音频放大电路音频放大电路

实验十四、低频放大电路的设计

一、实验目的

1．熟悉用运算放大器构成放大电路、有源滤波电路。

2．掌握放大电路的设计方法。

二、设计任务与要求

放大电路输入阻抗>100kΩ；输出电阻<100Ω；共模抑制比 >60dB；频带范围 300Hz～5000Hz；当输入信号电压幅值=5mV 时，输出电压幅值为=5V ，负载电阻为1kΩ。要求用Multisim 7进行仿真并在实验仪上完成，并测量出设计指标。

i R o R CMR K im U om U 三、实验原理

从设计指标要求看，设计该放大器主要应从电压放大倍数及其稳定性、输入电阻、输出电阻、通频带等方面考虑。该放大电路的原理框图如图14-1所示。

图14-1 放大电路的原理框图

用集成运算放大器设计该放大电路具有体积小、组装简单、调试方便、工作稳定等优点，因此被广泛采用，它的设计步骤一般如下：

1．确定放大器的级数

放大器的级数应根据总的电压放大倍数来确定，根据指标要求，本设计要求的放大倍数为

1000mV

5V 5im om u ===U U A 由于同相放大器的放大倍数一般在1～100之间，反相放大器在0.1～100之间，为了达到＝1000，本设计至少应采用两级放大器组成。

u A 2．集成运算放大器的选择

在多级放大电路中，第一级的噪声对放大器的影响最大，为了提高电路的信噪比，降低噪声，第一级的放大倍数应适当小些，后级的放大倍数则可相对大些。

由于第一级的输入信号幅度较小，运算放大器工作在小信号条件下，主要应考虑满足其频带宽度、共模抑制比等因素。因此集成运算放大器的选择应以满足放大器最高输入频率及共模抑制比的要求为依据，

第二级运算放大器的输入信号幅度较大，运算放大器工作在大信号条件下，这时影响误差的主要因素是运算放大器的转换速率，转换速率越小。误差就越小，本设计中输出幅度=5V，最高工作频率＝5kHz，因此要求运算放大器的转换速率为

R S om U max f R S )s /V (157.02om max R μπ=≥U f S

w

R I1U

I2U 1

A 2A

图14-2 差分放大电路

o U

1． 输入级电路及参数选择

由于第一级的输入信号幅度较小，运算放大器工作在小信号条件下，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，故放大器输人漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。因此前置放大电路应该是一个高输入阻抗，高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。其参考电路见图14-2所示。

从两个放大器的同相端输入，可以有效地消除两输入端的共模分量，因此这种电路常用作为高输入电阻的仪用放大电路。 若电路中有2134R R R R = 该放大电路的输出电压仅为差模电压，其闭环差模电压增益为 2

1ud 1R R A += 根据上述表达式及放大倍数要求，可以选择各电阻参数，Rw 可选择30kΩ～50kΩ。

4．有源滤波电路及参数选择

有源滤波电路是用有源器件与RC 网络组成的滤波电路。为实现带通性能，可设计二阶有源带通滤波器。参考电路见图14-3所示，图中R R R R ==32,2。

A

图14-3 二阶有源带通滤波器

带通滤波器的带宽、品质因素Q 及中心频率的关系式为

bw f 0f bw

0f f Q = 可以证明二阶有源带通滤波器的相应的表达式为 1

f f 1R R A += RC f π210= )3(1f A Q −= 通带放大倍数为： f

f bw 3A A A −= 根据上述表达式及带宽等要求，可以计算、确定各电容、电阻的数值。

另外 ，有源带通滤波器可用低通滤波器和高通滤波器结合而成，可见实验九的有关电路。

2． 输出级放大电路

输出级放大电路主要目的是用来实现高增益和低输出电阻的要求，可以选择比例电路完成此功能。

四、实验仪器、设备及器件

1．万用表；

2．ADCL-IV 型电子实验仪；

3．TDS1002型示波器；

4．集成运放：μA741 ；稳压管：2DW7 ；电位计：1kΩ、10kΩ、100kΩ、500kΩ若干；电阻：51Ω、100Ω、200Ω、510Ω、1kΩ、2kΩ、3kΩ、4.3kΩ、5kΩ、5.1kΩ、8.2kΩ、10kΩ、20kΩ、50kΩ、100kΩ、200kΩ若干；电容：0.001μF、0.01μF、0.033μF、0.1μF、1μF、10μF 若干；二极管：IN4001 若干。

五、实验内容与步骤

1．按基本设计要求设计电路及参数。先用Multisim 7进行软件仿真，分析仿真结果。

2. 按相应的电路图在实验电路板组装电路。

3．拟定测试内容，选择测试仪表，并列出有关的测试表格。

4．调整测试电路，使其指标达到设计要求值。

5．测量相应指标并记录。

六、实验报告要求

1．写出设计原理及步骤，画出电路图，标明参数值。

2．整理实验数据。

3．分析实验现象及采取的措施。

七、预习要求

1． 复习有关集成运放应用电路的工作原理

2． 按设计任务与要求设计出电路图。