多级放大电路的设计报告（共五则）

第一篇：多级放大电路的设计报告

电工电子技术课程设计报告

题目： 多级放大电路的设计

二级学院 年级专业 学 号 学生姓名 指导教师 教师职称

机械工程学院 14 动力本 1401250029 周 俊

张云莉 讲 师

报告时间：2015.12.28

目 录

第一章．基本要求和放电电路的性能指标...........................................................1

第二章．概述和任务分析........................................................................................5

第三章．电路原理图和电路参数............................................................................6

第四章．主要的计算过程........................................................................................9

第五章．电路调试运算结果..................................................................................11

第六章．总结...........................................................................................................1

2制作调试步骤及结果......................................................................................12

收获和体会......................................................................................................13

第七章．误差和分析..............................................................................................14

第八章．参考文献..................................................................................................15

第一章．基本要求和放电电路的性能指标

1.基本要求：

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

2.放电电路的性能指标：

第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。

1.1第一种类型的指标：

1.放大倍数

放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值：

（1-1）

1.（1-2）

（1-3）

（1-4）

式中的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。都是正弦信号的有效值。需要注意的是，若输出波形出现明显失真，则此值就失去意义了，因此在输出端要有监视失真的措施（如用示波器观察波形）。其他指标也是如此。

2.输入电阻

作为一个放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是利用话筒将声音转成电信号提供放大电路的。放大电路与信号源相连，就要从信号源取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度，所以我们定义一个指标，来衡量放大电路对信号源的影响，叫做输入阻抗。当信号频率不是很高时，输入电流错误！未找到引用源。与输入电压错误！未找到引用源。基本同相，因此通常用输入电阻来表示。它定义为：

（1-5）

从图1-1中可见，错误！未找到引用源。就是向放大电路输入端看进去的等效电阻。错误！未找到引用源。越大，表明它从信号源取的电流越小，放大电路输入端所得到的电压错误！未找到引用源。越接近信号电压错误！未找到引用源。因此作为测量仪表用的放大电路其错误！未找到引用源。要大。但是对于晶体管

来说，错误！未找到引用源。大则取电流小，讲减低放大倍数。所以在需要放大倍数大而错误！未找到引用源。为固定值的情况 2.下，晶体管放大电路的错误！未找到引用源。又以小一些为好。

3.输出电阻

放大电路讲信号放大后，总要送到某装置区发挥作用。这个装置我们通常称为负载。比如扬声器就是扩大机的负载。当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时，它两端的电压讲要下降，这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻，通常称为输出电阻，记为错误！未找到引用源。，如图1-1所示。

图1-1求输出电阻错误！未找到引用源。的等效电路

通常测定输出电阻的办法是输入端加正弦波实验信号，测出负载开路时的输出电压错误！未找到引用源。，再测出接入负载错误！未找到引用源。时的输出电压错误！未找到引用源。则读者可自行证明

（1-6）

输出电阻越大，表明接入负载后，输出电压的幅值下降越多。因此错误！未找到引用源。反映了放大电路带负载能力的大小。1.2 第二种类型的指标：

4.通频带

当只改变输入信号的频率时，发现放大电路的放大倍数是随之变化的，输出波形的相位也发生变化。这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力。一般情况下，放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数都有大幅度的下降，如图1-2所示。

3.图1-2 放大电路的频率指标

当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数（记作错误！未找到引用源。）的0.7倍时，这个频率称为上限截止频率，记作错误！未找到引用源。同样，使放大倍数下降为错误！未找到引用源。的0.7倍时的低频信号频率称为下线截止频率，记作错误！未找到引用源。我们将错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。之间形成的频带称为通频带，记作错误！未找到引用源。，即

（1-7）

通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应能力越强。对于收录机、扩大机来说，通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富的高、低音都能完美的播放出来。然而有些情况下则希望频带窄，如带通滤波电路等。

1.3 第三种类型的指标：

5.最大输出幅值

最大输出幅值指的是当输入信号再增大就会使输出波形的非线性失真系数超过额定数值（比如10%）时的输出幅值。我们以错误！未找到引用源。（或错误！未找到引用源。）表示。一般指有效值，也有以封至峰值表示的，二者差错误！未找到引用源。倍。

