放大器电路范文

时间:2023-02-21 02:19:05

放大器电路

放大器电路范文第1篇

超声波传感器内部结构是压电晶体,当压力传感器受力后产生极其微弱的电荷量,这给后接电路带来一定困难[4],因此我们需要设计一个新型的电荷放大器。先要把压电传感器发出的信号先输入到极高输入阻抗、极低的偏置电流和带宽宽的电荷放大器中。只有在极高输入阻抗的条件下,电荷放大器的输入端几乎没有分流作用,因此运算电流都流入反馈回路,只有这样电荷量的泄漏才能减少到我们所要求的范围之内[5]。根据上面叙述集成运放的选择要求,设计时我选用了LMC662,AD823,LMC6041和AD8606芯片主要参数进行了对比(如表1所示),并进行了相关的仿真,经过综合对比验证选用了AD8606这款芯片作为电荷放大器的芯片。

2电荷放大器电路的设计

图3为本文设计实际电荷放大器仿真电路图。图中,电荷放大器内部只能做到非完全补偿,势必会产生自激振荡,在运算放大器中接入由电容C1组成的补偿电路,可以消除自激振荡。新型电荷放大器电路可以看作是一个电容负反馈增益积分放大器,所以电荷放大器反馈电容C9的选择必须与积分网络的反馈电容基本要相同[6]新型电荷放大器输出灵敏度是通过调节电荷放大器的反馈电容C9来实现的。要求反馈电容C9的值不能取太小,否则分布电容会产生很大的影响;但是反馈电容C9的值也不能取太大,否则漏电太大。电荷放大器是采用了电容负反馈,所以电荷放大器对直流工作点相当于开环,导致零点漂移较大;为了减少零漂,使电荷放大器工作稳定,一般在反馈电容两端并联一个积分漂移泄漏电阻R5(1012以上)做反馈,提供直流反馈,以保持电荷放大器电路正常工作[7]。

3仿真与分析

本文采用Multisim12仿真软件对电荷放大器电路进行仿真测试。仿真电路主要有两个目的:第一,要注意电荷放大器在不同信号强度下延时变化情况。第二,同时要求检测信号通过电荷放大器放大的效果。因为时间测量的精度决定了超声波气体流量计传播时间的测量精度,所以要求在不同的电流强度下,看信号相位差变化大小。相位差测量方法一般有阈值法、峰峰值测量法和过零检测法。阈值法是先假定一个值,当信号都经过这个值时作为测量的依据,但是在不同信号强度下的电流,电压值在不停的变化,我们根本无法用阈值法来测量小信号相位差。峰峰值测量法是测量两个波形的最大正值或是最大负值。然而对于小信号用峰峰值进行测量时,噪声会对峰峰值检测会产生很大的影响,这个测量方法虽然简单,但是准确度不是很高。过零检测法是一种经典的调制域分析方法,通过测量两个同频率信号过零的时间差,从而确定电荷放大器的时间延时,如图4所示。此方法简单可靠,实用性强,能够实现高精度测量。本文采取以第二波过零为基准来测量时间延时的大小。用Multisim12仿真电荷放大器在不同的信号强度下测得时间延时的大小,如表2所示。根据表1的数据,用MATLAB编写信号强度与时间延时曲线图如图5所示。如图5所示,电荷放大器的延时时间会随着信号强度呈指数规律衰减,因此电荷放大器引起延时变化很大,故对实验测量的结果造成严重的影响。为了克服这一缺陷,需要设计一种增益补偿电路来提高测量超声波气体流量计传播时间的精度。我们设计的时间增益补偿电路如图6所示。主要是利用通滑动变阻器和电荷放大器来实现增益补偿。压电传感器发射超声波信号具有连续性,根据每次接收到超声波信号的强弱来调整滑动变阻器的阻值,使电荷放大器的延时保持在一个固定值。这样可以保证每次检测信号通过电荷放大器的延时都是一样,提高测量的精度。所以只要选择合理的芯片和反馈电阻的大小,使前面的曲线下降和后面的曲线上升,就可以实现增益补偿的目的,这样就可以很好的补偿电荷放大器造成的时间延时[8]。在图6中,在不同信号强度下电流的大小,通过调节可变电容与可变电阻使得电荷放大器延时保证一致。如表3所示。根据表2的数据,通过MATLAB编写补偿后时间延时曲线图如图7所示。由图7可知,信号通过增益补偿后不论通过电荷放大器信号强弱,时间延时都是相等。这样使得测量时间更加精确。信号在200kHz,1μA条件下,通过电荷放大器和滤波器电路以后的波形如图8所示。由图8我们可以看到信号经过电荷放大器放大的波形的效果很好,原始信号的电压值大约在300多μV,而放大后的信号大概在20mV左右。

4实际应用效果

由于仿真为实际应用提供了可靠的理论基础,电荷放大器在实际应用效果很好,图9就是信号放大后通过示波器得到的实际波形,由图9可知杂波干扰基本是在200mV以内,信噪比很高。

5结束语

本文设计的电荷放大器是针对超声波气体流量计小信号的放大。信号在经过电荷放大器时时间延时是变化,因此增益补偿是电荷放大器电路中一个重要的部分,本文给出了一种补偿增益电路设计方案,通过实验表明它具有很好的增益补偿效果。

放大器电路范文第2篇

关键词:仪表;放大器;原理;设计

1.引言

一般智能仪表所采集到的信号都是非常微弱的信号,这些信号都具有小信号的基本的特征:信号的幅值很小通过在毫伏级别,并且所采集到的数据当中存在着较多的噪声。针对这种微弱的带有噪声的信号,一般首先利用智能仪表所自带的放大电路将信号进行放大处理。但是放大的目的不仅仅局限于提高信号的幅值大小,在很大程度上是为了提高信号的信噪比;仪表的等级是根据仪表所能够分辨的小信号的级别来进行划分的,其中动态范围也是衡量其很重要的一个指标。智能仪表的输入信号的范围在很大程度上取决于仪表自身所带的放大电路。本文在智能仪表自身所带的放大电路的结构和原理的基础上对仪表放大器的电路进行设计,并且设计出了常见的几种仪表的放大器的电路,并且给出了电路放大器的特点,为智能电子仪表的改进和改良提供了切实的理论依据和实践基础。

