放大电路的失真
问题：什么是三极管放大电路的饱和失真和截止失真？如何避免？
解答：
当输入交流信号较大，因静态工作点设置过高，信号正半周使器件进入饱和区而造成的波形失真，称为饱和失真；反之因静态工作点设置过低，信号负半周使器件进入截止区而造成的波形失真，称为截止失真。这两种失真都是因为器件的非线性特性造成的，所以统称为非线性失真。
为了避免出现饱和失真和截止失真，可以调节电阻RB、RC或电源UCC，使静态工作点沿负载线移动或改变负载线的斜率，而使静态工作点移到合适的位置。
放大电路的失真研究 模电实验报告
模拟电子技术 实验报告 实验题目：放大电路的失真研究 2013年12月1日
目录 1、实验题目及要求 (1) 2、实验目的及知识背景 (1) 2.1实验目的 2.2知识点 2.2.1饱和失真与截止失真 3、实验过程 (5) 3.1 选取的实验电路及输入输出波形 3.1.1饱和失真与截止失真 3.2 每个电路的讨论和方案比较 3.2.1饱和失真与截止失真 3.3 分析研究实验数据 3.3.1饱和失真与截止失真 4、总结与体会 (11) 4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新点。 4.2 对本课程的意见与建议
1、实验题目及要求 1.1实验题目 放大电路的失真研究 1.2实验要求 1.2.1基本要求 输入一标准正弦波，频率2KHz，幅度50mV，输出正弦波频率2KHz，幅度1V。 2、实验目的与知识背景 2.1 实验目的 （1）掌握失真放大电路的设计和解决电路的失真问题——提高系统地构思问题和解决问题的能力。 （2）掌握消除放大电路各种失真技术——系统地归纳模拟电子技术中失真现象。 （3）具备通过现象分析电路结构特点——提高改善电路的能力。 2.2 知识点 2.2.1.1饱和失真与截止失真 如图1所示的电路，对于NPN 管放大电路。在发生饱和失真时，输出波形的负半周产生失真，即为削底真，在发生截止失真时，输出波形的正半周产生失真，即为削顶失真。而对于PNP管放大电路来说，波形失真情况恰恰相反，在发生饱和失真时，输出波形的正半周产生失真，即为削顶失真，在发生截止失真时，输出波形的负半周产生失真，即为削底失真
图 1 图 2 图 3 饱和失真的观察：当将放大电路基极偏置电阻Rb的阻值设置成较小值时，两放大电路工作点变高，接近饱和区。适当增大输入信号幅度时，则出现饱和失真，输出波形如图4所示。其中上边波形为PNP管放大电路的输出波形，出现削顶失真。下边为NPN 管放大电路的输出波形，出现削底失真。 图 4 截止失真的观察：当将放大电路基极偏置电阻Rb的阻值设置成较大值时．两放大电路工作点变低，按近截止区。当适当增大输入信号幅度时，则出现截止失真，输出波形如图5所示。其中上边波形为PNP管放大电路的输出波形，出现削底失真。下边为NPN 管放大电路的输出波形，出现削顶失真。
关于放大电路失真现象的研究
模拟电子技术研讨论文放大电路失真现象的研究 学院：电子信息工程学院 专业：通信工程 学号： 学生： 指导教师：侯建军 2013年5月
目录 引言 (3) 1.失真类型及产生原因 (3) 1.1非线性失真 (3) 1.2线性失真 (3) 2.各类失真现象分析 (4) 2.1截止、饱和和双向失真 (4) 2.1.1截止、饱和失真理论分析 (4) 2.1.2饱和失真的Mutisim仿真 (4) 2.1.3双向失真分析及改善方案 (5) 2.2交越失真 (5) 2.2.1交越失真理论分析 (5) 2.2.2传统交越失真改善方案 (6) 2.2.3基于负反馈的改善方案 (6) 2.3不对称失真 (7) 2.3.1不对称失真概念 (7) 2.3.2不对称失真理论分析 (7) 2.3.3传统负反馈改善方案 (8) 2.3.4多级反相放大改善方案 (8) 2.4线性失真 (9) 2.4.1线性失真理论分析 (9) 2.4.2线性失真电路设计及改善方案仿真 (9) 3.用双级反相放大改善不对称失真的电路设计 (10) 4.总结 (11) 【参考文献】 (12)
放大电路失真现象的研究 （北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044） 摘要：失真问题是模拟电子技术中的一个重要问题，系统化解决失真问题，能够给放大电路在工程中的设计提供便利。本文简单地介绍了失真的类型，系统地介绍了各类失真现象产生的原因，同时设计了各类失真电路，给出了各类失真的改善方案，对部分失真问题进行了仿真实验。 关键词：非线性失真、线性失真、三极管放大电路、负反馈、Multisim仿真 引言 在放大电路中，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，时间上也可能有延迟，但波形应当是相同的。但在实际电路中，由于种种原因，输入信号不可能与输入信号的波形完全相同，这种现象叫做失真。在工程上，电路的失真影响着放大电路的正常使用，在理论上对各种失真现象的原理的研究，有利于工程上快速检测出放大电路失真的原因，从而完善放大电路的设计。Multisim仿真软件支持模拟电路、数字电路及模数混合电路的设计仿真，仿真结果准确直观。利用Multisim进行仿真，方便了放大电路失真现象的理论研究。 1.