宽带直流放大器—2009年全国大学生电子设计大赛(C题)

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1、宽带直流放大器——2009年全国大学生电子设计大赛(C题)2009年全国大学生电子设计大赛一、赛题要求1．基本要求（1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范围内手动连续调节。（2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。（3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。（4）放大器的输入电阻≥50，负载电阻（50±2）。（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。2．发挥部分（1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10mV。（2）在AV＝60dB时，输出端噪声电压

2、的峰－峰值VONPP≤0.3V。（3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。（4）最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。（6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、10MHz两点）。（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。2009年全国大学生电子设计大赛二、评分标准2009年全国大学生电子设计大赛三、试题分析及准备知识1、直流放大器：在自动

3、控制及自动测量系统中，需要把一些非电量（如温度、转速、压力）等参数通过传感器转变成电信号，这些微弱的电信号经放大后就可以推动测量、记录机构或控制执行机构，从而实现自动控制或自动测量。这些电信号大都是变化极为缓慢、且极性固定不变的非周期性信号（直流信号），它需要直流放大器放大。宽带直流放大器通频带必须从0开始。2、电压增益：AV＝20LOG（Vo/Vi）电压增益AV≥40dB，不是指输出电压幅值除以输入电压幅值，而是指20×LOG（输出电压幅值/输入电压幅值），也就是输出输入电压的商的10为底的对数的20倍。40db表示输出电压与输入电压之比为100倍。2009年全国大

4、学生电子设计大赛三、试题分析及准备知识3、通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。下限截止频率fL：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为下限截止频率fL。上限截止频率fH：信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将下降，使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为上限截止频率fH。通频带fbw：fbw＝fH－fL或者定义为：在信号传输系统中,系统输出信号从最大值衰减3dB的信号频率为截止频率,上下截止频率之间的频带称为通频带,用BW表示通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。20

5、09年全国大学生电子设计大赛三、试题分析及准备知识4、零点漂移：由于直流放大器直接耦合，其中有任何一点静态电位的变动，都有会经耦合放大后在输出中呈现出来，即使没有输入信号，由于温度的变化和电源电压不稳定的影响，输出端也会出现电压的缓慢变动，这种现象叫做零点漂移。直流放大器中，前级的零点漂移会被逐级放大，以致在最后一级的输出端产生很大的漂移电压，而这种漂移信号与直流放大器所放大的缓慢变化的信号又十分相似，所以当漂移严重时，就无法分辨清输出电压的变化性质，它究竟是由于输入信号的变化引起的，还是因零点漂移而造成的。5、线性相位：一个单一频率的正弦信号通过一个系统，假设它通过

6、这个系统的时间需要t，则这个信号的输出相位落后原来信号wt的相位。可以看出，一个正弦信号通过一个系统落后的相位等于它的w*t；反过来说，如果一个频率为w的正弦信号通过系统后，它的相位落后delta，则该信号被延迟了delta/w的时间。在实际系统中，一个输入信号可以分解为多个正弦信号的叠加，为了使得输出信号不会产生相位失真，必须要求它所包含的这些正弦信号通过系统的时间是一样的。因此每一个正弦信号的相位分别落后，w1*t，w2*t，w3*t。落后的相位正比于频率w，如果超前，超前相位的大小也是正比于频率w。2009年全国大学生电子设计大赛四、设计部分1、系统框图输入信号

7、通过前置放大器实现了输入电阻≥50的要求，经放大倍数最大为60dB、通频带为10MHz的中间级放大器，将信号放大至1000倍，再经过通频带选择网络实现放大器通频带预置，最后经末级放大器达到了输出功率的指标要求。整个过程中，控制器控制电压增益和通频带带宽的预置输入与显示。图1宽带直流放大器系统框图前置放大器中间级放大通频带选择网络末级放大器显示控制器自制稳压电源预置输入信号输入Vin信号输出Vout220V50hz2009年全国大学生电子设计大赛2、硬件电路设计（1）前级放大电路前置放大电路使用电压跟随器实现，如图2所示。考虑到本系统的通频带为0~1