6． 最大输出功率与效率

最大输出幅值是输出不失真时的单项（电压和电流）指标。此外还应该有一个综合性的指标即最大输出功率。它是输出信号基本不失真的情况下输出的最大功率，记作错误！未找到引用源。

前面我们说过，输入信号的功率都是很小的，经过放大电路，得到了较大的功率输出。这些多出来的能量石由电源提供的，放大电路只不过是实现 4.了有控制的能量转换。既然是能量的转换，就存在转换效率的问题。也就是说，不能只看输出功率的大小，还应该看能量的利用率如何。效率错误！未找到引用源。定义为

（1-8）

式中错误！未找到引用源。为直流电源消耗的功率。

7.非线性失真系数 由于晶体管等器件都具有非线性的特性，所以当输出幅度大了之后，有时需要讨论它的失真问题。我们在这里定义的非线性失真系数，是指放大电路在某一频率的正弦波输入信号下，输出波形的谐波成分总量和基波成分之比。用错误！未找到引用源。表示基波和各种谐波的幅值，则失真系数D定义为：

（1-9）

以上三类指标是以输入信号的幅值的频率来划分的。一般来说，第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况；第二类指标多适用于输入信号幅值小但频率变化范围宽的情况；第三类指标则多适用于低频但输出幅值较大的情况。

第二章．概述和任务分析

多级放大电路的概述：

在我们日常生活和科学研究等工作中，常常会遇到放大电路。这些放大电路的形式不通，性能指标也不同，使用的元器件也不相同，但它们都是用来进行信号的放大，其基本工作原理都是一样的。在这些放大电路中，管放大电路时构成各种复杂电路的基本单元。本文以几个简单的放大电路为例，介绍放大电路的组成原理、工作原理、性能指标及计算方法。

由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实 5.用的放大电路都是由多级组成的。如图。通常可分为两大部分，即电压放大(小

信号放大)和功率放大(大信号放大)，前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间级主要的作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载RL，称为功率放大器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。

多级放大电路的放大倍数：

第三章.电路原理图和电路参数

电路原理图

电路参数的选择和计算

1.参数的选择：

6.电容全部选用10μf，电阻在下列值范围波动：Rs=5.1 KΩ,Rb12=33 KΩ，R1=0~100 KΩ,Rb11=24,Rc1=5.1 KΩ,Re12=0~1 KΩ,Re11=1.8 KΩ,Rb22=47 K Ω,Re22=0~330 Ω,R2=0~25 KΩ,Re21=1 KΩ,Rb2=20 KΩ,Rc2=3 KΩ,Rb3=0~680 KΩ,Re3=2.2 KΩ,RL=3 KΩ,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf>20知，Rf<0.146 KΩ

2.计算参数：

一级放大电路的静态工作点 ：

UBVCCRb1212K；

UB18V；

60K12KRb1Rb12UB3V

IBVCC；IB0.25

Rb1Rb12ICIEUBUBE3V0.3V；ICIE

4.6KRE1ICIE0.6

UCEVCCICRC1RE1；UCE18V12K4.6K

UCE1.4V

IC0.62.4 ；

0.25IBR电压放大倍数： 错误！未找到引用源。=L;(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=2.43K0.12 60K输入电阻 Ri: Ri Rb1 // 错误！未找到引用源。// 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

= 0.43 K

7.输出电阻 Ro: Ro ≈错误！未找到引用源。;Ro≈错误！未找到引用源。=12k 二级放大电路的静态工作点 ：

UBVCCRb229.4K;UB18V

26.6K9.4KRb21Rb22UB4.8V

18VVCCIB;IB26.4K9.4K

Rb21Rb2

2IB0.5

ICIEUBUBE4.8V0.3V;ICIE

4KRe2ICIE1.2

UCEVCCICRC2RE2;UCE18VIC6K4K

UCE6V

IC1.2;2.4

0.5IBR电压放大倍数: Au=L(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=2.43K0.12 60K输入电阻 Ri: Ri Rb1// 错误！未找到引用源。// 错误！未找到引用源。Ri = 0.28 K 输出电阻 Ro: Ro ≈ Rc1 Ro ≈ Rc1=6k 三级放大电路的静态工作点 ：

