差分放大器分析与设计

差分放大器分析与设计（精选6篇）

篇1：差分放大器分析与设计

目录

综

述.....................................................................................................1 1.功率放大电路的特点...............................................................................2

1.1主要技术指标..................................................................................2

1.1.1最大输出功率POM...................................................................................2 1.1.2转换效率η...............................................................................................2

1.2对功率放大电路的基本要求..........................................................3

1.2.1能提供满足的输出功率...........................................................................3 1.2.2具有较高的效率.......................................................................................3 1.2.3非线性失真要小.......................................................................................3 1.2.4良好的散热和保护...................................................................................3

2典型的功率放大电路...............................................................................4

2.1系统组成...........................................................................................4 2.2由基本分立式元件构成的简单功率放大电路图..........................4 3具体设计....................................................................................................5

3.1系统组成...........................................................................................5 3.2系统的硬件设计..............................................................................5

3.2.1前置放大级设计.......................................................................................6 3.2.2功率放大电路设计...................................................................................7

4系统测试分析............................................................................................9 5结论..........................................................................................................10 课程设计体会.............................................................................................11 参考文献.....................................................................................................12

综

述

功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级，将前级送来的信号进行功率

[1]放大进而推动负载工作。

功率放大器可由分立元件构成，也可由功率集成电路构成。目前集成低频功率放大器品种很多，典型的有TDA1521、TDA1514、LM1875。些优质功放模块体积小、性能优越、保护功能齐全、外围电路简单、易制作易调试。

功率放大器不仅仅是消费产品(音响)中不可缺少的设备，还广泛应用于控制系统和测量系统中。低频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至思想认识上都取得了长足的进步.尽管目前市场上的功放产品价格已经很低，但少则几百元、多则几千元的价格还是让人有些不舍，本文给出一种简单实用、制作成本低廉的低频功率放大器的设计方案，并给出实际测试结果，为音响发烧友提供一种实用方案。功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成.由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数恰当，元件性能优越，制作调试得好，则性能要高于较好的集成功放.本次设计功放采用分立元件组成。

1.功率放大电路的特点

1.1主要技术指标

功率放大电路的主要技术指标为最大输出功率和转换效率

1.1.1最大输出功率POM 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。在输入为正弦波切输出基本不是真条件下，输出功率是交流功率，表达式为

POIOUO

（1-1）

式中I0和U0均为交流有效值。最大输出功率POM实在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率

1.1.2转换效率η

功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比成为转换效率。电源提供个功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值及其电压之积。

通常功放输出功率大，电源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的输出功率下，减小直流电源的功耗，就可以提高电路的效率。

1.2对功率放大电路的基本要求 1.2.1能提供满足的输出功率

为了获得尽可能大的输出功率，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此，管子往往在接近极限参数状态下工作。

1.2.2具有较高的效率

放大器实质上是一个能量转换装置。由于输出功率大，因此，直流电源供给的功率和线路本身所消耗的功率也大，效率就成为一个重要的指标。所谓效率，就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。效率越高，线路消耗的功率和直流电源功率之比就越小。

1.2.3非线性失真要小

功率放大器在大信号下工作，难免产生非线性失真。而且输出功率越大，失真往往越严重，这就使得输出功率与非线性失真成为一对矛盾。在测量系统和电声设备中，非线性失真要尽量小一些。

1.2.4良好的散热和保护

由于流过功放管的电流较大，有相当大的功率消耗在管子上。因此，功放管在工作时一般要加散热片。另外，功放管往往在极 限状态下工作，因而损坏的可能性也大，在电路中要采取一些保护措施。

2典型的功率放大电路

2.1系统组成

2.2由基本分立式元件构成的简单功率放大电路图 3具体设计

3.1系统组成

系统主要由前置放大级、功率放大级2部分组成.系统框图如图所示

其中前置放大级主要完成小信号的电压放大任务;功率放大级则实现对信号的电压和电流放大

3.2系统的硬件设计

由于系统要求输出额定功率不小于 10 W 考虑留出 50 %的裕量 ,故设计输出功率应在 15W以上，同时，输出负载 10Ω，则

VOM2P0R2151017.317V

系统的最大增益为：

17Amax20lg71dB 3510系统的最小增益为：

17Amin20lg27.7dB 370010 5 整个放大电路的增益应在 27.7 dB～71 dB 范围内可调。为保证放大器性能，单级放大器的增益不宜过高，通常在 20～40 dB(放大倍数 10～100倍)之间。故整个放大器增益通过三级放大实现。为方便增益调整，可使功放级(包括功率管和直接推动功率管的运放)增益固定，且必须小于A min，故其增益取 22 dB。则前置级需要两级，其总增益应在 5.7～49 dB 之间可调。

3.2.1前置放大级设计

前置放大级主要完成小信号电压放大的任务 ,其失真度和噪声对系统的影响是优先考虑的指标.对于前置放大级的设计 ,由于第一级前置级增益为:

AU1第二级前置级增益为:

R2150k1524dB R110kR5150kAU21524dB

R410k考虑到输入信号的变化范围很大，在两级间串一个滑动变阻器来改变整个系统的增益，同时也起到对信号的衰减作用。前置放大采用集成运放NE5532，同众多的运放相比，它具有高精度、低噪声、高速、高阻抗、频带宽等优良性能[2]，具体指标参数为：转换速率 9 V/μs，增益带宽积 10MHz，直流增益为 105倍，最高工作电压为 ±22V，这种运放的高速转换性能可大大改善电路 6 的瞬态性能，较宽的带宽能保证信号在低、中、高频段均能不失真地输出，使电路的整体指标大大提高。

3.2.2功率放大电路设计

在实用电路中，往往要求放大电路的末级输出一定的功率以驱动负载。从能量控制和转换的角度来看功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率.功率放大电路的主要任务是，在允许的失真限度内，尽可能高效率地向负载提供足够大的功率。因此，功率放大电路的电路形式、工作状态、分析方法等都与小信号放大电路有所不同.对功率放大电路的基本要求是:

(1)输出功率要大。输出功率 PO = UO ×IO，要获得大的输出功率，不仅要求输出电压高，而且要求输出电流大。因此，晶体管工作在大信号极限运行状态，应用时要考虑管子的极限参数，注意管子的安全.(2)效率要高。放大信号的过程就是晶体管按照输入信号的变化规律，将直流电源提供的能量转换为交流能量的过程，其转换效率为负载上获得的信号功率和电源供给的功率之比值。功放级电路(如图)7 主要由 NE5534 和功率末级的两对复合对管(组成达林顿管)构成，本次设计选用专为音响设备设计的对管，这种对管的特性比较一致，可以减小失真。NE5534 主要完成电压放大任务，接成大环电压负反馈形式，放大倍数为 R3/ R1。为弥补由运放产生的零漂和因布线等造成的失真，NE5534 的 1 脚与 8脚接调零电阻，5 脚与 8 脚之间接补偿电容[4]。

达林顿管主要完成电流放大任务。对管的选择主要考虑其参数的对称性。一般推动管的电流增益β1 在 100 左右，输出管的电流增益β2 在 40 左右.这 2 个管子的 2 个关键参数为特征频率 f T和集电级最大允许耗散功率 PCM。

特征频率 f T 与放大电路上限频率 f h 有下列关系: f T = f h × βh;系统阶跃响应上升时间 t r 与放大电路上限频率 f h 有如下关系:

t r· f h≈0.35;推动管的特征频率为:

f T ≥0.35/(12 ×105)×40≈1 MHz;对甲乙类 OCL 放大器，PTM > 0.2 POM

PTM为单管最大管耗。POM为最大失真输出功率.因此输出管 PCM ≥0.2 ×15 = 3 W，根据以上计算，并考虑到指标提高及工程实际，推动管选用对管 2SB649、2SD669[3 ],其参数为 f T = 140MHz，PCM = 15 W，UCEO = 180 V。输出管选用对管 2SA1072 和 2SC2522 , 其参数为 f T = 60MHz , PCM = 120 W , UCEO = 120 V。

4系统测试分析

整个系统在调试时,分部分调试.首先是是前置放大级和转换电路的调试 ,然后是功率级本身的调试 ,最后将整个电路连接起来调试.9(1)额定功率 POR :输入 1 kHz 正弦波 ,用示波器测到此时输出波形电压有效值为 U =12.7 V ,则 POR = U2/ RL = 12.72/ 10 = 16.1 W。

(2)带宽 BW :输入信号幅值不变 ,改变频率 ,用示波器测输出幅值 ,下限频率 f l 和上限频率 f h 对应的幅值为 0.707 ×中频幅值。测得带宽为 10 Hz～90 kHz。

(3)在 POR下的效率:断开正电源 ,串入万用表 ,在 POR下 ,测得电压为 20.28 V ,电流为652 mA ,则电源输入功率为: PIN = 20.28 ×0.652 ×2 = 26.45 W.效率为:η= POR/ PIN =16.1/ 26.45 = 60.9 %。

(4)交流声功率:输入端短路时 ,用晶体管毫伏计测输出端交流电压有效值为 1.38 mV ,则 P =(1.38 ×106W =1.904μW。

(5)在 POR和 BW 内失真度:采用失真度测试仪 ,在输入信号为 1 kHz 时 ,测得波形的失真度为:0.5 %。

5结论

以上详细介绍了一种简单实用、价格低的低频功率放大器的电路设计方法，整套设计只需几十元。从实验的各项数据分析,本电路具有很好的频率响应特性，从测得的带宽 10～90 ×103Hz可以看出，该功率放大器可以很好地实现对低频信号的放大作用，能较好地达到实际要求，也符合理论上的要求。10 课程设计体会

