opa847方波放大电路_电子设计竞赛教程-放大器类
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1. 實用低頻功率放大器[2]（第二屆，1995年）
（1）設計任務
設計并制作具有弱信號放大能力的低頻功率放大器。其原理示意圖如圖1.3.14所示。
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為（5～700）mV，等效負載電阻RL為8Ω下，放大通道應滿足：
a. 額定輸出功率POR≥10W；
b. 帶寬BW≥（50～10000）Hz；
c. 在POR下和BW內的非線性失真系數≤3%；
e. 在POR下的效率≥55%；
f. 在前置放大級輸入端交流短接到地時，RL=8Ω上的交流聲功率≤10mW。
第2部分：自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩壓電源
②發揮部分
第1部分：放大器的時間響應
a. 方波產生：由外供正弦信號源經變換電路產生正、負極性的對稱方波：頻率為1000Hz、上升時間≤1μs、峰-峰值電壓為200mVpp。
用上述方波激勵放大通道時，在RL=8Ω下，放大通道應滿足：
b. 額定輸出功率POR≥10W；帶寬BW≥（50～10000）Hz；
c. 在POR下輸出波形上升時間和下降時間≤12μs；
d. 在POR下輸出波形頂部斜降≤2%；
e. 在POR下輸出波形過沖量≤5%。
第2部分：放大通道性能指標的提高和實用功能的擴展（例如提高效率、減小非線性失真等）。
2. 測量放大器[4]（第四屆，1999年）
（1）設計任務
測量放大器方框圖如圖1.3.15所示。
設計并制作一個測量放大器及所用的直流穩壓電源。參見圖1.3.15。輸入信號VI取自橋式測量電路的輸出。當R1＝R2＝R3＝R4時，VI＝0。R2改變時，產生VI ≠ 0的電壓信號。測量電路與放大器之間有1米長的連接線。
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：測量放大器
差模電壓放大倍數 AVD＝1～500，可手動調節；
最大輸出電壓為± 10V，非線性誤差 < 0.5％ ；
在輸入共模電壓+7.5V～－7.5V范圍內，共模抑制比 KCMR >105 ；
在AVD＝500時，輸出端噪聲電壓的峰－峰值小于1V；
通頻帶0～10Hz ；
直流電壓放大器的差模輸入電阻≥2MΩ（可不測試，由電路設計予以保證）。
第2部分：電源
設計并制作上述放大器所用的直流穩壓電源。由單相220V交流電壓供電。交流電壓變化范圍為＋10％～－15％。
第3部分：設計并制作一個信號變換放大器，參見圖1.3.16。將函數發生器單端輸出的正弦電壓信號不失真地轉換為雙端輸出信號，用作測量直流電壓放大器頻率特性的輸入信號。
②發揮部分
a. 提高差模電壓放大倍數至AVD＝1000，同時減小輸出端噪聲電壓。
b. 在滿足基本要求(1)中對輸出端噪聲電壓和共模抑制比要求的條件下，將通頻帶展寬為0～100Hz以上。
c. 提高電路的共模抑制比。
d. 差模電壓放大倍數AVD可預置并顯示，預置范圍1～1000，步距為1，同時應滿足基本要求中對共模抑制比和噪聲電壓的要求。
e. 其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。
（3）說明
直流電壓放大器部分只允許采用通用型集成運算放大器和必要的其它元器件組成，不能使用單片集成的測量放大器或其它定型的測量放大器產品。
3. 高效率音頻功率放大器[5]（第五屆，2001年）
（1）設計任務
設計并制作一個高效率音頻功率放大器及其參數的測量、顯示裝置。功率放大器的電源電壓為+5V（電路其他部分的電源電壓不限），負載為8Ω電阻。
（2）設計要求
①基本要求
第1部分：功率放大器
a．3dB通頻帶為300Hz～3400Hz，輸出正弦信號無明顯失真。
b．最大不失真輸出功率≥1W。
c．輸入阻抗>10kΩ，電壓放大倍數1～20連續可調。
d．低頻噪聲電壓（20kHz以下）≤10mv，在電壓放大倍數為10，輸入端對地交流短路時測量。
e．在輸出功率500mW時測量的功率放大器效率（輸出功率/放大器總功耗）≥50%。
第2部分：設計并制作一個放大倍數為1的信號變換電路，將功率放大器雙端輸出的信號轉換為單端輸出，經RC濾波供外接測試儀表用，如圖1.3.17所示。
第3部分：設計并制作一個測量放大器輸出功率的裝置，要求具有3位數字顯示，精度優于5%。
②發揮部分
a. 3dB通頻帶擴展至300Hz～20kHz。
b. 輸出功率保持為200mW，盡量提高放大器效率。
c. 輸出功率保持為200mW，盡量降低放大器電源電壓。
e. 增加輸出短路保護功能。
f. 其它。
（3）說明
