模电_宽带放大器

本科学生综合性实验报告（模电部分）项目组长学号成员专业通信工程班级通信141实验项目名称宽带放大器指导教师及职称开课学期2015至2016学年第3学期上课时间2016年7月1日学生实验报告学生姓名学号同组人：实验项目宽带放大器█必修□选修□演示性实验□验证性实验□操作性实验█综合性实验实验地点W103实验仪器台号指导教师实验日期及节次2016.07.01--2016.07.05一、实验设计方案实验名称：宽带放大器实验时间：2016.07.01---2016.07.05小组合作：是●否○小组成员：1、实验要求：1、用集成运放（注意选择的集成运放高端截止频率要高于2MHz。）设计一个宽带放大器，要求增益不小于40dB，下限截止频率低于10KHz，上限截止频率高于1MHz，带内增益平坦。2、要求输出波形不能出现明显失真。3、扩展功能：在上述要求的基础上，将频带做得更宽，增益做得更大。4、先进行原理分析与方案选择，可以采用仿真软件进行设计。功能实现后，在万能板或印制板上搭建实际电路并进行调试，完成一份设计报告。2、实验场地及仪器、设备和材料：实验地点：江西财经大学枫林园校区物华楼实验设备：模拟电路实验箱、数字万用表、示波器、信号发生器、自制电路等3、实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）：一、实验内容：高增益宽带放大器设计要求：1、用集成运放（注意选择的集成运放高端截止频率要高于2MHz。）设计一个宽带放大器，要求增益不小于40dB，下限截止频率低于10KHz，上限截止频率高于1MHz，带内增益平坦。2、要求输出波形不能出现明显失真。3、扩展功能：在上述要求的基础上，将频带做得更宽，增益做得更大。4、先进行原理分析与方案选择，可以采用仿真软件进行设计。功能实现后，在万能板或印制板上搭建实际电路并进行调试，完成一份设计报告。二、实验电路及原理集成运算放大器是具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元件组成输入和负反馈电路时，可以实现各种特定的函数关系。放大倍数为40dB即100倍，可以用级联来实现。我们用的是同相比例放大器，原理图如下：输出端电压iVR)R1V120（，所以可以改变1R和2R的值来改变放大倍数。根据所学的知识，以及这次实训的要求，我们先进行了原理图的设计图:三、元器件以及方案的选择方案的选择：本制作是采用集成运放设计一个宽带放大器，要求增益不小于40dB，下限截频率低于10KHz，上限截止频率高于1MHz，带内增益平坦。所以我们选用的核心芯片为LM6172IN。LM6172IN是一款双高速电压反馈放大器。它具有增益稳定以及提供良好的DC和AC性能，且拥有100MHz的单位增益带宽，3000V/μS的摆率，50mA的通道输出。LM6172提供高性能的双放大器，但它每个通道仅消耗2.3毫安电源电流。可工作在正负5/15V的电压下。详细介绍如下图：LM6172IN图四、设计电路根据题目我们用Multisim设计了如下电路：分析过程：此次的电路要求是电压放大的增益为40dB即100倍。故在电路的设计中，我们设计了如上图的电路，其中第一级电压的增益Av1为111114RRAv；第二级电压增益Av2为：21RR12Av36;系统增益Av为：Av=Av1*0.5*Av2=115.5100满足实验的要求。其中第一级的输出信号减少一半再到第二级的输入。仿真结果如下图:分析：在10K和1M的时候从通道A和通道B可以看出增益超过100倍以上，且由波特测试仪可以看出在1Hz到1.8MHz内增益平缓，为40.873dB,故仿真成功。五、元器件及材料清单六、根据题目我们设计的实物图：反面图如下：型号功能单价数量LM6172放大器1322kΩ电阻构成负反馈电路电阻0.012047Ω电阻分压0.0120100Ω电阻构成负反馈电路电阻0.01201KΩ电阻构成负反馈电路电阻0.012010uF电容使电源供电稳定0.34正面图如下：指导老师对实验设计方案的意见：指导老师签名：年月日二、实验结果与分析1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案2、实验现象、数据及结果Ⅰ、测试方法按照电路原理图，正确连接电路电源线，接通电源。