1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設計(論文)題 目 名 稱 測量放大器的設計 課 程 名 稱 綜合電子課程設計 學 生 姓 名 學 號 系 、專 業(yè) 指 導 教 師 年 月 日目錄1、 概述二、方案設計與論證.2 2、設計原理.2 07、 結(jié)論與心得.108、 參考文獻.11摘要 本設計主要是測量放大器,測量放大器主要是實現(xiàn)對微信號的測量，主要通過運用集成運放組成測量放大電路實現(xiàn)對微弱電信號的放大，要求有較高的輸入電阻，從而減少測量的誤差及對被測電路的影響，并要求放大器的放大倍數(shù)可調(diào)以實現(xiàn)對比較大的范圍的被測信號的測量，因而測量放大器的前級主要采用差分輸入的方式，然后經(jīng)過雙端信號到單端信號的轉(zhuǎn)換

2、，最后經(jīng)比較放大器進行放大。 關鍵詞：放大器；頻率；電源；電橋?qū)Ｐ?專注-專業(yè)1、 概述隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，運算放大電路也得到廣泛的應用。測量放大器專門精密差分電壓放大器，它源于運算放大器,且優(yōu)于運算放大器。測量放大器把關鍵元件集成在放大器內(nèi)部，其獨特的結(jié)構(gòu)使它具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)漂移增益設置靈活和使用方便等特點,使其在數(shù)據(jù)采集、傳感器信號放大、高速信號調(diào)節(jié)、醫(yī)療儀器和高檔音響設備等方面倍受青睞。測量放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環(huán)增益組件，具有差分輸出和相對參考端的單端輸出。與運算放大器不同之處是運算放大器的閉環(huán)增益是由反相輸出端與輸

3、出端之間連接的外部電阻決定，而測量放大器則使用與輸入端隔離的內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡。測量放大器的 2 個差分輸入端施加輸入信號，其增益即可由內(nèi)部預置，也可由用戶通過引腳內(nèi)部設置或者通過與輸入信號隔離的外部增益電阻置。本次設計通過采用儀用放大器的改造來實現(xiàn)設計一測量放大器及其所用的穩(wěn)壓電源,并滿足其高輸入阻抗和高共模抑制比及高通頻帶的要求.。測量放大器主要實現(xiàn)對微信號的測量，主要通過運用集成運放組成測量放大電路實現(xiàn)對微弱信號的放大，要求有較高的共模抑制能力及較高的輸入電阻，減少測量的誤差及對被測電路的影響，并要求放大器的放大倍數(shù)可調(diào)已實現(xiàn)對比較大的范圍的被測信號的測量。測量放大器前級主要用差分輸入，經(jīng)

4、過雙端信號到單端信號的轉(zhuǎn)換，最終經(jīng)比例放大進行放大二、方案設計與論證1、設計任務和要求 設計并制作一個測量放大器及所用的直流穩(wěn)壓電源。參見圖1。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VI 0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(diào)節(jié)；b. 最大輸出電壓為 10V，非線性誤差 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）。2、設計原理原理概述 放大器是電子系統(tǒng)的重要組成部分，

5、了解和掌握放大器對于學習和應用電子系統(tǒng)有很大的幫助。信號檢測中的放大電路有很多種類型，實際系統(tǒng)中常采用的有測量放大器和隔離放大器。測量放大器又稱為 數(shù)據(jù)放大器或儀表放大器，常用于熱電偶，應變電橋.流量計，生物電測量以及其他有較大共模干擾的支流緩變微弱信號的檢測。 測量放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等特點，因此得到廣泛的應用。差分放大器和測量放大器所采用的基礎部件（運算放大器）基本相同，它們在性能上與標準運算放大器有很大的不同。標準運算放大器是單端器件，其傳輸函數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡決定；而差分放大器和測量放大器在有共模信號條件下能夠放大很微弱的

6、差分信號，因而具有很高的共模抑制比（）。它們通常不需要外部反饋網(wǎng)絡。測量放大器的第一級只對差摸信號有一定的放大作用，而對共模信號幾乎沒有抑制作用，對共模信號幾乎沒有抑制作用主要由第二級電路來完成,而且放大器的共摸抑制比約為第一級電路的差摸電壓增和第二級電路的共摸抑制比的乘積。在工業(yè)自動控制等領域中，常需要對遠離運放的多路信號進行測量，由于信號遠離運放，兩者地電位不統(tǒng)一，不可避免地存在長線干擾和傳輸網(wǎng)絡阻抗不對稱引人的誤差。為了抑制干擾，運放通常采用差動輸人方式。對測量電路的基本要求是：高輸人阻抗，以抑制信號源與傳輸網(wǎng)絡電阻不對稱引人的誤差。高共模抑制比，以抑制各種共模干擾引人的誤差。高增益及寬

