北工大 测量放大器

北京工业大学电子课程设计报告学号：14020019姓名：康文杰学院：电控学院专业：电子信息目： 测量放大器 测量放大器（一）设计任务：使用运算放大器设计一套用于交流信号测量的放大器模块。(二)基本要求：1差模电压放大倍数 AVD＝1～500，可手动调节；2最大输出电压为±10V，非线性误差<0.5％；3在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比KCMR>10；4在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；通频带0～10Hz；前言：测量放大器简介放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。了解和掌握放大器对于学习和应用电子系统有很大的帮助。信号检测中的放大电路有很多种类型，实际系统中常采用的有测量放大器和隔离放大器。测量放大器也称为仪放大器或数据放大器，它是一种可以用来放大微弱差值信号的高精度放大器，在测量控制等领域具有广泛的用途。通常，测量放大器多采用专用集成模块来实现，虽然有很高的性能指标，但不便于实现增益的预置与数字控制，同时价格较高。为此，结合应用实际，利用高增益运放，设计了一种具有高共模抑制比，高增益数控可显的测量放大器。提高了测量放大器的性能指标，并实现放大器增益较大范围的步进调节。本次设计通过采用仪用放大器的改造来实现设计一测量放大器及其所用的稳压电源,并满足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频带的要求.。测量放大器主要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，减少测量的误差及对被测电路的影响，并要求放大器的放大倍数可调已实现对比较大的范围的被测信号的测量。测量放大器前级主要用差分输入，经过双端信号到单端信号的转换，最终经比例放大进行放大。元件清单： 元件名称 元件标称值或型号 电阻 10kΩ×12，20kΩ×1，50kΩ×3，100kΩ×3 电位器 10kΩ×1 电容 10μF×1 电感 无 三极管 无 二极管 无 集成电路 LP07×5 其他 无第一部分：信号变换放大器设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。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，以此作为差动放大器的输入信号。第二部分：差动放大器设计、制作一个测量用差动放大器，参见下图。输入信号VI取自桥式测量电路的输出。当R1＝R2＝R3＝R4时，VI＝0。R2改变时，产生VI≠0的电压信号。第三部分：前置放大器要求：被测输入正弦波信号最小幅度为有效值10毫伏；（输入幅度尽量小）频率为100HZ~10KHZ；（上限频率尽量高）放大器增益达到40dB。（增益尽量高）(三)设计1.信号交换放大器信号变换放大器主要功能是将函数发生器的单端输入Vi1变换成直流电压放大器的双端输出Vo。设计并制作一个信号变换放大器。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。设计要求将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真的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。为了使信号不失真，就需保证电路的对称性。VO2仿真实验电路图同相放大器A1的电压增益Vo1/Vi=1，反相放大器A2的电压增益Vo2/Vi=-1/2，所以总增益Vo/Vi=(Vo1－Vo2)/Vi=1总增益Vo/Vi=1。2.差动放大器同相并联式高阻抗测量放大器电路具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移互相补偿、双端变单端以及输出不包括共模信号等优点。线路前级为同相差动放大结构，要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模、共模输人电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消，因而不需精密匹配电阻。后级的作用是抑制共模信号，并将双端输出转变为单端放大输出，以适应接地负载的需要，后级的电阻精度则要求匹配。增益分配一般前级取高值，后级取低值。仿真实验电路图该测量放大器由运放U1和U2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放U3组成第二级差分放大电路。3前置放大器输入及输出电容器(C1及C4)只是选项，可根据实际情况考虑选用。适用与否取决于用户系统的输入与输出如何连接。若输出设有直流补偿，那么便需要增设C1输入电容器，以便阻塞直流电信号。输出电容器也可发挥相同的作用。仿真实验电路图（四）实验记录信号交换放大器：实际电路图差动放大器波形图前置放大器总电路图：仿真实验图实际电路图（五）收获体会测量放大器涉及到了上学期学习的模拟电子技术的内容，通过实验加深了我对模拟电路知识的理解和掌握。为了完成设计任务，我们通过翻阅教材和资料，巩固了之前所学的专业课知识，并在实践中进一步加深了对专业知识的掌握和应用。在实验过程中我们组遇到了几个问题：1差动放大器未达到理想放大倍数。我们通过调试电路发现是电阻的阻值不合理。通过调节电阻的阻值，最终电路达到了理想的放大倍数。2输出波形严重失真。最初第三部分前置放大器的波形严重失真，我们猜测是输入电压不合理。最终通过调试输出波形恢复正常。我认为自己最大的不足便是调试、分析电路的能力不足，连好电路经常出不来结果就一筹莫展。通过这次课设，我们排查电路故障的能力得到了很大提高。在电路连接完成却不能实现预期功能时，可以通过分布测试发现有故障的地方，并查找与其有关的输入和控制连线。用万用表检查其电位逻辑关系是否正确，找出问题连线。整个课程设计过程，可以说是对我们专业综合素质的培养和一次锻炼，增强小组合作能力，最重要的是学会了解决问题的方法。2