通过这次对低频功率放大器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于OCL音频功率放大器的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。但也有些电路在仿真中无法成功，而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，这时才真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。最后，我要感谢我的老师以及同学，在做课程设计期间对我的帮助，尤其是这次的指导老师，他将自己宝贵的经验毫无保留的传授给我，让我体会到什么叫用心良苦。

参考文献

[1]徐安静主编.电工学II 模拟电子技术 清华大学出版社,2008.[2]NE5532 Datasheet [ J / OL ]..2003.3.[5]华成英 童诗白主编.模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社，2008.12

篇2：差分放大器分析与设计

单基站差分GPS定位精度的分析与检验

分析了影响单基站差分GPS测量的主要误差因素,研究了不同基线长情况下广播星历、电离层和对流层延迟等误差对单基站差分GPS数据精度的影响程度及规律,通过设立双基站测量、与精密单点定位软件处理比较等方法检验了单基站差分GPS数据精度,得出了在用单基站差分GPS测量系统满足一定精度要求的.结论.

作 者：焦海松 李锋 张松 李颖 JIAO Hai-song LI Feng ZHANG Song LI Ying 作者单位：63880部队,河南洛阳,471003刊 名：全球定位系统英文刊名：GNSS WORLD OF CHINA年，卷(期)：200934(1)分类号：P207关键词：单基站 差分GPS 精度分析

篇3：差分放大器分析与设计

运算放大器是用反馈控制其特性的直接耦合高增益放大器, 用于从直流到几兆赫兹的频率放大、控制、或产生正弦波或非正弦波, 能够完成加减乘除积分微分等所有经典运算, 在控制系统、调整系统、信号处理、测试仪器和模拟计算等非数值应用中都有极大的用途。由于放大器接近理想的特性, 因而被模拟电路设计者广泛采用。

运算放大器在设计时, 依靠两条规则即:运算放大器输入端不汲取电流, 输入端之间的电压为零。但还需要考虑参数漂移等因素。通常要考虑的有以下几种类型: (1) 低电平和高精度的直流电路必须考虑输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、等效输入噪声和输入阻抗; (2) 低电平, 高精度的及宽频带的交流电路必须考虑输入噪声、带宽、和摆动速率为有限值以及输入电容; (3) 所有精密电路都必须考虑输出阻抗、共模抑制比。

本篇文章讨论输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流对运放误差的影响, 并结合具体设计, 给出以上参数对运放不良影响所采用的方法。

2、运放参数产生的误差及修正

2.1 输入失调电压VIO

一个理想的集成运放, 当输入电压为零时, 输出电压也应为零。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称, 通常在输入电压为零时, 存在一定的输出电压。在室温及标准电源电压下, 输入电压为零时, 为使集成运放的输出电压为零, 在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。输入失调电压和电路无关。按定义, 输入失调电压是加在两输入端之间, 使输出为零所需要的电压。VIO一般为1~10mv, 但在高增益的电路中, VIO可能会达到1V以上, 这种失调电压会随着温度变化, 还可能在直接耦合电路中引起一些问题, 但在交流电路中往往被忽略, 除非输出失调电压与交流峰值电压之和接近正负两个电源中的一个电源电压, 此时输出信号将开始限幅。

减少VIO的影响, 通常许多放大器都有专用的失调调节端, 如图1 (a) 所示。这种调节方法只能把输出失调调节到所需数值, 但温度对失调电压的影响依然存在。如果没有失调调节端, 建议采用图1 (b) 、图1 (c) 的电路, 也可使用温度敏感电路来抵消大部分失调电压的漂移量。

2.2 输入偏置电流IIB

BJT集成运放的两个输入端是差分电路的工作形式存在, 工作时要求晶体管必须正向偏置, 就必须有一微小电流流入他们的基极。输入偏置电流IIB的定义是这两个电流之和的一半, 该定义仅当输出端平衡或处于零电压时适用。通常双极型单片运放的典型输入偏置电流在10n A到几千n A。

对输入失调电压而言, 输入偏置电流是直流参数, 所以不会影响到交流放大器的设计。如果该电路既要放大交流, 也要放大直流信号, 就必须考虑偏置电流。如果该放大器仅仅工作在交流情况, 需要检查最终的输出偏移加上交流信号峰值是否接近运放的饱和区。若接近饱和区, 交流信号的峰值将被限幅。

如图2 (a) 为一个反相放大电路, 其增益为1000, 要求输入阻抗为1KΩ, 则R1必须为1KΩ, Rf必须为1000KΩ, 即。如果输入偏置电流是100n A, 该电流流过R1、Rf, 则有IIB=I1+If, 。设VI=0, 又VB为VO的1/1000, 因此忽略VB, 得到V-O=IIB×Rf=107×106=0.1V。由此我们可知偏置电流在输出端引起了电位误差。

利用图2 (b) 所示电路, 在电路上增添电阻Rp, 由输入偏置电流引起的误差几乎可以全部抵消。流进运放正输入端的IIB会在RP上产生压降, 该电压降将抵消进入负输入端的IIB作用, 但是, 因两偏置电流并非正好相等, 故不能完全抵消。