7、的增益調(diào)節(jié)范圍，以適應信號源電平的寬范圍。以上這些要求通常采用多運放組合的電路來滿足，典型的組合方式有以下幾種：同相串聯(lián)式高阻測量放大器，同相并聯(lián)式高阻測量放大器，高共模抑制測量放大器 用分離元件構(gòu)建測量放大器需要花費很多的時間和精力，而采用集成運放放大器或差分放大器則是一種簡便而又可行的替換方案。用集成運算放大器放大信號的主要優(yōu)點:（1） 電路設計簡化，組裝調(diào)試方便，只需適當配外接元件，便可實現(xiàn)輸入輸出的各種放大關系.（2） 由于運放得開環(huán)增益都很高，用其構(gòu)成的防大電路一般工作的深度負反饋的閉環(huán)狀態(tài)，則性能穩(wěn)定，非線性失真小。（3） 運放的輸入阻抗高，失調(diào)和漂移都很小，故很適合于各種微弱信號

8、的放大。又因其具有很高的共模抑制比，對溫度的變化，電源的波動以及其他外界干擾獨有很強的抑制能力。運算放大器組成的放大電路，按電路的性質(zhì)可分為反相放大器，同相放大器和差分放大器三種。按輸入信號性質(zhì)又可分為直流放大器和交流放大器兩類。 差分放大器分為（1）單端輸入、單端輸出（2）雙端輸入、單端輸出（3）單端輸入、雙端輸出三種，而雙端輸入、單端輸出型差動放大器常用于多級差分放大電路的中間極或末極。 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。圖1測量放大器系統(tǒng)各個組成部分作用和指標：橋式電路：提供差動電壓用來測試直流電壓放大器的主要性能指標

9、。信號變換放大器：把函數(shù)發(fā)生器單端輸出信號經(jīng)信號變換放大器變換為直流電壓放大器的雙端輸入信號。直流電壓放大器：要求差動輸入的直流電壓放大器，具有高的差模電壓增益，并具有低漂移，低噪聲輸出及高共模抑制比等特性。測試其差模放大倍數(shù)、共模放大倍數(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：該電源由單相 220V 交流電壓供電，輸出15V 直流電壓，作為整個系統(tǒng)的電源。圖中K 置2 的位置，測直流電壓放大器頻率特性；K 置1 的位置，測直流電壓放大器的其他性能指標。3、設計方案及實現(xiàn)同相并聯(lián)式高阻抗測量放大器電路具有輸入阻抗高、增益調(diào)節(jié)方便、漂移互相補償、雙端變單端以及輸出不包括共模信號等

10、優(yōu)點。線路前級為同相差動放大結(jié)構(gòu)，要求兩運放的性能完全相同，這樣，線路除具有差模、共模輸人電阻大的特點外，兩運放的共模增益、失調(diào)及其漂移產(chǎn)生的誤差也相互抵消，因而不需精密匹配電阻。后級的作用是抑制共模信號，并將雙端輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閱味朔糯筝敵觯赃m應接地負載的需要，后級的電阻精度則要求匹配。增益分配一般前級取高值，后級取低值。圖一該測量放大器由運放U1和U2按同相輸入接法組成第一級差分放大電路，運放U3組成第二級差分放大電路。三、直流電壓放大器差模電壓增益Avd（12 R7/(R11+ R5)）R6/ R4若取 R3 =R7= R8= R4= (R9+R10)=R6=10k, Avd12 R7/(R

11、11+ R5)取R11=0 時，Avd=1+2*10*1000/（0+40）=501取R11 為最大時，Avd=1+2*10*1000/(100*1000+40)=1.2R10 是調(diào)零電位器。集成運算放大器U1、U2、U3、U4、U5 采用OP07 其共模抑制比高、低噪聲、高精度。 圖三四、放大器性能測試放大器性能測試：首先調(diào)零，將輸入端短接，即將輸入信號置零，調(diào)節(jié)各個電位器的調(diào)零電阻，直至輸入電壓為零，完成調(diào)零操作，然后將電橋加電壓，用萬用表測電橋的輸出電壓，手動調(diào)節(jié)可變電位器，直至電橋的輸出電壓為5mv，然后用1米長的導線將電橋與放大器連接，用示波器觀察測量放大器的輸出波形。對于測量放大器