失真类型及产生原因 放大电路产生失真的主要原因有两个，据此可以将失真分为两大类： ①非线性失真（nonlinear distortion）：晶体三极管等元件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系，这样产生的失真称为非线性失真。 ②线性失真（linear distortion）：放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真成为线性失真。 1.1非线性失真 非线性失真产生的主要原因来自三方面：第一是晶体三极管等特性曲线的非线性；第二是静态工作点位置设置的不合适；第三是输入信号过大。由于晶体三极管工作在非线性区而产生的非线性失真有5种：饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。 1.2线性失真 通常放大电路的输入信号是多频信号，由于放大电路中有隔直流电容、射极旁路电容、结电容和各种寄生电容，使得放大电路对信号的不同频率分量具有不同的增益幅值或者相对相移发生变化，就使输出波形发生失真，
微弱信号的检测方案设计
微弱信号的检测方案设计 一、原理分析 针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。下面就针对这几种方法做一简要说明。 方案一：滤波法。 在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。 方案二：取样积分器 取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。 其系统原理图如图2-1所示。 Vo(t) Vr(t)
一个取样积分器的核心组件式是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC 积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形做同步积累，并将累积的结果保持到下一次取样。 取样积分器通常有定点式和扫描式两种工作模式。定点式是测量周期信号的某一瞬态平均值，经过m 次取样平均后，其幅值信噪比改善为ni si n s V V m V V ；扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可用于恢复与记录被测信号的波形，由于其采样过程受到门脉冲宽度的限制，只有在门宽范围内才能被取样。 方案三：锁相放大器 锁相放大器也称为锁定放大器（Lock-In-Amplifier,LIA ）。它主要作为一个极窄的带通滤波器的作用，而非一般的滤波器。它的原理是基于信号与噪声之间相关特性之间的差异。锁相放大器即是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪，利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同相位和同频率的被测信号。锁定放大器可在比被测信号强100dB 的噪声干扰中检测出有用信号。其原理框图如图2-3。 锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全 放大器 带通滤波 鉴相器 低通滤波器 移相器 本地振荡器 Vs(t)+Vn(t V o
放大电路的失真研究
国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术 实验报告 实验题目：放大电路的失真研究 学院：电信学院 专业：通信工程 学生姓名：蓝天云 学号：12211082 任课教师：马庆龙 2014 年 5 月27 日
目录 《模拟电路实验》课程实验设计................................................................. 错误！未定义书签。目录................................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.实验要求 (3) 2.实验目的与知识背景 (3) 2.1实验目的........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2知识点 (4) 截止失真 (4) 饱和失真 (5) 双向失真 (5) 交越失真 (6) 不对称失真 (7) 增益带宽积 (7) 容性负载 (8) 3实验过程 (9) 3.1实验电路及输入输出波形 (9) 截止、饱和、双向失真电路及仿真 (9) 交越失真电路及仿真结果 (12) 不对称失真电路及仿真结果 (14) 运放之增益带宽积........................................................................... 错误！未定义书签。 运放之容性负载............................................................................... 错误！未定义书签。 语音放大........................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2每个电路的讨论和方案比较 (19) 3.3分析研究实验数据 (20) 4.总结与体会 (21) 5参考文献 (21)