2.仪表放大电路的组成和原理

智能仪表的放大电路的结果如下图所示,其一般由两级的差分放大电路组成。其中前两个放大器A1和A2是通过同相输入的方式,这种输入的方式能够在一定程度上提高电路的输入的阻抗,能够减小电路结构对于输入信号的衰减的作用。利用差分的信号输入可以使得放大电路对于信号的方法仅仅局限在对差模信号的放大上,并且能够在一定程度上提高后级别的差模信号和共模信号的幅值之比,也就是共模抑制比,在本实例中A3是放大电路的核心,在控制共模抑制比不便的情况下最大程度的降低对于电路中各级电阻的精度的要求,最终使得仪表放大电路具有较好的抑制工模信号的能力,此外电路的增益和电路中的电阻有直接的关系通过调节电路中电阻值可以对放大电路的增益进行有效的调节。

3.仪表放大电路的设计

3.1放大电路的方案设计

从现在的技术角度来看实现智能仪表的放大电路的方式主要具有两种形式,一种是通过分立的元器件组合而成,另外一种是由单片机来进行实现。本文利用元器件LM741以及OP07以及集成运算放大器LM324和单片机AD620来对智能仪表的放大器电路进行了方案设计。首先第一种方案是由单个通用性的运放LM741来进行实现,利用3个LM741来组成仪表的运算放大器,另外还包括A1和A2两个集成运放,最后组成的集成运算放大器智能仪表放大电路的方案结构如下所示:另外智能仪表的放大电路亦可以由三个OP07组成,其电路结构和方案1类似,但是其可以用3个OP07来代表原来方案中的A1、A2、A3三个集成运算放大器。此外通过利用集成有四个集成运算放大器的LM324也可以实现智能仪表的放大电路的设计就是方案3,该方案将四个具有独立功能的集成运算放大器放置在一个芯片当中,因而就可以大大减少由于智能仪表在放大电路设计的过程中由于制造的工艺的不同而造成智能仪表的放大电路在性能上的不同,并且该方案在电源的供电方式上选择了单电源供电的方式,因而其能够大大减少电路在设计的过程中所出现的干扰和造成,能够在一定程度上降低干扰因素提高智能仪表放大电路的性能,但是在这过程中电路的工作的原理是和上述方案基本类似的。最后一个智能仪表的放大电路的设计方案是由一个单片机的集成芯片AD620来进行实现的,该电路的设计结构非常的简单,通过一个集成芯片AD620,外加用于调节放大电路放大倍数增益的电阻,再对电路进行电源进行供电就实现了智能仪表放大电路的第四种设计的方案,该方案具有设计方式简单使用非常方便等特点,并且也仅仅需要对相应的控制增益的电阻进行调节就能够对放大电路的增益进行调整。

3.2放大电路性能测试

对于上述所设计的四种智能仪表的放大电路,其中四种电路的设计的结构都非常的类似,其组成的形式都是桥式的电路,都是讲差分输入改为单端的信号输入,本文对于几种方案的信号源的最大输入值和最小输入值以及放大电路的最大增益以及共模抑制比等几个方面进行了测试,其中电路的最大输入和最小输入时在特定的测试条件下使得电路输入信号不失真的情况下能够输入的最大和最小的信号。而放大电路的最大的增益则是值在给定的条件下不失真的时候所能够对输入信号放大的最大的倍数。共模抑制比可以通过一定的公式来进行计算。从仿真的结果来看仿真的效果要比实际测试的效果要好,这是因为在仿真的过程中不会受到各种环节和信号的干扰。在实际使用的过程中各个硬件环节以及认为操作的因素都会对测试的结果产生不同程度的影响。通过测试发现方案2其信号的动态的输入范围是最大的,电路的增益也是最大的,共模抑制比也是最大的,因为该种方案是最优的,该方案的成本要比方案1和方案3稍高,但是要比方案4便宜不少,所以综合考虑成本和性能的因素方案2是最为适宜选择的智能仪表放大器放大电路的设计的方案。

4.结语

在智能仪表中,放大电路的性能直接影响到了仪表的性能,因而提高智能仪表的性能关键就是提高其中放大电路的性能,本文对放大仪表放大电路在其原来结构和原理的基础上进行了重新的方案的改进和设计,并且从输入信号的动态范围,增益以及共模抑制比等几个方面对放大电路的设计方案进行了仿真,综合成本和性能确定了最优的智能仪表的设计方案。

参考文献

[1]王余峰,王志功,吕晓迎,王惠玲.单片集成低功耗神经信号检测CMOS放大器[J].半导体学报.2006(08)

[2]梅玉芳.仪表放大器及其应用问题研究[J].中国科技信息.2006(16)

[3]杨银堂,贺斌,朱樟明.CMOS斩波稳定放大器的分析与研究[J].电子器件.2005(01)

放大器电路范文第3篇

关键词:LM324四运算放大器; LA4102功率放大器; 电阻; 电容

一、概述

通过本次设计了解音响放大器的基本构成,组成一个简单的音响放大器;

理解音量控制器、集成功率放大器的工作原理和应用方法;根据音响放大器的基本要求设计音响放大器,能够独立搭接电路、掌握调试技术。音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期,在不同的历史时期都各有其特点。预计音响技术今后的发展主流为数字音响技术。在本次设计中,我们认识到一个简单的模拟电路系统,应当包括信号源、输入级、中间级、输出级和执行机构。信号源的作用是提供待放大的电信号,然后进入输入级,中间级进行电流或电压放大,进入输出级进行功率放大,最后推动执行机构做某项工作。

二、音响放大器各部的电路设计

1.话筒放大器与混合前置放大器的电路设计

由于话筒的输出信号一般只有5mV左右,而输出阻抗达到20kΩ(亦有低输出阻抗的话筒如20Ω,200Ω等),所以话音放大器的作用是不失真地放大声音信号(最高频率达到10kHz)。其输入阻抗应远大于话筒的输出阻抗。

图1.2所示电路由话音放大器与混合前置放大器两级电路组成,其中A1组成同相放大器,具有很高的输入阻抗,能与高阻花筒配接作为话音放大器电路,其放大倍数A =1+R12/R11=8.5(18.5dB)

四运放LM324的频带虽然很窄(增益为1时,带宽为1MHz),但这里放大倍数不高,故能达到f =10KHz的频响要求。

混合前置放大器的作用是将磁带放音机输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合放大,其电路如图1.1所示。这是一个反向加法器电路,输出电压与输入电压间的关系为