a. 采用開關方式實現低頻功率放大（即D類放大）是提高效率的主要途徑之一， D類放大原理框圖如圖1.3.18所示。本設計中如果采用D類放大方式，不允許使用D類功率放大集成電路。
b. 效率計算中的放大器總功耗是指功率放大器部分的總電流乘以供電電壓（+5V），不包括“基本要求”中b、c項涉及的電路部分功耗。制作時要注意便于效率測試。
c. 在整個測試過程中，要求輸出波形無明顯失真。
4. 寬帶放大器[6]（第六屆，2003年）
（1）設計任務
設計并制作一個寬帶放大器。
（2）設計要求
①基本要求
a. 輸入阻抗≥1kΩ；單端輸入，單端輸出；放大器負載電阻600Ω。
b. 3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內增益起伏≤1dB。
c. 最大增益≥40dB，增益調節范圍10dB～40dB（增益值6級可調，步進間隔6dB，增益預置值與實測值誤差的絕對值≤2dB），需顯示預置增益值。
e. 最大輸出電壓有效值≥3V，數字顯示輸出正弦電壓有效值。
f. 自制放大器所需的穩壓電源。
②發揮部分
a. 最大輸出電壓有效值≥6V。
b. 最大增益≥58dB (3dB通頻帶10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz頻帶內增益起伏≤1dB)，增益調節范圍10dB～58dB（增益值9級可調，步進間隔6dB，增益預置值與實測值誤差的絕對值≤2dB），需顯示預置增益值。
c. 增加自動增益控制（AGC）功能，AGC范圍≥20dB，在AGC穩定范圍內輸出電壓有效值應穩定在 4.5V≤Vo≤5.5V內（詳見說明4）。
e. 輸出噪聲電壓峰-峰值VoN ≤0.5V。
f. 進一步擴展通頻帶、提高增益、提高輸出電壓幅度、擴大AGC范圍、減小增益調節步進間隔。
g. 其它。
（3）說明
a. 基本要求部分c項和發揮部分b項的增益步進級數對照表1.3.1所示。
表1.3.1 增益步進級數對照表
| 增益步進級數 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 預置增益值（dB） | 10 | 16 | 22 | 28 | 34 | 40 | 46 | 52 | 58 |
b. 發揮部分第d項的測試條件為：輸入交流短路，增益為58dB。
c. 寬帶放大器幅頻特性測試框圖如下圖1.3.19所示。
圖1.3.19 寬帶放大器幅頻特性測試框圖
d. AGC電路常用在接收機的中頻或視頻放大器中，其作用是當輸入信號較強時，使放大器增益自動降低；當信號較弱時，又使其增益自動增高，從而保證在AGC作用范圍內輸出電壓的均勻性，故AGC電路實質是一個負反饋電路。
e. 發揮部分第d項中涉及到的AGC功能的放大器的折線化傳輸特性示意圖如圖1.3.20所示；本題定義：AGC范圍=
（dB）；要求輸出電壓有效值穩定在4.5V≤Vo≤5.5V范圍內，即VoL≥4.5V、VoH≤5.5V。
圖1.3.20 放大器AGC功能的折線化傳輸特性示意圖
5. 方案例：測量放大器[9]
（1）測量放大器（方案1）
測量放大器（方案1）方框圖如圖1.3.21所示。系統由前級高共模抑制比儀器放大器、AD7520衰減器和單片機鍵盤顯示處理模塊三個模塊電路組成。在前級高共模抑制比儀器放大器中還將輸出共模電壓反饋到正負電源的公共端，使運算放大器電源電壓隨共模輸入電壓浮動，各級偏置電壓都跟蹤共模輸入電壓，從而提高了共模抑制比。由4片運放構成的前級高共模輸入的儀表差動放大器，對不同的差棋輸入信號電壓進行不同倍數的放大，再經后級數控衰減器得到要求放大倍數的輸出信號。AD7520衰減器利用電阻網絡的可編程性，實現衰減器衰減率的數字編程。單片機鍵盤顯示處理模塊除可以對8279進行實時控制外，還可進行數字處理和對繼電器及AD7520的控制。八位LED顯示電路顯示提示符及放大倍數。單獨設置的“＋”、“－”鍵，實現步進。
（2）測量放大器（方案2）
測量放大器（方案2）方框圖如圖1.3.22所示。系統由8031最小系統、低噪聲放大器、程控專業放大等電路組成。采用四位KSA－3型的BCD撥碼開關預置調節差模電壓增益。8031最小系統包括8031、74LS373、74THl38譯碼器以及8255等外圍芯片。顯示驅動芯片采用INTERSIL公司生產的CMOS通用型8位LED數碼管驅動電路7218B。7218B內含位和段驅動電路及自動掃描控制電路，還有 8 X 8位的靜態存儲器以及七段16進制顯示碼和 10進制顯示譯碼電路。8位LED數碼管直接與7218B相連。
通過改變電橋橋臂電阻得到一差模信號，信號先經OP07組成的前置放大器放大，提高共模抑制比，減少零漂。放大倍數通過程控增益放大電路調節。程控增益放大電路由AD7520組成。
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