放大器的非线性失真
放大器的非线性失真 非线性失真是模拟电路中影响电路性能的重要因素之一。本章先从非线性的定义入手，确定量化非线性的一个度量标准，然后研究放大器的非线性失真及其差动电路与反馈系统中的非线性，并介绍一些线性化的技术。 12.1 概述 非线性的定义 电路非线性是指输出信号与输入信号之比不为一个常量，体现在输出与输入之间的关系不是一条具有固定斜率的直线，或体现为小信号增益随输入信号电平的变化而变化。 放大器的非线性定义：当输入为正弦信号时，由于放大器（管子）的非线性，使输出波形不是一个理想的正弦信号，输出波形产生了失真，这种由于放大器（管子）参数的非线性所引起的失真称为非线性失真。由于非线性失真会使输出信号中产生高次谐波成分，所以又称为谐波失真。 非线性的度量方法 1 泰勒级数系数表示法： 用泰勒级数展开法对所关心的范围内输入输出特性用泰勒展开来近似： )()()()(33221 +++=t x t x t x t y ααα （12.1） 对于小的x ，y (t)≈α1x ，表明α1是x ≈0附近的小信号增益，而α2，α3等即为非线性的系数，所以确定式(12.1)中的α1，α2等系数就可确定。 2 总谐波失真（THD ）度量法： 即输入信号为一个正弦信号，测量其输出端的谐波成分，对谐波成分求和，并以基频分量进行归一化来表示，称为“总谐波失真”(THD )。 把x(t)=Acosωt 代入式(12.1)中，则有： +++ ++ =+++=)]3cos(cos 3[4 )]2cos(1[2 cos cos cos cos )(3 32 213332221t t A t A t A t A t A t A t y ωωαωαωαωαωαωα （12.2） 由上式可看出，高阶项产生了高次谐波，分别称为偶次与奇次谐波，且n 次谐波幅度近似正比于输入振幅的n 次方。例如考虑一个三阶非线性系统，其总谐波失真为： 2 3312 33222) 43()4()2(THD A A A A αααα++= （12.3） 3 采用输入/输出特性曲线与理想曲线（即直线）的最大偏差来度量非线性。 在所关心的电压范围[0 V i,max ]内，画一条通过实际特性曲线二个端点的直线，该直线就为理想的输入/输出特性曲线，求出它与实际的特性曲线间的最大偏差ΔV ，并对最大输出摆幅V o,max 归一化。即在如图12.1所示。
02实验二-共射基本放大电路的研究
姓名班级学号台号 日期节次成绩教师签字 模拟电子技术实验 实验二共射基本放大电路的研究 一、实验目的 二、实验仪器名称及型号 三、设计要求 1.设计任务 设计一具有静态工作点稳定特性的共射极基本放大电路： （1）电源电压V CC=12V，使用硅材料NPN晶体管3DG6(硅小功率高频管)，其电流放大系数β≈75，（实际放大系数会有所不同，在此为了方便按75计算）。 （2）选择参数，使I CQ≈1.5mA，3V≤U CEQ≤6V。 2.设计提示 为了使放大器获得尽可能高的放大倍数，同时又不因进入非线性区而产生波形失真，就必须设置一个合适的静态工作点。若工作点设置得过高，则晶体管易进入饱和区而产生饱和失真；反之则晶体管易进入截止区而产生截止失真。 根据要求，所选电路如图1所示。
R b2 +12V R I 1 图1 共射极放大电路直流通路 为保证静态工作点的稳定，要求： I 1=（5~10）I B U BQ =（3~5）U BEQ 选BQ 3V U =，由BQ BE CQ e U U I R -≈得：BQ BE e CQ 2.3 1.5k 1.5 U U R I -==≈Ω 由b2BQ CC b1b2R U V R R ≈ ?+可确定b2b11 3 R R =；又CQ BQ 1.5mA 20A 75I I ===μβ，令1BQ 10200A I I ==μ，则b1b212V 60k 200A R R += =Ωμ。可选择b145k R =Ω b1215k R =Ω。 根据CEQ CC CQ c e 3V ()6V U V I R R <=-+<，可求得c 2.5k 4.5k R Ω<<Ω，可选择 c 3k R =Ω。这样就完成了电路的设计。所得数据为 b145k R =Ω，b215k R =Ω，e 1.5k R =Ω，c 3k R =Ω 当然读者可根据所给条件做出自己的设计，上述这组数据仅供参考。 图2 单级晶体管放大电路线路板
微弱信号检测的前置放大电路设计
微弱信号检测的前置放大电路设计 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求,论文设计了以电流电压转换器,仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离,提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路,并利用微弱低频信号进行了测试,得到了理想的效果。 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。 考虑到传感器产生的信号非常微弱，很容易受到噪声的污染，所以放大电路选择仪表放大器结构。仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。另外为了使输出电压在高频段以更快的速度下降，提高低通滤波器滤除噪声的能力，这里选择了二阶低通滤波器。微弱信号检测前置放大电路原理图如图2。生物传感器产生的生物信号通常具有很大的动态范围，达到几个数量级，原理图中R2 为可变电阻，通过改变R2 的阻值，可以改变仪表放大器的放大倍数，从而适应放大不同大小的微弱信号。
