測量放大器的設計

1、測量放大器能夠將微弱的電信號進行放大，在生活中應用也十分廣泛，如在自動控制領域，往往需要用電壓信號進行控制，也就必然離不開電壓測量放大器，由于測量放大器應用十分廣泛，因而現(xiàn)在已經有集成的測量放大器供使用了。本次設計就是圍繞測量放大器展開的，測量放大器主要是通過運用集成運放將所測量的信號進行不失真的放大，并且不對所測量的電路產生影響，這就是需要放大器有較高的輸入電阻和較高的共模抑制比。一、 實驗目的學習測量放大器的設計方法，掌握測量放大器的調試方法。二、 實驗要求在許多測試場合，傳感器輸出的信號往往很微弱，而且伴隨有很大的共模電壓（包括干擾電壓），一般對這種信號需要采用測量放大器。測量放大器是一

2、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。請設計一個測量放大器：指標要求：a.當輸入信號峰峰值uip-p=1mV時，輸出電壓信號峰峰值uop-p=1V。b.輸入阻抗：Ri>1Mc. 頻帶寬度： f（-3dB）=1Hz1kHzd.共模抑制比： CMRR > 70dB三、實驗內容1、前端后端放大電路設計與論證測量放大器部分 圖1低噪聲前置放大電路的設計(1)低噪聲前端放大電路的設計 最初方案如圖1。本電路結構簡單，輸入阻抗較高，放大倍數(shù)可調，但是共模抑制比較小。實測只達到104，所以我們放棄本方案，選擇了第二個方案，如圖2。此電路的優(yōu)點在于輸入

3、電壓接在兩個運放的同相端，輸入阻抗高，共模抑制比大，可滿足要求。其中，直流信號的共模抑制比實測可達2.5×106，交流信號的共模抑制比可達 2×105。由電路的對稱性可知共模信號被有效地抑制，而差模信號放大了10 倍，從而提高了共模抑制比。另外，溫度在兩個輸入端引起的漂移是共模信號，對輸出電壓影響很小，無需另加補償。圖2低噪聲前置放大電路的設計(2)程控增益放大部分:為了改變放大器的增益，一般有兩條途徑：一是改變反相端的輸入電阻阻值，二是改變負反饋電阻阻值。最終我們選擇在負反饋網絡上添加滑動變阻器來改變負反饋電阻阻值，從而改變放大器的增益。最終我們在考慮方案二的基礎上，并結

4、合一些集成運放器的選擇，我們前端放大器我們采取如下方案:該電路實現(xiàn)|50|的放大增益同理集成運放的放大特性，可推出后端放大電路，其實現(xiàn)|20|倍的放大增益這樣便可以實現(xiàn)20*50=1000的放大增益2、 總體電路圖3、主要電路的參數(shù)計算（1）、放大倍數(shù)1000倍；第一級差模放大倍數(shù)Av1計算如下：V02-V01=（1+2R2/R1)(Vi（+）-Vi(-) =(1+200/50)(Vi(+)-Vi(-) =(1+200/50)(Vi(+)-Vi(-)即差模增益Av1=5第二級差模放大倍數(shù)Av2計算如下：Av2=-R6/R4=-10此級放大倍數(shù)Av2=-10所以前端放大倍數(shù)Av=Av1×

5、;Av2=-50同理可推出后端放大倍數(shù)第三級差模放大倍數(shù)Av3計算如下：Av3=1+R15/R12=4第4級差模放大倍數(shù)Av4計算如下：Av4=1+R14/R13=5;其中R14調為40k（2）、頻帶寬度：第二級與第三級間加入二階低通濾波器，根2*pi*fH=0.37/RC,其中fH=1kHz，可取值算出R、C第三級與第四級加入二階高通濾波器，對于二階高通濾波器，由于其參數(shù)很難設定，我們可以先固定C=100nF，然后根據(jù)一階高通濾波器的通帶截止頻率公式w。=1/RC,大概得出R的值，再在這個值的基礎上，不斷改變R的值，并觀察波特圖儀，當波特圖儀的下限達到1Hz時，即達到設定要求，這部分很難操作

6、，必須要有足夠耐心，最后得出R=4.3M。根據(jù)低通的Wp=0.37/RC,我們可以近似推出高通的頻帶公式為Wp=1/（0.37RC）.（3）、共模抑制比共模抑制比主要由前端放大電路(第一第二級)的設計來決定。在實際測量中，我們可以分別測量直流與交流情況下的共模抑制比，方法：在輸入兩端先輸入若干差模信號，記下差模放大倍數(shù)，再輸入若干共模信號，記下共模放大倍數(shù)，然后任取兩值，即可算出共模抑制比。在直流信號的共模抑制比實測可達2.5×106，交流信號的共模抑制比可達 2×105，從而達到了設計要求。由電路的對稱性可知共模信號被有效地抑制，而差模信號放大了10 倍，從而提高了共模抑

7、制比。另外，溫度在兩個輸入端引起的漂移是共模信號，對輸出電壓影響很小，無需另加補償。（4）、輸入阻抗輸入阻抗并不需要實際去測量，實際運用中，我們都采用同相輸入，有利于提高輸入阻抗，再加之TL084具有高輸入阻抗，因此輸入阻抗趨于無窮，肯定滿足設計要求。四、放大器性能測試放大器性能測試：輸入信號加入0.1mv，100Hz的交流電源，示波器置雙通道觀察測量放大器的輸入輸出波形。對于測量放大器放大倍數(shù)的測量，讀出示波器雙通道顯示的輸入輸出信號波形的峰峰值，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： 在放大器的輸出端加入波特圖儀，通過觀察波特圖的幅度圖可以得出放大器的同頻帶。仿真圖如下：由圖我們可以看出放大器的放大倍數(shù)近似為100倍，頻帶寬度近似為1Hz1KHz.