1、模拟电子技术基础课程设计说明书- 1 -测量放大器_课程设计目 录摘 要 .- 2 -Abstact .- 3 -1 引言 .- 3 -2测量放大器 2.1 任务 .- 4 -2.1.1基本要求 .- 4 -2.1.2 发挥部分 .- 5 -2.2测试说明： .- 6 -3方案设计与论证： .- 7 -3.4电源电路的设计： .- 11 -3.4.1降压部分： .- 12 -3.4.2整流部分： .- 12 -3.4.3滤波部分： .- 12 -3.4.4稳压部分： .- 13 -3.5信号变换电路： .- 14 -3.6单片机控制部分： .- 14 -4主要的电路参数计算 .- 15 -4.
2、2电源参数的计算： .- 17 -5电路调试： .- 17 -5.1调试所用仪器： .- 18 -5.2电源参数测试： .- 18 -5.3放大器放大性能的测试： .- 18 -5.4测量放大器的频率响应测试： .- 19 -6元器件清单： .- 20 -7设计感想及总结： .- 21 -8参考文献： .- 23 -模拟电子技术基础课程设计说明书- 2 -摘 要本设计主要由测量放大器、信号变换器、稳压电源三部分组成，测量放大器主要是实现对微信号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱电压信号的放大，要求有较高的共模抑制能力及较高的输入电阻，从而减少测量的误差及对被测电路的影响，并
3、要求放大器的放大倍数可调以实现对比较大的范围的被测信号的测量，因而测量放大器的前级主要采用差分输入的方式，然后经过双端信号到单端信号的转换，最终经比例放大器进行放大，比例放大器的反馈电阻可以由 D/A组成的电阻网络代替，通过单片机对其阻值进行控制，从而实现对放大倍数的控制，放大倍数可以由单片机控制键盘进行输入，控制液晶或数码管进行显示。信号变换电路主要实现一端信号输出到两端输出的转变，主要采用的是经过改进的差分式放大电路，信号变换在本设计中的用途主要是用于对测量放大电路的频率响应进行测试。稳压电源电路主要用于为运放及电桥供电，包括测量放大电路及信号变换器中的运放。AbstactThe desi
4、gn is mainly maded of three parts of measuring amplifiers, signal converters, power supply. Measuring amplifier is mainly to achieve micro-signal measurements, primarily through the use of integrated operational amplifier circuit to enlarge the composition of measurement of weak voltage signal ampli
5、fication, requiring a higher common mode rejection capability and high input resistance, thereby reducing error of measurement and the impact of the circuit under test and it requires magnification adjustable amplifier in order to achieve greater contrast to the scope of the measured signal measurem
6、ent. So differential input is the measurement of the pre-amplifier i, and then after a two-terminal signal to the single-ended signal conversion, and ultimated by the ratio of amplifier amplification, the ratio of amplifier feedback resistor from D / A resistor network in place of the composition, t
7、hrough Singlechip its resistance to control, in order to control magnification. Magnification can be controlled by a single-chip keyboard input, control of liquid crystal or digital tube display. Signal transform circuit changes one end of the main signal output to two ends of output, mainly using a
8、n improved differential amplifier circuit, the main purpose of the signal transformation in the design is used for measuring the frequency response of amplifier for testing. Regulated power supply circuit is mainly used for the operational amplifier and power supply bridge, including the measurement
9、 and signal amplifier OPAMP Converter.模拟电子技术基础课程设计说明书- 3 -1 引言测量放大器能够将微弱的电信号进行放大，在生活中应用也十分广泛，如在自动控制领域，往往需要用电压信号进行控制，也就必然离不开电压测量放大器，由于测量放大器应用十分广泛，因而现在已经有集成的测量放大器供使用了。本次课程设计就是围绕测量放大器展开的，同时还设计了放大器的一些外围电路，如电源电路和信号变换电路，测量放大器主要是通过运用集成运放将所测量的信号进行不失真的放大，并不对所测量的电路产生影响，这就需要测量放大器有较高的输入电阻和较高的共模抑制比。模拟电子技术基础课程设计说