2.音量控制器的电路设计

音量控制器主要控制、调节音响放大器的幅频特性,以达到时在不同的频率下有不同的输出要求。其电路如下图,RP 称为音量控制电位器,其滑臂在最上端时,音量放大器输出最大功率。

3.功率放大器

集成功率放大器的电路如图3,RF,CF 与内部电阻R11组成交流负反馈支路,控制功放级的电压增益AVF,即AVF=1+R11/RF≈R11/RF 得功放级的电压增压

AV4 ≈R11/RF=33 如果出现高频自激(输出波形上叠加有毛刺),可以在13脚与14脚之间加0.15uF的电容,或减小CD的值

(五)音响放大器各级电路的制作及调试

1.合理布局,分级装调

音响放大器是一个小型电路系统,安装前要对整机线路进行合理布局,一般按照电路的顺序一级一级的布线,功放级应远离输入级,每一级的地线应尽量接在一起,连接尽可能短,否则很容易产生自激。

安装前应检查元器件的质量,安装时特别要注意功放块,运算放大器、电解电容等主要器件的引脚和极性,不能接错。从输入级开始向后级安装,也可以从功放级开始向前逐级安装。安装一级调试一级,安装两级要进行级联调试,直到整机安装与调试完成。

2.整机功能试听

用8Ω/5W的扬声器代替负载电阻RL ,在功放块的引脚14,运算放大器的引脚4输入5V~9V的电压。可进行以下功能试听:

话音扩音

将低阻话筒接话音放大器的输入端,要注意,扬声器输出的方向与话筒输入的方向相反,否则扬声器的输出声音经话筒输入后,会产生自激啸叫。讲话时,扬声器传出的声音应清晰,改变音量电位器,可控制声音大小。

音乐欣赏

将录音机输出的音乐信号,接入混响前置放大器,改变音调控制级的高低音调控制电位器,扬声器的输出音调发生明显变化。

卡拉OK伴唱

录音机输出卡拉OK磁带歌曲,手握话筒伴随歌曲歌唱,适当控制话音放大器与录音机输出的音量电位器,可以控制歌唱音量与音乐音量之间的比例。

3.调试结论:

本电路在调试过程中,音频输出效果基本符合题目要求,功放各种音频信号声音洪亮清晰,无噪音,失真度几乎没有。但在话筒信号输入部分电路中,出现了放大倍数不够,导致了功放话筒声音小,而且有噪音。改进方法应为加大放大倍数,接上滤波电容,提高话筒前置放大能力。

参考文献

[1]瞿德福主编:《实用数字电路读图方法》(第2版),机械工业出版社。

[2]王艳红主编:《数字电路技能实训教程》,煤炭工业出版社。

[3]刘勇主编:《数字电路》(第2版),电子工业出版社。

[4]陈振官主编:《数字电路及制作实例》,国防工业出版社。

放大器电路范文第4篇

关键词: Cadence;仿真;CMOS;放大器

中图分类号:TP368 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0310020-03

0 引言

在电路设计领域中,模拟电路设计(Design of Analog Circuit)是不可或缺的部分,而模拟CMOS集成电路设计(Design of Analog CMOS Integrated Circuit)已成为其核心。

当模拟电路设计完成后必须进行仿真验证,模拟、混合信号IC的仿真验证是IC设计成败的关键。Cadence软件提供非常完整的模拟、混合信号仿真验证的解决方案,因此现在工业界多使用Cadence软件,那么学会使用Cadence将是非常有必要的。

刚开始学习CMOS模拟电路设计的大学生一定会遇到不小的难题,但是若在学习的同时使用Cadence来进行仿真验证,这将对知识的领悟是大有裨益的。因此,本文旨在通过对三种简单CMOS放大器的设计与仿真来介绍一些便于理解的仿真思想,希望能帮助初学者学习和分析。

1 共源共栅放大器的设计与仿真

将欲搭建的器件、电阻、电源和地线按照图4构造电路,下文中出现的符号(如M4)可通过图4查看。电源设置5V,nmos选择“mn”,pmos选择“mp”,为了近似可以忽略沟道调制效应,采用沟道长度L=4 。

1.1 设定直流工作点以及各个参数

1.1.1 确定M4的直流电压、电流和W(沟道宽度)

首先引出一个惯例:一般取 ,并且习惯设定管子的过驱动电压 。那么M4的

,Vb3=5V-1.2V=3.8V。现在开始确定M4的W,假设根据功耗要求

,先给W设定a*1 ,然后DC单独扫描出a即可,单独扫描的电路如图1所示。DC扫描操作步骤:首先用Outputs中的To be saved将要检测结点的电流保存,单击该结点即可;再DC扫描一次;最后点击ToolsCalculatordc,点击第一步中To be saved保存的结点,选中 即可观测a与 的关系。

备注:因为共源共栅有屏蔽特性,则交流作用时 几乎维持 不

变,为了获得最大摆幅而将M4设定在临界饱和附近,但为了保险,给它留了0.1V的余度,因此图1中电压源设定为4.7V-0.1V=4.6V。

切记不能直接在电路图中DC扫描,这样M4的 受到下面还未确定参数的MOS管影响。所以一定要在旁边单独画出电路来设定M4的W,其它MOS管也要这样操作。我要指出一点:我们在设置各MOS管的W时,应谨记M1和M4由于屏蔽特性要随时工作在饱和区边沿才能有最大摆幅,而M2和M3在直流时的 和 应均分。

1.1.2 确定M1,M2,M3的直流电压和W(沟道宽度)

现在来确定M1的参数,由于 ,则

还是对M1的W进行扫描,保证,电路如图2所示。

图3中, ,电压源V10=2.5V,扫描W使

现在来确定M2的参数,由于,则Vb1=1.0V+

瞬时(tran)仿真结果如图4所示:

1.2 Ac扫描

增益幅度(分贝)扫描结果如图5:

增益相位(度)扫描结果如图6:

2 套筒式差动放大器的设计与仿真

将欲搭建的器件、电阻、电源和地线按照图11构造电路,下文中出现的符号(如M0)可通过图11查看。电源设置5V,nmos选择“mn”,pmos选择“mp”,为了近似可以忽略沟道调制效应,采用沟道长度L=4 。

