多级放大器的总带宽必须满足3)
若,就不能满足技术指标提出的带宽要求,此时可再选择增益带宽积更高的。
运放。一直到多级放大器的总带宽满足(3)式为止。
当所选择的运放满足带宽要求后,对末级放大器所选用的运放,其转换速率必须满足4)
否则会使输出波形严重失真。
4) 选择供电方式。
在交流放大器中的运放可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源供电与正。
负双电源供电的区别是:单电源供电的电位参考点为负电源端(此时负电源端接地)。而正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值(当正负电源的电压值相等时,参考电位为零)。
(5)计算各电阻值。
根据交流放大器的输入电阻和对第一级电压放大倍数的要求,先确定出第一级的输入。
电阻和负反馈支路的电阻,然后再根据第二级电压放大倍数的要求,确定出第二级的输入电阻和负反馈支路的电阻。按此顺序,逐渐地把每级的电阻值确定下来。
6)计算耦合电容。
当信号源的内阻和运放的输出电阻被忽略时,信号源与输入级之间、级与级之间的耦。
合电容可按下式计算5)
上式中,是耦合电容c所在级的输入电阻。类似地输出电容可按下式计算。
2. 设计举例。
要求设计一个交流放大器,性能指标为:
中频电压放大倍数:
输入电阻:
通频带:,其中,
最大不失真输出电压:
已知负载电阻:
设计步骤:1) 确定放大器的级数n
由于所要求的电压放大倍数au=1000,同相放大器的电压放大倍数在1~100之间,反相。
放大器的电压放大倍数在0.1~100之间,因此采用两级就可以满足设计要求。在本例中放大器的级数选用两级。
(2) 选择电路形式。
由于同相放大器的输入电阻比较高,在不接同相端平衡电阻rp时,同相放大器的输入。
电阻在10mω~100mω之间,接了同相端平衡电阻rp后,输入电阻主要由rp的值决定。反相放大器的输入电阻ri=r1,r1的取值一般在1kω~1mω之间,对于所设计的交流放大器,要求输入电阻ri=20kω,因此输入级无论采用同相放大器还是反相放大器都能满足要求。
由于交流放大器所要求的最大不失真输出电压uom=5v,因此最大不失真输出电流:
对于普通运放,其输出电流一般都在几毫安与十几毫安之间,因此无须采用扩流方式。
根据以上分析,采用图1所rf1rf2
示两极交流放大电路。在图1的 r1c2 r2c3
交流放大电路中,第一级采用同a1a2uo
相放大器,选择其电压放大倍数 ui c1rl
au1=10,以降低放大电路的信噪比rp1rp2
第二级采用反相放大器,选择其。
电压放大倍数au2=100。此时,第图1 两级交流放大电路。
一级运放工作在小信号情况下,第二级运放工作在大信号的情况下。
3)选择集成运算放大器。
第一级交流放大器中,,若该级运放选择,由于其单位增益带宽,因此第一级交流放大器的带宽为:
因此,故第一级交流放大器采用型运放,可满足设计要求。
第二级交流放大器中,,若该级运放也选择,则该级放大器的带宽为:
因此(其中),若第二级交流放大器采用,就不能满足设计要求。
若选用lf347(或),由于lf347的单位增益带宽为4mhz,转换速率。因此第二级的带宽为:
因此,能满足设计的指标要求。
由于第二级运算放大器工作在大信号情况下,因此选择运放时,除了要考虑集成运放的增益带宽积外,还要考虑运放的转换速率,要求所选运放的转换速率满足:
将,代入上式,可求得,对于lf347集成运放,其转换速率,因此满足设计要求。
(4)选择供电方式。
在本设计课题中采用正负双电源供电方式。
5) 计算电阻值。
根据性能指标要求,输入电阻,第一级放大器的输入电阻既是平衡电。
阻,也是整个放大器的输入电阻,因此取,由和,可得:,.
