低频小信号放大器电路设计.docx

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低频小信号放大器电路设计

低频小信号放大器电路设计

摘要

 实用性低频小信号放大器电路设计，它主要用于使用前置放大器的低频小信号的电压经过集成块LM358的放大使其增益二十几倍，达到信号放大的作用，本文介绍了其基本原理，内容，与低频放大微弱信号放大能力的技术路线，设计电路图方案等。

本系统是基于（IC）LM358设计而成的一种低频小信号放大器，整个电路主要由稳压电源，前置放大电路，波形变换电路3部分。

电源主要是为前置放大器提供稳定的直流电源。

前置放大器主要是由ML358一级放大电路和ML358二级放大电路组成，第一级可以将电压放大5倍，第二级可以放大1-5倍，总增益20-25倍，接通电源后，信号发生器产生信号，示波器用于变换的波形显示。

通过波形的数据变化，计算出增益效果，是否满足设计需求。

该设计的电路结构简单，实用，充分利用了集成功放的优良性能。

实验结果表明，前置放大器的带宽，失真，效率等方面具有较好的指标，具有较高的实用性，为小信号放大器的设计是一个广泛的思考。

关键词：

低频小信号，电压放大，前置放大级电路，集成块LM358

Designoflowfrequencysmallsignalamplifier

Abstract：

Theutilityoflowfrequencysmallsignalamplifiercircuitdesign,itismainlyusedforvoltagelowfrequencysmallsignalusingapreamplifierafteramplificationintegratedblockLM358hasgain20times,achievesignalamplificationeffect,thispaperintroducesthebasicprinciple,content,andlowfrequencyamplificationtechnologyrouteofweaksignalamplificationability,circuitdesignscheme.

Thesystemisbasedon（IC）alowfrequencysmallsignalamplifierLM358designed,thewholecircuitismainlycomposedofaregulatedpowersupply,preamplifiercircuit,awaveformtransformcircuit3parts.ThepowersupplyismainlytoprovideastableDCpowerforthepreamplifier.ThepreamplifierismainlycomposedofML358amplifierandML358twostageamplifiercircuit,thefirststageofthevoltagecanbemagnified5times,secondcanbemagnified1-5times,20-25timesofthetotalgain,power,signalgeneratorgeneratesasignal,oscilloscopeisusedtotransformthewaveformdisplay.Bythewaveformdatachanges,calculatedthegaineffect,whethermeetthedesignrequirements.

Thedesignofthecircuitstructureissimple,practical,makefulluseoftheexcellentperformanceoftheintegratedamplifier.Theexperimentalresultsshowthat,thepreamplifierbandwidth,distortion,hasbetterefficiencyindicators,andhashigherpracticability,designedforsmallsignalamplifierisabroadthinking.

Keywords:

Lowfrequencysmalsignal,voltageamplification,preamplifiercircuit，IntegratedblockLM358

第1章绪论…………………………………………………………………………………1

前言……………………………………………………………………………3

1.1课题研究背景……………………………………………………………………………3

1.2课题主要研究内容………………………………………………………………………4第2章设计方案分析…………………………………………………………………5

2.1设计任务………………………………………………………………………………6

2.2设计分析.......................................................................................................7

2.2.1设计技术指标...........................................................................................................7

2.2.2集成块LM358的介绍...............................................................................................8

2.3LM358概述.....................................................................................................................9

2.3.1LM358的原理与应用...............................................................................................9

2.3.2LM358行情介绍.....................................................................................................10

