測(cè)量放大器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)：模擬電路報(bào)告題目：測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：萬(wàn)智亮所在學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電信1202學(xué)生學(xué)號(hào)：12430621817069指導(dǎo)教師：劉曉秋 2013年 12 月 20 日 報(bào)告題目測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)完成時(shí)間12/20學(xué)生姓名萬(wàn)智亮專(zhuān)業(yè)班級(jí)電信1202指導(dǎo)教師劉曉秋職稱(chēng)高級(jí)工程師總體設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)電路，要求如下： 輸入信號(hào)VI取自橋式測(cè)量電路的輸出。當(dāng)R1R2R3R4時(shí)，VI0。R2改變時(shí)，產(chǎn)生VIo的電壓信號(hào)。測(cè)量電路與放大器之間有1米長(zhǎng)的連接線。a. 差模電壓放大倍數(shù) AVD1500，可手動(dòng)調(diào)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(nèi)，共模抑制比 KCMR >105 ；d. 在AVD500時(shí)，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(cè)試，由電路設(shè)計(jì)予以保證）。測(cè)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(hào)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(nèi)容及時(shí)間進(jìn)度安排第15周：周3-周5 ：立題、論證方案設(shè)計(jì)、分配元器、件。第16周：周1-周3 ：確定設(shè)計(jì)方案，完成框架設(shè)計(jì)。周4-周5 ：樣品制作。第17周：周1-周3 ：樣品修改、報(bào)告

3、書(shū)寫(xiě)、預(yù)答辯。周4-周5 ：驗(yàn)收答辯。課程設(shè)計(jì)成果1與設(shè)計(jì)課時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)物。2課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。 摘要 放大器是能把輸入信號(hào)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(cè)量放大器的信號(hào)檢測(cè)的放大電路。 用來(lái)放大微弱差值信號(hào)的高精度放大器。通常，測(cè)放大器多采用專(zhuān)用集成塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然有很高的精度，但不便于實(shí)現(xiàn)增益的預(yù)置于數(shù)字控制，同時(shí)為了提高共模抑制比，利用高增益運(yùn)放，設(shè)計(jì)一種具有高共模抑制比，高增益的測(cè)量放大器，提高測(cè)量放大器的性能指標(biāo)，通過(guò)對(duì)儀器的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)測(cè)量放大器及所用的穩(wěn)壓電源，滿(mǎn)足其輸入阻抗和共模抑制比及通頻帶的要求。測(cè)量放大器前級(jí)主要采用差分輸入，經(jīng)過(guò)雙端

4、信號(hào)到單端信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最終經(jīng)比例放大進(jìn)行放大。關(guān)鍵詞 ： 測(cè)量放大器 共模抑制比 集成運(yùn)放 電壓增益 目錄 一、概述1二、方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與分析43.1信號(hào)變換電路43.2電源電路的設(shè)計(jì)4 3.3直流穩(wěn)壓電源的計(jì)算53.4放大器的計(jì)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(xué)生情況統(tǒng)計(jì)表9五、結(jié)論與心得9六、參考文獻(xiàn)9 一、概述 測(cè)量放大器系統(tǒng)組成的框圖如下所示。系統(tǒng)包括信號(hào)變化放大器電路、直流電壓放大器和直流穩(wěn)壓電源。測(cè)量放大器系統(tǒng)各個(gè)組成部分的作用和指標(biāo)：信號(hào)變換放大器：把函數(shù)發(fā)生器單端輸出信號(hào)經(jīng)信

5、號(hào)變換放大器變換為直流電壓放大倍數(shù)的雙端輸入信號(hào)。直流電壓放大器：要求差動(dòng)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(cè)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(fù)15負(fù)的直流電壓，作為整個(gè)系統(tǒng)的電源。二、方案設(shè)計(jì)與論證 電路前級(jí)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(guò)A3進(jìn)行信號(hào)變化，將雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)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(jí)比例放大，通過(guò)調(diào)節(jié)R15的阻值可改

