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1、 毕业设计说明书 第 45 页目 录1 绪论31.1 课题背景及目的31.2国内外研究状况32 设计原理53 前置放大电路63.1 基本差分放大器63.1.1基本原理电路及特点63.1.2工作原理73.2长尾式差动放大电路83.3差动放大器的主要指标113.4 具有调零电路的差动放大器113.5恒流源差动放大电路124 滤波电路类型及分析134.1低通滤波器134.2 高通滤波器184.3其它滤波器205 功率放大电路255.1功率放大电路的特点255.2功率放大电路的工作状态分类265.3电路的组成295.3.1 甲乙类双电源互补对称电路305.3.2甲乙类单电源互补对称电路305.3.3复
2、合管功率放大电路315.4 集成功率放大电路335.4.1 LM324运放集成电路345.4.2 TDA2003集成功率放大器346 整体电路原理图367 安装调试与性能测试377.1 运放的调试377.2 功放的调试377.3 系统调节38结论39参考文献40附录41附录 A 语音放大电路的元件清单41附录B 集成运算放大器LM324的管脚图及基本参数421 绪论1.1 课题背景及目的 在日常生活和工作中，经常会遇到这样一些问题：如在检修各种机器设备时，常常需要能依据故障设备的异常声响来寻找故障，这种异常声响的频谱覆盖面往往很广，需要高亮度的声音以传达消息，例如校园广播，大型会议等，而仅仅凭
3、人们自己的喉咙是无法实现的，因而要用到信号放大器。声音信号频率低，在放大的过程中极易受到外界的干扰，又如：在打电话时，有时往往因声音太大或干扰太大而难以听清对方讲的话，于是需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器诸如以上原因，具有类似功能的实用电路实际上就是一个能识别不同频率范围的小信号放大系统。所以本课题要求采用集成运算放大器完成语音放大电路。有利于培养我的技开发能力和创新精神，并有一定的实用意义。1.2国内外研究状况我国基础工业薄弱，特别是核心部件芯片的研究，而功放芯片的研究，与国外相比有一定的差距，在各大高校及厂家大部分实验用的还是以集成运算放大器LM324和功率放大器TDA200
4、3等芯片。随着科技的发展与进步，从模拟及混合信号芯片，尤其是放大器类产品发展趋势来看，高集成度、兼顾速度与精度、低功耗、较宽的温度范围，以及软件可控等性能，将是未来各个模拟器件供应商的新产品呈现的新特点。对于某些中、低端电子产品的成本压力，使得本土的中小规模IC供应商获得了良好的发展机会，打破欧美供应商一统天下的局面，这也将是包括放大器在内的模拟类产品的一大特点。放大器产品的发展主要特点如下：(1)新工艺、新技术的发展；(2)放大器类产品在电子系统中的作用越来越重要，不可替代，高精度的放大调条理电路很难集成在处理芯片中；(3)“定制化”需求是放大器的种类不断增加的主要推动力之一。工艺方面， B
5、iCom3是TI针对高速度模拟产品而开创的工艺，其高电压版本BiCom3HV为36V Bipolar SiGe工艺，兼顾速度的同时也可实现高电压的应用；HPA07工艺主要应用于高精度模拟类产品，应用这一工艺的器件具有高精度，小封装，高SNR等特点，相似的HPA07HV可兼容36V应用；除了以上具有代表性的工艺外，TI还有LBC工艺，主要特点是高电压大功率；A035工艺主要应用是高密度器件。高精度运算放大器一般是指失调电压低于1mV的运放。TI近期推出了一款高精度的运OPA211，是以BiCom3HV为主要工艺开发的产品。在高速放大器方面， TI能够应用新的工艺提供针对不同应用的各类产品，除了可