IBVCCUBE;IB0.026103

Rb1Re

ICIB;IC1.3

8.ICIE1.2

UCEVCCICIe;UCE18V1.34

UCE12.8V

输入电阻 Ri : Ri Rb1 //rbe1R`L

Ri = 461K //(1.32+ 51 0.25)Ri = 0.07 K

rbeRs`输出电阻 Ro: Ro =Re //

1 Ro =14.5 k

第四章.主要的计算过程

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级

电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用vi1单端输入，uo1的单端输出的工作组态。

计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T1，T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V，则Ue≈ 9.-Uon，算出T3的ICQ3，即为2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法：

因为IC3≈IE3，所以只要确定了IE3就可以了，而IE3UR4UE3(VEE)，R4R4UE3UB3Uon(VCC(VEE))

R5UonR5R6

采用ui1单端输入，uo1单端输出时的增益Au12.主放大级

uo1ui1(Rc//RLRL(P//）122 RbrbeR1rbe本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管，输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管的集电极电位高于基极点位，而PNP管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T4为主放大器，其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。

差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点相互有影响，简单估计方式如下：

UE4VCCIE4R7，UC4VEEIC4RP

2UB4UE4UonUE40.7（硅管），由于UB4UC1，相互影响，具体在调试中要仔细确定。

此电路中放大级输出增益AU2uo2Rc uo1Rbrbe 10.3.输出级电路 输出级采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。

其中T4就是主放大管，其集电极接的D1、D2是为了克服T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。

第五章.电路调试运算结果

用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出所有的仿真结果。

电路图如图1所示

输入输出端电压测试：

图 1 输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大约为12.89倍。放大倍数符合要求。

输入电压为VPP=51.5mV，输出电压为VPP=6.75V放大倍数为131.56倍。得到输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=4.29V，放大倍数计算得到为1062倍。

11.第六章.总结

制作调试步骤及结果：

1.各级静态工作点测量及调整与输入输出电阻放大倍数测量

①第一级：先按图3连接第一级线路，用万用表测得Vbe1＝0.6V,Vce1=5.94V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得 3，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R1、Re12,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.61V,Vce1=3.94V，以及Re12=0.38 KΩ,R1=39 KΩ.图 2

②第二级：先按图2连接第二级线路，用万用表测得Vbe2＝0.62V,Vce2=5.78V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R2、Re22,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时再测得电路静态工作点为Vbe2＝0.59V,Vce2=3.52V，以及Re22=0.085 KΩ,R2=24 KΩ

③第三级：先按图2连接第三级线路，用万用表测得Vbe3＝0.64V,Vce3=5.62V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波 12.器测得，调节R3,测得，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=190mV，按输入输出电阻计算可得Ri=96.9KΩ, Ro=0，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.63V,Vce1=5.52V.以及R3=192.7KΩ.2.三级开环放大电路输入输出电阻及放大倍数测量

如图2接线，不引入反馈，将三级放大电路连接在一起，再接入Us=30mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=22mV，然后测得Uo=11.1v，接入负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=10.9V,此时得到符合技术指标。

3.三级闭环放大电路输入输出电阻、放大倍数及反馈电阻测量

如图2接线，接入Us=75mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=50mV，然后测得Uo=1.55v, 接入负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.5V,此时得到Auf=Ui/Uo=31>20, Rif=50.2KΩ>10KΩ, 符合技术指标。此时测得4。

收获和体会：

在此电路中利用了差动放大电路，利用PNP管放大级实现主放大电路，利用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移，消除交越失真的影响，设计的多级放大电路，得到放大倍数为1058倍，符合设计要求。

通过这次的仿真，使我对多级放大电路有了深刻地理解，对于差分放大电路有了更深的了解，学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己的知识。

13.第七章.误差和分析

第一级和第二级分析：测得Au与计算相比均偏小，而测得Ri、Ro与计算相比均偏大，可能电阻调节不当导致，应将电阻适当调小，另外电压选取也对Au由很大影响。

第三级分析：测得Au与计算相比接近，而测得Ri、Ro与计算相比均偏小，尤其Ri,可能是电阻误差太大，电压选取影响也存在。

总开环分析：测得Au与计算相比偏小，而测得Ri与计算相比偏大，Ro偏小。可能是各级调节好后留下的微小误差的逐级放大导致，因此，有必要在此基础上再作适当调整，以期接近理论计算，减小误差。

