信号放大滤波电路课程设.doc

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中北大学
课程设计说明书

2011/2012学年第2学期

学院：电子与计算机科学技术学院专业：微电子学学生姓名：学号：课程设计题目:信号放大滤波电路设计起迄日期：2012年5月28日~2012年6月22日课程设计地点：电子科学与技术专业实验室指导教师：系主任：

目录

设计目的…………………………………………………………………3

设计内容和要求…………………………………………………………3

设计内容…………………………………………………………………3
1、任务分析………………………………………………………………3
2、三级放大模块…………………………………………………………3
3、滤波模块………………………………………………………………6
4、各电路模块连接………………………………………………………12
5、PCB版图………………………………………………………………15

四、心得体会…………………………………………………………………16

五、参考文献…………………………………………………………………16

一、设计目的
掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；
学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷版图；
掌握应用Protues等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。
设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）
查阅熟悉相关芯片资料；
选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大，总放大倍数为12；
并通过高通、低通滤波电路滤波；
利用PROTEL绘制电路原理图和印刷版图，并利用Protues软件仿真。
设计内容
任务分析
设计要求为三级放大电路，所以第一级为输入级，第二级为中间级，第三级为输出级。由于输入的正弦信号相当于电压源，则要求必须有较高的输入阻抗，以减少信号在自身内阻上的损失。同时第一级还须抑制零点漂移。因为第一级产生的零漂会在中间级被放大，影响输出。中间级的主要作用为放大。输出级的作用是推动负载，因此要求较小的输出阻抗。三级电路之间采用直接耦合，因为直接耦合可传输缓慢变化的信号，而阻容耦合和变压器耦合做不到这一点。
滤波电路采用有源滤波电路，即由集成运放和电阻电容组成的滤波电路。不采用无源滤波电路的原因是该电路带负载能力差、无放大倍数及过渡带宽。但是由于集成运放带宽有限，所以在工作频率不是很高的情况下可以使用。
原理设计完成后，运用Multisim进行电路仿真，运用Protel99SE绘制PCB版图。
三级放大模块
第一级和第二级采用差分测量放大电路，如图1所示。有两个高阻型集成运放A1，A2和低失调集成运放A3组成。由于A1，A2各自组成同相输入的电压串联负反馈电路，故具有较高输入阻抗。A3组成后级差分放大电路。

图1
由于A1，A2组成了对称的差分式放大电路，因此可把RG的中点看成零电位，相当于虚地。这样，A1，A2各自构成了同相比例放大电路。故其输出为
，
第二级A3组成的差分放大电路，则有

同相比例运算电路有输入电阻高的特点，但输入共模信号电压高，对集成运放的共模抑制比要求也高。
当时，由于，，，输出电压。可见，电路放大了差模信号，抑制了共模信号。达到了对共模抑制比的要求。
第三级输出级采用同相的电压跟随器，如图2所示。此时，电压放大倍数Auf=1。

图2
电压跟随器反馈系数F=1，反馈深度深，输入电阻高，输出电阻低。
在芯片选取方面，由于第一级要求高阻型集成运放，综合考虑后选用OP07，芯片参数如下：
输入失调电压：10mV
输入失调电压温度系数：0.2µV/℃
偏执电流：0.7nA
增益带宽积GB：0.6MHz
转换速率：0.3V/µs
消耗电流:2.5mA
电源电压:±22V
可否单电源：否
差模输入电阻：80MΩ
第二级要求低失调集成运放，综合考虑后选择UA741，芯片参数如下：
输入失调电压：1mV
输入失调电压温度系数：10µV/℃
偏置电流：80nA
增益带宽积GB：1MHz
转换速率：0.5V/µs
消耗电流:1.4mA
电源电压:±22V
可否单电源：否
差模输入电阻：2MΩ
第三级电压跟随器同样选用UA741，因其综合性能优良，且易于软件仿真。
用Multisim仿真软件对电路进行仿真，电路图如图3所示

图3
仿真波形如下图4所示

图4
幅频特性及相频特性如图5所示

图5
由图5可见，该电路的增益，即Au=12，达到了三级放大，总放大倍数12的要求。
滤波模块
⑴一阶有源低通滤波电路
在一阶RC无源低通滤波电路的输出端加上一个电压跟随器，即构成简单的一阶有源低通滤波电路，如图6所示

图6
其通带截止频率，故fH=10kHz
幅频特性及相频特性如图7、