用示波器测输入信号的波峰值记为iV，测输出信号的波峰值记为0V，则放大倍数为i0VVAv;不断改变信号源的频率，重复之前对示波器的操作，记录数据。Ⅱ、测试结果（1）当频率190Hz时，黄色为输出，如下图可看出放大100倍左右。（2）当频率为10KHz时，黄色为输出，如下图可看出放大100倍左右。（3）当频率为500KHz时，黄色为输出，如下图可看出放大100倍左右（4）当频率为1MHz时，黄色为输出，如下图可看出放大51倍左右3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：此次实验设计我们所采用的是LM6172IN，从仿真结果以及实验室的示波器得到的数据及波形上可以看出基本满足了题目的要求。由于芯片内部实际性能与理论的性能存在明显的差距，所以经过几次修改电路板，及重新焊接，其在满足40dB的增益下，其带宽为1Hz到500KHz（没有到达1MHz）。4、本次实验遇到的问题及解决方法（1）一开始本来打算用Protues8.0来做防真电路图，但是每次改变输入信号的频率到达1MHz时，Protues就会停止工作，就算在输入信号为低频时，仿真的示波器无论怎么调，都只显示输入波形，而无输出波形，后来果断换了仿真软件Multisim12，一边学习怎么使用这个软件的功能，一边做该实验的仿真电路设计。（2）看到题目的时候，给了一个上限截止频率和下限截止频率，还以为是要使用到低通滤波器和高通滤波器，看了几天的书，然而之后才发现并不需要使用到这些电路设计来做本次的宽带放大器实验，只需要选择具有合适的宽带增益积的芯片即可。（3）这个运算放大器芯片的宽带增益积是固定的，即宽带*放大倍数=宽带增益积（为一常数），到具体计算这个宽带增益积时，搞不清楚这个放大倍数指的是每一级运放的放大倍数中的最大的放大倍数还是整个系统的放大倍数，所以就选了一个宽带增益积较大（100MHz）的芯片。（4）因为有两级电路放大电路，觉得要做防自激的电路部分，并不知道我们自己选用的芯片内部的电容是怎样的，所以不能使用环内补偿方法来防自激。自己就使用环外补偿法（即在运放的输出端串上一个小电阻，在连到后级，十几欧到几十欧之间即可，具体值与后级电路的输入电容有关），所以在第一级运放后，加了一个47Ω的电阻。（5）由于选的芯片的原因在做电路仿真时，就输入信号和输出信号之间在指定的宽带范围内并没有产生前后反馈信号相位差为2π，觉得并没有必要做防自激部分。（6）LM6172IN芯片的实际性能与理论的存在明显的差距，导致在频率大于500KHz时，不满增益为40dB，虽然修改了3次电路板，依然没有得到理想的带宽，可能是芯片内部的内阻较大的原因。5、设计总结体会这一次模拟电路的设计和制作都是自己来完成的，并不是像以前一样基本都是老师画好电路图，自己来焊电路板这么简单，这次考验的不仅仅是焊板子的能力，还有设计分析能力，元器件的选定与购买、团队的合作等。这次的实践我们有以下几点体会：（1）我们已经有一年没有非常具体的使用模电分析问题，所以开始的几天都在看书，由于学了信号与系统之后，以前不是很明白的一些知识点也在那几天弄清楚了。比如自激部分的根本原因还是对于一个系统函数而言，在极点位置处。（2）芯片的选择。做一个宽带放大器，要想达到目的要求，选择芯片是其中一个很重要的步骤。选择的芯片要满足实际要求就要学会查看一些较好的芯片网站，然后从中查看选中的芯片的相关文件，找到需要的参数，并进行选择。（3）电路板的制作：由于焊的电阻和电容都是贴片的，所以要非常小心和细致。而且一个频率比较高的放大电路，就不能像制作低频电路一样任意连线，必须考虑线的布局等方面的问题，因为若两根高频导线平行放置,会产生电容效应，且高频信号会通过电容,互相串扰。（4）芯片的实际性能与理论的性能还是会存在一些差异，或许会比较大，所以一定要慎重选择芯片。总之一句话“成也‘芯片’，败也‘芯片’”。6、小组人员分工任务组员设计电路图及仿真收集资料焊电路板手绘电路图调试电路记录实验数据分析实验结果实验报告购买器材指导老师评语及得分：签名：年月日