弱信号放大电路的仿真测试
功率放大电路的仿真测试实验报告
实验日期：班级：2015级应用物理学实验名称：功率放大电路的仿真测试姓名：实验成绩：学号：一、实验目的（1）了解OTL、OCL功率放大器的基本工作原理和参数测试。
（2）对比分析OTL功率放大器和OCL功率放大器的性能差异。
二、原理与说明功率放大器根据功放管平均导通时间的长短（或集电极电流流通时间的长短或导通角的大小），分为以下4种工作状态。
（1）甲类工作状态：甲类工作状态下，在整个周期内晶体管的发射结都处于正向运用，集电极电流始终是流通的，即导通角A等于180°。
（2）乙类工作状态：乙类工作状态下，晶体管的发射结在输入信号的半周期内正向运用，在另外半个周期内反向运用，晶体管半周期导电半周期截止。
集电极电流只在半周期内随信号变化，而在另半个周期截止，即导通角A等于90°。
（3）甲乙类工作状态：它是介于甲类和乙类之间的工作状态，即发射结处于正向运用的时间超过半个周期，但小于一个周期。
即导通角A大于90°小于180°。
（4）丙类工作状态：丙类工作状态:丙类工作状态下，晶体管发射结处于正向运用的时间小于半个周期，集电极电流的时间不到半个周期，即导通角A小于90°。
图 OCL功率放大器原理图为单电源供电互补推挽功率放大器。
三、实验内容1.OCL功率放大器测量1)按照图所示输入自己的OCL实验电路。
并测量晶体管的静态工作，判断器件工作状态。
表格2)调节信号源输出为3V(峰值)，在开关J1闭合和断开条件下，用双踪示波器观察输入输出波形。
J1断开时：J1闭合时：J1断开时：3)测量输出信号为3V时放大器的输出功率和电源消耗功率，并计算此时的放大器效率；逐渐增大输入信号，在没有出现明显失真条件下，再测量此时的输出效率、电源功率和功效，记录测量值于表格和中。
表格计算：在输入信号为3V时P om= I0× U0= WP V=在最大输入信号且不失真：η=P om/P v×100%=%图象在输入信号为14V即UI=时失真：表格计算：输入信号为3V时：P om= I0× U0=P v=最大输入信号且不失真时：η=P om/P v×100%=%图像在输入信号为12V,UI=时失真：2.OTL功率放大器测量1)按照图所示输入自己的OTL实验电路，并测量晶体管静态工作点并记录数据。
微弱电流信号的检测和放大电路.doc
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。
提取微弱小信号的锁相放大器试制提交文档
图 3 功能框图
上位机软件采用 LabVIEW 进行编写与处理数据。锁相放大的原理可以用 LabVIEW 进行仿真，其上位机软件可以用 LabVIEW 进行编写。如下图为 LabVIEW 仿真原理
图4
LabVIEW 仿真原理图
第四节
原题图和 PCB 以及 ADI 芯片演绎
完整原理图、PCB 布局、元器件清单以及程序请见论坛帖子附件，全部免费 下载。 第二、三节已经介绍锁相放大器原理了和仿真了。下面就是按照以上原理来 设计的。设计之中采用分模块设计。这样便于分析检查和排错。设计模拟锁相放 大器需模拟电路的功底较好。 4.1 整体模块原理图
第三节
方案设计
为实现低成本小体积的模拟式锁相放大器，来采集太赫兹时域光谱仪中的差 分探头产生的 THz 信号。通过核心器件 AD630（平衡调制解调器）做锁相放大， 以提取被噪声淹没的微弱 THz 信号，要求其动态范围宽，达到 100db 以上，能检 测 100pA 以上的信号。最终采集的信噪比需满足 60db 以上。电路的设计上均考 虑低噪声因素。 其实施方案如下：
R nf( ) E{[ni(t )][x i(t ) ni(t )]} R nx( ) R n( )
xi(t)与 ni(t)相互独立，则互不相关，因而为零。频率相同的信号相关度高，噪声 的相关性趋于 0。这是互相关检测的原理。
图 2 开关型相敏检测器(构成框图) AD630 内部即有此部分
4.4.2 锁相放大器输出信号
4.5 低通电路模块
本模块采用的低通滤波器为普通的四阶贝塞尔低通滤波器。低通滤波器选择 的运放为 OP2177，仿真亦用 ADI 版本的 Multisim，
