北京工业大学测量放大器
BJT单管放大器设计仿真及实验
RE1
≤ ( RL' AV
− re )
(2 - 7)
由于放大器输入电阻 Ri ≈ rbe + βRE1 ≈ rbb' + β (re + RE1 ) ，故管子的β可由下式估算：
β ≥ Ri re + RE1
分压电阻RB2、RB1可由选定的ICQ、VBQ和β来计算，
(2 - 8)
RB1 = VBQ =
要忽略β对放大器增益的影响，只要满足条件 β (re + RE ) >> rbb' 即可。 RE的接入，还可以提高放大器的输入电阻Ri，降低下限频率fL，但会减小其不失真动 态范围。权衡放大器的各项性能指标要求，可采用图 2.2 所示改进后的电路来实现。
三、电路元件选择及参数计算
1． BJT 的选择 根据温度特性要求选择管子的类型（硅或锗管）。 由于硅管的温度特性一般优于锗管，在低频下通常选
对放大器的仿真内容主要有以下几方面： 1． 静态工作点的测试； 2． 正弦稳态响应分析及相关性能指标的测试； 3． 频率特性的测试。
五、电路安装与调试
1． 电路布局与安装技巧 在多孔实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。正确选择连接导线，一般选直径为 0.6mm 的单股线。为了保证导线与插孔接触可靠，导线长度应尽量短，导线两端的绝缘皮 不能剥去太长或过短，一般以（7～8）mm 长为宜，所有导线都应弯成弧形而不要成直角。 利用导线弧形的张力可以确保与插孔间的接触良好。 电路的布局应与主要元器件为中心，按信号流向从左至右合理设计。电路与外接仪器
CB
≥
(3
~ 10)
2πfL (Rs
1 + rbe
+
测量放大器的设计与仿真
作业1：测量放大器的设计
1.电路分析：
经过分析，该电路主要由四部分构成：
第一级测量放大器，第二级中放，第三级后放以及第四级低通滤波器。
其中，第一级增益为1，第二级增益为1/5000—100可调，第三级同第二级,第四级增益为1，故电路理论总增益为（1/25M—10000）可调。
2.电路仿真设计：
用mulitism仿真软件设计的电路图如下：
第一级放大图为：
第二级放大图为：
第三级同第二级，略。
第四级为二级巴特沃斯低通滤波器如下：
3.仿真结果：
4.所用器件一览表：
OP07数：
运放类型:低噪声
带宽:0.6MHz
针脚数:8
工作温度范围:0°C to +70°C 封装类型:SOIC
-3dB带宽增益乘积:0.6MHz 变化斜率:0.3V/μs
器件标号:7
工作温度最低:0°C
工作温度最高:70°C
电源电压最大:18V
电源电压最小:3V
输入偏移电压最大:0.15mV
5.参数计算：
1.Avd：
Avd为（1/25M—10000）可调。
2.BWA：0.6MHz
3.电源：+12Ｖ，-12V。
作业2：低频振荡器设计图如下：
仿真结果：。
测量放大器的原理
测量放大器的原理测量放大器是一种用于放大电阻传感器、电容传感器或者其他传感器输出信号的设备。
它可以将传感器输出的微小电信号放大到可以进行后续处理或者测量的适当范围内。
测量放大器通常用于工业自动化、科学实验、医学设备等领域。
测量放大器的工作原理主要涉及到增益、输入电阻、带宽和噪声等方面。
1. 增益：测量放大器的主要功能之一是放大输入信号，其增益决定了放大倍数。
增益可以通过电路中的运算放大器或者放大器电路来实现，其中放大器电路通常采用晶体管、运算放大器、仪表放大器等。
2. 输入电阻：测量放大器需要具有较高的输入电阻，以保证输入信号的稳定性。
较高的输入电阻可以减少由于传感器输出电流引起的电流失真，同时也可以减少由于输入信号与放大电路之间的电压分压引起的误差。
3. 带宽：测量放大器的带宽是指放大器能够处理的频率范围。
带宽的大小取决于放大器的设计和组件的特性。
较宽的带宽可以支持处理较高频率的输入信号，而较窄的带宽则适用于低频信号的处理。
4. 噪声：测量放大器中的噪声是指在放大过程中引入的信号干扰。
噪声可以由电源杂散、放大器内部电子元件的热噪声以及输入信号本身的噪声引起。
降低噪声对于保证测量信号的准确性和精度至关重要。
在测量放大器的设计中，需要综合考虑上述因素以及其他一些技术要求，如输入输出接口、电源供应、保护电路等。