2.1 设定直流工作点以及各个参数

2.1.1 确定M0的直流电压、电流和W(沟道宽度)

根据惯例,取由于一般正常工作时希望有较大的输出摆幅,设定但是DC扫描W时应给M0留出一点余度,所以取 来扫描(即图7中)。

2.1.2 确定M1、M2的直流电压和W(沟道宽度)

M1的

注意:当直流工作时M1和M2的端电压完全相同(可以看作并联),所以干脆把右图中M1的并联数设定为真实套筒式差动放大器电路中M1并联数的两倍(这时的M1代替M1和M2的共同作用,则是在 的条件下扫描出W的,这时的W放在真实套筒式差动放大器电路中,流过M1的直流电

M2和M1的参数完全一样。

2.1.3 确定M7和M8的直流电压和W(沟道宽度)

备注:因为共源共栅有屏蔽特性,则交流作用时 几乎维持

不变,而为了获得最大摆幅应将M7设定在临界饱和附近,但为了保险,给它留了0.1V的余度,因此图9电压源设定为4.7V-0.1V=4.6V。

切记不能直接在电路图中DC扫描,这样M7的 受到下面还未确定参数的MOS管影响。所以一定要在旁边单独画出电路来设定M7的W,其它MOS管也要这样操作。

M8和M7的参数完全一样。

2.1.4 确定M5和M6的直流电压和W(沟道宽度)

M6和M5的参数完全一样。

2.1.5 确定M3和M4的直流电压和W(沟道宽度)

瞬时(tran)仿真结果如图11所示:

2.2 Ac扫描

增益幅度(分贝)扫描结果如图12:

增益相位(度)扫描结果如图13:

3 结论

本文采用既联系数学公式又考虑实际电路效应的仿真思想,解决了为了得到较大的电压摆幅而使某些管子在工作时进入三极管区,导致增益降低;沟道长度调制效应和体效应的影响;如何确定MOS管的沟道长度L和沟道宽度W等初学者难以考虑到的问题。本文阐述的仿真思想在诸多复杂CMOS模拟集成电路的设计与仿真验证中都可供初学者借鉴。

参考文献:

[1]毕查德.拉扎维著,模拟CMOS集成电路设计[M].陈贵灿等译,西安:西安交通大学出版社,2002.12.

放大器电路范文第5篇

关键词:射频 功率放大器 电路设计 无线通信 设计

中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)04(c)-0087-02

在无线通信技术领域中,GaN高电子迁移率晶体管作为最新的半导体功率器件,由于其本身具有宽禁带以及击穿场强高、功率密度高等特征优势,在高频以及高功率的功率器件中具有较为突出的适用性,在电子信息系统性能提升方面具有较为明显和突出的作用优势,在无线通信技术领域的应用比较广泛。针对这一情况,本文在进行射频功率放大器及其电路的设计中,专门采用ADS仿真软件对于射频功率放大器及其电路的设计进行研究分析,并对于仿真设计实现的射频功率放大器在无线通信技术领域中的应用和参数设置进行分析论述,以提高射频功率放大器的设计水平,促进在无线通信技术领域中的推广应用。

1 射频功率放大器的结构原理分析

结合功率放大器在无线通信系统中的功能作用以及对于无线通信技术的影响,在进行射频功率放大器的设计中,结合要进行设计实现的射频功率放大器的工作频带以及输出功率等特点要求,以满足射频功率放大器的设计与应用要求。在进行本文中的射频功率放大器设计中,主要通过分级设计与级联设置的方式,首先进行射频功率放大器的功率放大级以及驱动级设计实现,最终通过电路设计对于射频功率放大器的两个不同级进行连接,以在无线通信中实现其作用功能的发挥,完成对于射频功率放大器的设计。需要注意的是,在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中,主要应用GaN高电子迁移率晶体管进行射频功率放大器功率放大级结构模块的设计实现,同时在功率放大级结构模块的电路设计中,注重对于输出功率保障的设计;其次,在进行射频功率放大器的驱动级结构模块设计中,以C波段的功率放大模块设置为主,电路设计则以增益提升设计为主,并对于增益平坦度和输出输入驻波进行保障。如图1所示,即为射频功率放大器的功率放大级模块设计示意图。

2 射频功率放大器及其电路的设计分析

结合上述对于射频功率放大器的结构原理分析,在进行射频功率放大器的设计中,主要包括射频功率放大器的功率放大级设计和驱动级水,此外,对于射频功率放大器电路的设计,也需要结合两个结构模块的实际需求进行设计实现的。

2.1 射频功率放大器的功率放大级模块设计

在进行射频功率放大器的功率放大级模块设计中,主要采用GaN高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现,需要注意的是,在应用GaN高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现中,由于GaN高电子迁移率晶体管目前还不具有较大的信号模型,因此,在进行该结构模块设计中,注意结合实际设计需求进行选择应用。在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中,通过直流偏置仿真设计对于氮化镓管子的静态工作点进行确定,也就是实现氮化镓管子的漏极电流以及漏极偏置电压、栅极偏置电压等参数的确定,在对于上述氮化镓管子静态工作点进行确定后,通过ADS仿真软件实现场效应管直流的仿真设计,同时注意在仿真设计中进行二端口模型的添加,并结合上述GaN高电子迁移率晶体管的信号模型情况,进行S参数信号的编辑导入,同时进行直流偏置仿真控件的加入,进行相关数值的确定,以实现射频功率放大器的功率放大级设计。

此外,在进行射频功率放大器功率放大级负载阻抗的设计中,根据相关理论,在负载阻抗与网络匹配良好的情况下,负载阻抗的共轭复数与网络的输出阻抗值是相同的,因此,就可以通过计算对于射频功率放大器功率放大级负载阻抗值进行分析得出,实际上也就是它的共轭复数值。同时,在进行功率放大级设计中,结合封装参数输出端的阻抗模型,设计中为了实现场效应管输出电路匹配的优化,以为输出电路进行准确的负载阻抗提供,还需要在设计过程中将场效应管的封装参数在输出匹配电路中进行设计体现,因此就需要对于Cds参数值进行求取。