6、變整個(gè)電路的放大倍數(shù)。 變換電路，將單線輸人信號(hào)分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)運(yùn)算放大器一個(gè)接成跟隨器另一個(gè)接成反相比例放大器，這樣通過(guò)簡(jiǎn)單、基本的運(yùn)算放大電路就將單端輸入信號(hào)變換成雙端輸出。 2.1. 方案一 如圖一所示， 利用一個(gè)放大器將雙端輸入信號(hào)變成單端輸出，然后通過(guò)電阻與下一級(jí)反向比例運(yùn)算放大器進(jìn)行耦合，放大器通過(guò)后一級(jí)的比例放大器獲得，輸入到下一個(gè)比例運(yùn)算放大器中，但是其輸入阻抗低，共模抑制比，失調(diào)電壓和失調(diào)電流等參數(shù)容易受到放大器本身性能的限制不易進(jìn)一步提高，且無(wú)法抑制放大器本身的零漂及共模信號(hào)產(chǎn)生，雖然電路十分簡(jiǎn)單，元器件少，但還是選擇另一種方案。 圖一 運(yùn)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(yùn)放A1、A2按同向輸入法組成第一級(jí)差分放大電路。運(yùn)放A3組成第二級(jí)差分放大電路。在第一級(jí)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(luò)，引入負(fù)反饋，兩運(yùn)放A1、A2的兩輸入端形成短和虛斷，通過(guò)計(jì)算可以得到電路的電壓增益，適當(dāng)?shù)倪x擇電阻的阻值即可實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的改變，并且可以將R1用一個(gè)適當(dāng)阻值的電位器代替，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)的控制。但是通過(guò)電位器的阻值無(wú)法準(zhǔn)確獲得，因而放大倍數(shù)無(wú)法準(zhǔn)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(jí)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(lái)自第一級(jí)放大，因而第一級(jí)采用了差分式輸入的方式，就能有效地提高整個(gè)電路的共模抑制能力。然后再通過(guò)A3進(jìn)行信號(hào)變化，將雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)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(zhǔn)度，為其加入了調(diào)零電路，并且為保證電路對(duì)稱(chēng)，用固定電阻R6與可變電阻R7串聯(lián)后與R5進(jìn)行匹配，從而提高電路的對(duì)稱(chēng)性，減少溫度漂移的影響，然后再接一級(jí)比例放大，通過(guò)調(diào)節(jié)R15的阻值可改變整個(gè)電路的放大倍數(shù)。所以根據(jù)以上原因，故實(shí)驗(yàn)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(diào)電壓和失調(diào)電流等參數(shù)容易受到放大器

9、本身性能的限制不易進(jìn)一步提高，且無(wú)法抑制放大器本身的零漂及共模信號(hào)產(chǎn)生，雖然電路十分簡(jiǎn)單，元器件少，所以不能采用該電路。方案二通過(guò)電位器的阻值無(wú)法準(zhǔn)確獲得，因而放大倍數(shù)無(wú)法準(zhǔn)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(zhǔn)度，為其加入了調(diào)零電路，并且為保證電路對(duì)稱(chēng)，用固定電阻R6與可變電阻R7串聯(lián)后與R5進(jìn)行匹配，從而提高電路的對(duì)稱(chēng)性，減少溫度漂移的影響，然后再接一級(jí)比例放大，通過(guò)調(diào)節(jié)R15的阻值可改變整個(gè)電路的放大倍數(shù)，所以根據(jù)以上原因，故實(shí)驗(yàn)采用方案三。三、單元電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1.信號(hào)變換電路如圖四所示：將單線輸人信號(hào)分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)運(yùn)算放大器，一個(gè)接成跟隨器另一個(gè)接成反相

10、比例放大器，這樣通過(guò)簡(jiǎn)單、基本的運(yùn)算放大電路就將單端輸入信號(hào)變換成雙端輸出。 圖四 信號(hào)變換原理圖3.2.電源電路的設(shè)計(jì)在能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，盡可能簡(jiǎn)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(gè)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(dá)1A 輸出電壓有：15V輸出晶體管SOA保護(hù) 7815極限值（Ta=25）VI-輸入電壓(V0=518V)35V (VO=24V)40V 相關(guān)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(guān)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(jì)算直流穩(wěn)壓電源，設(shè)計(jì)要求當(dāng)單相 220V交流電壓供電時(shí)交流電壓變化范圍為+10%-15 ，仍能正常工作，計(jì)算濾波電容值時(shí)，應(yīng)考慮整流二極管、7815、7915最小壓降Ud。輸出±15V時(shí)，設(shè)計(jì)輸出電流至少達(dá)到500 mA，在0.01 s內(nèi)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(shè)計(jì)取C=3300F（在實(shí)物上直接焊接3300F），在電源電壓比正常值小15或大10時(shí)，電路仍能滿(mǎn)足三端穩(wěn)壓器的最小壓降，沒(méi)有超出三端穩(wěn)壓器的耐壓范圍。3.4.放大電路的計(jì)算第一級(jí)差模放大的電壓放大倍數(shù)的計(jì)算: 由于運(yùn)放A1 A2均滿(mǎn)足虛斷和虛短,流入兩運(yùn)放的電流均可認(rèn)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(yùn)放A3實(shí)際構(gòu)成求差電路，滿(mǎn)足: VO3=-R7(VO1-VO2)/R8 運(yùn)放A4 構(gòu)成反相比例器