第3章前置放大器的设置原理描述.…………………………………………….....10

3.1总体方框图设计………………..........................................……………………………11

3.2方案设计与论证…..……………………………………………………………………12

3.3前置放大电路设计………………………………………………………..…………13

3.4电压跟随器电路设计……………………………………………….…………16

第4章软件介绍……………………………………………………………….……………17

4.1proteus仿真软件概述…………………………………………………………………19

第5章系统的软硬件调试……………………………………………….……………22

5.1实验电路功能的测试……………………………………………………………………23

5.2硬件调试…………………………………………………………………………………23

5.2.1上电前的调试……………………………………………………..……………23

5.2.2上电调试……………………………………………………………..…………24

5.3各模块调试……………………………………………………………….………24

5.4整机调试………………………………………………………………………………25

第6章详细元器件清单……………………………………………….……………25

结论………………………………………………………………………………………27

致谢……………………………………………………………………………………28

参考文献……………………………………………………………………………………31

附录………………………………………………………………………………………32

第1章绪论

前言

在科学研究和工程实践中，经常遇到的微伏级信号的检测有问题，如材料分析的地震波速度，测定，测量卫星信号接收器的荧光强度，红外检测的生物信号测量等。

微弱信号测量技术的检测是一项综合技术的分支，它利用电子方法，信息理论和物理，分析噪声的原因与规律，被测信号的特征和相关性，并恢复检测弱信号的背景噪声掩盖的。

无论什么样的弱信号检测技术需要对信号进行预处理，然后通过A/D采样，送入计算机进行处理。

信号的预处理包括前置放大电路，放大电路，滤波电路，由四部分组成的直流电源电路中。

高输入阻抗的前置放大器电路，噪声系数小，中间放大电路需要高倍放大，滤波电路，完成了初步的滤波去噪，为提供稳定的直流电压的直流电源电路。

本文的前置放大电路的设计与制作，主要内容和要求：

1种放大电路的优缺点，确定前置放大电路方案，并绘制出图；2仿真电路原理图，平面布置图；3电路装配，调试，测试，并与其他电路连接。

低频小信号放大器的消费产品的设备不仅是必不可少的，而且还广泛应用于控制系统和测量系统。

低频小信号放大器是一种技术，几十年来一直非常成熟的领域，，人们付出不懈的努力，无论是从技术线路或元件，和思想认识都有了长足的进步。

管目前市场上放大器价格很低，但至少有几，超过几千元的价格还是让人有些不情愿的，本文给出了一个简单的频率低、实用的设计方法，小信号放大器，生产成本低，并给出了测试结果，提供了一种实用方案。

前置放大器可以由单独的组件，也可以由集成电路放大由分离元件，如果电路是适当的组件，一个很好的选择，参数设置，性能优越，使调试好，然后表现将优于集成运算放大器，但从价格方面，本文选择集成运算放大器使。

因此本论文的设计，注重的是与实际相结合，有一定的实用性，是现代低频小信号放大器设计的一大发展趋势。

1.1课题研究背景：

随着科学技术的发展，信息获取！

调试！

传输已成为信息领域的一项关键技术！

作为信息技术的三大支柱之一，传感与检测技术已渗透到人类的科学研究！

课程实践和日常生活的各个方面，和传感器的感觉通常是非电气量，如压力，温度位移的浓度！

！

！

速度，并能把这些非电量电可以输出，如电压值，电流值的电荷，由传感器非电参数转换成电力，还需要经过放大处的一些分析进入后续处理单元；在传感器的输出信号以及微弱直流信号，近似。

易受噪声干扰，该干扰的噪声源产生的外因是电路本身的噪声引起的，所以为了能有效地提取有用信号的传输和处理，此外，该传感器的输出信号也需要信号调理后，放大，滤波等一列降低噪声，信号放大，传感器检测外部信号，输出信号与弱，他们中的许多人是在毫伏级不例如，在微伏的体表心电图，在输出电压毫伏计，这些信号。

在小小的，如何将这些小信号放大可以对付，他们必须扩大到几百毫伏即使伏级是一些数字仪表显示，这些问题需要解决的是放大电路。

根据不同的应用条件，并对不同类型的“放大电路设计；电子技术/放大，，有两层含义：

一是微弱信号放大到人所需的值来人来；二是信号波形的要求不能被放大失真，一些电子系统需要较大的功率输出，如家庭中的音响系统往往需要对音频信号功率砖或瓦数十数；这个信号通常更大的功率放大器，输入信号的振幅是比较高的，在扩增过程损坏的由噪声，输出信号无失真；对同类传感器弱信号输出装置，涉及小信号放大和分析；由于信号是弱的，脆弱的噪声污染,这些噪声主要由环境噪声!

电路元器件自身产生的噪声即本底噪声和小信号的幅值很小，一般数量级在毫伏级别，频率也很低，近似于直流信号”所在需要适当的放大，还需要能够有效地抑制噪声，因此，放大器的参数更高的要求，特别是噪声，因为小幅度是很容易受外界噪声的干扰，不易携带将有用的信号”现在，使用电路有两种，一种是离散的电路，使用一个晶体管，另一种是集成电路路，是集成芯片组件”在十二月一日1948晶体管的使用是出世98胡贝尔实验室，然后在1960，晶体管仅用于作为一个独立的装置，在1985由德克萨斯大学美国该仪器设计的第一个集成电路，是锗半导体的实现，在同一时期，美国的仙童半导体随着硅半导体集成电设计公司，然后结型场效应晶体管和MOS管得到了迅速的发展，自那时以来，电子电路的尺寸越来越小，越来越多的小型化，一体化也越来越高。

现在多用集成放大器，晶体管在”也是一个芯片由于其离散晶体管优越的性能和使用在高端领域，如音响，先进的助听器”目前，大多数的放大电路是采用集成运算放大器中，由于其高增益（高达60个180db），输入电阻大（千欧兆秒差距TENS）低输出电阻（欧洲），常见的模式抑制比，同时集成放大器的类型很多，不同功能的电路不同的种类，广泛的应用，它广泛用于非常微弱信号检测”，由于信号幅值很小，高输入阻抗低偏置的差分输入放大器的小信号检测的特殊性，但目前，集该放大器具有一些问题：