IIB引起的输出误差往往比输入失调电压产生的误差大, 前者的大小取决于RP, 如果RP大于VIO/IIB, 则IIB引起的输出电压误差大于VIO引起的输出电压误差。图2 (a) 中, 如果VIO=5m V, VIO/IIB=50KΩ, 那么在这个电路中, 任何大于50KΩ的RP将使输入偏流产生的误差大于输入失调电压造成的误差。

对于同相放大电路也因相同原因需要误差校正, 采用图2 (c) 所示电路。和反相放大器一样, 运放两个输入端的信号源电阻应该相同, 这样才能减少输入偏置电流引起的误差。

偏置电流随温度而变化, 但如果两输入端始终能确保输入端阻抗相等, 那么偏置电流随温度的变化不会出现问题。

2.3 输入失调电流IIO

在BJT集成运放中, 输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差。由于信号源内阻的存在, IIO会引起一输入电压破坏放大器的平衡, 使放大器输出电压不为零。因此, IIO愈小愈好, 它反映了输入级差分对管的不对称程度, 一般为1n A~0.1μA。通常IIO会随着温度变化而变化, 简单的补偿办法利用二极管或三极管PN结温度特性, 抵消IIO的变化, 以减少IIO带来的误差影响。

当然, 如果不希望设计外部补偿电路来克服运放的不足, 也可以采用质量较高的运放, 但要付出成本代价。

3、设计应用

利用运放和给定器件, 设计实现下列运算的函数关系:。其中, 运放采用op07c, 电阻数只。

查OP07cp数据手册, 可知道:室温下, 典型参数输入失调电压VIO为60μV, 输入偏置电流IIB为±1.8n A, 输入失调电流IIO为0.8n A, 且具有调零端管脚。从此参数表格中可知, 只要电路设计的参数使得两输入端阻抗相等, 就可使该电路误差足够的小。电路设计如下。

(1) 令则, 根据反相放大电路设计原理可知, , 考虑偏置电流和失调电压的影响, 要求RP

取Rf=150KΩ, R1=20KΩ, 电路如图3 (a) 所示。

(2) 令则, 利用同相放大电路设计原理, 可以得到, 取Rff=150KΩ, R11=10KΩ, 完成同相放大电路设计。电路如图3 (b) 所示。

根据阻抗匹配原则, 运放两输入端阻抗应相同, 且同时还要满足运放函数输出关系, 将图3 (a) 、 (b) 电路变化为图3 (c) 电路形式, 即满足了电路设计关系, 也考虑了两输入端阻抗相同的关系, 故R11数值改为20KΩ, 同时加入R2为20KΩ, 当时, 图3 (c) 电路和图3 (b) 相同。当时, 图3 (c) 电路和图3 (a) 相同, 且满足阻抗匹配关系。

调零端电路的连接可以更好的解决输入失调电压带来的误差, 确保电路正常工作, 完整电路如图3 (c) 所示。

此电路通过EDA软件仿真及实际测量, 可解决失调电压对电路精度带来的不良影响。

运放电路的设计, 除了调零端的使用, 更重要的是要克服输入偏置电流带来的误差影响, 因此, 在运放两输入端的信号源阻抗匹配很重要。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础模拟部分.北京:高等教育出版社, 1999.6.

篇4：差分放大器分析与设计

关键词：高中；数学；数列；差分；设计

【分类号】G633.6

随着新课程改革的成功运行，教学模式、教学理念创新的呼声越来越高，教育工作者为此潜心研究，在分析以往的教学实践的基础上探究教学新的发展之路，学生成绩已经不是评价教学质量的唯一标准，现在对于教育的要求是要培养综合素质强、自主学习能力高和创新思维活跃的人才，现在仍然还保留着升学考试的检测方式，但是在考试内容和整体的考察制度上有了很大的转变，这样的考试是适应新时代特色的，是适应社会对人才的需求的，因此，高中数学教学的大部分重点都是根据高考所考察的学生能力来选定的，针对性较强，而且也符合学生综合素质发展的需求，高中数学教学难点是在实现教育大纲要求的前提下，教师根据学生在实际学习中的状况制定的，但是这就给教师提了难题，因为教师很难准确把握班级里每位学生的实际水平，如何解决这一难题需要教师慢慢总结经验，不断修正教学模式。

一、高中数列与差分的教学现状

我国现在的新式教育正在探索中前进，国家颁布的课程标准中明确提出要将数列与等差这样一个新型的内容加入进选修课中，数列与差分的知识不仅仅是高中阶段学生能力开发的需要，同时也是社会发展的需要。

差分是离散数学中的一部分知识，现在已经是现代數学中的一个十分重要的组成部分，它与计算机人工智能、物理学等众多其余研究领域内的问题相关联，如果能够在高中数学中就接触差分的概念和运用技巧，不仅能够开拓学生视野，增强学生对于此类知识的理解能力，还能让学生更加深入地体会到数学的魅力，更加激发学生数学学习的热情。