6、以提供各类电压反馈型和电流反馈型高速放大器类产品以外，还可以提供高速的JFET输入高速放大器类产品，其中包括多种可供选择型号，如OPA656，OPA657及THS4631等，他们都具有不同的带宽和压摆率，不同的稳定增益范围，包括独立增益稳定等主要可供选择的指标，可广泛应用于测试与计量等宽带宽高输入阻抗的应用场合。在高速视频放大器方面，TI推出了一系列具有灵活可编程及高集成度的放大器类产品，例如针对视频应用的THS73xx系列产品，针对不同的视频标准要求，其集成了低通滤波器，部分产品具有内部固定增益放大，滤波器带宽数字可编程选择，以及输入耦合方式选择等性能。凌力尔特公司专注于提供具有高精确度、低
7、噪声和高速度性能的放大器产品。这些器件主要分为 3 类：传统的高性能放大器产品 (包括运算放大器、仪表放大器和可编程增益放大器)；高速 ADC 驱动器；专用精确高压侧电流检测放大器。尽管运算放大器已经出现几十年了，使用也相对简单，但是很多令人振奋的新进展仍在不断出现，从而产生了多种富有吸引力的新产品。这些新产品很多将以改进基本功能的形式出现，如提高运算放大器的速度、精确度、噪声和功率性能等，但是更多将以提高集成度的形式出现。凌力尔特公司的LTC6420-20 双路差分 ADC 驱动器和 LTC6102HV 零漂移高压侧电流检测放大器就是好例子。LTC6420-20 是一种双路高速全差分 ADC
8、 驱动器，具有很好的匹配性能规格。这使其在 I-Q 解调和多通道通信应用中尤其有用。在这些应用中，驱动高速 ADC 的传统方法是使用高压、大电流消耗的 RF 放大器。既然这些 RF 放大器是单端组件，那么就需要附加电路将信号转换成最高性能 ADC 所需的差分信号。LTC6420-20 与这种传统方法相比有几个优点。首先，它的功率极低，在很多情况下，可以与 ADC 共享同一个低压电源。其次，它使用较少的组件，占用电路板空间较少。除了将两个通道集成到一个小型 3mm4mm 封装中，LTC6420-20 还含有增益设置电阻和可选输出滤波。通过在芯片上纳入灵敏的反馈网络，设计师无需花费大量时间考虑杂散
9、电容可能引起的不稳定性，该电容与 PCB 上增益设置电阻的布线有关。在 100MHz 时具有 0.1dB 增益匹配和 0.1o相位匹配，这种通道至通道匹配消除了需要匹配两个独立通道的难题。视特定设计目标的不同，工程师们面临着很多难题，其中常常包括同时要求提高性能、降低功耗和让产品快速上市。就每个应用甚至每个设计而言，设计师面临的挑战都不同。例如，就基于传感器的应用而言，设计师常常需要放大和缓冲传感器产生的信号。既然很多传感器都有高阻抗，设计师就必须选择偏置电流非常低的放大器，如 LTC6087除了低偏置电流，放大器还应该具有低输入失调电压和噪声，以最大限度扩大动态范围，提高灵敏度。传感器应用常
10、常是由电池供电，因此还必须注意电源电压和电流要求。凌力尔特公司可为工程师提供多种帮助，如应用工程师支持、完全规定的数据表、免费 LTSpice 建模软件和器件模型、详细的应用和设计要点、电路结集等。SiGe半导体最近推出的SE2587L功率放大器，是基于SiGe半导体经验证的高性能架构，在+19dBm (802.11g 模式)和 +24dBm (802.11b模式) 发射功率级下，能够提供高线性度。这种高线性度可在更大的覆盖距离内提供更高数据率的传输能力，使系统能够支持新兴的无线多媒体应用，例如视频分配、视频流及高速数据。SE2587L采用3x3 QFN封装，是SiGe半导体最小的分立式功率放