总闭环分析：测得Auf与计算相比很吻合，而测得Ri与计算相比偏小，Ro偏大。可能是反馈带来的的不当，加上开环时已存在的问题导致。

但总体上，此实验所测得数据与技术指标相比还是比较吻合，达到所要求范围，因此，此实验可以得到验收。

14.第八章.参考文献

[1] 李朝青．单片机原理及接口技术[M].3版.北京：北京航空航天大学出版社，2005．

[2] 胡向东，刘京诚，余成波，等．传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2009．

[3] 胡向东，徐洋，冯志宇，等．智能检测技术与系统[M].北京：高等教育出版社，2008．

[4] 余成波，等．传感器与自动检测技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009．

[5] 张迎新，等．单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008．

[6] 李朝青．单片机学习指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005．

15.

第二篇：多级放大电路实验报告（定稿）

多级放大电路的设计与测试

电子工程学院

一、实验目的

1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法 2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法 3.掌握多级放大器性能指标的测试方法 4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法

二、实验预习与思考

1.多级放大电路的耦合方式有哪些？分别有什么特点？

2.采用直接偶尔方式，每级放大器的工作点会逐渐提高，最终导致电路无法正常工作，如何从电路结构上解决这个问题？

3.设计任务和要求

（1）基本要求

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

三、实验原理

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级 电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用vi1单端输入，uo1的单端输出的工作组态。计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T1，T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V，则Ue≈-Uon，算出T3的ICQ3，即为2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法： 因为IC3≈IE3，所以只要确定了IE3就可以了，而IE3UR4UE3(VEE)，R4R4UE3UB3Uon(VCC(VEE))R5Uon

R5R6uo1ui1采用ui1单端输入，uo1单端输出时的增益Au12.主放大级

(Rc//RLRL(P//）122

RbrbeR1rbe本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管，输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管的集电极电位高于基极点位，而PNP管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T4为主放大器，其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。

差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点相互有影响，简单估计方式如下：，UC4VEEIC4RP2 UE4VCCIE4R7，UB4UE4UonUE40.7（硅管）由于UB4UC1，相互影响，具体在调试中要仔细确定。此电路中放大级输出增益AU23.输出级电路

输出级采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。

其中T4就是主放大管，其集电极接的D1、D2是为了克服T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。

四、测试方法

用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出所有的仿真结果。

电路图如图1所示

uo2Rc uo1Rbrbe

仿真电路图

图1 静态工作点的测量：

测试得到静态工作点IEQ3，IEQ4如图2所示，符合设计要求。

图2 静态工作点测量

输入输出端电压测试：

测试差分放大器单端输入单端输出波形如图3，输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大约为12.89倍。放大倍数符合要求。

图3 低电压下波形图 主放大级输入输出波形如图4

图4 主放大级输入输出波形图

如图所示输入电压为VPP=51.5mV，输出电压为VPP=6.75V放大倍数为131.56倍。整个电路输入输出电压测试如图5

图5 多级放大电路输入输出波形图

得到输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=4.29V，放大倍数计算得到为1062倍 实验结论：

本电路利用差动放大电路有效地抑制了零点漂移，利用PNP管放大级实现主放大电路，利用互补对称输出电路消除交越失真的影响，设计并且测试了多级放大电路，得到放大倍数为1000多倍，电路稳定工作。

第三篇：心电放大电路设计报告

心电放大器设计 设计题目

设计一单导联心电放大器，心电信号的幅度范围为0.5～5mV，要求放大器与后续计算机系统中的10位A/D转换器相连接，A/D转换器的输入电压范围为0～5V。

1.1 主要技术指标

1)2)3)4)5)6)7)输入阻抗：≥5MΩ 偏置电流：<2nA 输入噪声：<10uV 共模抑制比：≥100dB 耐极化电压：±300mV 漏电流：<10uA 频带：0.05～250Hz 1.2 具体要求

1)设计放大器电路；

2)计算电路中个元器件的参数值；

3)对选择的关键元器件说明其选择理由。引言

在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。

心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

图1 标准的心电图

心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面：

(1)分析与鉴别各种心律失常。(2)查明冠状动脉循环障碍。

(3)指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。

(4)了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。

(5)心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。系统设计

3.1 设计思路

心电信号十分微弱，常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几十千欧以上。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极极化电压引起基线漂移，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上)，临床上还存在高频电刀的干扰。电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。电极极化电压引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此心电放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上，而且 CMRR也要在60dB以上（目前的心电图机共模抑制比一般均在89dB）。同时要在无源、有源低通滤波器中有效地滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。