最后,在射频功率放大器功率放大级设计中,偏置电路主要是用于将直流供电结构模块中所提供的电压附加在功率放大器的栅极与漏极中,并实现射频信号以及滤波的隔离和电路稳定实现。在进行功率放大级的电路设计中,注意使用ADS软件工具对于微带线尺寸进行计算,病毒与全匹配电路进行微带线设计,同时通过栅极偏置电路与漏极馈电电路,以实现功率放大级的电路设计。此外,在进行功率放大级模块设计中,还应注意对于模块中的任意功率放大芯片,都需要进行相关的稳定性分析,以避免对于射频功率放大器的作用性能产生影响。

2.2 射频功率放大器的驱动级模块设计

在进行射频功率放大器的驱动级模块设计中,主要通过C波段功率放大模块进行该结构模块的设计应用。其中,在对于驱动级模块的参数设置中,对于输出、输入参数均以内匹配方式进行匹配获取。对于射频功率放大器的驱动级设计来讲,进行功率放大模块偏置电路的合理设计,是该部分设计的关键内容。

最后,在进行射频功率放大器的电路设计中,在进行功率放大模块电路设计中,GaN HEMT结构部分需要进行栅压的增加设置,并且需要注意栅压多为负压,在此基础上还需要进行漏压增加设置。值得注意的是,在进行射频功率放大器的偏置电路设计断开同时,对于栅压和漏压的断开顺序刚好相反,以避免对于功放管造成损坏。

3 结语

总之,射频功率放大器作为无线通信技术领域的重要器件,对于无线通信技术的发展以及通信质量提升都有重要作用和影响,进行射频功率放大器及其电路的设计分析,具有积极作用和价值意义。

参考文献

[1] 沈明,耿波,于沛玲.一种射频大功率放大器电源偏置电路设计方法[J].中国科学院研究生院学报,2006(1).

[2] 陈玉梅,钱光弟,龚兰.30MHz-512MHz宽带功率放大器的研制[J].中国测试技术,2007(2).

放大器电路范文第6篇

【关键词】功率放大器;音响放大器;电路设计

1 输入级的设计

输入级是音频功率放大器的第一级电路,其主要作用是抑制零点漂移、稳定输出中点电压,把输入的音频信号进行低失真放大。根据输入级的作用,采用差动放大电路是目前比较好的选择。

1.1 差动放大电路模式

由于差动放大电路能够有效地抑制零点漂移,因此,在功率放大器输入级的设计中被大量采用,典型的差动放大电路。但由于V1和V2管参数的差异,使IC1,IC2不能严格对称,导致共模抑制比(CMRR)和电源抑制能力(PSRR)下降。因此,要提高差动放大电路的性能,必须对电路进行改进。具体办法是,采用镜像电流源V3,V4代替集电极电阻R1,R2,采用恒流源代替发射极电阻R5;镜像电流源能保证两管电流对称,而恒流源的动态内阻很大,可有效地提高差动放大电路的共模抑制比(CMRR)和电源抑制能力(PSRR)。另外,V3,V4镜像电流源又作为输入级的负载,动态内阻大,对信号的分流可以忽略,有利于提高输入级的开环增益和电压转换速率;经测试,开环增益可提高6dB,转换速率可提高1倍。转换速率(SR)是放大器的一个重要指标,单位是V/μs。该指标越高,对信号的细节成分还原能力越强,否则会损失部分解析力。也可采用JFET结型场效应管组成差动放大输入级,对改善频率响应有明显的效果。

1.2 差动放大与Cascode渥尔曼电路模式

虽然改进型的差动放大电路能较好地解决典型差动放大电路所存在的问题,但是,上述差动放大电路中的晶体管都是采用共射接法的。由于集电结电阻、电容rb'c,Cb'c连接在晶体管的输入输出端之间,造成晶体管内部反馈,输出电压可通过rb'c,Cb'c反馈到放大电路的输入端,一方面导致放大电路的高频增益下降,即电路的高频特性变差;另一方面,频率越高,反馈信号的相移越大,导致放大电路在高频区的工作不够稳定。典型的渥尔曼电路,该电路的电压增益(即V1的电压增益)Av=Vo/Vi≈R3/R4。由此可见,渥尔曼电路的电压增益与晶体管V1,V2的参数无关,也就避免了晶体管的发射结电容Cb'e,Cb'c和基区电阻、发射结电阻rb'b,rb'e等参数对电路频率特性的影响,从而获得良好的高频特性,由差动放大与Cascode渥尔曼电路组成的输入级。该电路由结型场效应管和晶体三极管组成,具有良好的温度特性。

2 推动级的设计

推动级的音频功率放大器的第二级电路,其主要作用是把输入级输出的音频信号进行电压放大,以足够的电压去驱动输出级工作;推动级应工作在线性放大区,即甲类工作状态,整个功率放大器的增益主要由推动级的电压增益来决定,因此,要求推动级的电压增益、工作的稳定性要高,频带要宽,动态范围要大,失真要小。可考虑选择以下电路模式。

2.1 共射(源)放大电路模式

最简单的推动级是采用单管共射(场效应管共源)放大电路模式。该电路具有比较高的电压增益,容易满足增益方面的要求,过去采用比较多。在中频段电压增益为AV=-βRC/rbe(空载),问题是要提高推动级的增益,就必须增大集电极电阻R6的阻值,但阻值增大,会降低推动管的动态范围,容易出现大信号非线性失真;采用镜像电流源V6,V7代替推动管的集电极电阻R6,采用恒压源代替偏置电阻R7可解决上述问题。但是,采用单管共射放大电路的稳定性还是不理想。

2.2 差动放大电路模式

针对单管共射放大电路的稳定性较差的问题,推动级可考虑选择差动放大电路(V5,V6),集电极采用镜像电流源(V7,V8)作为负载;一方面提高推动级工作的稳定性、保证有足够的电压增益,另一方面又可以提高推动级的稳定性、改善非线性失真。然而,差动放大电路中的晶体管还是属于共射接法,对频率特性的改善是限度的。可考虑选择渥尔曼电路。

2.3 Cascode渥尔曼电路模式

渥尔曼电路的工作非常稳定,高频特性很好,较好地解决上述问题;电路原理“输入级的设计”中已作出分析,这里不再重复。图4(a)、(b)中的V9,V10为输出级的电流驱动管。