12、放大倍數(shù)的測量，設置放大倍數(shù)然后用萬用表測電橋的輸出電壓及測量放大器放大后的輸出電壓，求出實際電壓放大倍數(shù)，然后與設置的電壓放大倍數(shù)比較。測量放大器的頻率響應測試：首先對信號變換電路進行調(diào)零，同樣是將輸入短接，即輸入端直接接地，然后調(diào)節(jié)用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號源，然后將輸出信號通過信號變換電路將單端輸出轉(zhuǎn)變成雙端輸出，再將信號變換器的輸出信號接到測量放大器的輸入端合理設置輸出電壓及測量放大器的放大倍數(shù)，然后用交流毫伏表測量放大器和信號變換電路的輸出電壓，并改變函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率，得到不同頻率下的放大倍數(shù)。五、仿真結(jié)果和分析1、各部分的仿真結(jié)果 圖四、直流電壓放大器仿真原理圖圖五、R11為

13、0時的輸出波形仿真圖圖六、R11為最大時的輸出波形圖七、電路總圖六、主要電路參數(shù)計算1、放大倍數(shù)計算差模電壓增益Avd（12 R7/(R11+ R5)）R6/ R4若取 R3 =R7= R8= R4= (R9+R10)=R6=10k,Avd12 R7/(R11+ R5)取R11=0 時，Avd=1+2*10*1000/（0+40）=501取R11 為最大時，Avd=1+2*10*1000/(100*1000+40)=1.22、仿真中遇到的問題在放大器仿真中,當輸入電壓比較大時,輸出電壓仍然按原有的倍數(shù)進行放大。如輸入為5V時，在放大倍數(shù)為250倍時，輸出電壓可達1.25V。在實際應用中，輸出電

14、壓由于受到運放的電軌影響，它只能輸出比運放電壓少。例如運放運行電壓為15V時，在比較好的運放中，輸出電壓可達14.8V。但UA741運放在效果上稍差，大概輸出電壓為13.8V。所以這種不受限制的放大只能在仿真軟件的理想狀況下出現(xiàn)。七、結(jié)論與心得 通過本次設計，我明白了只有將書本上的知識做到詳細的了解加上融會貫通才能夠通過本來的原理運用到實際，設計出符合一定要求的電子電路，即使是電路中的每一個小元件，都要考慮到其對整體電路的影響，甚至有時對電路細微部分的改動都可能得到意想不到的結(jié)果，所以設計電路不僅需要掌握比較全面的知識，還需要考慮到每個細節(jié)，考慮全局。不僅要被高要求，還要自主高要求。任何事情都

15、不是一蹴而就的，只有走好每一步，才能夠?qū)ψ约褐R的不足之處有更加深入地了解，在學習的過程中去彌補自己的不足，想要學好一個方面的專業(yè)知識僅僅依靠一本教科書是不夠的，我們需要在任何時候都留心積累。而深入的通過本次更加了解了差分放大電路在測量電路等重要場合中的廣泛應用，任何一個基礎的電路在靈活運用與組合之后便能發(fā)揮出人們想要的一些功能。在本次設計過程中，我還學習了一些芯片的相關知識，由于現(xiàn)在電子電路的集成化越來越高，所以我們也應該學會使用集成元件。通過本次的學習，我還學習使用了MULTISIM仿真軟件的使用，這個軟件為我們提供了一個簡單容易操作平臺，是我們在真正搭建電路前建立相應的仿真，其能幫助我們提前發(fā)現(xiàn)自己所設計電路的錯誤。有利于我們正確的設計電路?？墒抢碚?，即使是仿真，那些只是理想狀態(tài)下的情況，所以在實際情況下我們還是會在測試時出現(xiàn)這樣或那樣的錯誤，這就需要我們?nèi)ツ托牡膶ふ椅覀兊腻e誤和不足，在實踐中積累更多的動手經(jīng)驗，更需要我們的耐心。在此出了增強對我們個人知識的豐富外還加強了同學之間的交流，相互協(xié)作的能力，遇到不懂的知識還可以利用網(wǎng)絡查找相關的資料。總的來說，在這忙碌的大約