新课改施行以后，高中数学收纳数列与差分的内容，是我国教育改革前瞻性的一种体现，预示着整个数学学科的发展走向，以满足学生发展、学科进步的个性发展要求为基础，高中阶段学生对于知识有着强烈探索的渴望，有时会因为计算出一道数学题而产生满足感和骄傲感，数列与差分的加入更加能够满足这一时期学生对于知识的渴求，为数学学习增添了无限乐趣。

二、高中生数学学习的现状

高中数学学习有十分鲜明的特点，教师的教学方式、学生的学习思路都与初中小学不同，所以高一阶段有很长一段时间都需要学生去慢慢适应，初中小学的数学都是些较为浅显的知识，学生通过书本中典型案例的讲解，再加上教师的引导，最后再进行一些练习，学生就能大致掌握这一节课的知识，但是在高中数学的学习中，光依靠书本和教师课堂讲授是远远不够的，高中数学学习还要求学生根据已有知识去推测更多的解题方式，学会朝着正确的方向做出假设和推理，思维也要更加活跃。

高中生正值青春期，情感起伏较大，体现在学习上就容易走向两个极端，兴趣对于学习的驱动型很强，但是对一门学科或者教师教学方式的厌恶也会给他的求学之路带来巨大打击，在数学教学中，教师要十分注重对学生的正确引导，并要充分考虑学生的情绪。

高中数学学习的难点在于与初中小学的思维方式跳度过大，学生在短时间内无法适应，高一数学教学的难点在于，刚入学的学生数学水平参差不齐，教师无法在短时间内了解每位学生数学学习的困难，对于哪些数学思维转换有障碍，因此，无法适时调整自己原有的教学方式。

三、数列与差分内容的设置

根据高中数学课程标准规定的数列与差分选修内容的制定，高一数学教师最好将其分为十八个课时，设计此选修内容的目的是想通过大量极具代表性的例子让学生了解数列的特殊性，充分了解差分作为数列变化率的具体意义，理解数列的增、减和极值对于差分的影响，在大量实例的帮助下深入探究如何建立简单的差分方程组。高中数学课程标准中对于数列与差分这一选修内容提出了明确的要求。

1、充分理解数列差分的概念

要运用大量的实际举例帮助学生理解数列与差分的具体概念，通过教师的正确引导帮助学生理解数列一级差分和二级差分在描述数列差分中的运用和实践意义，而且还能够利用数列图像区分数列极值、图像与差分之间的关系差异。

2、充分理解一阶线性差分方程组的具体运用

教师要通过具体的实例说明引导学生理解到一阶线性方程从实质上看是描述客观世界的一个模型。学生要能够理解差分方程的解与相应齐次方程通解之间的相通之处，在此之前，了解差分方程的通解、特解是必须前提，这对于高中学生来说有一定的难度，这就需要教师多运用实例讲解和对比分析。

3、制作学习报告

学习报告是学生对于所学知识的总结，有助于他们对于知识的复习，形成一个系统的知识框架，数列和差分的内容本身就具有系统性，但是每一个小知识点又是一个小的集合，往往有很多的公式需要学生去把握，教师采取在采取正确的教学方式的前提下，安排知识的顺序应当是由难到易、由浅入深的，这样有利于学生对于知识的理解，但是对于知识框架却需要学生自己去整理，学习报告主要包括以下几个内容：

（1）对学习内容的总结，这主要是对于这个专题的总结，包括各类公式的推理、运用和个人认识，以及在学习本专题知识时遇到的实际问题，和自己找到的解决方向。

（2）知识拓展，上文已经提到高中数学与初中小学数学之间的差别，除了书本的知识和教师的讲解，学生还要去做大量的课外练习，查找资料，寻求更多解决问题的方式，才能形成活跃思维。

（3）总结自己学习本专题后的收获，学习中最难理解的部分，对于教师教学方式的看法和意见。

四、结束语

综上所述，数列与差分专题在高中数学中的插入是新时代对于教育先进性的要求，对于高中学生和社会来说，都是十分有利的，但是并不是仅仅要求学生掌握学习数列与差分的基本的概念，能够熟练运用公式，并熟练掌握方程（组）的计算更是新时期对高中生的重要要求，对此，教师要充分发挥自己的引导者能力，提高学生自主学习能力。

参考文献：

[1]王国灿，王飞. 三阶非线性微分差分方程两点边值问题的奇摄动[J].大连交通大学学报.2012（01）

[2]杨军，王文志，张波. 二阶变系数多变时滞非线性中立型差分方程的频率振动性[J].黑龙江大学自然科学学报.2011（06）

[3]郭莹. 差分方程的伪概周期解[J].山东大学学报（理学版）.2012（02）

篇5：多级低频电压放大器设计报告

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模拟电子技术课程设计 ※

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多级低频电压放大器设计

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

摘 要

本设计采用二级高通运算放大器的设计思路，分别设计了二级运算放大电路、可变放大倍数的二级运算放大电路等多种方案，并应用放大器对电压放大的特点，要求电压在满足放大倍数的前提下，对大于10KHz高频的信号进行选取，并运用多级反相放大器对电压进行放大。并且多级电压放大倍数等于组成它的各级电路电压放大倍数之积。其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。在求解某一级的电压 放大倍数时应将后级输入电阻作为负载。我们经常听广播，当我们选台时其实是对不同的频率的信号进行选择，对信号的选择这时我们就要用到多级低频电压放大器的实现。根据所选信号的频率范围可分为低通、高通、带通、带阻。这其中带通是允许每一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，而消除高频段和低频段的干扰和噪声，经常用与抗干扰设备的组成中。