3 输出级的设计

输出级是功率放大器最后一级,主要起电流放大作用。若输出级为晶体三极管,则采用射极输出器电路模式;若输出级为场效应管,则往往采用源极输出器电路模式。

为了降低输出阻抗,常采用互补推挽方式,一般上管采用NPN管(或N沟道绝缘栅场效应管),而下管则采用PNP管(或P沟道绝缘栅场效应管),组成全互补输出级结构。由于输出功率有限,因此适合推动效率较高的小音箱。

对于大功率落地式音箱或效率较低的音箱,采用单管互补输出级输出电流有限,阻尼系数低,控制力不足,容易出现大信号电流失真(“软脚蟹”现象);宜采用多管并联互补推挽输出级来提高输出电流、阻尼系数KD和控制力。

多管并联互补推挽输出级的驱动方式可考虑选用单管电流驱动方式和多管电流驱动方式。单管电流驱动方式采用单个推动管驱动两对管并联互补推挽输出级的方式比较常见,为了进一步提高功率放大器的输出功率,当输出级采用3~4对以上的大功率管时,容易出现问题,就是当大信号到来时,由于单个推动管的输出电流有限,容易出现过载失真,尤其是甲类功率放大器。

多管电流驱动方式。针对单管推动多对大功率输出所存在的问题,可考虑采用电流驱动管和大功率输出管一对一驱动方式。该驱动方式能减轻单个推动管在大信号期间负载过重的问题,有效地避免电流驱动管可能出现的过载失真。另外,采用多管并联推挽输出级(也可以采用场效应管),还可以减少失真,提高功率放大器的控制力。

要想进一步提高功率放大器线性动态范围,减少非线性失真,输入级和推动级可采用较高的电压供电。如输入级和推动级采用±48V稳压供电,而输出级采用±36V供电;由于采用独立电源供电,电路工作的稳定性更高。另外,采用场效应管和晶体三极管混合功率放大器也是一个不错的选择,因为场效应管的高频特性较好,并具有负温特性,与晶体三极管正温特性可实现互补。所以,场效应管和晶体三极管混合功率放大器可以实现优势互补。

4 结束语

笔者尝试采用差动放大电路、渥尔曼电路组成输入级和推动级,多管并联推挽组成输出级,电流驱动管和大功率输出管采用一对一驱动方式,并采用音响专用元器件组成音频功率放大器。经实际测试和试听,频响、层次感、失真度、控制力有明显的改善,效果理想。

参考文献:

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[2]张吕彦.影响功率放大器瞬态响应的因素及其改进[J].电声技术,2010(10).

[3]周淑阁.模拟电子技术[M].南京:东南大学出版社,2008.

[4]SELFD.音频功率放大器设计手册[M].4版.薛国雄,译.北京:人民邮电出版社,2009.

放大器电路范文第7篇

关键词:仿真;差动放大电路;共模抑制比;差模输出

中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)16-3884-03

模拟电子技术是电子信息类专业的一门主干课程,该课程中的核心元件为二极管和三极管。这些器件不同于电阻和电容之处在于它们的非线性,以及分析的过程中往往交直流共存。加上学生在实验室的时间有限,缺乏直观的认识,给学生的认识带来困难。该文以模拟电子技术课程中基本的差动放大器电路为例,介绍了Proteus在电路仿真中的应用,分析了电路参数的改变对电路的影响。在课堂教学中引入Proteus,使教学更加生动,贴近实际。对提高学生兴趣,培养学生创新能力有非常好的促进作用。

图5 2.3输出波形的观察

在差模输入时,如果输入信号的正极性端接T1管的基极,由于共射电路的倒相性,单端输出从T1管的集电极对地的输出电压是和输入差模信号倒相的,相反,对于同样的输入信号,从T2管的集电极输出电压是和输入电压同相的,如图5所示,分别是单端输出时的两个输出电压及差模输入电压。

双端输出时,如果选择T1管的集电极为输出电压的正极性端,则输出电压与输入电压同相,否则反相。

该文以模拟电子技术中的差动放大电路为例介绍了Proteus软件在电路模拟和仿真中的应用,在课堂教学中使课堂更加生动,灵活,达到了帮助学生理解原理,提高分析问题的能力。相信这种生动的教学模式在电路分析,数字电路和单片机等课程的教学过程中会发挥更大的作用。

[1]华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社, 2006.

[2]罗映祥.Multisim电路仿真软件在差分电路分析中的应用[J].电脑知识与技术,2008,1(1):169-173.

[3]朱清慧.Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M].北京:清华大学出版社,2011.

放大器电路范文第8篇

关键词:智能化传感器;仪表放大器;电路设计;应用

智能化传感器中应用仪表放大器能够有效收集和放大各种数据信息同时对共模信号还具有抑制的功能,但是在实际应用的时候需要充分考虑输入共模电压范围、增益选择、放大的差模信号频率、滤波、偏置电流等设计问题。智能仪表仪器输入的传感器信号,一般都具有微小的特征,信号幅度比较小,且在应用的时候还会出现噪声。文章结合仪表放大器结构和原理特点,结合实际具体分析仪表放大器的设计,结合每个电路的特点来为电路实验操作和设计提供重要的支持。

一、智能化传感器中仪表放大器的构成原理

仪表放大器的结构具体如图所示。经过图发现,仪表放大器主要由两级差放大器电路共同构成,同相差分的输入方式是A1和A2,通过同相输入能够在很大程度上提升电路的输入阻抗,减少电路对微小信号的衰减。经过不同的差入输入能够让电路对差模型信号进行放大处理,同时对共模输入信号起到的重大作用是跟随,从而让送到后级差模信号和共模信号幅度值,也就是共模抑制比得到提升,在CMRR要求不发生变化的情况下,可结合实际适当的降低电阻精确匹配要求,从而让仪表放大器线路比一般的差分放大线路具有更强大的共模抑制能力。

二、仪表放大器的电路设计

・智能化仪表放大器电路实现方案

现阶段,智能化仪表放大器的实现方式分为两种,一种是分立元件组成实现,另外一种是单片集成芯片作用实现。结合现有的元器件,具体以单运放和集成四运放为关键,结合具体实践设计出四种仪表放大器电路方案。第一,由三个通用运放组成的三运放仪表放大器电路,并配合电阻电路、A1和A2,将同相互信号段的桥式信号输入到相应的电路中。A1、A2和A3可应用LM741这种通用型运放替代。电路操作原理和构成和一般情况下应用的仪表放大器相同。第二,应用三个精确密度运放组成。第三,应用四运放集成电路为关键来实现,能够将四种功能的独立运放集成在一个芯片中,减少因为运放和制造工艺不同带来的器件性能差异,同时应用统一的电源能够在很大程度上降低电源本身的噪声。第四,应用单片集成芯片实现,具有电路操作结构简单、对电源要求低等方面的特点,在应用工作电源的情况下就能实现操作,设计效率和应用效率良好。【1】

