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文檔簡介
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
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