高频小信号放大器的设计
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线
放大电路的失真研究
放大电路的失真研究 ——模拟电子技术实验教学案例参赛作品 黄亮、佟毅、李赵红 导师：侯建军 北京交通大学电子信息工程学院国家电工电子实验教学示范中心 2013年5月28日
目录 1.放大电路的失真研究 (3) 1.1电路背景 (3) 1.2实验目的 (3) 1.3技术指标及设计要求 (3) 1.4评分标准 (5) 1.5实验特点 (6) 1.6实验原理 (6) 1.7方案比较 (11) 1.8实验数据分析 (12) 1.9实践能力 (13) 参考文献： (13)
1. 放大电路的失真研究 （模拟电子技术实验） 黄亮 佟毅 李赵红 2013年4月9日 1.1电路背景 电路输出波形失真引起信号不能正确的传输，解决失真问题是电路设计工程师面对的一个重要问题。输出波形失真可发生在基本放大、功率放大和负反馈放大等电路中，输出波形失真有截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真，以及输出产生的谐波失真和不对称失真等。 1.2实验目的 掌握失真放大电路的设计和解决电路的失真问题可以提高学生系统地构思问题和解决问题的能力。通过失真放大电路实验可以系统地归纳模拟电子技术中失真现象和掌握消除各种失真技术，培养学生通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。 1.3技术指标及设计要求 1.3.1基本要求 （1）输入标准正弦波，如图1.1（a ），频率2kHz ，幅度50mV ，输出正弦波频率2kHz ，幅度1V 。 （2）图1.1（b ）是电路输出波形，若达到要求，如何设计电路，并修改。 （3）图1.1（c ）是电路输出波形，若达到要求，如何设计电路，并修改。 （a ） （b ） （c ） （d ） （e ） （f ） 图1.1
基于相关检测的微弱信号放大电路设计
基于相关检测的锁定放大器的设计 颜涛（509100318）吴明赞 （南京理工大学江苏南京 210094） 摘要：相干检测技术是利用参考信号与有用信号具有相关性，而与噪声互不相关的性质，从而通过互相关系运算来削弱噪声，达到提高信噪比的1种微弱信息检测技术。相干检测技术是众多微弱信号检测技术中能够使信噪比改善最大，恢复信号原形的最佳技术。 关键词：微弱信号，相干检测，锁定放大 Correlation-based detection of the design of lock-in amplifier Yan Tao Wu Mingzan (School of Automation,NUST,Nanjing210094,China) Abstract:The coherent detection technology is the use of the reference signal and the useful signal has correlation with the nature of the noise unrelated to the relationship among the operations to weaken through the noise, to improve the signal to noise ratio of 1 kinds of weak information detection technology. Coherent detection technology is the large number of weak signal detection technology that can make the greatest signal to noise ratio to improve and restore the signal prototype of the best technology. Key words: weak signal, coherent detection, Lock-in Amplifier 1 引言 微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号。随着科学技术的不断发展，被噪声掩盖的各种微弱信号的检测(如、弱光、微温差、微振动、弱磁、微电流等)愈来愈受到人们的重视。而对于众多的微弱量一般都通过各种传感器、放大器作非电量转换的，使检测对象变换成可测的电量。但微弱检测本身的涨落，以及传感器的优劣与检测系统的噪声影响，从而影响总的检测效果。目前，相干检测技术是使信噪比改善最大，恢复信号原形最佳的技术，同时也是众多检测技术中最成熟的技术。 锁相放大器是在50年代发展起来的相 敏检波器的基础上发展起来的新型微弱光 电信号检测仪器，它用于测量深埋在噪声或直流漂移中极其微弱的光电信号，在科学研究和工业生产中得到越来越广泛的应用。