此外，还需注意：1. 信号输入范围：测量放大器一般有一定的信号输入范围，超出该范围的输入信号可能引起放大器的非线性失真。
因此，在设计选择时需根据实际需要选择适当的放大器。
2. 校准和线性度：放大器在使用过程中可能会存在一定的误差，因此需要进行校准以确保输出的准确性。
此外，线性度也是一个重要的指标，它描述了输入信号和输出信号之间的关系是否为线性关系。
总之，测量放大器是一种关键的信号处理设备，它可以将微小的传感器输出信号放大到适当的范围，以进行后续处理或者测量。
在设计和选择测量放大器时，需要考虑增益、输入电阻、带宽、噪声等多个因素，并根据实际需要进行校准和线性度测试。
北工大电子技术实验1单管共射放大电路
实验内容： 用毫伏表测量Uo,计算Au。 用示波器观察Ui和Uo波形。
信号
1
2
被测 示波器
实
Ui (mV) 3mV 加大Ui
测
U0 (பைடு நூலகம்V)
计算
Au
理论值
Au
理论值估算：R R (1 β ) 26 mV be bb '
I EQ mA
R L RC // R L
RL Au β rbe
单管共射放大电路
实验目的
• 学习三极管放大电路的焊接和调试。
• 了解电路参数对放大器静态工作点、电压 放大倍数、输出电压波形的影响。 • 进一步学习使用电子仪器。
工作特点（单级放大器）：
• 为了不失真地放大信号，放大器必须设置 合适的静态工作点，使其工作在放大区。 • 共射极放大器对输入的信号电压具有放大 和倒相作用。 • 在交流放大器中同时存在着直流分量和交 流分量两种成分。直流分量反映的是直流 通路的情况；交流分量反映的是交流通路 的情况。
实验内容
实验准备：插接实验电路 • 按实验电路焊接线路，将Rp调到最大。 • 将直流稳压电源调至12V。 • 仔细检查，确认无误后接通电源。 • 将信号发生器输入调为1KHz,3mVRms正弦波.
注意:不要带电焊接.
实验电路
9013
Rc RL
1、静态工作点测试
• 实验条件：不接入Ui，将Rp调到最大，然 后接入Vcc=12V。 • 调节Rp使得VE=2.2V • 用万用表直流电压档测量以下数据：
5mV
• 4、动态测试 改变静态工作点，观察其对输出波形的影响。
RP值 VBQ（V） VCQ（V） VEQ（V） 最大 合适 最小
大信号无水冷LD侧泵Nd:YAG激光放大器
大信号无水冷LD侧泵Nd：YAG激光放大器邹吉跃;刘学胜;徐爱东;王聪聪;闫岸如;赵明;杨松;刘友强;王智勇【摘要】为了获得高激光脉冲能量,设计了高能脉冲激光放大系统.对该放大系统的输出能量、脉冲宽度、能量稳定度、输出脉冲宽度等进行了研究.首先,进行四能级激光速率方程的分析递推出泵浦能量和储存能量、增益系数等的关系.接着,进行了激光放大器的系统设计,然后进行实验验证,最后,实验还进行了输出激光的性能测试.实验结果表明:在Nd:YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm、Nd3+的掺杂浓度为1.1％、泵浦功率最大24 kW、重复频率为10 Hz、泵浦电流为80 A、泵浦脉宽为200μs的条件下,得到脉冲宽度10 ns、最大脉冲能量1050 mJ的脉冲激光,输出能量不稳定度<3％,通过刀口法测得水平和垂直方向光束质量M2分别是3.9和4.8.满足了高能量、无水冷、稳定可靠等要求.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)007【总页数】6页(P885-890)【关键词】LD侧面泵浦;放大器;高能量;无水冷【作者】邹吉跃;刘学胜;徐爱东;王聪聪;闫岸如;赵明;杨松;刘友强;王智勇【作者单位】北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;江苏北方湖光光电有限公司, 江苏无锡 214035;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124;北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言半导体泵浦固体激光器近几年得到了飞速发展，尤其因为半导体泵浦源发出的808 nm波长的泵浦光处于Nd∶YAG的高吸收峰，不仅会减少增益介质的热致双折射效应以及热焦距效应，而且也充分改善了输出激光的光束质量和稳定性。
