測量放大器課程設計報告

1、湖南涉外經(jīng)濟學院 課程設計報告課程名稱：模擬電路報告題目：測量放大器的設計學生姓名：萬智亮所在學院：信息科學與工程學院專業(yè)班級：電信1202學生學號：12430621817069指導教師：劉曉秋 2013年 12 月 20 日 報告題目測量放大器的設計完成時間12/20學生姓名萬智亮專業(yè)班級電信1202指導教師劉曉秋職稱高級工程師總體設計要求和技術要點 設計一個測量放大器的設計電路，要求如下： 輸入信號VI取自橋式測量電路的輸出。當R1R2R3R4時，VI0。R2改變時，產(chǎn)生VIo的電壓信號。測量電路與放大器之間有1米長的連接線。a. 差模電壓放大倍數(shù) AVD1500，可手動調節(jié)；b. 最大輸

2、出電壓為± 10V，非線性誤差< 0.5；c. 在輸入共模電壓+7.5V7.5V范圍內，共模抑制比 KCMR >105 ；d. 在AVD500時，輸出端噪聲電壓的峰峰值小于1V；e. 通頻帶010Hz ；f. 直流電壓放大器的差模輸入電阻2MW （可不測試，由電路設計予以保證）。測量放大器系統(tǒng)組成的框圖如下圖所示。系統(tǒng)包括橋式電路、信號變換放大器電路，直流電壓放大器和直流穩(wěn)壓電源。工作內容及時間進度安排第15周：周3-周5 ：立題、論證方案設計、分配元器、件。第16周：周1-周3 ：確定設計方案，完成框架設計。周4-周5 ：樣品制作。第17周：周1-周3 ：樣品修改、報告

3、書寫、預答辯。周4-周5 ：驗收答辯。課程設計成果1與設計課時對應的實物。2課程設計總結報告。 摘要 放大器是能把輸入信號的電壓或功率放大的裝置，有電子管晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。測量放大器的信號檢測的放大電路。 用來放大微弱差值信號的高精度放大器。通常，測放大器多采用專用集成塊來實現(xiàn)，雖然有很高的精度，但不便于實現(xiàn)增益的預置于數(shù)字控制，同時為了提高共模抑制比，利用高增益運放，設計一種具有高共模抑制比，高增益的測量放大器，提高測量放大器的性能指標，通過對儀器的改造來實現(xiàn)設計測量放大器及所用的穩(wěn)壓電源，滿足其輸入阻抗和共模抑制比及通頻帶的要求。測量放大器前級主要采用差分輸入，經(jīng)過雙端

4、信號到單端信號的轉換，最終經(jīng)比例放大進行放大。關鍵詞 ： 測量放大器 共模抑制比 集成運放 電壓增益 目錄 一、概述1二、方案設計與論證12.1方案一22.2方案二32.3方案三4三、單元電路設計與分析43.1信號變換電路43.2電源電路的設計4 3.3直流穩(wěn)壓電源的計算53.4放大器的計算6 四、總原理圖及元器件清單74.1.總原理圖74.2.元器件單84.3.學生情況統(tǒng)計表9五、結論與心得9六、參考文獻9 一、概述 測量放大器系統(tǒng)組成的框圖如下所示。系統(tǒng)包括信號變化放大器電路、直流電壓放大器和直流穩(wěn)壓電源。測量放大器系統(tǒng)各個組成部分的作用和指標：信號變換放大器：把函數(shù)發(fā)生器單端輸出信號經(jīng)信

5、號變換放大器變換為直流電壓放大倍數(shù)的雙端輸入信號。直流電壓放大器：要求差動輸入的直流電壓放大器，具有高的電壓差摸增益，并具有低漂移、低噪聲輸出及高共模抑制比等特性。測試差摸放大倍數(shù)、共模抑放大倍數(shù)、共模抑制比、輸出噪聲電壓峰峰值、通頻帶。直流穩(wěn)壓電源：改電源由單向220V交流電壓供電，輸出正負15負的直流電壓，作為整個系統(tǒng)的電源。二、方案設計與論證 電路前級放大仍然采用差分式輸入的方式，采用雙端輸出，能有效地提高共模抑制比，然后再通過A3進行信號變化，將雙端輸入信號轉變成為單端輸出。為提高電路的共模抑制能力A1、A2、A3都是采用OP07節(jié)約成本，然后再接一級比例放大，通過調節(jié)R15的阻值可改