本文在分析锁相放大器的电路构成、工作原理和设计要求的基础上，本着精确、实用、稳定、节约开支的原则，提出锁相放大器各部分的设计思路，并由此研制了一款便于自制的锁相放大器。 2 锁定放大原理 锁相放大器采用的是外差式振荡技术，它把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流。即利用锁相放大器中的信号相关原理，对两个混有噪声的周期信号进行相乘和积分处理后,将信号从噪声中检测出来，并达到通过互相关运算削弱噪声影响的目的。设是伴有噪声的周期信号,即: X(t)= S(t)+N ( t) =sin()() A wt N t +?+ 其中，N(t)为随机噪声， S(t)为有用信号，A为其幅值，角频率为ω，初相角为φ。 参考正弦信号为: Y ( t) = sin()() B wt M t +τ+ 其中，B 为其幅值，τ是时间位移，() M t为
放大电路失真现象及改善失真地研究
模拟电子技术研讨论文放大电路失真现象及改善失真的研究
学院：电子信息工程学院专业：通信工程 组长：南海蛟 组员：达川宇涵 指导教师：颖
目录 一、引言 3 二、放大电路失真类型 3 2.1线性失真 3 2.1.1幅度失真 4 2.1.2相位失真 4 2.1.3改善线性失真的方法 4 2.2非线性失真 6 2.2.1饱和失真 6 2.2.2截止失真 6 2.2.3双向失真7 2.2.4交越失真7
2.2.5谐波失真8 2.2.6互调失真8 2.2.7不对称失真 8 2.2.8瞬态互调失真9 2.2.9改善非线性失真的方法9 2.3负反馈对失真现象的影响11 三、失真电路仿真13 总结15 参考文献15 放大电路失真现象及改善失真的研究 南海蛟 （交通大学电子信息工程学院100044）
摘要：本文介绍了不同种类的放大电路失真类型，并分别提出了改善失真的方法，另外还分析了负反馈对线性失真和非线性失真的改善原理。 关键词：三极管放大电路线性失真非线性失真负反馈 一、引言 运算放大器广泛应用在各种电路中．不仅可以实现加法和乘法等线性运算电路功能，而且还能构成限幅电路和函数发生电路等非线性电路，不同的连接方式就 能实现不同的电路功能。集成运放将运算放大器和一些外围电路集成在一块硅片 上，组合成了具有特定功能的电子电路。集成运放体积小．使用方便灵活，适合 应用在移动通信和数码产品等便携设备中。但在实际工程应用中，由于种种原因， 总是会出现输入波形不能正常放大，这就是放大电路的失真现象。失真现象主要 有两大种类型：线性失真和非线性失真。造成线性失真的主要原因是放大器的频 率特性不够好。而造成非线性失真的原因有晶体管等特性的非线性和静态工作点 位置设置的不合适或输入信号过大。而在集成电路中经常用来改善失真的方法就 是负反馈，下面将就每一种失真现象和如何改善失真以及加入负反馈之后对失真 电路的影响进行具体分析讨论。 二、放大电路失真类型 2.1线性失真 又称为频率失真，在放大电路的输入信号是多频信号时，如果放大电路对信号的不同频率分量具有不同的增益幅值，就会使输出波形发生失真，称为幅度失 真；如果相对相移发生变化，称为相位失真，两者统称为频率失真。频率失真是
高精度弱信号放大电路的设计6-26
高精度弱信号放大电路的设计 尤啟明，周俊，詹康，蔡桢荻，吴继新 （江汉大学物理与信息工程学院，湖北武汉430056） 摘要本文针对电阻应变式电子秤的设计，分析了如何设计高精度弱信号放大电路。从系统的整体性角度，介绍了 电子秤的设计，重点从信号产生、信号分析、信号处理和信号采集等过程，来完整地讲述高精度弱信号放大电路的设计 要领。实验结果表明：在电子秤称重范围内，测量重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小 于1g；数据抖动现象不再明显。充分验证了此高精度弱信号放大电路设计方法的可靠性。 关键词弱信号；电子秤；信噪比；放大电路；低通滤波 Design of High Precision and Weak Signal Amplifier YOU Qiming,ZHOUJun, ZHAN Kang,CAI Zhendi,WUJixin (School of Physics & Information Engineering, Jianghan University, Wuhan 430056, China) Abstract Aiming at the design of resistance strain gauge electronic scale, this essay will analysis how to design a high precision and weak signal amplifier in detail. It introduces the entire system design of the electronic scale, and stresses on the processes of the signal generation, analyzing, processing and acquiring to present the techniques and skills of the circuit design thoroughly. The results of the experiment