13、: VO=-R12VO3/R11=R15R7(R4+R5+R6)( Vi1-Vi2)/R11R8R5該電路最后的運(yùn)算放大倍數(shù): AV= R12R7(R4+R5+R6) /R11R8R5從上式子中可以看到通過(guò)調(diào)節(jié)R12的值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，其前級(jí)主要用于抑制共模信號(hào)及提高整個(gè)電路的輸入電阻，并不承擔(dān)主要的放大任務(wù)，放大主要由最后一級(jí)比例放大器來(lái)完成，因而在電阻的選擇上考慮到這方面的因素，本設(shè)計(jì)的前級(jí)放大倍數(shù)AV1=-(R4+R5+R6) / R5=-60最后一級(jí)放大倍數(shù)AV2=-R12/R11而R12是一個(gè)500k的電位器，R11為10k,故總的增益最高可達(dá)1000多倍，完全可以滿(mǎn)足

14、試驗(yàn)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(cè)量放大器的總原理圖：輸入信號(hào)VI取自橋式測(cè)量電路的輸出。當(dāng)R1R2R3R4時(shí)，VI0。R2改變時(shí)，產(chǎn)生VIo的電壓信號(hào)，前置放大器采用差分式輸入，雙端輸出，經(jīng)過(guò)A3進(jìn)行信號(hào)變換成單端輸出，然后再經(jīng)過(guò)最后一級(jí)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(chēng)元件參數(shù)元件數(shù)量變壓器220V±15V1個(gè)穩(wěn)壓器LM78151個(gè)穩(wěn)壓器LM79151個(gè)整流二極管1N40074個(gè)運(yùn)算放大器OP07CP6個(gè)電位器20K4個(gè)電阻10K12個(gè)電阻1K2個(gè)電阻50K2個(gè)電阻200K2個(gè)電阻100K

15、2個(gè)電阻91K1個(gè)電容33pF4個(gè)電解電容3300F4個(gè)電容1nF2個(gè)二、工具及檢測(cè)儀器1.焊接工具1套。2.常用檢測(cè)儀器1套。如萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器等。4.3.學(xué)生情況統(tǒng)計(jì)表 學(xué)生情況統(tǒng)計(jì)表 序號(hào)姓名性別出生日期學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)聯(lián)系電話備注1萬(wàn)智亮男1994.0312430621817069電子信息工程156074849512王紅陽(yáng)男1990.0912430623813634 電子信息工程152748902243酉玲俐女 1992.08 12432923816050 電子信息工5、 結(jié)論與心得 通過(guò)本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓我體會(huì)到了很多，一方面是理論知識(shí)，課程設(shè)計(jì)不是那么容易

16、解決的，沒(méi)有一定的理論知識(shí)，是很困難的，所以從中我收獲到了很多，不僅從書(shū)本上的理論知識(shí)進(jìn)行了鞏固，而且鍛煉了自己的動(dòng)手能力，讓我懂得首先要對(duì)設(shè)計(jì)原理弄懂，才能在設(shè)計(jì)方面游刃有如。我也從中加深了對(duì)差分放大器的各項(xiàng)指標(biāo)的理解與應(yīng)用，例如它的共摸抑制比，輸入輸出阻抗的大小。課程設(shè)計(jì)時(shí)間定在臨近期末的階段，所以任務(wù)相當(dāng)重的。一方面要準(zhǔn)備考試一方面要準(zhǔn)備課程設(shè)計(jì)，每天都在忙碌著，也鍛煉了我們合理利用時(shí)間的能力。在這次的課程設(shè)計(jì)中我遇到了不少的問(wèn)題。這一方面是由于時(shí)間比較緊，另一方面是由于對(duì)軟件和電路不是很熟悉，也說(shuō)明電路的設(shè)計(jì)還有一些問(wèn)題。由于對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)，只有自己動(dòng)手做過(guò)了，才能更貼切更深刻的掌握所學(xué)的知識(shí)， 使自己