射频E类功率放大器并联电容技术研究
图 4 不同形状因子对应的漏端电压波形 Fig14 Drain voltage waveforms for three different form factors
要计算出准确的等效电容值 , 首先必须有一个 完全线性的 E 类功率放大器电路 , 采用传统功率 放大器电路分析方法从中获得线性并联电容 C1 。 用 C1 代替不是完全非线性的非线性电容 , 并通过 不断改变 Cj0的值直到满足最大工作效率状态 , 即 ZVS ( zero2voltage switching) 和 ZVDS ( zero2voltage2 derivative switching) 。此时得到的非线性电容值即为 前文提到的线性等效电容[5] 。
f max ( C1 , y ,
R)
=
B max
2πC1
=
1 2
y ×cos y -
y sin y
sin y
1 π2 RC1
(3) 式中 : y 为功率放大器导通角 ; Bmax为最大电纳 ; R 为输出负载 。从上式可以看出 , 放大器最大频率 和线性并联电容的函数关系 。图 2 为信号占空比为 50 %时 , 根据该函数关系的并联电容与放大器最大 频率关系的曲线图[3] 。
Sokal 和 A1D1Sokal[1]首次提出了 E 类功率放大器的电 路结构。经过 30 多年的发展 , E 类放大器以其结构简 单、效率高、可设计性强等优点 , 得到了广泛的应 用 , 其理论效率可达 100 % , 实际效率达 95 %[2] 。
在 E 类功率放大电路中 , 并联电容的作用十 分重要 , 它主要用来保证在晶体管截止的时间里 , 使集电极电压保持十分低的一个值 , 直到集电极电 流减小到零为止 。集电极电压的延迟上升 , 是 E 类功率放大器高效率工作的必要条件[2] 。因此 E 类功率放大器并联电容的研究成为国内外的热点问 题 。本文将分析 E 类功率放大器中的并联电容及 一些电路相关问题 。
电子课程设计报告(测速表、测量放大器)
北京工业大学电子课程设计报告学号：姓名：学院：电控学院专业：自动化指导教师：数电课设自行车速度表第一章设计要求设计任务根据车轮周长、辐条数和车轮转数等参考设计、调试完成一个进行车用速度表，要求具有根据不同的车型随时进行调整的功能，以保证速度表显示的正确。
1．显示数字为三位，精度为0.1公里，即（00.0-99.9公里）。
2．数码管要有小数点显示，即个位于十分位之间的小数点要亮起来。
3．标明你所设计的条件，（轮周长、辐条数等）。
给出根据不同车型进行调整的依据。
4．结构简单、所用器件尽量少、便于调整、成本低。
5．所用芯片、元件等在参考元器件范围内选择（实验室没有的需自行解决）。
一、设计参考方案通过测量在单位时间内通过红外光电传感器的轮辐数，折算出车轮走过的距离，即每秒通过多少根辐条等于1公里每小时的速度。
时速值按十进制由多位数码管显示。
假定车速为1公里/小时，那么车轮每秒走过的距离为100000厘米/3600秒≈27.8厘米/秒。
因测得的是每秒通过光电传感器的辐条数，故须将27.8厘米/秒化作多少根辐条/秒，两根辐条间的车周长=轮周长/辐条数。
对于每小时一公里的速度，相当于每秒通过的辐条数为27.8厘米/辐条间轮周长（即门控脉冲的频率），此数的倒数即为每通过一条辐条所需要的时间（秒）。
如果在此时间内通过1根辐条即表示速度为1公里/小时，数码管显示01.0，若通过20根辐条，则车速为20公里/小时，速度表（数码管）就显示20.0。
第二章设计与说明设计方案的选择根据分析，我们将测速仪分为四个模块：信号输入模块，锁存和复位模块，计数器驱动模块，显示模块。
信号输入模块由红外线传感器和施密特组成，红外线传感器用于产生信号，施密特用于波形整形。
此模块没有可选性。
计数器驱动模块用计数器CD4553和译码器CD4543或CD4511组成。
两者从功能上并无本质区别。
CD4553用于对输入信号基数，译码器用于驱动三位数码管。
放大器的测量方法
