近，为保证心电信号原形，采用较平坦的巴特沃思有源滤波。如图所示，滤波器的阶数N越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近于理想幅频特性。

图10 巴特沃斯幅频特性

图11 实用二阶低通巴特沃思滤波器

参数选择：要滤除250Hz的频率，经过Mulisim仿真选择阻值，如图上图中各元件的标注，R41=R42=R=6.8k,C41=C42=0.1uf, 根据二阶低通巴特沃思滤波器公式：截止频率为fH=1/(2πRC)=258Hz，基本上符合设计要求。

3.3.4 0.05Hz高通滤波器电路

此次设计用的是反相的二阶巴特沃兹高通滤波器，其中放大倍数设置为1，截止频率为0.05Hz。如图5所示，各个电阻以及电容的参数值在电路中已标明。

图5 巴特沃兹二阶反相高通滤波电路

3.3.4 50Hz陷波电路

工频干扰时心电信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有一定的抑制作用，但是有部分工频干扰是以差模方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定的因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤波。

采用如下图所示的有源双T带阻滤波器，该电路的Q值随着反馈系数β(0<β<1)的增高而增高，Q值与β关系如下Q=1/(1-β),调节下图中的R64和R64可以改变Q值。

图13 50HZ双T陷波电路

参数选择：实验中选用陷波效果很好的经验参数。即R61=R62=R=33 KΩ，R64=2KΩ，R4=148KΩ,R63=1/2 R=15KΩ。C61=C62=C=0.1uF，C63取0.2uF。

根据公式：中心截止频率 f0=1/(2∏RC)= 50Hz 上图中，滤波电路增益G2=R65/(R65+R64)=0.9。阻带宽度：BW= f0/Q= 其中：Q=1/2(2-Auv)

3.3.5 次级放大电路

第二级放大电路主要以提高增益为目的，选用普通的OPA2335放大芯片即可。电路图如下：

参数选择：R31=9.1k，R32=1M,C31=680pF 能起到一定的低通滤波作用 第二级放大倍数：G3=R32/R31=110

整个电路放大倍数G=G1*G2*G3=9.7*0.9*100=873倍

C31 电路性能的实验验证

按照上图搭建电路图，通过ORCAD6.1仿真，结果基本上能符合设计的要求。仿真

5.1前置放大电路仿真 仿真电路图：

仿真结果：

从仿真结果看出，实际前置放大倍数为K1=46.8mA/4.7mA=9.9，与预期放大结果相同。

5.2低通滤波电路

仿真电路：

仿真结果：

1、输入f=60hz时，输出波形图如下：

输出和输入基本上一致，信号没有被衰减。

2、输入f=250hz时，输出波形图如下：

输出结果衰减为：323uV/4.9Mv=6.5% 250Hz频率的输入杂波滤除了93.5%。

3、输入f=1KHz时，输出波形图如下：

结果：1kHz频率的输入杂波基本上被滤除

5.3 50Hz陷波电路

仿真电路：

仿真结果：

有图可知，当输入信号为50Hz的工频干扰信号时，杂波基本上被滤除。

5.4次级放大电路 仿真电路连接图：

仿真结果：

从图中可以发现，放大倍数G2=2.65V/27.6mV=96，与预期的设计相符合。结束语

采用以AD620及OP2335为核心的信号放大器来实现心电信号的放大，电路功耗小，灵敏度高，最低只需3 V的电源，可由外接电池提供，容易实现基于移动式设备(如笔记本电脑)为核心的心电信号采集及处理，是一种实用的心电信号前端采集放大电路(信号的进一步优化可在采集后由软件进行调理)。

篇7：差动放大器报告

1 电路调零和静态工作点测量

差动放大器用在多级放大电路的第一级, 主要目的是减少零漂[1,2]。差动放大器的实验主要测量电路的静态工作点、单端和双端输出时的差模电压放大倍数Ad, 共模电压放大倍数Ac, 和共模抑制比Kcmrr。