如图为仿真结果。
最后测试低通滤波器输出，低通滤波器能将交流信号转为直流信号，幅度 约为-270mV。与信号源输出的幅值有一定的比例，这个需要计算。电路输出的纹 波噪声以及其他的噪声貌似有些大。可能由于低通滤波和 AD7190 的布局没搭配 好，以及滤波电容选的还有些小。这个原因还要继续查找。 4.6 ADC 转换模块 低通滤波完了， 出来的信号就要经过 AD 转换来实现。 本设计采用 24bit ADC， 型号 AD7190 芯片。此款芯片最高采样率 4.8KHz，对于小信号放大来说足够了， 特别是其低噪声，可编程放大模块，这个比较吸引人。其接口为 SPI 接口，但个 人认为貌似不是标准的 SPI 接口，DOUT/RDY,这个时序比较不爽。参考有网友编 写的 AD7190 程序，都是通过 MCU 软件模拟时序写的接口程序，没有一个用硬件 接口。于是自己用 MSP430 的 SPI1 口，在中秋节三天时间，研究 AD7190 文档和 MSP430 编写出硬件 SPI 接口程序，不过到现在还没来得及实际测试。芯片编译 通过没有错误。 论坛的附件会免费共享出代码。 不过等有时间在测试一下 AD7190 了。
纳伏级微弱信号放大电路的设计
纳伏级微弱信号放大电路的设计摘要：从当前我国通信行业发展情况来看，其为工程测量工作开展奠定了坚实基础，纳伏级微弱信号放大电路的设计可以实现对信号有效调理，并且降低噪声，其主要运用了多级放大电路的组态形式，并且利用仿真软件对系统噪声进行了分析，使得信噪比得到改善。
基于此，本文也尝试对纳伏级微弱信号放大电路设计进行了深入探讨。
关键词：纳伏级微弱信号；放大电路；设计随着我国科技水平的不断提升，对于微弱信号检测技术的研究不断深入，弱光检测技术、微振动检测技术以及低电平电压检测技术等等进入到人们视野。
由于被检测目标信号极其微弱，如果运用普通的电子器件对其进行检测操作，往往存在较为严重的误差，这也使得最终的检测结果浮动范围不符合要求，这时候则需要运用微弱信号检测技术，其主要是通过放大器来保证其输入阻抗得以提升，而输出阻抗则尽可能降低。
目前来看，在开展弱信号检测工作时，不仅对检测器件有很高的要求，同时也对待测信号的动态范围以及响应速度有严格要求，只有保证其各方面要求符合标准，才能使最终检测结果准确性得到保证。
1.关于微弱信号及其检测的基本简介对于微弱信号检测来说，其在实际开展过程中，主要是利用电子学以及物理学等方法来尽可能恢复被噪声所掩盖的微弱信号，从而达到提取信号以及运用信号的目的。
从当前我国微弱信号检测技术发展情况来看，其主要是从提高检测系统输出信号的信噪比入手，从而实现对现有微弱信号的放大。
通常情况下，在开展微弱信号检测工作时，前置放大器是噪声引入的主要部件之一，因此在进行微弱信号检测设计时，首先应该注意保证第1级的噪声系数足够小，这样才能使最终检测准确性得到保证。
在对整个检测电路的噪声系数进行控制时，应该以前置放大器的噪声系数为基础，由此可以看出，系统前置放大器的选择以及相关电路设计非常重要，直接关系到后续各项检测工作的开展。
当前，微弱信号检测电路的基本结构为：微弱电压信号——电压放大电路——带通滤波电路——A/D转换电路。
Multisim2001实现放大电路频率特性的仿真测试
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ2001实现放大电路频率特性的仿真测试Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，目前广泛应用于电子线路的仿真实验平台和电子系统的仿真设计工具。
Multisim2001为电类专业的学习、教学、研究及开发提供了一种先进的手段和方法。
在电子线路的应用中，往往需要对电路的性能指标进行测试和分析，可以利用Multisim2001的仿真仪器或Multisim2001仿真分析方法对电路的性能指标进行仿真测试。
