模拟电路综合专题试验讲义-南开大学电子信息试验教学中心.DOC

模拟电路综合专题实验 ——讲义 电光学院 电子信息实验中心 王艳芳 目 录 实验一 基于TI-FilterPro的滤波器设计 3 一、 实验目的 3 二、 实验原理 3 三、 实验仪器 4 四、 实验内容及步骤 4 五、 思考题 11 实验二 运算放大器输出稳定性研究 12 一、 实验目的 12 二、 实验原理 12 三、 实验仪器 15 四、 实验内容及步骤 15 五、 思考题 15 实验三 差模小信号放大器设计 16 一、 实验目的 16 二、 实验原理 16 三、 实验仪器 18 四、 实验内容及步骤 18 五、 思考题 18 实验四 D类功率放大器设计 19 一、 实验目的 19 二、 实验原理 19 三、 实验仪器 23 四、 实验内容及步骤 23 五、 思考题 23 实验一 基于TI-FilterPro的滤波器设计 实验目的 掌握FilterPro的使用方法，能够利用该软件设计RC有源滤波器。 掌握TINA-TI的使用方法，能够利用该软件优化设计常用的模拟电路，并对该电路进行时域和频域的仿真。 实验原理 滤波器介绍 在介绍FilterPro之前，我们先简要介绍一下滤波器。按处理的信号不同，分为数字滤波器和模拟滤波器，我们重点研究模拟滤波器。按选通信号的频率范围不同，分为低通、高通、带通、带阻。按硬件结构的不同，分为有源滤波器和无源滤波器。无源滤波器：RLC，RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件巴特沃斯滤波器通带最平坦，阻带下降慢。切比雪夫滤波器通带等纹波，阻带下降较快。贝塞尔滤波器通带等纹波，阻带下降慢。也就是说幅频特性的选频特性最差。但是，贝塞尔滤波器具有最佳的线性相位特性。此外，还有椭圆滤波器，椭圆滤波器在通带等纹波（阻带平坦或等纹波），阻带下降最快。FilterPro软件介绍。 FilterPro简介 FilterPro是TI公司推出的一款滤波器设计软件，该软件可以从TI的官方网站上免费获得，该软件功能强大，可以对滤波器的各种详细参数进设计，输入参数后，就可以得到滤波的幅频特性、相频特性曲线，并且可以得到能够具体的电路，包括R、C等元件的值，有了这个软件我们就可以根据需要快速的得到我们想要的电路图。 TINA-TI简介 TINA-TI是TI公司和DesignSoft公司联合推出的专门为TI器件进行SPICE仿真的软件，它基于SPICE模型，是一款科学而且功能强大的电路仿真软件。它拥有内置信号源，频谱仪，示波器等模块，能分析所设计电路的时域和频域响应。TI公司在其网上免费提供这个软件，并专门为几乎所有的TI运算放大器，部分特殊功能放大器和一些开关电源芯片制作了TINA的器件模型，这样用户将不再需要自己从SPICE模型转换为TINA模型，节约了大量的时间。同时，TINA-TI中还内建了大量的例子，包括TI大部分运放的测试电路及一些常用的模拟电路。 在我们《模拟电路综合设计及应用》这门课中，我们首先利用TINA-TI对电路进行仿真，得到初始的设计参数，然后再在面包板上进行实际的验证。在以下几章的实验内容中我们将就具体实例介绍TINA-TI的使用方法。 实验仪器 台式计算机，示波器，信号发生器，直流稳压电源，万用表，面包板等。 实验内容及步骤 1. 利用FilterPro设计高性能语音信号滤波器 在模拟电路所处理的信号当中，语音信号是特别常见的信号。语音信号频段范围一般为20到20Khz，所以一般采用20Khz的低通滤波器对其进行滤波处理。 下面我们以语音信号低通滤波为例，介绍一下利用FilterRro设计RC有源滤波器的方法。 设计要求：低通，-3db截止频率20khz，-45db截止截止频率100khz，通带增益0db，通带纹波1db。 下面是FilterPro的设计步骤： 图1 低通滤波器 图2 具体参数设置 -3db（vo/vi=）截止频率20khz -45db（20lg（vo/vi）=-45，vo/vi=1/178） 频率100khz 纹波增益1db 通带增益0db 图3 归一化函数，切比雪夫 1db 图4 反馈类型Sallen-key 反馈类型主要包括MFB和Sallen-key两种，其中MFB：对元件变化不敏感；vo，vi反相；Sallen-key：vo，vi同相，输入阻抗高；增益精度高；单位增益用的器件少；在高Q，高频应用里MFB的C1小，误差大。如果输入电容大于C1/400，就要调整C1，filterpro要重新计算元件值。 图5 生成的电路及设计报告 最终设计结果：3阶低通，切比雪夫 1db滤波器 2. 利用TINA-TI优化设计高性能语音信号滤波器 通过上述内容我们利用FilterPro得到了滤波器的电路图，但其中的元件为理想值，下面我们将这些元