3.2结构框图

本电路设计主要是由五部分构成。

1、前置放大电路。其中前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性；

2、共模抑制电路。在设计中使用了右腿驱动电路、屏蔽驱动电路，它们可以消除信号中的共模电压，提高共模抑制比，使信号输出的质量得到提高；

3、低通滤波电路及时间常数电路。常见的心电频率一般在0.05--100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度微小，大概为5mV，临床监护有用频率为0.5～30几HZ，因此设计保留40HZ以下的信号。时间常数电路实现一阶无源高通，截止频率为0.05HZ，时间常数为3.6s。

4、工频50Hz的陷波电路。本设计采用了双T带阻滤波电路，它能够对某一频段的信号进行滤除，用它能有效选择而对电源工频产生的50Hz的噪声进行滤除；

5、主放大电路：心电信号需要放大上千倍才能观测到，前置放大增益只有100~250左右，在这一级还需要放大4~10倍左右。

总体电路框图如图

右输入信号前置放大电路左输入信号低通滤波电路50HZ陷波后级放大电路右腿驱动电路

3.3电路设计

3.3.1 前置放大电路

由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：

高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

图1 AD620 放大器内部结构图

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。

参数选择：

由于AD620的增益与之间关系如下：G=1+(R1+R2)/R3，选取R21=R22=27K, R23=6.2K, C21=39pF, C22=200pF,C23=39Pf, 前置放大倍数：G1=1+(R1+R2)/R3=9.7。

3.3.2 右腿驱动电路

体表驱动电路是专门为克服50Hz共模干扰，提高CMRR而设计的，原理是采用人体为相加点的共模电压并联反馈，其方法是取出前置放大中的共模电压，经过驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动，通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰时非常严重。而使用右腿驱动电路就能很好的解决上述问题，下图就是右腿驱动的电路图。其反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。

参数选择：如上图上标示，C41=0.01Uf,R41=10K,C42=1M.3.3.3 低通滤波放大电路

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定的频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的（如图10虚线）。只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的特性。常用的方法是巴特沃斯（Butterworth）逼近和切比雪夫（Chebysher）逼近，为保证心电信号原形，采用较平坦的巴特沃思有源滤波。如图所示，滤波器的阶数N越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近于理想幅频特性。

图10 巴特沃斯幅频特性

图11 实用二阶低通巴特沃思滤波器

参数选择：要滤除250Hz的频率，经过Mulisim仿真选择阻值，如图上图中各元件的标注，R41=R42=R=6.8k,C41=C42=0.1uf, 根据二阶低通巴特沃思滤波器公式：截止频率为fH=1/(2πRC)=258Hz，基本上符合设计要求。

3.3.4 0.05Hz高通滤波器电路

此次设计用的是反相的二阶巴特沃兹高通滤波器，其中放大倍数设置为1，截止频率为0.05Hz。如图5所示，各个电阻以及电容的参数值在电路中已标明。

图5 巴特沃兹二阶反相高通滤波电路

3.3.4 50Hz陷波电路

工频干扰时心电信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有一定的抑制作用，但是有部分工频干扰是以差模方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定的因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤波。

采用如下图所示的有源双T带阻滤波器，该电路的Q值随着反馈系数β(0<β<1)的增高而增高，Q值与β关系如下Q=1/(1-β),调节下图中的R64和R64可以改变Q值。

图13 50HZ双T陷波电路

参数选择：实验中选用陷波效果很好的经验参数。即R61=R62=R=33 KΩ，R64=2KΩ，R4=148KΩ,R63=1/2 R=15KΩ。C61=C62=C=0.1uF，C63取0.2uF。

根据公式：中心截止频率 f0=1/(2∏RC)= 50Hz 上图中，滤波电路增益G2=R65/(R65+R64)=0.9。阻带宽度：BW= f0/Q= 其中：Q=1/2(2-Auv)

