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1、实验四 由运放器构成的音频放大电路设计、仿真、测试报告实验目的：学习掌握运算放大电路结构的设计、依据需求计算确定元器件参数值的方法， 分析器件参数对整体电路性能的影响。实验设备及器件：笔记本电脑（软件环境：Multisim13.0、WaveForms2015）AD2 口袋仪器电容：0.1pF、10pF等电阻：10kQ、91kQ、100kQ等面包板、运放呸741、LM318、连接线等设计要求：（1）电路设计应避免运放共模抑制比的影响，增益为40dB左右；（2）5V双电源供电；（3）输入阻抗10kQ ；输出负载为10kQ；（4）输入、输出端加隔直流电容（设计中计算所得电容值就近使用满足设计要 求的
2、标称值）；（5）所有电阻的阻值不超过100kQ （考虑到减小静态功耗，在满足参数要求的 前提下，应尽量使用较大阻值的电阻，设计中计算所得电阻值就近使用标称值）；（6）通频带要求为20Hz20kHz。实验内容：l1. 电路设计（1）电路结构：根据避免运放共模抑制比的影响、增益为40dB左右、输入 阻抗为10kQ、输入、输出端加隔直流电容、电阻阻值不超过100kQ的要求，运 算放大电路应采用反相输入方式。若采用反相输入基本放大电路（见图1-1）， 电路增益4 = RF/R1，而R1 = 1。质，为达到40dB的增益气的阻值将达到1MQ， 不满足要求，因此采用T型反馈，电路结构见图1-2。（2）R2
3、、R3、R4、R5的选取：基于减小静态功耗及运放输入端直流匹配电9 +5V?+5V10kQC2RR1 -5Vvi 0.1|i F10kQ图1-1C3R 100kQ图1-2R 10koL阻的需求及增益为40dB，有:（公式）（公式）R3 n 910，R5 n 100R2 = R3 + R4/R5, R （R + R ） + R R A = 45 3 535 1易知所有电阻中R最大，将R2选为100kQ。设R3=R4，计算R3、R5的阻值：将R2 =100KQ,R =10KQ代入上方两式，得到，将选定的阻值带入增益公式：/ R R （R + R ） + RRA =寸=4 53 3 = 101.01
4、（计算数值）v RR RA （dB） = 20lgl A 1= 201g d = 40.087dB（计算数值，用vv R1dB表示）（3）电容的取值：（a）求解电容C1的容量（可令C1的容抗在20Hz处为、的0.1倍）；根据公式 Xc = 2n1fC，f=20Hz, Xc = 0.1%=10，代入可得： q n 7.96 X10-6 F n 10RF（b）求解电容C2的容量（可令C2的容抗在20Hz处为&6的。.1倍）；因为R1 = R6，频率相同，故计算结果同上，C = C1 = 10rF（c）电容C3取值0.1F即可。2. Multisim 仿真（1）使用A 741运放器，输入信号为峰值1
5、0mv （有效值为7.071mv）、1kHz（为使波形明显，两波的纵坐标（电压）并未调成同一标度，输入波（红线）为10mv/Div, 输出波（蓝色）为500mv/Div）图2-1 10mv、1kHz输入信号下的输入和输出波形（2）使用A 741运放，输入信号为峰值100mv （有效值为70.71mv）、 1kHz正弦波，将仿真输入、输出信号屏幕拷贝贴于下方（图2-2）。图2-2 100mv、1kHz输入信号下的输入和输出波形为使波形明显，两波的纵坐标（电压）并未调成同一标度，输入波（红线）为100mv/Div，输出波（蓝色）为 2v/Div）分析：波形失真是因为此输入电压下，输出电压进入正向饱
6、和区，即进入非线性区， 导致波形失真。（3）使用用41运放器，对放大电路进行频率特性（频率范围为1Hz1MHz） 仿真，将仿真特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图2-3）。幅频特性曲线：中频增益：下限截频：ModsLogLinMHzH面曲也1dB-200dB相频特性曲线: Bude Plotter-XBPIMadeLag Un1MHj1Hnn.EQntJilUh72jDea-720Deg图2-3 |jA741运放电路频率特性仿真结果（4）使用LM318运放器，对电路进行频率特性（频率范围为1Hz1MHz） 仿真，将仿真特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图2-4）。幅频特性曲线:中频增益:下限截频:上限截频:通