放大器的测量方法放大器是一种电子设备，用于放大电信号，使其足以驱动扬声器或其他负载。
在测量放大器时，可以从多个方面进行评估。
下面将讨论一些常见的放大器测量方法。
首先，最基本的测量是电压增益。
电压增益是指输出电压与输入电压之间的比率。
测量电压增益时，首先需要一个电压源来提供输入信号。
通过在输入端施加一个特定的电压，并在输出端测量得到的电压，可以计算出电压增益。
其次，一个重要的测量指标是频率响应。
频率响应是指放大器在不同频率下的增益特性。
为了测量频率响应，可以使用频谱分析仪或信号发生器和示波器组合。
在输入端施加一系列不同频率的信号，并在输出端测量到相应的电压。
通过绘制输入频率与输出电压之间的关系曲线，可以得到放大器的频率响应特性。
第三，输出功率是另一个重要的测量指标。
放大器的输出功率是指放大器可提供给负载的最大功率。
为了测量输出功率，可以使用功率计或示波器来测量输出信号的功率。
通过改变输入信号的幅度，然后测量输出信号的功率，可以找到放大器的最大输出功率。
第四，失真是一个需要注意的因素。
失真会导致输出信号变得畸变，从而影响音质。
常见的失真类型包括谐波失真、交调失真等。
为了测量失真，可以使用频谱分析仪，通过测量输出信号中的谐波分量来评估失真程度。
此外，静态特性也是需要考虑的因素之一。
静态特性是指当没有输入信号时，放大器的输出电压和电流的稳定性。
常见的静态特性包括偏置电流和输出偏置电压等。
通过测量输出电压和电流，可以评估放大器的静态特性。
还有一些其他的测量方法，如输入/输出阻抗、噪声指标、互调失真等。
输入/输出阻抗是指放大器对输入和输出信号的阻抗匹配情况。
噪声指标评估了放大器引入到信号中的噪声水平。
互调失真是放大器在幅度调制和相位调制下产生的非线性失真。
综上所述，放大器的测量通常包括电压增益、频率响应、输出功率、失真、静态特性等多个方面。
通过综合考虑这些参数，可以评估放大器的性能和质量，从而选择适合的放大器应用。
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模电部分：
一、设计题目
测量放大器
二、设计任务和要求
2.1 设计任务
使用运算放大器设计一套用于交流信号测量的放大器模块。
2.2 设计要求
第一部分：信号变换放大器
设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。
将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，以此作为差动放大器的输入信号。
信号变换电路，将单线输入信号分别经过两个运算放大器，一个接成跟随器，另一个接成反相比例放大器，这样通过简单基本的运算放大电路就将单端输入信号变换成双端输出。
第二部分：差动放大器
设计、制作一个测量用的差动放大器，参见下图。
输入信号Vi取自桥式测量电路的输出，当R1=R2=R3=R4时，Vi=0。
R2改变时，产生Vi不为零的电压信号。
测量电路与放大器之间有1米长的连接线。
设计要求：
1、差模电压放大倍数AVD＝1～500，可手动调节；
2、最大输出电压为± 10V，非线性误差 < 0.5％；
3、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比 KCMR >100000 ；
4、在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；
5、通频带0～10Hz 。
第三部分：前置放大器（设计目标是达到最高的带宽增益积）
设计要求：
1、被测输入正弦波信号最小幅度为有效值10毫伏；（输入幅度尽量小）
2、频率为100HZ～10KHZ；（上限频率尽量高）
3、放大器增益达到40dB。
（增益尽量高）
2.3 参考元器件和芯片
OP07，电位器，电阻、电容若干
三、实验内容
OP07选择：OP07芯片为低噪音，非斩波稳定为零的双极运算放大器集成电路。
有低失调、低漂移、低噪音、低偏置电流等优点。
OP07输入偏置电流低点和开环增益高，特别适合高增益的测量装置和放大传感器的微弱信号等。
该课设置实验中的一级信号转换放大器采用一对OP07，达到运输的准确一致，实现对差动模式信号的放大作用，后一级差动分配也使用OP07，共触抑制良好效果实现结果。