由于多级放大倍数等于各级放大倍数之积算出所需要的电路，并通过对设计的电路图经过Multisim仿真运行后，得到了放大倍数大于600倍，频率大于10KHz的符合要求的高频输出波，因此可以确定此次电路设计可以满足要求。

关键词：多级

放大

滤波

目 录

第1章 设计任务与要求····················· 错误！未定义书签。第2章 方案与论证 ······························· 1 第3章 设计电路图 ······················ 错误！未定义书签。第4章 调试分析 ································ 3 第5章 结论与心得 ······························· 4 参考文献 ································ 5

第1章 设计任务与要求

课程设计名称：多级低频电压放大器 题目要求：

1.要求电压放大倍数：| Au|≥600 2.输出电压峰峰值: Up-p ≥10V(RL=1KΩ)3.输入输出阻抗: Ri≥100KΩ, Ro≤50Ω 4.通频带: ≥10KHz 电路可以采用分立器件，也可以选用运算放大器。运放供电电源既可以采用单电源也可以选用双电源。设计目的：

（1）熟悉电子仪器的正确使用；

（2）学会通过multisim软件中电路的安装与调试；（3）查询相关资料，培养学生独立分析解决问题能力；

（4）运用模电课本中相关课程所学到的理论知识去独立完成课题设计；

第2章 方案与论证

1.运算放大器是最早应用于模拟信号的运算电路。其作用主要是用于电路的放大，本次课程设计多级低频电压放大器，主要采用运算放大器来实现。2.高通滤波器。采用的是高通滤波器对频率的限制，通带宽度高于10kHz，f0=10kHz，根据公式可得f0=1/6.28RC为固定值，然后定C，求R。

3.运算放大主要采用反相比例运算电路的二级放大，第一级放大倍数为7倍，第二级放大倍数为100倍。放大倍数Au= Au1*Au2, Au=-Rf /R1，R2= R1 // Rf；通过计算算出所需要的电路。4.计算的主要元件参数：

R1=1Ω，R2=100kΩ，R3 =87.5 kΩ，R4 =0.99 kΩ，R5 =700 kΩ，R6 =1 kΩ，R7 =100 kΩ，C1 =15.9uF输入输出电阻大小满足设计要求。

5.电路设计：a、设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大的倍数；b、设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数。

图2.1 基本原理框图

第3章 设计电路图

图3.1 设计电路图

如图所示：最左端是一个信号发生器，与其连接的是一个由电容C1与R1组成的高通滤波器，然后U1与U2是两个反相比例运算电路，U2的输出与滤波器相接，通过观察示波器的波形与放大倍数，得到结果。

第4章 调试分析

a.设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大倍数。

图4.1 正常放大波形

当频率处于100kHz,大于等于10kHz，电压得到正常放大，放大倍数Au=6.968V/10mV=696.8大于600，满足设计的要求。

b.设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数;

图4.2 信号发生器

图4.3不能正常放大的波形

由于滤波作用当频率处于4kHz时，Au=2.145V/10mV=214.5小于600，得不到正常放大。

综合分析：当频率处于高于10kHz时，放大倍数大于600，得到正常放大，当频率处于低于10kHz时，放大倍数小于600，得不到正常放大，设计的多级低频电压放大器符合设计要求。

第5章 结论与心得

本次设计熟悉了运算放大器的功能及特点，更进一步了解了二极管等元件的性能特点等，也更加熟悉了各个元件之间的搭配应用。

对于输出电压峰值调节，可以通过一个可调节的VCC来取代，从而实现对峰值的调节。本次设计的最终结果与预期结果相差在允许范围内。只是因为各个元件的具体值比较难以得到，使得计算出的各个元件的数值有一定的误差，但总体来说误差也在允许范围内。

在本学期开设《模电》这门学位课的基础上，这次小学期我们做了模电仿真电路实验。这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有密切联系，主要是理论方面的问题。将所学知识实践、探索，才能对模电知识有更深的认识。

在这几天学习中，虽然到处查资料，问同学，但是我从中学到了许多东西，不仅巩固了以前所学的书本上的知识，而且还学到了许多书上没有的东西，同时也提高了我的动手操作能力，锻炼实践能力。

拿到题目后，我都不知道是干啥用的，不知该如何下手，然后在模拟仿真过程中也遇到了许多问题，不知该如何运用该软件，后来我上网查资料，加上同学的帮助，最后终于使理论值与仿真结果相符合。