Multisim2001提供了18种基本仿真分析方法，分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点-零点分析、传递函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、批处理分析、自定义分析、噪声图形分析和RF分析，这些分析方法能满足一般电子电路的设计、调试和性能指标测试的要求。
下面以分压偏置共射极放大电路交流频率响应的仿真测试为例，介绍Multisim2001仿真分析方法在放大电路频率特性仿真测试中的应用。
首先在Multisim2001电路窗口中创建分压偏置共射极放大电路，如图1所示。
交流频率响应的仿真测试Multisim2001扫描分析法中的交流分析（AC Analysis）可以对模拟电路进行交流频率响应的分析，即获得模拟电路的幅度和相位的频率响应。
Multisim2001在进行交流分析前，会自动计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性元器件的小信号工作模型，而且，在交流分析中，所有输入源都认为是正弦信号，直流电压源视为短路，直流电流源视为开路。
交流频率响应的仿真测试方法如下：启动Simulate菜单中Analyses下的AC Analysis命令，弹出AC Analysis对话框，在AC Analysis对话框中，单击Frequency Parameters按钮，设置AC分析的频率参数：Start frequency[交流分析的起始频率]为1Hz，Stop frequency[交流分析的终止频率]为10GHz，Sweep type[扫描方式（X轴刻度）]为Decade（十倍程），Number of point per becade[每个十倍程刻度数]为10，Vertical scale[幅度刻度形式（Y轴刻度）]为Logarithmic（对数刻度）。
virtuoso运放基础参数仿真方法
virtuoso运放基础参数仿真方法Virtuoso is a type of operational amplifier, also known as op-amp, used in electronic circuits to amplify weak electric signals. It is essential to understand the basic parameters of the Virtuoso op-amp in order to effectively simulate its performance and behavior in various circuit designs.Virtuoso运放是一种运算放大器，也称为运放，用于电子电路中放大弱电信号。
在有效地模拟Virtuoso运放在各种电路设计中的性能和行为之前，了解其基本参数是至关重要的。
The first basic parameter to consider when simulating the Virtuoso op-amp is the open-loop gain, which is the gain of the amplifier when there is no feedback in the circuit. This parameter is crucial in determining the overall amplification capability of the op-amp and understanding its linear behavior. To simulate the open-loop gain, one can use SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) software to create a test circuit with the op-amp and measure the gain using the simulation results.模拟Virtuoso运放时首先要考虑的基本参数是开环增益，即在电路中没有反馈时放大器的增益。
基于Multisim 8的弱信号放大电路的设计与仿真