3.3.5 次级放大电路

第二级放大电路主要以提高增益为目的，选用普通的OPA2335放大芯片即可。电路图如下：

参数选择：R31=9.1k，R32=1M,C31=680pF 能起到一定的低通滤波作用 第二级放大倍数：G3=R32/R31=110

整个电路放大倍数G=G1*G2*G3=9.7*0.9*100=873倍

C31 电路性能的实验验证

按照上图搭建电路图，通过ORCAD6.1仿真，结果基本上能符合设计的要求。仿真

5.1前置放大电路仿真 仿真电路图：

仿真结果：

从仿真结果看出，实际前置放大倍数为K1=46.8mA/4.7mA=9.9，与预期放大结果相同。

5.2低通滤波电路

仿真电路：

仿真结果：

1、输入f=60hz时，输出波形图如下：

输出和输入基本上一致，信号没有被衰减。

2、输入f=250hz时，输出波形图如下：

输出结果衰减为：323uV/4.9Mv=6.5% 250Hz频率的输入杂波滤除了93.5%。

3、输入f=1KHz时，输出波形图如下：

结果：1kHz频率的输入杂波基本上被滤除

5.3 50Hz陷波电路

仿真电路：

仿真结果：

有图可知，当输入信号为50Hz的工频干扰信号时，杂波基本上被滤除。

5.4次级放大电路 仿真电路连接图：

仿真结果：

从图中可以发现，放大倍数G2=2.65V/27.6mV=96，与预期的设计相符合。结束语

采用以AD620及OP2335为核心的信号放大器来实现心电信号的放大，电路功耗小，灵敏度高，最低只需3 V的电源，可由外接电池提供，容易实现基于移动式设备(如笔记本电脑)为核心的心电信号采集及处理，是一种实用的心电信号前端采集放大电路(信号的进一步优化可在采集后由软件进行调理)。

通过本次设计，让我对心电生理信号的采集电路有了比较充分的了解。对以后的研究设计有较大的帮助。

第四篇：多级低频电压放大器设计报告

※※※※※※※※※ ※※※2013级

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模拟电子技术课程设计 ※

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多级低频电压放大器设计

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

摘 要

本设计采用二级高通运算放大器的设计思路，分别设计了二级运算放大电路、可变放大倍数的二级运算放大电路等多种方案，并应用放大器对电压放大的特点，要求电压在满足放大倍数的前提下，对大于10KHz高频的信号进行选取，并运用多级反相放大器对电压进行放大。并且多级电压放大倍数等于组成它的各级电路电压放大倍数之积。其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。在求解某一级的电压 放大倍数时应将后级输入电阻作为负载。我们经常听广播，当我们选台时其实是对不同的频率的信号进行选择，对信号的选择这时我们就要用到多级低频电压放大器的实现。根据所选信号的频率范围可分为低通、高通、带通、带阻。这其中带通是允许每一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，而消除高频段和低频段的干扰和噪声，经常用与抗干扰设备的组成中。

由于多级放大倍数等于各级放大倍数之积算出所需要的电路，并通过对设计的电路图经过Multisim仿真运行后，得到了放大倍数大于600倍，频率大于10KHz的符合要求的高频输出波，因此可以确定此次电路设计可以满足要求。

关键词：多级

放大

滤波

目 录

第1章 设计任务与要求····················· 错误！未定义书签。第2章 方案与论证 ······························· 1 第3章 设计电路图 ······················ 错误！未定义书签。第4章 调试分析 ································ 3 第5章 结论与心得 ······························· 4 参考文献 ································ 5

第1章 设计任务与要求

课程设计名称：多级低频电压放大器 题目要求：

1.要求电压放大倍数：| Au|≥600 2.输出电压峰峰值: Up-p ≥10V(RL=1KΩ)3.输入输出阻抗: Ri≥100KΩ, Ro≤50Ω 4.通频带: ≥10KHz 电路可以采用分立器件，也可以选用运算放大器。运放供电电源既可以采用单电源也可以选用双电源。设计目的：

（1）熟悉电子仪器的正确使用；

（2）学会通过multisim软件中电路的安装与调试；（3）查询相关资料，培养学生独立分析解决问题能力；

（4）运用模电课本中相关课程所学到的理论知识去独立完成课题设计；

第2章 方案与论证

1.运算放大器是最早应用于模拟信号的运算电路。其作用主要是用于电路的放大，本次课程设计多级低频电压放大器，主要采用运算放大器来实现。2.高通滤波器。采用的是高通滤波器对频率的限制，通带宽度高于10kHz，f0=10kHz，根据公式可得f0=1/6.28RC为固定值，然后定C，求R。