7、频带：2.512Hz-140.958kHz相频特性曲线:图2-5 LM318运放电路仿真的相频特性3.实际电路测试（使用AD2的网络分析功能）UA7+1C D, P, or PS Package8-Pin SOIC. PDIPr SOTop ViewI OFFSEI N1ININ +VCC-二O、匚27二36二4551录旦子论坛LNCVCC*OFFSE7 N2M -innIn3皆班E1tiorr-wi：4 Wxt:f-ansjuitTat-Ltudr:山EJ刁 yupiitudfti+ 阪】wtiyChirmrLBlI s;弗，top：etl dfLvB：-tbTl：&a da5酣 M t*i
8、甲回响费OffMl； * 三Eiir4中!en *Channf-l、T ChanoK-artiti!4 Not to 5cele（1）使用用41运放器对电路进行频率特性（频率范围为1Hz1MHz）测试，将 测试特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图3-1）。幅频特性曲线：中频增益：W Wrfcrms new woirfcsfjaceVorksfkacc SttinE5 Vindav Ueipielc * ffelp1 File Conrrol 妁:i松下限截频：W 讷甘花Forms (new workspace日 Cheowl 3Off 1:i0 Channr0 Vuyi tud?- .rndci- 5
9、epk肆眉网 S朝TjiuiiwFile Cunlrul Tier iLiuk*MSingle A RunHeir + Hrlp二 nd#上限截频：| WWavefonrs(|new wofkspacejw&rft.甲e睫 Snlnge 巧网e HtlpTel re*e + HlpFile Cnntrnl Vimn Tindov相频特性曲线（下方）回此怜pi orri;Node-:：L Ltudr:ID IhameL LLhitd-;dBTop:毋 dDBoLtoa;-60 JBNlMcrnnCustoa Ivo阁 Channelqrr&*t! a y*也： ConBianr tudia:ri
10、iPI PIuwpgrrt； Eanp;仲18|6G */REmivt to LharniE-1 Unltl：dBlou：40 dBBoLLqs： 6fl 1BSgErua*Add. ChannrVCJCDCK *HelpSuppL EfS 口WTTTir-K I 4*File font ml Vlct IindcLnflleRun目 SCflpjv- .Decade：.nLicude： LQ可 Uhnitu而/如 Mtg3E加se g i -iUd-SwJM： . L5Scale：L 州却fUhflhOffset：Ln.iE.ss;Top=60Batt:-fi0 lavflsn Offaet
11、;0Ua 柬Cd SiarT： L Hi0 Channel 】 Offst:图3-1 uA741运放电路测试的相频特性（2）使用LM318运放器对电路进行频率特性（频率范围为1Hz5MHz）测试，将 测试特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图3-2）。（跳过）图3-2 LM318运放电路测试的相频特性4.计算、仿真、测试所获电路参数对比分析表1-1计算、仿真与测试数据对比表应41LM318理论增益（dB）4040仿真增益（dB）40.0840.082测试增益（dB）40.193仿真下/上限截止频率2.497/9.704kHz2.512/140.958kHz测试下/上限截止频率2.37/5.800kHz对比分析总结：UA741的增益值理论、仿真、测试相差不大，下限截频仿真和测试基本相 同，上限截频测试和仿真相差较大。UA741和LM318的增益都为40dB左右，满足要求，uA741的频率范围太 低，音频放大效果不好。LM318的中频带范围能达到20Hz-20kHz的频带范围要 求，音频放大效果好。