OP07的管脚图及功能
通过设计框图我们将电路分为两个模块，分别是信号转换模块、差动放大模块。
基本思路为：函数发生器单端输出正弦电压信号通过由跟随器和反向比例放大器组成的信号变换放大器不失真地转换为双端输出信号，输入差动放大器来达到放大的目的。
3.4 系统各部分电路说明与操作 1.信号转换模块
该模块电路的只要作用是将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号。
仿真图：
为了使信号不失真，应该保证电路的对称性。
电压跟随器A1的电压增益Vo1/ Vi=1，反向比例放大器A2的电压增益Vo2 / Vi=-1/2，则总增益Vo / Vi=( Vo1 －
Vo2)/ Vi =1。
下面推导信号变换放大器的电压增益关系式： 电压跟随器，电压增益：
Vo1 / Vi=R1/(R1+R2)=1/2 当R1 =0时：Vo1= Vi
反相比例放大器，电压增益：
Vo2 / Vi =-R3/R1
当R3=R5=10kΩ时：Vo2 =- Vi
反相比例放大器同相端对地电阻R4为平衡电阻。
总增益Vo/ Vi =1
2.差动放大模块
本模块用于放大输入信号
仿真图：
差模电压增益：
Avd＝（1＋2 R12/R18）R7/ R8
三、实验调试
3.1调试顺序说明
我们的方案是从左到右的顺序进行调试，所以我的调试顺序是首先调信号转换模块，然后是差动放大模块。
3.2调试步骤的具体说明
在调试电路之前我们先接了电压跟随器来测试5个OP07芯片是否是正常的，通过检查5个芯片都是正常的。
首先调试了信号转换模块，我们按照管脚图连好信号转换模块的电路，并将其于示波器相连接。
发现是两条大小相等、方向相反的正弦波。
说明我们信号转换模块成功了。
信号转换模块的调整完成后，开始调整差动放大模块。
将此模块连接到上一个模块。
即，输入信号大小相等，方向是相反的正弦波信号，连接输出端子和示波器，观察输出波形是不是歪斜，连接输出端子和毫伏表观察倍率。
输出的波形清除正常,不过，开始时100 Hz，10 mv的情况成为100倍的倍率,不过，
是10 kHz，10 mv的情况扩大的倍数不达到要求。
随后我们加入了一个前置放大器，使其放大倍数达到700倍，符合实验要求。
但再5mv时受噪声干扰仍然很大，波形不太清晰，但可以分辨。
至此，测量放大器的实验全部结束了。
3.3实验结果
放大器实验图
实际连线图：
四、收获和体会
首先，作为一名来自生命科学与生物工程学院的生物医学工程的学生，我虽然是学工科，学习电路基础分析，模拟电子技术，数字电子技术，信号与系统等有关电子技术类的课程，然而直到上了这门课—电子技术实验Ⅱ我才真正接触了那些芯片、运放、电位器、电阻等，以前的我从未接触过这些原件。
其次，由于学院给我们排课使我们没有上过电子技术实验Ⅰ，直接让我们上电子技术实验Ⅱ，我们在前几周上课时可以说是一无所知，甚至连最基础的电源都不会使用。
然而在张国英老师的教导下，让我们从零学起，慢慢地熟悉实验室的各种仪器以及他们的功能。
我们在实验课遇到了很多问题和阻碍，但我们从中收获了很多。
在测量放大器的连接电路的时候，我们的电路连接不太稳定。
在我们连接完信号转换模块后并成功显示两个大小相同振幅相反的波形，但下周我们再来调试的时候发现信号转换模块不能正常工作，示波器显示的波形都是乱的。
接下来我们花了一个小时的时间来检查电路，最后发现是导线的一个管
脚插错了，很有可能是我们在简化电路的时候不小心差错的。
由此可见，一个插错管脚的错误消耗了我们一个小时的时间。
所以在接电路的时候一定要细心不出错。
在调试电路的时候一定要坚持重点论，抓住问题的主要矛盾和矛盾的主要方面，当主要矛盾和矛盾的主要方面解决完后再着力于次要矛盾和矛盾的次要方面。
即优先达到设计目标，理解并体会电路的结构和作用，再开始解决电路设计问题，电路连接问题。
总得来说，这门课—《电子技术试验Ⅱ》对我们学生物医学工程是用处很大，比如我们要做医学传感器，那么就需要这门课的实践经验的沉淀，了解仿真实验与实际应用的不同与相同。
正如罗伯特·海莱因所说：“一个人的‘魔术’只是另一个人的工程。
”，也正是这门课让我们打开了那魔术般的电子技术的大门。