关键 词 ： 算放 大 器 ； 弱 电信 号 ： Ｌ ６ ０ 仿 真 运 微 Ｉ ７５ ： Ｃ
中 图分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ３ｌ 文献 标 识 码 ： Ａ
。
文 章 编 号 ： ０ ９ ３ ４ （０ ８１ — １ ２ － ３ １ ０ — ０ ４２ ０ ）６ ２ ３ ２ ０
２Ｉ Ｌ ６ ０性能 介绍 Ｃ ７ ５
斩 波 器稳 定 型 运 算 放 大 器 ＩＬ ６ ０芯 片 是 Ｉｔ ｓ 公 司 的 第 四 代 运 算 放 大器 ， 能 极 为优 越 稳 定 ， Ｃ ７５ ｎｅ ｉ ｒｌ 性 因而 在精 密仪 表 、 弱 信 号 的 微
检 测 及 过 程 控 制 系统 中作 为 前 置 放 大器 应 用 很 广 。 Ｉ Ｌ ６ ０主 要 有 如下 几 个 特 点 【 Ｃ ７５ ３ 】 ： １ 极 低 的输 入 失 调 电压 ： 个 工 作 温度 范 围（ １０ｏ）内 只有 ± Ｖ ； 入 偏 置 电 流 低 ： ５ Ａ （ 型 值） ） 整 约 ０ Ｃ １ 输 １ｐ 典 ； ２ 失 调 电 压 的温 漂 和 长 时 间 漂移 极 低 ： ） 分别 为 ００ ，／Ｃ １ ０ ｎ ／ ｎｈ ．１ｔｖ ｏ 和 ０ Ｖ Ｍｏ ｔ； ３ 极 高 的 开环 增 益 ，Ｍ Ｒ ，Ｓ Ｒ 均 ≥ １０ｄ 较高 的转 换 速 率 ： Ｒ ：０ ５Ｖ ｐ ） Ｃ Ｒ ＰＲ ３ Ｂ； Ｓ ． ／， ｓ：
ｉ ｉ ｐｌｍ ｅ ｅ ｂｙ ｔ ｅ ａ ｐｌ ｅ ｎ ｉ’ ａｎ 、 ｍ ｐｌｕｄｅ—ｆｅ ｕｅ ｃ ｈａａ ｔ ｒｓ ｃ、ｉ ａ —ｔ ｓ ｍ ｅ ｎｔｄ ｈ ｍ ｉ ｒ ａ ｄ ｔ Ｓｇ ｉ ａ ｉ ｆ ｉ ｔ ｒ ｑ ｎ ｙ ｃ ｒｃ ｅｉｔ ｓｇ ｌ ｏ—ｎ ｓｅ ａ ｄ Ｏ ｉ ｎ ｏｉ ｎ Ｓ ｏｎ ａｌ ｃ ｅ ｔ ｅ ｄｅｉ ｙ ｌ ａ ｈ ｖｅ ｈ ｓｇ ｂ ｉ ｎ
AD620放大电路应用仿真结果-001
AD620应用电路仿真-001 AD620是一款仪表放大器，性能指标如图1所示。
图1 AD620的性能指标
AD620的放大倍数只要通过调节1脚和8脚之间的连接电阻R G 就可以调节其放大倍数，放大倍数的调整范围是1到10000，具体的放大倍数G 的计算公式如下：
G=G R K
4.49+1
例如，要使AD620放大1000，则R G 约等于49.4欧。
下面简单举个例子来说明AD620的应用。
示例是AD620对电桥上的微弱信号进行放大的应用，仿真电路如图2所示。
图2AD620电桥信号放大电路
在图2中可以看到，AD620输入端的信号为2.255mV，AD620的放大倍数大约为100倍，放大后的信号为225.59mV。
由此可见，AD620可以将很微弱的信号准确的放大，放大倍数基本上符合理论值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
弱信号放大电路的仿真测试
不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海
1 引言运算放大器（op-amp）简称运放，因最初主要用于模拟量的数学运算而得名。
它是一个高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路，也是最基本、最具代表性、应用最广泛的一种模拟集成电路。
在工业自动化控制、过程控制中，运放常被用于放大来自传感器的低电平信号，这就要求用作前置放大器的集成运放具有高的输入阻抗，低的输出阻抗，低失调电压和温度漂移以及精密的反馈特性和高的共模抑制比能力，否则造成的漂移问题将使系统无法正常工作，ICL7650正是为适应上述要求而研制成功的。
介绍了ICL7650斩波集成运放的性能，并采用该器件设计了一个弱信号的前置放大电路，通过multisim 8软件进行仿真和测试，其增益、幅频特性、信噪比等性能指标都能达到设计的要求。
该电路结构简单，对直流、低频微弱电信号放大具有一定的参考使用价值。