6、變整個電路的放大倍數(shù)。 變換電路，將單線輸人信號分別經(jīng)過兩個運算放大器一個接成跟隨器另一個接成反相比例放大器，這樣通過簡單、基本的運算放大電路就將單端輸入信號變換成雙端輸出。 2.1. 方案一 如圖一所示， 利用一個放大器將雙端輸入信號變成單端輸出，然后通過電阻與下一級反向比例運算放大器進行耦合，放大器通過后一級的比例放大器獲得，輸入到下一個比例運算放大器中，但是其輸入阻抗低，共模抑制比，失調電壓和失調電流等參數(shù)容易受到放大器本身性能的限制不易進一步提高，且無法抑制放大器本身的零漂及共模信號產(chǎn)生，雖然電路十分簡單，元器件少，但還是選擇另一種方案。 圖一 運算放大器 2.2方案二 采用比較通用的

7、儀用放大器，如圖所示，由運放A1、A2按同向輸入法組成第一級差分放大電路。運放A3組成第二級差分放大電路。在第一級電路中，v1v2分別加到A1和A2的同向端，R1和R2組成的反饋網(wǎng)絡，引入負反饋，兩運放A1、A2的兩輸入端形成短和虛斷，通過計算可以得到電路的電壓增益，適當?shù)倪x擇電阻的阻值即可實現(xiàn)放大倍數(shù)的改變，并且可以將R1用一個適當阻值的電位器代替，通過調節(jié)電位器即可實現(xiàn)對放大倍數(shù)的控制。但是通過電位器的阻值無法準確獲得，因而放大倍數(shù)無法準確得到，因而，不能采取此方案。 圖二 儀用放大器2.3方案三如圖三所示：電路前級放大仍然采用差分式輸入的方式，采用雙端輸出，能有效地提高抑制共模抑制比，并

8、且由于電路的零漂的影響主要來自第一級放大，因而第一級采用了差分式輸入的方式，就能有效地提高整個電路的共模抑制能力。然后再通過A3進行信號變化，將雙端輸入信號轉變成為單端輸出。為提高電路的共模抑制能力，A3為節(jié)約成本采用OP07，為提高其共模抑制能力以及精準度，為其加入了調零電路，并且為保證電路對稱，用固定電阻R6與可變電阻R7串聯(lián)后與R5進行匹配，從而提高電路的對稱性，減少溫度漂移的影響，然后再接一級比例放大，通過調節(jié)R15的阻值可改變整個電路的放大倍數(shù)。所以根據(jù)以上原因，故實驗采用本方案。 圖三 差分放大器2.4論證 方案一電路其輸入阻抗低，共模抑制比，失調電壓和失調電流等參數(shù)容易受到放大器

9、本身性能的限制不易進一步提高，且無法抑制放大器本身的零漂及共模信號產(chǎn)生，雖然電路十分簡單，元器件少，所以不能采用該電路。方案二通過電位器的阻值無法準確獲得，因而放大倍數(shù)無法準確得到，因而，不能采取此方案。方案三為提高其共模抑制能力以及精準度，為其加入了調零電路，并且為保證電路對稱，用固定電阻R6與可變電阻R7串聯(lián)后與R5進行匹配，從而提高電路的對稱性，減少溫度漂移的影響，然后再接一級比例放大，通過調節(jié)R15的阻值可改變整個電路的放大倍數(shù)，所以根據(jù)以上原因，故實驗采用方案三。三、單元電路的設計與計算3.1.信號變換電路如圖四所示：將單線輸人信號分別經(jīng)過兩個運算放大器，一個接成跟隨器另一個接成反相

10、比例放大器，這樣通過簡單、基本的運算放大電路就將單端輸入信號變換成雙端輸出。 圖四 信號變換原理圖3.2.電源電路的設計在能滿足實驗要求的基礎上，盡可能簡化電路，采用的是比較常用的穩(wěn)壓電源電路，主要利用兩個穩(wěn)壓芯片LM7815及LM7915產(chǎn)生所需要的±15V的電壓輸出 ，電源電路原理圖如圖五所示。穩(wěn)壓芯片LM7815的主要參數(shù)：輸出電流可達1A 輸出電壓有：15V輸出晶體管SOA保護 7815極限值（Ta=25）VI-輸入電壓(V0=518V)35V (VO=24V)40V 相關引腳:1-輸入 INPUT 2-地 GND 3-輸出 OUTPUT穩(wěn)壓芯片LM7915的主要參數(shù)同上，但