11、大器。该器件的引脚顺序与 SiGe 半导体广获采用的 SE2527L、SE2528L 及 SE2581L 兼容，电路板布局所需的改变能够减至最少，使得制造商能够轻易移植到用于下一代设计的新器件中。可以节省大约 20% 的外部材料清单成本。如今，世界各地的环保意识日渐高涨，有助于节能的产品渐受市场欢迎。照目前的发展趋势看，无论是哪一个国家/地区、哪一个市场/板块，高能效产品都会大受客户欢迎。美国国家半导体的Power Wise解决方案适用于能源效率要求极高的系统设计，性能/功率比高。例如，型号为LMV851的运算放大器内置射频抑制电路，因此抗电磁干扰的能力高，以8MHz的单位增益带宽操作时，只耗
12、用0.41mA的电流。因此随着科技的进步放大器的高集成度、兼顾速度与精度、低功耗、较宽的温度范围、软件可控等性能及智能化，将是未来的发展方向。2 设计原理本设计是要求制作一个由集成电路组成的具有语音信号放大作用的语音放大电路，它首先通过小信号输入，前置放大器，经过有源带通滤波器之后再经过功率放大器后经喇叭输出，其原理框图如图2.1所示。小信号输入前置放大器有源带通滤波器功率放大器图2.1语音放大电路基本原理图3 前置放大电路集成运算放大器是一种性能优良的多级直接耦合放大器，它又是一种通用性很强的多功能部件。差分放大电路也称为差动放大电路，简称差放，它是集成运算放大器中非常重要的单元电路。差放电
13、路具有抑制干扰等优良性能，通常用于集成放大电路的输入级。3.1 基本差分放大器3.1.1基本原理电路及特点差分放大电路的基本形式如图3.1所示： 图3.1 差分放大电路的基本形式有差分放大电路的基本形式我们可以得出：1.电路特点：对称性。2.差模信号：把一对大小相等，极性相反的信号叫做差模信号。电路中所加的有用信号就是差模信号。3.共模信号：把一对大小相等，极性相同的信号叫做共模信号。电路中的干扰信号、零点漂移等都可视为共模信号。图3.2 差分电路的两种输入信号由图3.2可知：共模信号： 差模信号： 3.1.2工作原理（由电路分析）结论：对差模信号较大的放大作用；对共模信号有较强的抑制作用。由
14、图3.2 知：1、共模电压放大倍数Auc 2、差模电压放大倍数Aud 其中： 图3.3 对差模信号的放大作用3.2长尾式差动放大电路 在单端输出的情况下：对称性得不到利用。因此增加共模反馈电阻Re，通过负反馈来抑制零点漂移，为了满足静态的要求，增加负电源VEE，因而得到如下电路：图3.4 长尾式差动放大电路1、静态计算：由于电路对称，只计算一边即可：静态时, 输入短路, 由于流过电阻Re的电流为IE1和IE2之和, 且电路对称,IE1=IE2 ,故由负电源和基极回路有： 即：IC1=IC2=IB1 UC1=UC2=UCC-IC1RC1 为集电极对地的电位。2、差模电压放大倍数：对差模信号： 因
15、此在两管中产生的信号电流方向正好相反，在Re上产生的电流方向相反，即在Re上总的信号电流为零，即没有压降，因此可由如下电路进行分析：（1）对双端输入，双端输出：RL为RC和RL/2的并联 图3.5 差模交流电路即：差分放大器的电压放大倍数与单管共射放大器的电压放大倍数一样。（2）对双端输入，单端输出：可见：单端输出的情况下：电压放大倍数约为双短输出的一半。总之，差分放大器对差模信号（即有用信号）有较大的放大作用。3、共模电压放大倍数：对共模信号：因此在两管中产生的共模信号电流方向正好相同，在Re上产生的共模信号电流方向相同，即在Re产生的压降为： （IE1+IE2）Re=2IE1Re 因此可由如下电路进行分析：图3.6 共模信号交流通路（1）对双端输入，双端输出：即：双端输出的情况下，仅靠电