show that within the weighing range of the electronic scale, the weighing error is below 0.5g when weighing range is under 50g, while below 1g when above 50g, with no obvious unsteady data. It gives an evidence of the reliability for this high precision and weak signal amplifier. Key words weak signal; electronic scale;signal-to-noise ratio;amplifier;low-pass filter 1. 引言 随着科技的不断发展,被噪声掩盖的弱信号的检测(如弱光、微振动、弱磁、微电流等)愈来愈受到人们的重视[1]，高精度放大技术也日益重要。那么，如何设计高精度弱信号放大电路，本文从电子秤的制作出发，讲述高精度弱信号放大电路的设计过程。首先将微弱信号进行幅值放大到可检测范围，再进行硬件滤波，通过A/D采样电路进行数模转换，获得离散数字信号，最后通过软件滤波得到最终信号数据。 2.弱信号的形成 在提取弱信号之前，对微弱信号形成原理认识是很有必要的。通常获取微弱信号都是通过传感器，那么传感器的制作好坏，对信噪比大小就起决定性作用。例如应变式电子秤中应变片的粘贴、应变片本身质量、粘贴技术都对后期小信号处理有着直接的关系。 （1）选片：在使用电阻应变片之前，需要选择质量合格的电阻应变片，以平整、清洁、干燥、片内无气泡、锈斑、电阻值在规定范围内为标准。 （2）测点表面的处理：选取测试点，选择物体受力形变最大区域作为待测区，用锉刀或粗砂纸对所选器件测试点进行打磨，除去测试物表面防锈层、电镀层及油污，接着用细砂纸打磨成45°的交叉纹，之后
弱信号放大电路的设计
弱信号放大电路的设计 依据仪表放大器的工作原理，利用德州仪器公司的TLC2652设计了一低频弱信号放大电路。通过Multisim软件仿真分析，该电路具有极高的输入电阻，极低的输出电阻，共模抑制能力很强，能放大频率在0～300 Hz内的微伏级信号，且该电路的工作稳定，失真度小。本文主要以直流与低频信号为研究对象设计一弱信号放大器，并进行仿真分析。1 集成运算放大器的选择随着集成工艺与电子技术的发展，集成运算放大器的性能越来越好。TLC2652是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。斩波稳零的技术使TLC2652具有优异的直流特性，将失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响降低到了最小值，因此TLC2652非常适合用于微信号的放大。1．1 TLC2652的内部结构，TLC2652主要由5个功能模块构成： (1)主放大器(Main)：与一般的运算放大器不同，它有三个输入端。除引出芯片外部的同相和反相输入端外，其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。 (2)校零放大器(Null)：它也有三个输入端，但与主放大器相反，在芯片内部的输入端是反相输入端。 (3)时钟和开关电路：内部时钟产生时钟信号，控制各开关按一定的时序闭合与断开。在14和20引脚的芯片中时钟信号还可从外部引入。 (4)补偿网络(Compensation-Basing Circuit)：它使电路在较宽的频带内有平坦的响应。在TLC2652中，电路的高频响应主要由主放大器决定。 (5)箝位电路(Clamp Circuit)：它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1 V时动作的开关，把CLAMP与运放的反相输入端短接，则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和。它可以加速电路在过载后的恢复。1．2 TLC2652的主要性能指标 (1)极低的输入失调电压：最大值1μv (2)极低的输入失调电压漂移：典型值0．003μV／℃ (3)低输入失调电流：最大值500pA(TA=-55℃～125℃) (4)开环电压增益：最小值135dB (5)共模抑制比：最小值120dB2 弱信号放大电路 TLC2652的典型电路，构成差分放大电路。如果R1=R2，R3=R4，则 u0=(ui1-ui2)(R2／R1) 这一电路提供了仪表放大器的功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但是同相输入端与反相输入端阻抗相当低而且不相等。由图3容易得到同相输入端的阻抗为(R2+R4)，反相输入端的阻抗为R1。另外，这一电路要求电阻对R1／R2和R3／R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有所差异，这将直接影响电路的CMR。现根据仪表放大器的工作原理设计一个高精度高稳定性的放大器。2．1 仪表放大器的工作原理标准三运放仪表放大器的电路。该电路可以提供两输入端匹配的高阻抗，使得输入源阻抗对电路的CMR影响最小。