回顾这次课程设计，从理论到实践，在这几天里，我从中学到了许多东西，通过这次实践，让我进一步明白独立自主能力的重要性，所以说实践是很重要的，以后的生活学习都要学会实践。

参考文献

篇6：放大器电路设计学习心得

反馈深度

如图1所示的反相（左）和同相（右）电路中，反馈深度的表达式为FZfZs3V10ZL0V13ZL021Zs2Zf1Zf。

ZsZf0

图1放大器同相与反相接法

虚短的条件

F|1是虚短成立的必要条件。所以如图2的电路中，由于F=|AopenRs0，RsRf因此虚短不成立，此时的放大器类似于比较器。从输入输出波形可以知道，放大器同相端的电位和反相端不相同，输出（蓝色）变为方波。

Zf+XSC1_A2V1ZL001+_B+Ext Trig_

图2“虚短”成立条件测试 跟随器的反馈深度最大

任何放大电路都是反馈量越大，越容易发生振荡。而且，输出有电容连接时，振荡的可能性还会增加。跟随器的反馈深度最大，为全反馈，此时F1，输出全部反馈到输入端。

1++_XSC1A3V1ZL0_B0+Ext Trig_

图3反馈深度最大的跟随器电路

零点与极点—感性认识

问题的提出

电路中经常要对零极点进行补偿，想问，零点是由于前馈产生的吗？它产生后会对电路造成什么样的影响？是说如果在该频率下，信号通过这两条之路后可以互相抵消还是什么？？极点又是怎么产生的呢？是由于反馈吗？那极点对电路的影响又是什么？产生振荡还是什么？？

对于零点，个人认为零点的产生是与前馈有关，前馈路径与主信号通路的叠加以及相消产生了零点，当叠加时产生左半平面零点有助于稳定性，当相消时产生右半平面零点，这对系统的稳定性很不利，因此要抵消它。并不是所有的前馈都会产生零点，要看它前馈入径是否有并联的电阻。零点的产生

零点可以由两条环路产生，原理是两条环路的滞后不同时，就形成了相对的前馈。也可以由电阻串电容产生，其实说到底都是相位超前的原因。零点在CMOS中往往是由于信号通路上的电容产生的，即信号到地的阻抗为0，在密勒补偿中，不只是将主极点向里推，将次极点向外推（增大了电容），同时还产生了一个零点（与第三极点频率接近）。

极点的产生与影响

极点又是怎么产生的呢？是由于反馈吗？那极点对电路的影响又是什么？产生振荡还是什么？？

极点决定的是系统的自然响应频率，通常在电路中就是对地电容所看进去的R和对地电容C共同决定的。

极点的产生就是由于引入电容与电阻的并联，产生极点的频率就是1/RC。这个与反馈无关，虽然反馈可以产生极点，但是，并不是所有的极点都是反馈产生的。

极点从波特图上看两个作用：延时和降低增益，在反馈系统中作用就是降低反馈信号幅度以及反馈回去的时间，所以如果某个节点存在对地电容，必然会对电容充电，同时电容和前级输出电阻还存在分压，所以这个电容会产生极点！极点对OP放大器的增益是以－20 db/dec减小，相移是增加90度。

环路是否震荡，直接原因是环路的相位裕度是否>0。大于则系统稳定，小于０则系统震荡。

极点和环路没有关系，极点只是一个相位滞后，至于经常和环路被一起提到，是因为极点对环路的稳定性有决定性的影响。

其他人的经验

经验上来讲，放大器电路中高阻抗的节点都要注意，这点上即使电容很小，都会产生一个无法忽略的极点。零点一般就不那么直观了，通常如果两路out of phase的信号相交就会产生零点，但这不能解释所有的零点。

极点是由于结点和地之间有寄生电容造成的，零点是由于输入和输出之间有寄生电容造成的，一般输入和输出之间的零极点考虑多一点，主要是因为输入输出有较大的电阻，造成了极点偏向原点。

一般的说，零点用于增强增益（幅度及相位），极点用于减少增益（幅度及相位），电路中零点极点一般是电容倒数的函数（如1/C）。当C变大时，比如对极点来说，会向原点方向变化，造成增益减少加快（幅度及相位）～

一般运放电路的米勒效应电容就是这个原理，当增益迅速下降倒－3dB时，其他的零点极点都还没对系统增益起到啥作用（或作用很小，忽略了），电路就算OK了～你就可以根据自己的需要补上带宽，多少多大的裕度就KO了。