按照图1所示连接电路。其中T3、R1、R2、RE3构成恒流源, T3的集电极电流为恒流源的输出。两位开关K用来选择差动放大器射极接电阻还是接恒流源, 当K拨到左边, 差动放大器接10k的射极电阻RE, 拨到右边接恒流源, 共模抑制能力更强。RW是调零电阻, 在仿真时, 因为我们可以做到差动对管及相应的元件完全对称, 而在实际电路中却不能, 利用调零电阻RW来调节两个共射放大电路的对称性。开关SW1用来在测静态工作点时短接信号源。

1.1 电路调零

在测各参数之前, 先进行电路调零。如图2所示, 在T1、T2管两集电极之间接一直流伏特表, 闭合开关SW1, 把开关K打在左侧, 这时电路中全部为直流电量。调节滑动变阻器RW, 使电表的读数接近零为止。调零完成, 去掉电压表, 保持RW的触头位置不变。

1.2 测量静态工作点

在只有直流电源作用的情况下, 测得电路中的基极电位、射极电位、集电极电位和集电极电流。照图3连接电路, 测得的数据如表1所示。

2 交流参数的测定[3,4]

2.1 单端输出时的放大倍数和共模抑制比

打开SW1, 在差模输入端接一信号源, 并联交流毫伏表, 运行仿真, 调节信号源的频率为1kHz, 调节信号源的幅值使交流毫伏表的读数约为200mV。在T1管的集电极接一交流伏特表, 如图4所示。最好在T1管集电极接示波器, 观察输出电压波形不失真为准。先把开关K拨到左侧, 测得T1管的集电极输出电压为7.79V;再把开关K拨到右侧, 测得T1管的集电极输出电压为6.55V。可计算出射极分别接电阻和恒流源时的单端输出差模电压放大倍数为

2.2 双端输出时的放大倍数和共模抑制比

按照前面介绍的差模输入信号和共模输入信号的接法, 在输入端分别接1kHz、有效值约为100mV的差模和共模输入信号, 在T1和T2管的集电极之间接一交流电压表, 测得双端输出时的差模输出电压和共模输出电压分别为7.26V和0V, 如图5所示。可算出双端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数以及共模抑制比分别为

可见, 双端输出时的共模抑制能力最强。而我们平时所见的电路大部分在差动电路后面还要接单端输入电路, 故单端输出应用比较多, 这就要求射极电阻足够大, 最好接理想恒流源, 它的电阻接近∞。

2.3 输出波形的观察

在差模输入时, 如果输入信号的正极性端接T1管的基极, 由于共射电路的倒相性, 单端输出从T1管的集电极对地的输出电压是和输入差模信号倒相的, 相反, 对于同样的输入信号, 从T2管的集电极输出电压是和输入电压同相的, 如图5所示, 分别是单端输出时的两个输出电压及差模输入电压。

双端输出时, 如果选择T1管的集电极为输出电压的正极性端, 则输出电压与输入电压同相, 否则反相。

3 结束语

该文以模拟电子技术中的差动放大电路为例介绍了Proteus软件在电路模拟和仿真中的应用, 在课堂教学中使课堂更加生动, 灵活, 达到了帮助学生理解原理, 提高分析问题的能力。相信这种生动的教学模式在电路分析, 数字电路和单片机等课程的教学过程中会发挥更大的作用。

摘要：利用Proteus软件的仿真功能, 结合实例说明了差动放大电路静态工作点的设置, 说明单端差模电压放大倍数, 双端差模电压放大倍数, 以及共模抑制比等概念。在课堂教学中, 可以只管的看见波形变化和数据大小, 更方便学生理解概念, 提高学习兴趣, 对提高学生的专业素质有很好的帮助作用。

关键词：仿真,差动放大电路,共模抑制比,差模输出

参考文献

[1]华成英, 童诗白.模拟电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社, 2006.

[2]罗映祥.Multisim电路仿真软件在差分电路分析中的应用[J].电脑知识与技术, 2008, 1 (1) :169-173.

[3]朱清慧.Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M].北京:清华大学出版社, 2011.