10、明书- 4 -2 测量放大器2.1任务设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图 1。输入信号 VI取自桥式测量电路的输出。当 R1R 2R 3R 4时，V I0。R 2改变时，产生 VI 1 0的电压信号。测量电路与放大器之间有 1米长的连接线。2.1.1 基本要求1)测量放大器a. 差模电压放大倍数 AVD1 500，可手动调节；b. 最大输出电压为 10V，非线性误差 105 ；d. 在 AVD500 时，输出端噪声电压的峰峰值小于 1V；e. 通频带 010Hz ；f. 直流电压放大器的差模输入电阻2MW （可不测试，由电路设计予以保证）。2)电源设计并制作上述放大器所用的直
11、流稳压电源。由单相 220V 交流电压供电。交流电压变化范围为10 15 。3) 设计并制作一个信号变换放大器，参见图 2。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。模拟电子技术基础课程设计说明书- 5 -2.1.2 发挥部分（1）提高差模电压放大倍数至 AVD1000，同时减小输出端噪声电压。（2）在满足基本要求(1)中对输出端噪声电压和共模抑制比要求的条件下，将通频带展宽为 0100Hz 以上。（3）提高电路的共模抑制比。（4）差模电压放大倍数 AVD可预置并显示，预置范围 11000，步距为 1，同时应满足基本要求(1)中对共
12、模抑制比和噪声电压的要求。（5）其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。2.2 测试说明：基本要求部分1)测量放大器a. 差模电压放大倍数的测量:通过改变 R2的阻值产生差模输入电压信号。b. 非线性误差的测量：在 AVD=100 的条件下，分别测量 VI为 25mV、 50mV、 75mV、 100mV 时的输出电压，求出非线性误差的最大值。c. KCMR的测量：在 AVD=500、V I0 的条件下，分别测出 VA15V、V B0 和VA0 、V B15V 时的共模电压放大倍数，取较大的一个计算 KCMR。d. 输出端噪声电压的测量：在 R1R 2R 3R 4、V I0 的条件下，用示波器
13、测量输出端噪声电压峰峰值。e. 通频带的测量：用信号变换放大器取代桥式测量电路，信号变换电路的输入信号由函数发生器或低频信号发生器给出。 模拟电子技术基础课程设计说明书- 6 -f. 不测量电压放大器的输入阻抗，仅根据对电路的分析，判断它能否满足对输入阻抗的要求。直流稳压电源的测量：交流电压变化10和15 时，A VD和 KCMR应保持不变。2) 发挥部分：第(3)、(4)项 KCMR的测量：仍然在 AVD=500 的条件下,按前述方法进行。在第(5)项有特色分者，应对设计的特色加以明确、具体的说明。3 方案设计与论证：方案一：模拟电子技术基础课程设计说明书- 7 -如图一所示，直接采用高精度
14、 OP 放大器接成悬置电桥差动放大器：利用一个放大器将双端输入信号转变成单端输出，然后通过电阻与下一级反向比例放大器进行耦合，放大主要通过后一级的比例放大器获得，此电路的特点是简单，实现起来对结构工艺要求不高，但是其输入阻抗低，共模抑制比失调电压和失调电流等参数亦受到放大器本身性能限制不易进一步提高，且无法抑制放大器本身的零漂及共模信号产生，虽然电路十分简单，元器件较少，但仍将其舍弃。图一 方案一电路图方案二：采用比较通用的仪用放大器，如图二所示，它是由运放 A1A2按同相输入法组成第一级差分放大电路。运放 A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中， v1v2分别加到 A1和 A2的同相端,
15、R 1和两个 R2组成的反馈网络，引入了负反馈，两运放 A1、A2 的两输入端形成虚短和虚断，通过计算可以得到电路的电压增益，适当的选择电阻的阻值即可实现放大倍数的改变，并且可以将 R1用一个适当阻值的电位器代替，通过调节电位器即可实现对放大倍数的控制。模拟电子技术基础课程设计说明书- 8 -该电路的优点是，电路简单，原件较少，A1 和 A1 两个放大器组成差分放大电路，可以有效地抑制共模信号，并且为双端输出，其共模放大倍数理论为 0，因而可以大大的提高共模抑制比，并且由于输入信号 V1 和 V2 都是 A1、A2 的同相端输入，根据虚短和虚断，流入放大器的电流为 0 所以输入电阻 Ri，并且
16、要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模共模输入电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消，但由于本实验要求放大倍数可以调节，通过电位器调节放大倍数，电位器的阻值无法准确获得，因而放大倍数无法准确得到，因而，本方案并不能完全满足实验要求，故舍弃本方案。图二 方案二电路图方案三：模拟电子技术基础课程设计说明书- 9 -主要是对第二种方案的合理改造，如图三所示，电路前级放大仍然采用差分式输入的方式，采用双端输入双端输出，能有效的提高抑制共模抑制比，并且由于，电路了零漂的影响主要来自第一级放大，因而第一级采用了差分式输入的方式，就能有效的提高整个电路的共模抑制能力，然后
17、再通过 A3 进行信号变换，将双端输入信号转变成为单端出，为提高电路的共模抑制能力，A3 为节约成本仍采用 OP07，为提高其共模抑制能力以及精准度，为其加入了调零电路，并且为保证电路对称，用固定电阻 R6 与可变电阻 R7 串联后与 R5 进行匹配，从而提高电路的对称性，减少温度漂移的影响，然后再接一级比例放大，通过调节 R12 的阻值即可改变整个电路的放大倍数，经过仿真测试，基本能满足实验要求，并且对于扩展部分，可以将 R12 用一个电阻网络代替，用单片机对其阻值进行控制即可满足放大倍数的调节，并且经过理论分析基本可以满足步进为 1 的要求，鉴于以上原因，将采用本电路。OP07 作为常用的
18、运放主要以下特点：1) 低的输入噪声电压幅度0.35 VP-P (0.1Hz 10Hz)2) 极低的输入失调电压10 V3) 极低的输入失调电压温漂0.2 V/ 4) 具有长期的稳定性0.2 V/MO5) 低的输入偏置电流 1nA6) 高的共模抑制比126dB7) 宽的共模输入电压范围14V8) 宽的电源电压范围 3V 22V9) 可替代725、108A、741、AD510 等电路模拟电子技术基础课程设计说明书- 10 -图三 方案三电路图3.4 电源电路的设计：电源电路主要由变压部分，整流部分，滤波部分，稳压部分组成，在能满足实验要求的基础上，尽可能简化电路，采用的是比较常用的稳压电源电路，主要利用两个稳压芯片，LM7815 及 LM7915 产生所需要的 的电压输出，其电路如图四所示：V15图四 直流稳压电源电路