其中A1和A2运算放大器用于缓冲输入电压，A3构成差分放大电路。电路，如果R5=R6，R1=R2且R3=R4，则u0=(ui2-ui1)(1+2R5／RG)(R3／R1) 如果A1和A2使用的是相同的运算放大器，则它们的共模输出电压和漂移电压相等，加到A3差放后，将被相互抵消，因而整个电路具有很强的共模抑制能力，很小的输入失调电压和较高的差模电压增益。2．2 电路原理图根据仪表放大器的原理，设计出利用TLC2652构成的弱信号放大电路。电路，利用两片TLC2652来实现输入缓冲，TLC2652有极其微小的输入失调电压，且共模输出电压相等，利用低噪声、低输入偏置电流OP1177作为差分放大电路。电容C1、C2、C3、C4接到TLC2652的CxA和CxB 引脚作为记忆电容存储失调电压，以实现校零。电容C5、C6、C7、C8、C9作为电源滤波电容，用于滤除高频干扰。根据仪表放大器的工作原理知该电路的增益G=(1+2X300／2)(100／10)=3010。3 仿真分析依据该弱信号放大电路，在Multisim10．0软件中搭建电路进行了仿真分析。设输入信号的频率为60 Hz，ui1和ui2幅度均为10μVp，利用Transient Analysis，可以得到电路的输出波形。拖动标尺，可以计算出此时的电路增益G约为3 000，即69．5dB。运行Analysis下的ACAnalysis，得到的频率特性曲线。从该图中我们可以看到该放大电路在中低频率情况下幅频特性和相频特性都比较平稳。通过拖动标尺，可以得
音频小信号功率放大电路设计
目录 1选题背景........................................................................2.. 1. 1指导思想................................................................ 2. 1. 2方案论证................................................................ 2. 1. 3基本设计任务............................................................ 2. 1. 4发挥设计任务............................................................ 2. 1. 5电路特点................................................................3. 2电路设计........................................................................3.. 2.1总体方框图................................................................ 3. 2.2工作原理.................................................................. 3. 3各主要电路及部件工作原理........................................................3. 3.1第一级-- 输入信号放大电路............................................... .4 3.2NE5532简要说明..........................................................5. 3.3第二级--功率放大电路 ................................................. 6. 3.4直流信号过滤电路..........................................................6. 4原理总图........................................................................7.. 5元器件清单.....................................................................7.. 6调试过程及测试数据（或者仿真结果） (7) 6.1仿真检查...................................................................& 6.1.1第一级仿真检查。.......................................................8. 6.1.2第二级仿真检查.........................................................9. 6.2通电前检查 (10) 6.3通电检查 (10) 6.3.1第一级电路检查 (10) 6.3.2 第二级电路检查 (10) 6.3.3完整电路检查 (10) 6.4结果分析............................................................ 1.0 7小结............................................................................1.0 8设计体会及今后的改进意见 (1) 1 8.1体会.....................................................................1.1