自激振荡的来源与抑制

自激振荡的根本原因在于放大器存在附加相移。在低频时，附加相移主要决定于输入电容、输出电容及发射极旁路电容；高频时，主要决定于极间电容和接线分布电容。

消除自激的指导思想是：希望极点数少些，极点频率拉开些，-20dB/dec段长些。

图4单级阻容耦合放大器的频率特性

放大器自激的判断

的波特图查看：当相移180时，若|AF|0）|1（即20lg|AF从AF，则电

|1时起振，振荡稳定后|AF|1。路不稳定，会产生自激，如图5(a)所示。|AF

|0）|1（即20lg|AF当相移180时，若|AF，则电路稳定，不会产生自激，如图5(b)所示。当然，还要考虑裕度。

图5负反馈放大器幅频特性和相频特性曲线 用示波器或电平表检测：将宽频(或选频)电平表或示波器接于放大器的输出端，观察放大器无输入信号时，其输出是否有信号。

用自制振荡表头检查：表头的制造如图6所示，C1的取值由被测放大器的上限工作频率而定：上限工作频率为10MHz左右时，选10~20pF为宜；上限工作频率小于10MHz时，选20~30pF为宜；当上限工作频率高于10MHz时，选5~10pF。

C1300pF电流表

图6自制振荡表头原理图

用“表头”检查放大器稳定与否的方法：使“表头”的探针触碰放大器的某处（如输出 级的集电极C），同时人为地刺激放大器的另一处(如第一级的基极b)使放大器起振；然后去除刺激，观察电流表的指示是否自动回零。如指示为零，则放大器是稳定的，若指示不为零，则放大器不稳定。

放大器自激振荡的抑制方法

低频振荡是由于各级放大电路共用一个存在较大内阻的直流电源引起的，消除方法是在放大电路各级之间加上“退耦电路”。这种正反馈的形成原因：如图7所示，若直流电源V1存在着较大的内阻r0，当Q1的输入信号瞬时极性为正时，各级输入电压极性如图中标记所示。Ic1和Ic3是相同的，它们流过r0时就会产生瞬时极性为上负下正的交流压降，该压降通过R1、C1及Q2的输入电阻反馈到第二级的输入端，显然此反馈信号与输入信号同相，故形成了寄生正反馈。

6R11-Q1+C12R23+Q2C24-5Q37V1R3r00

图7直流电源的内阻造成寄生正反馈

高频振荡主要是由于安装及布线不合理引起的．对此应从工艺方面着手，如元件布置紧凑、接线要短等；也可以在电路的合适部位找到抑制振荡的最灵敏点，在此处外接合适的电阻电容或单一电容，进行高频滤波。

消除的方法是在放大器中加入高频旁路电容，或加高频相校正网络，要求电容的数值比较小。以形成高频旁路或高频负反馈，对高频信号进行相移，从而破坏自激振荡的条件。

低频自激的抑制方法

低频振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源引起的消除方法是在放大电路各级之间加上“退耦电路”，使前后级之间的影响减小。如图8所示，R3一般为几百欧，C1选几十微法或更大。

AR3BR5R4C2GND退藕电容C1R1退藕电阻R2+Q2ER0-Q1-+GNDGNDGND

图8退藕电路

高频校正方法一：利用电容元件

这是一种主极点校正的方法，这是一种采用米勒电容进行补偿的方法，如图9所示。在极点频率最低的一级接入校正电容C，使主极点频率降低，-20dB/dec段拉长，尽量获得单极点结构，以破坏幅度条件，使电路稳定。

|f中的最小转折频率变得更此补偿电容C的引入能使放大器的幅频特性20lg|AF小，这样，幅频特性高频段下降得更快，如图10中特性C所示。

图9放大器引入电容补偿元件消除高频自激

图10引入补偿元件后幅频特性的变化情况

高频校正方法二：利用R、C组成宽带补偿

也叫RC校正(极点—零点校正)，用RC串联网络代替电容C，这一方面使原来的主极

点降低，另一方面引入了一个新的零点，此零点与原来第二个极点抵消，使极点数减少，而且极点也拉开了。如图10中特性RC所示，这种补偿可获得较宽的通频带。其电路如图11所示。

图11采用RC元件消除高频自激

高频校正方法三：反馈电容校正

实际上，这里采用的是米勒补偿方法，如图12所示。如果将电容C并联在相应放大电路中管子的b-c极之间，形成该级的电压并联负反馈，这种校正方法可用较小的电容达到消振目的。这实际上是以附加高频负反馈来降低集成运放在高频段的增益，以使附加相移虽达180°而变成正反馈时，其回路增益被降至小于1。这样，即使放大器在谐波干扰下出现正反馈振荡，因回路增益过小，振荡无法维持，电路也就稳定了。

图12反馈电容消除高频自激

高频校正方法四：利用反馈电容C 进行超前补偿

前面三种方法均属于滞后补偿(校正)，而超前补偿的指导思想是设法将0dB点的相位向前移，破坏其相位条件。这种方法是在放大器反馈电阻中，并接适当容量的反馈电容C，如图13所示。利用反馈电容来校正波特图的曲线形状，使相频特性AFf在频率f0附近向上提升，使|AF|180，见图14所示，从而破坏产生自激振荡的相位条件，达到消除自激振荡的目的。

图13放大器中引入反馈电容进行超前补偿