・智能化仪表放大器性能测试分析

智能化仪表放大器电器电路的四种方案中应用的都是电阻组合而成的电桥电路形式,具体是将差分信号输入转变为单端的信号源V。智能化仪表放大器性能测试主要是从信号源的最大输入转变为最小输入,具体转变的数据信息如表一所示。智能化仪表放大器性能测试最大和最小输入主要是指在给定的测试条件下,在电路信息输入输出不失真的情况下来进行信号源的输入操作。仿真性的智能化仪表放大器性能要比一般测试性能高,在应用的时候不会受到外界的干扰。但是在实际测量中一般结合应用仿真测试和实际测试,先通过仿真测试确定电路结构和参数信息,之后通过实际电路测试对其性能指标和参数信息设置问题进行调整,在保证电路功能的基础上提升电路设计总体效率。

・智能化仪表放大器电路设计需要注意的问题

・智能仪表放大器的共模范围

在对智能仪表放大器内部结构分析之后发现,共模电压的输出电压是相同的,差模电压一般出现在增益电阻上,在电流经过之后智能仪表放大器会出现反馈电阻。因此可以证明,在输入一定的差模电压之后,反馈电阻电压范围会发生相应的变化。在输入的共模电压比电源电压1.25V小的时候会达到理想状态的共模抑制比,因而在共模电压比较大的额时候需要选择较高电压的智能仪表放大器。【2】

・智能化仪表放大器共模电压的频率范围

共模电压的频率越高,最终所能够体现的抑制效果就越不好,并随着频率的增加不断恶化这种情况。如果智能仪表放大器在100Hz的情况下很平坦,在频率超过100Hz的时候,智能仪表放大器就会快速的下降,这种现象的出现不仅不会抑制高频共模喜好,而且还会让共模信号失去调节的作用。因而对于RF干扰性强的场合,要尽可能选择共模抑制频率范围 强的仪表放大器。同时,要将高频噪声在达到精密智能化仪表放大器之前对其进行过滤操作。

・智能化仪表放大器的差模放大倍数

在理论下,调节智能化仪表放大器的增益就能将差模进行放大处理。但是实际上放大的差模和被测试的信号频率存在很大的关联。在被测试信号频率高的时候,增益的倍数会在无形中降低。在输入的信号频率是10kHz的时候,增益的效果不会超过80倍。智能化x表放大器的设置可以参照各种类型仪表放大器的增益宽指标,在增益高的时候仪表放大器外接电阻会降低。【3】

・输入偏置的电流回路设计

在偏置电流回路设计的时候,主要是指在智能仪表放大器的输入端口中加入所需要的偏执电流。智能化仪表放大器的偏置电流分成多个纳安的形式,加上智能仪表当大气输入阻抗能力强,偏置电流会随着电压的输入变小,因此需要根据不同的适用场合来选择偏执电流回路接地形式。

结束语

综上所述,智能仪表放大器具有高精确度、低功耗、共模抑制性比较高的特点,被人们广泛应用在数据采集和放大中,智能仪表放大器能够对差分信号进行放大处理,对共模信号进行抑制。这个过程中需要考虑输入的共模电压范围、增益选择问题。文章在阐述仪表放大器电路结构、原理的基础上,通过仿真测试和实际性能测试分析了四种类型的放大器电路,总结出各自的优缺点,并讨论智能化仪表放大器在应用操作中需要注意的问题,旨在为相关人员设计仪表放大器提供重要的思路和意见参考。

参考文献:

[1]苏黎丽. 振动检测技术在涡街流量计中的应用[J]. 自动化与仪器仪表,2016,02:48-49.

[2]张文海. 基于电流传输器的检测电路的研究[J]. 西部皮革,2016,14:27.

放大器电路范文第9篇

【关键词】双频 低噪声 匹配 传输线 阻抗变换

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.017 中图分类号:TN722.3 文献标志码:A 文章编号:1006-1010(2016)20-0088-04

1 引言

低噪声放大器作为无线通信系统中的重要模块之一,在现代无线通信系统中的射频前端扮演着重要的角色,其性能的好坏将直接影响到通信系统的指标参数。特别是小型化、低成本、高性能的双频低噪声放大器的设计越来越受到学术界和工业界的重视。

目前双频低噪声放大器的设计方法大概可以分为三种:第一种方法是采用两个频段独立信号通路并联结构,文献[1]设计了一种工作在2.4 GHz和5.6 GHz的并联双通道低噪声放大器,输入端通过开关选择通道,两个通道可以独立工作,电路匹配可以单独设计,互不影响,电路性能较好,但增加了功耗和成本。第二种方法是开关切换电路谐振网络,文献[2]利用三个NMOS开关来控制输入和输出匹配,保证在两个频段上正常工作。这种方法共用谐振网络,使用开关切换,控制方法灵活,改变频点方式简单,同时也降低了成本,但是引入MOS管开关的寄生参数会降低谐振回路的品质因素,使电路性能下降。第三种方法是采用多频点输入输出匹配结构,文献[3]采用多频点匹配结构设计实现了2.4 GHz、3.5 GHz、5.2 GHz的三频段低噪声放大器。文献[4]利用一种高阶谐振网络设计了双频输入输出匹配结构放大器。第三种方法设计的放大器具有功耗低、成本低廉、电路性能优良等特点,不过设计过程会相对复杂。

本文主要采用一种新型的双频点输入输出匹配结构,设计了一种双频低噪声放大器。该双频点匹配结构是利用传输线变换原理将放大器的输入/输出阻抗分别在两个频段上变换为导纳的实部相等,然后采用并联分支线结构将两个频段的导纳的虚部匹配为零,最后再通过双频实阻抗匹配实现两个频段上的匹配。