11、其輸出電壓有：-15V相關引腳： 1-地 GND 2-輸入 INPUT 3-輸出 OUTPUT圖五 電源電路原理圖 3.3.直流穩(wěn)壓電源的計算直流穩(wěn)壓電源，設計要求當單相 220V交流電壓供電時交流電壓變化范圍為+10%-15 ，仍能正常工作，計算濾波電容值時，應考慮整流二極管、7815、7915最小壓降Ud。輸出±15V時，設計輸出電流至少達到500 mA，在0.01 s內電壓變化為Umax=U×(1-15%)-Ud-15=3.38VC=Q/U=I.t/U=0.5×0.01/3.38=1478F其中U=18V（變壓器輸出的交流電壓），Ud為7815和7915的最

12、小壓降，設計取C=3300F（在實物上直接焊接3300F），在電源電壓比正常值小15或大10時，電路仍能滿足三端穩(wěn)壓器的最小壓降，沒有超出三端穩(wěn)壓器的耐壓范圍。3.4.放大電路的計算第一級差模放大的電壓放大倍數(shù)的計算: 由于運放A1 A2均滿足虛斷和虛短,流入兩運放的電流均可認為是零,故有VA =Vi1 VB=Vi2VR5= Vi1-Vi2 VR5 /R5 =VO1-V02/(R4+R5+R6)得到：VO1-VO2=(R4+R5+R6)VR5/R5=(R4+R5+R6)( Vi1-Vi2)/ R5運放A3實際構成求差電路，滿足: VO3=-R7(VO1-VO2)/R8 運放A4 構成反相比例器

13、: VO=-R12VO3/R11=R15R7(R4+R5+R6)( Vi1-Vi2)/R11R8R5該電路最后的運算放大倍數(shù): AV= R12R7(R4+R5+R6) /R11R8R5從上式子中可以看到通過調節(jié)R12的值即可實現(xiàn)對測量放大倍數(shù)的調節(jié)，其前級主要用于抑制共模信號及提高整個電路的輸入電阻，并不承擔主要的放大任務，放大主要由最后一級比例放大器來完成，因而在電阻的選擇上考慮到這方面的因素，本設計的前級放大倍數(shù)AV1=-(R4+R5+R6) / R5=-60最后一級放大倍數(shù)AV2=-R12/R11而R12是一個500k的電位器，R11為10k,故總的增益最高可達1000多倍，完全可以滿足

14、試驗的基本要求。四、總原理圖及元器件清單 4.1總原理圖 如圖六所示為測量放大器的總原理圖：輸入信號VI取自橋式測量電路的輸出。當R1R2R3R4時，VI0。R2改變時，產(chǎn)生VIo的電壓信號，前置放大器采用差分式輸入，雙端輸出，經(jīng)過A3進行信號變換成單端輸出，然后再經(jīng)過最后一級比例放大。圖六 總原理圖4.2.元器件清單 材料清單及工具一、材料清單元器件清單元件名稱元件參數(shù)元件數(shù)量變壓器220V±15V1個穩(wěn)壓器LM78151個穩(wěn)壓器LM79151個整流二極管1N40074個運算放大器OP07CP6個電位器20K4個電阻10K12個電阻1K2個電阻50K2個電阻200K2個電阻100K

15、2個電阻91K1個電容33pF4個電解電容3300F4個電容1nF2個二、工具及檢測儀器1.焊接工具1套。2.常用檢測儀器1套。如萬用表、示波器、信號發(fā)生器等。4.3.學生情況統(tǒng)計表 學生情況統(tǒng)計表 序號姓名性別出生日期學號專業(yè)聯(lián)系電話備注1萬智亮男1994.0312430621817069電子信息工程156074849512王紅陽男1990.0912430623813634 電子信息工程152748902243酉玲俐女 1992.08 12432923816050 電子信息工5、 結論與心得 通過本次設計實驗，讓我體會到了很多，一方面是理論知識，課程設計不是那么容易

16、解決的，沒有一定的理論知識，是很困難的，所以從中我收獲到了很多，不僅從書本上的理論知識進行了鞏固，而且鍛煉了自己的動手能力，讓我懂得首先要對設計原理弄懂，才能在設計方面游刃有如。我也從中加深了對差分放大器的各項指標的理解與應用，例如它的共摸抑制比，輸入輸出阻抗的大小。課程設計時間定在臨近期末的階段，所以任務相當重的。一方面要準備考試一方面要準備課程設計，每天都在忙碌著，也鍛煉了我們合理利用時間的能力。在這次的課程設計中我遇到了不少的問題。這一方面是由于時間比較緊，另一方面是由于對軟件和電路不是很熟悉，也說明電路的設計還有一些問題。由于對于理論知識學習不夠扎實，只有自己動手做過了，才能更貼切更深刻的掌握所學的知識， 使自己