对于第二级放大器,,取,则,,。
6) 计算耦合电容。
对于交流同相放大器,耦合电容:
取标称值,得:c1=1μf
第一级放大器与第二级放大器之间的耦合电容:
其中,ri2=r2=10kω,电容取标称值,得:c2=1μf
第二级放大器输出端的的耦合电容:
取标称值,得:c3=4.7μf
四。调试方法。
1. 按图2所示连接第一级交流放大器rf1
其中,r2是第一级交流放大器的负载,也是r1c2
第二级交流放大器的输入电阻ri2,c2是第a1uo
一级交流放大器与第二级交流放大器之间的ui c1r2
耦合电容rp1
2.从放大器的输入端输入频率为1khz,幅度uim=5mv的交流信号,用示波器在放大器图2 第一级交流放大器。
的输出端测出输出电压的幅值uo1m,根据uim 图中:rp1=20kω,r1=22kω,rf1=200kω,与uo1m算出该级电压放大倍数au1。然后将输c1=1μf,c2=1μf,r2=10kω
入信号的频率改为20hz,输入信号的幅度保持5mv不变,测出对应的输出电压uo1m,若uo1m =0.707 uo1m, 说明已达到指标要求,若uo1m < 0.707 uo1m ,说明c1、c2的值取得太小,此时应先加大c1 的值,同时观察对应的输出电压uo1m ,然后再改变c2 的值,一直调节到。
uo1m =0.707 uo1m为止;若uo1m >0.707 uo1m,说明c1、c2的值取得太大,此时应先减小c1的值,同时观察对应的输出电压uo1m ,然后再改变c2的值,一直调节到uo1m =0.
707 uo1m。此时第一级放大器就已经调试好了,接着就可以调试第二级放大器。
3. 按图3所示连接第二级放大器,在第二rf2
级交流放大器的输入端输入频率为1khz,幅度 c2 r2c3
uim=50mv的交流信号,用示波器在放大器的输a2
出端测出输出电压的幅值uo2m,根据uim与uo2m rl
算出该级电压放大倍数au2。然后将输入信号的rp2
频率改为20hz,输入信号的幅度保持不变,测。
出对应的输出电压uo2m,若uo2m =0.707 uo2m图3 第二级交流放大器。
说明已达到指标要求,若uo2m < 0.707 uo2m , 图中:c2取第一级交流放大器调试后的值,说明c2、c3的值取得太小,此时应先加大c2 rp2=9.
1kω,rf2=1mω,c3=4.7μf,rl=2kω
的值,同时观察对应的输出电压uo2m,然后再改变c3的值,一直调节到uo2m=0.707uo2m为止;若uo2m>0.707uo2m,说明c2、c3的值取得太大,此时应先减小c2的值,同时观察对应的输出电压uo2m ,然后再改变c3的值,一直调节到uo2m =0.
707 uo2m。此时第二级放大器就已经调试好了。接着就可以将两级放大器连接起来调试。
4.按图1所示连接两级交流放大器(图中的元件值取:rp1=20kω,r1=22kω,rf1=200kω,r2=10kω,rp2=10kω,rf2=1mω,rl=2kω,c1、c2,c3取前面调试后的值)
从放大器的输入端输入频率为1khz,幅度uim=5mv的交流信号,用示波器在放大器的输出端测量输出电压的幅值uom,根据uim与uom算出总的电压放大倍数auς。然后将输入信号的频率改为20hz,保持输入信号的幅度不变,测出对应的输出电压uom,若uom =0.707 uom,说明已达到指标要求,若uom < 0.
707 uom ,可适当加大c1的值,同时观察对应的输出电压uom ,然后再改变c2与c3的值,一直调节到uom =0.707 uom时为止;若uom >0.707 uom,可适当减小c1的值,同时观察对应的输出电压uom ,然后再改变c2与c3的值,一直调节到uom =0.
707 uom。此时两级放大器就已经调试好了。接着可以进行其它性能的测试。
五.实验内容。
1.设计一个交流放大器,性能指标为:
中频电压放大倍数:
输入电阻:
通频带:,其中,
最大不失真输出电压:
已知负载电阻:
2.按照教材中所介绍的方法,设计出满足以上性能指标的交流放大器,计算出交流放大器中各元件的参数,安装和调试电路。
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