3.运算放大主要采用反相比例运算电路的二级放大，第一级放大倍数为7倍，第二级放大倍数为100倍。放大倍数Au= Au1*Au2, Au=-Rf /R1，R2= R1 // Rf；通过计算算出所需要的电路。4.计算的主要元件参数：

R1=1Ω，R2=100kΩ，R3 =87.5 kΩ，R4 =0.99 kΩ，R5 =700 kΩ，R6 =1 kΩ，R7 =100 kΩ，C1 =15.9uF输入输出电阻大小满足设计要求。

5.电路设计：a、设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大的倍数；b、设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数。

图2.1 基本原理框图

第3章 设计电路图

图3.1 设计电路图

如图所示：最左端是一个信号发生器，与其连接的是一个由电容C1与R1组成的高通滤波器，然后U1与U2是两个反相比例运算电路，U2的输出与滤波器相接，通过观察示波器的波形与放大倍数，得到结果。

第4章 调试分析

a.设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大倍数。

图4.1 正常放大波形

当频率处于100kHz,大于等于10kHz，电压得到正常放大，放大倍数Au=6.968V/10mV=696.8大于600，满足设计的要求。

b.设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数;

图4.2 信号发生器

图4.3不能正常放大的波形

由于滤波作用当频率处于4kHz时，Au=2.145V/10mV=214.5小于600，得不到正常放大。

综合分析：当频率处于高于10kHz时，放大倍数大于600，得到正常放大，当频率处于低于10kHz时，放大倍数小于600，得不到正常放大，设计的多级低频电压放大器符合设计要求。

第5章 结论与心得

本次设计熟悉了运算放大器的功能及特点，更进一步了解了二极管等元件的性能特点等，也更加熟悉了各个元件之间的搭配应用。

对于输出电压峰值调节，可以通过一个可调节的VCC来取代，从而实现对峰值的调节。本次设计的最终结果与预期结果相差在允许范围内。只是因为各个元件的具体值比较难以得到，使得计算出的各个元件的数值有一定的误差，但总体来说误差也在允许范围内。

在本学期开设《模电》这门学位课的基础上，这次小学期我们做了模电仿真电路实验。这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有密切联系，主要是理论方面的问题。将所学知识实践、探索，才能对模电知识有更深的认识。

在这几天学习中，虽然到处查资料，问同学，但是我从中学到了许多东西，不仅巩固了以前所学的书本上的知识，而且还学到了许多书上没有的东西，同时也提高了我的动手操作能力，锻炼实践能力。

拿到题目后，我都不知道是干啥用的，不知该如何下手，然后在模拟仿真过程中也遇到了许多问题，不知该如何运用该软件，后来我上网查资料，加上同学的帮助，最后终于使理论值与仿真结果相符合。

回顾这次课程设计，从理论到实践，在这几天里，我从中学到了许多东西，通过这次实践，让我进一步明白独立自主能力的重要性，所以说实践是很重要的，以后的生活学习都要学会实践。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础[M].北京高等教育出版社.2008.[2] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].清华大学电子学教研组.2006.[3] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].清华大学电子学教研组.2011.

第五篇：电路设计自荐书

我是四川职业技术学院、即将毕业于2009年6月的学生。所学的专业是；应用电子技术。我仰慕贵单位重知识，重视 人才 之名，希望能成为贵单位的一员，为单位的事业发展尽我全力。

本人在校学习刻苦，成绩优秀，通过在校学习，掌握了良好的专业知识，和理论基础，系统的学习了各项知识技能。

我有一定的工作经验，在校外，我经常参加学校的三下乡活动，上门免费维修家电，在校内，组织电子协会成员进行电子设计比赛，活动也是搞得有声有色。

我的性格开朗、热情诚实、能够吃苦耐劳、有责任感、有团结精神，人际关系好。

我的酷好是；电路设计，我能独立完成从：电路原理图设计 pCB布线电路设计 制作电路版的全过程 安装电路版 调试电路等全过程。我在校期间，我还设计了一些电子成品如：150W三分频功放、无线话筒、人体红外感应灯等。效果很好。

我初涉世事，某些方面还不成熟，但我正视自己的不足，我将在今后实践中虚心学习，不断专研，积累工作经验，提高工作能力，完善充实自己，我期望能有一片扬我所长的天地，我将奉献我的智慧和汗水。