2 基于微带线的双频段实阻抗变换设计

文献[5]提出了一种由两段微带线组成的双频阻抗变换器,其结构如图1所示。第一段微带线特性阻抗为Z1,长度为l1,第二段微带线特性阻抗为Z2,长度为l2,Zin1为从第二段微带线输入端到负载的输入阻抗,Zin为从第一段微带线输入端到负载的输入阻抗。

这种设计方法简单易行,版图设计也很简单,但是只有在负载为纯电阻时才能达到完美的匹配效果,因此不能直接用于低噪声放大器的匹配电路。通过双枝节匹配电路将低噪声放大器的输入输出阻抗匹配到实阻抗,再通过双频阻抗变换器进行匹配。

3 双枝节线的双频匹配电路

由于双枝节线结构能够实现双频点复阻抗到实阻抗的匹配,因此双枝节线匹配可以结合双频实阻抗变换器来实现低噪声放大器的双频匹配。其结构如图2所示:

负载Zx经过微带线Za后,其阻抗会发生变化,假设变化后两个频点f1和f2处的导纳分别为:

4 双频低噪声放大器设计

基于以上原理分析,最终将实现双频复阻抗当实阻抗变换的双枝节线结构和双频实阻抗变换器级联起来使用,如图3所示:

晶体管选择英飞凌公司的BFP740,偏置点选择Vce=3 V,Ic=6 mA,此时噪声系数最小。输入匹配用最小噪声系数匹配,输出匹配用最大输出功率匹配,输入输出阻抗如表1所示:

通过以上分析,在ADS中对双频低噪声放大器电路进行建模和仿真,所采用的介质基板为Rogers 4003,其介电常数为3.55,厚度为0.508 mm。

经过优化调试,得到双频低噪声放大器的S参数仿真结果,增益仿真结果如图4(a)所示,在2.3 GHz和3.5 GHz频点处增益分别为16.5 dB和13.2 dB,回波损耗和反向隔离度仿真结果如图4(b)所示。

噪声系数仿真结果如图5所示,在频点2.3 GHz和3.5 GHz处的噪声系数分别为0.57和0.73,几乎等于晶体管的最小噪声系数,可以看出晶体管在这两个频点处满足最小噪声系数匹配。

增益与输入功率的关系仿真结果如图6所示,图6(a)为输入信号频率为2.3 GHz时,输出功率与输入功率的关系曲线图,信号的线性增益为16.5 dB,当输入信号功率为-11 dBm时,输出功率达到1 dB压缩点。图6(b)为输入信号频率为3.5 GHz时,输出功率与输入功率的关系曲线图,信号的线性增益为13.2 dB,当输入信号功率为-7 dBm时,输出功率达到1 dB压缩点。

5 结论

本文通过结合传输线原理,分析了实阻抗双频变换器和双枝节线结构双频匹配电路的工作原理和设计方法。在此基础上提出将实阻抗变换器和双枝节线结构双频匹配电路级联来实现任意阻抗的双频点匹配,并将此双频匹配结构应用于低噪声放大器电路的设计,设计出工作在2.3 GHz和3.5 GHz的双频低噪声放大器。该低噪声放大器在2.3 GHz频点处的增益为16.5 dB,S11小于-14 dB,S22小于-12 dB,噪声系数为0.57,P1dB点对应的输出功率为4.5 dBm。在3.5 GHz频点处增益为13.2 dB,S11小于-17 dB,S22小于-10 dB,噪声系数为0.73,P1dB点对应的输出功率为5.3 dBm。用这种方法设计的双频低噪声放大器结构简单、成本低廉、性能优良且易于加工,两个中心频率可任意选择,设计方式灵活,因此该双频低噪声放大器能够满足多频段多协议接收机的需求,具有较高的实用价值。

参考文献:

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放大器电路范文第10篇

【关键词】施密特电路 静态耗电 干扰信号 间接控制方式

1 控制方案的设计思路

在本控制方案中新型音频功率放大器信号检测控制电路(以下简称控制电路)主要是控制交流220V音频功率放大器的电源,接收输入到功放的信号源、接收音频功率放大器用户开关机信号,并对输入信号进行处理,如图1所示。

2 系统控制电路的设计

系统的控制电路由电源电路、信号采集电路、单片机信号处理三部分组成。

(1)电源电路采用传统的小功率变压器把220V的交流电转变成9V的交流电,然后经过桥式整流滤波电路变成直流12V的电压,该12V电压用于信号采集电路工作电源;12V的直流电源再通过低压差的HT7550稳压芯片输出稳定在5V电压提供给单片机芯片工作。其电路原理图如图2所示。

(2)信号采集电路是采用两级信号放大和光耦隔离的方式最大程度的减少功率放大器和控制核心芯片直接的干扰。如图3所示,P2为信号输入端,音频信号通过C15耦合到三极管Q2放大,放大后的信号由光电耦合器传递到Q3进行二次放大并把该信号输出到单片机的检测芯片引脚。

(3)单片机信号处理部分是对采集的音频信号进行分析判读的关键部分,芯片的工作电压是5V,S1是功放的开关机按键,LED1是功放接通电源的指示灯。KT是输出控制继电器的信号,而经过大后的音频信号输入到单片机的P00/INT0引脚,如图4所示。

3 系统软件设计

(1)在本项目中对输入的音频信号进行采样分析是关键所在,音频信号的频率范围是20HZ~20KHZ,一般情况下采样频率至少是被测频率的一倍以上。这就决定了我们采样的频率不得低于40KHZ。程序框架图5如下。

(2)单片机程序对输入的两种信号进行设别判断,当开关按键按下时单片机检测到该信号后直接开启功放的电源,并且同时启动定时器计数当时间超过3分钟仍然没有检测到音频信号的输入(无信号超时 ),那么单片机会发出关闭功放电源的指令;如果3分钟内有音频信号输入单片机将计数器清零。

4 结束语

该新型音频功率放大器信号检测控制电路研发成功并以应用在功放成品上实际使用效果良好。

参考文献

[1]华成英,童诗白主编模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006.

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[5]窝蓿张兴鲁,孙秋花,王学俊.基于Proteus的单片机原理及应用实验教学改革与实践[J].教育教学论坛,2016(32).

作者简介

饶光洋(1981-),男,硕士学位。广东省南雄市人。电子工程师、高级技师。主要研究方向为自动化控制技术、单片机的应用技术。

作者单位

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