2 ICL7650性能介绍斩波器稳定型运算放大器ICL7650芯片是Intersil公司的第四代运算放大器，性能极为优越稳定，因而在精密仪表、微弱信号的检测及过程控制系统中作为前置放大器应用很广。
ICL7650主要有如下几个特点：1）极低的输入失调电压：整个工作温度范围（约100℃）内只有±1μV ；输入偏置电流低：15pA （典型值）；2）失调电压的温漂和长时间漂移极低：分别为0.01 t，v/℃和100 nV /Month；3）极高的开环增益，CM RR，PSRR均≥130dB，较高的转换速率：SR = 0. 5 V/μs ；4）单位增益带宽BWG=2 MHz，并具有内部补偿，相位裕度≥80；5）内部有箝位电路，能减少过载时的恢复时间；在输入端、输出端只有极微小的斩波尖峰泄漏。
3 用ICL7650设计弱信号的前置放大电路根据上述分析，结合仪用放大器的原理，实际电路设计如图1所示：
图1 放大电路原理图，R0为ICL 7650输入限流保护电阻
在ICL7650的外围电路中，电源电压输入端和地之间接入一个0.1μF（104）的电容，用来滤除电源带来的干扰。
采样电容C2、C3在动态校零中起关键作用，直接影响到运放自动稳零的精度，故选用高阻抗、瓷介质、聚本乙烯材料的优质电容，其值可取0.1μF.R3与C6组成滤波网络，用来滤去ICL7650模拟开关换向所带来的斩波尖峰噪声，减小输出电压中的过冲。
该电路第一级是两个对称的ICL7650集成运放，有很高的输入阻抗和共模抑制比，而且变双端输入为单端输出。
由于整个电路的失调电压及漂移与第一级有密切关系，因此A1、A2选用了具有超低失调电压和超低漂移的ICL7650集成运放。
ICL7650作为高精度、低漂移放大器，其输入一般只有几百微伏甚至几十微伏电压就能正常工作。
【分页导航】
第1页：前言及电路介绍
第2页：电路仿真
4 采用Multisim 8软件进行仿真4.1 Multisim 8软件介绍Multisim 8软件由加拿大Interactive Image Technology公司推出的电子电路仿真软件EWB（Electronics WorkBench）发展而来，它继承了EWB 直观的电路仿真与设计界面，并发展了EWB的器件库和虚拟仪表库。
Multisim 8是Multisim 7的升级版本，其人性化的界面、庞大的器件仪表库和完善的分析方法能胜任电路设计与仿真的绝大部分场合，可以方便地对模拟、数字或混合电路进行仿真，且大多数采用实际模型，确保了仿真和设计结果的真实性和实用性。
由于本设计是放大μV级电压信号，而如此微弱的电信号放大及处理是很困难的，如运算放大器的零漂、噪声、外界干扰、信道的传输等，都将严重地影响着信号的保真与提取。
因此虽然成功搭建了实际硬件电路，但还可能存在着干扰和噪音，故运用Multisim 8软件对设计的电路进行性能仿真分析。
4.2 创建仿真电路原理图根据图1所设计的电路原理图进行仿真电路图的创建，得到如图2所示的仿真电路图。
图2仿真电路数信号发生器的设置为了模拟传感器送来的微弱信号，设置输入信号的频率为20Hz，幅度为10uV.如图3所示。
图3信号发生器设置4.4输出信号的波形10uV交流信号经过图2放大电路放大，可得到30mV的电压交流信号，如双通道示波器所示。
图4双通道示波器4.5电路幅频特性测试本文设计的放大电路主要是放大低频微弱信号，对高频也有一定的抑制，双击XBP1波特图示仪的图标，设置合理的参数，显示出电路的幅频特性曲线，如图5所示，在图中曲线的中间水平线中可以清楚得到电路的增益为69.589dB，用鼠标拖动读数轴可得上限频率fH =29
4.963Hz，下限频率fL=0，频带宽度B= fH - fL =294.963Hz4.6电路失真度测试双击XDA1的失真度测量仪图标，出现如图6所示界面，调整好参数，可得到电路的失真度为零，信噪比是100dB，所以本电路信噪比高，噪音小。
图5频带宽度测试
图6 失真度测试
5 结束语由于采用的斩波稳零运放ICL7650有极低的失调电压和漂移，使得电路有良好的性能，经仿真，各参数基本上都达到了设计要求。
此放大电路结构简单，效果良好，对微弱的直流、低频信号的前置放大具有一定的使用价值。