微弱信号调理电路的设计及研究
第25卷 第1期 2010年3月 西 南 科 技 大 学 学 报 Journa l o f South w est U n i versity o f Sc i ence and T echnology V o.l 25N o .1 M a r .2010 收稿日期:2009-09-20 基金项目:四川省安监局基金资助项目(2007-21),四川省教育厅基金资助项目(07z d1102)。 作者简介:赵亮(1984-),女,在读研究生,主要研究方向:气体检测、硬件电路设计与调试。E -m a i :l 79536348@qq .co m 微弱信号调理电路的设计及研究 赵 亮 刘先勇 袁长迎 李驹光 蒙 瑰 (西南科技大学光声检测研究室 四川绵阳 621010) 摘要:精确的信号调理技术是测控领域发展的重要方向。基于开关电容滤波器和程控放大器设计了一种新的信号调理电路,采用ATm ega 128单片机自适应地调整开关电容的滤波参数和程控放大器的放大倍数。微音器微弱信号检测的实验结果表明,该电路能达到动态范围几微伏到几十毫伏、灵敏度1 V 、响应时间优于1m s 的技术指标,具有性能稳定,可靠性高、灵活性强、可编程等特点。 关键词:微弱信号 自动跟踪滤波器 可编程增益 动态范围 中图分类号:TN402 文献标识码:A 文章编号:1671-8755(2010)01-0064-04 Design and Study ofW eak Signal Conditi oni ng C ircuit Z HAO L i ang ,LI U X i an yong ,YUAN Chang y i n g ,LI Ju guang ,MENG G u i (R esearch Laborator y of Photoacoustic Detection ,Southw est Un iversit y of Science and Technology, M ianyang 621010,S ichuan,Ch i n a) Abstract :Precise Signal Cond ition i n g techno l o gy i s an i m portant d irection that the fie l d ofm on itor i n g de ve l o ps .Based on Sw itch Capacitor F ilters and Dyna m ic Range I nstr um entation Am plifier ,t h is article pr o posed a ne w S i g na lCond ition i n g circui,t adopting the 128ATm egaM icr ocontr o ller auto m atica ll y ad j u st fil ter i n g para m eters of Sw itch C apac itor F ilters and m agn ify i n g mu lti p le o f Dyna m ic Range I nstr um entation Am plifi e r .The experi m ents ofW eak S ignal Detection on M icrophone sho w that the c ircu its ach ieves the fo llo w i n g technical standard :(1)Dyna m ic Ranges fro m several V to tens o fmV ;(2)Sensitiv ity :1; (3)Rresponse ti m e :excel 1m s . K ey w ords :W eak S igna;l Au to track i n g F ilter ;Progra mm able G ai n ;Dyna m ic Range 精确的信号调理是微弱信号检测[1](W eak S i g na l Detection)中的关键技术,使得微弱量(如弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能,大大提高了微弱信号检测的精度。信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号,该技术在工业、仪器仪表和便携式消费类电子设备中具有广泛的应用前景。 本文基于开关电容和程控放大器设计了一种新的信号调理电路,采用ATm ega 128单片机自适应地调整该电路的滤波参数和放大倍数,最后给出微音器(几微伏~几十毫伏)信号处理的实验结果。 1 系统框图 传感器信号调理的基本流程是:传感器的物理量信号转化为电信号后,依次经过各级滤波、放大模块,最后送入A /D 转换器,转换为数字信号进行处理。图1给出了本信号调理电路的结构框图,包括3个部分:预