如使用阶段之间的直接耦合的集成电路，参数补偿电路采用放大了[2]的温度漂移，所以在抑制噪声方面的集成电路还需要更多的研究由于物理量传感器的测量范围是非常广泛的。

根据传感器的工作原理不同进行分类。

1.2论文主要研究内容：

由于集成运算放大器是目前广泛使用的小信号放大电路，通常是由高精度、LM358运算放大器的噪声！

LM358，但这些都集成放大器的输入阻抗抗高频特性，控制电源电压，晶体管电路由分立元件的使用自由的设计，在同一时间指数和正当程序，可控”基地集成三极管阻力比分立元件更大，低频噪声优于离散元，除了集成电路和报纸道发现等离子体噪声”但是现在由于集成电路的快速发展，性能完善，增益高输入阻抗，也增加了，更稳定，

所以小信号放大电路的设计，采用离散电路集成电路来实现，有效地从噪声信号的角度，从信号源中提取有用的信号放大处理的数量是非常必要的”在本文中，通过对目前现有的传感器放大电路的实现研究，发现集虽然集成运算放大器，功率放大器电路具有一些优点，如体积小，集成度高，直接耦合电路的形式，减少错误，但由于技术原因，本体集成三极管阻力比分立元件更大，低频噪声除了集成电路比分立元件i5]”报告发现，等离子体噪声，噪声的电路结构类似的分立元件在2-5次[5]“这是分立元件组成的电路，是立的静态工作点设计，电路级联形式，根根据实际需求可以单独调整组件的参数，增益，阻抗，噪声和其他设计指标的比较灵活的参数调整，如果合理，可以实现良好的性能，所以两个电路各有利弊，对两电路的研究和探讨都很有必要,本论文就是对电路方案都进行了详细分析，放大电路设计指导实践”。

该课程设计采用LM358集成块放大器对信号进行两级放大，使其增益到二十倍，满足信号放大的设计需求。

第2章设计方案分析

2.1设计任务

（1）1.根据具体设计课题的技术指标和给定条件，确定方案论证和电路图的设计，PCB的制作，要求条理清晰、方案合理正确、步骤完整；

（2）查询有关文献资料了解原理，并能正确选择有关元器件和参数，设计电路图并对设计方案进行仿真；

（3）完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果图；

（4）进行电路实验，调整电路；

（5）撰写课程设计报告——最终的电路图、仿真结果以及调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。

2.2设计分析

本课题主要利用前置放大器对低频小信号进行放大，基于（IC）LM358设计而成的一种低频小信号放大器，输入信号先基于LM358进行一级放大后再进行二级放大，经过电压跟随器获得放大后输出信号，可以通过定位器调节放大倍数。

2.2.1设计技术指标

（1）当输入正弦信号电压有效值为100mV；

（2）基于LM358一级放大倍数5倍；

（3）基于LM358二级放大倍数1—5倍；

（4）最终放大倍数不超过25倍；

（5）输出正弦信号电压有效值不超过2.5V；

（5）具有测量并显示低频小信号放大器输出功率（正弦信号输入时）、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度较高

2.2.2LM358集成块的介绍

LM358内部包括两个独立的，高增益，内部频率补偿适用于范围广泛的采用单电源供电电压双运算放大器，也适用于双电源工作模式，在设定的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

其范围包括传感放大器，直流增益模块和使用场合其他所有可用单电源运算放大器。

概述：

8个引脚塑料封装LM358双列直插，贴片和圆形金属外壳包装。

产品特点：

（1）内部频率补偿

（2）高直流电压增益（约100分贝）

（3）单位增益带宽（约1MHz的）

（4）电源电压范围：

单电源（3-30V）

（5）双电源（±1.5一±15V）

（6）低功耗电流，适合于电池供电

（7）低输入偏置电流

（8）低输入失调电压和偏置电流

（9）共模输入电压范围包括地

（10）差模输入电压范围，等于电源电压范围

（11）大输出电压摆幅（0至Vcc-1.5V）

运用：

红外线探测报警器

该报警器能探测到由人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

工作原理:

（1）由红外线传感器，信号放大电路，一个电压比较器，和一个延迟电路音响报警电路组成。

IC1的红外线检测传感器检测到所述主体的前部的红外信号从IC1

（2）微弱电信号的由第一放大构成的三极管VT1高增益级放大器电路的输出脚，然后输入辐射，以由C2运算放大器IC2，低噪声放大，此时由IC2脚输出的信号足够强。

IC3作为电压比较器，由销R10，VD1，提供了其第一参考电压时，IC2脚输出的信号电压达到IC3的脚，电压输入来比较两个，这时候从原来的脚IC3为高低。

报警延迟电路IC4，R14和C6形成为约1分钟的时间的延迟电路。

当IC3的引脚变为低电平，C6放电通过VD2，当IC4引脚变为低电平，

（3）它IC4针进行比较的基准电压，当它低于参考电压时，引脚的IC4变为高电平，VT2导通，换能器BL动力报警。

当人离开时，红外线不见，IC3的脚输出高电平恢复，VD2停止。

由于C5两端口的电压没有突变，它是慢慢地通过R向C6充电，C6结束时的电压比参考电压高，的脚IC4仅开始成为低电平时，约1分钟，报警1分钟。

由V3，R20，C9组成开机延时电路，时间约一分钟，这主要是为了防止报警，使用者开机后马上设置，让其有一定的时间离开视频监视现场，然后以防止停电产生误报当

有来电。

（4）该装置采用9-12V直流电源经T降压，全桥整流U，C10滤波，采用IC578L06电源检测电路。

该设备交直流两用，自动无缝过渡

2.3.1lm358的原理与应用

LM358是常用的双运放,这里我们介绍一下他的一些资料以及简单电路应用。

LM358里面包含有2个高增效，独立的内部频率增补的双运放，较适用于电压值范围较为宽广的的单电源，并且也可以用于于正负双电源的模式，LM358的往往使用在运算放大器和直流增效模块还有别的所有可用单电源的地方运用。

上图-1是lm358引脚图及引脚功能

2.3.2行情分析

LM358该型号，市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁，价格一直相对平稳。

有些分析人士，还把该型号归类为电源电路，因为它使用范围比较宽。

LM358最近一段时间市场销量比较稳定，主流品牌是TI、NS、国产品牌，国外品牌的价格一直相对偏高，最新报价有小幅度下滑，在0.4-0.7元/PCS区间波动。

国产品牌价格就非常低，相比月初，价格同样也有了小幅度下滑，网络报价一般在在0.13-0.15元之间波动。

第3章前置放大器的设置原理描述

本课题设计的前置放大器是二级使用的，它的主要作用将输入的小信号进行一级放大增益5倍，之后再进行进一步的放大1到5倍。

由于前置放大器仅仅只放大了有用的小信号，能够将电路上的一些噪声信号滤掉，从而减少了后级电路对噪声的进一步放大低频小信号放大电路实际上就是比较小的信号进行放大，使其电压、增大，然后输出，其原理如图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同相放大电路对输入的小信号的电压的放大，得到后一级所需要的输入。

后一级主要对信号再一步放大，经过电压跟随器使其能够驱动电阻而得到所需要的输出信号。

设计时首先根据技术指标要求，对整机电路进行适当安排，确保各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

3.1总体方框图设计

图-2，总电路方案图

主要由电源，地线，输入信号经集成块LM358一级放大后再进行LM358二级放大，可以通过定位器条节二级放大倍数1-5倍，经过电压跟随器得到输出电压。

接通电源后，输入信号电压放大后得到输出电压，连接示波器长生输入电压和输出电压波形，记录数据，计算得出放大倍数。

3.2方案设计与论证

由于提供的低频小信号非常弱，要在低频控制级前加一个前置放大器。

考虑到设计电路对频率响应及零输入时的噪声、电流、电压的要求，前置放大器选用集成运算放大器LM358。

输入信号通过两级放大得到输出信号。

3.3前置大电路设计

设计的前置放大器是二级使用的，它的主要作用将输入的小信号进行一级放大增益5倍，之后再进行进一步的放大1到5倍。

由于前置放大器仅仅只放大了有用的小信号，能够将电路上的一些噪声信号滤掉，从而减少了后级电路对噪声的进一步放大低频小信号放大电路实际上就是比较小的信号进行放大，使其电压、增大，然后输出，其原理如图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同相放大电路对输入的小信号的电压的放大，得到后一级所需要的输入。

后一级主要对信号再一步放大，经过电压跟随器使其能够驱动电阻而得到所需要的输出信号。

设计时首先根据技术指标要求，对整机电路进行适当安排，确保各级的增益分配，然后对各级电路进行具体的设计。

前置放大电路是由LM358放大器组成的一级放大电路，放大倍数为5，即R1=10K，R2=51K,所有电源

=100mV，GND。

基准电压96mv,如下图所示

图-3，前置LM358一级放大电路图

经过一级运放的放大，由

，可以得到

，于是我们就得到下一级放大电路的输入电压，即为

。

LM358放大器组成的二级放大电路，放大倍数为1-5，即R1=10K，R2=51K,所有电源

=100mV，GND，如下图所示

图-4前置LM358二级放大电路图

经过二级运放的放大，由

，可以得到

，于是我们就得到下一级放大电路的输入电压。

为了提高前置放大器电路的输入阻抗和共模抑制性能，减少输出噪声