仪用运算放大电路实验报告.docx

实验报告课程名称：电路与模拟电子技术实验 指导老师： 成绩：_ 实验名称：仪用运算放大器的应用 实验类型： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1了解仪表放大器与运算放大器的性能区别； 2掌握仪表放大器的电路结构及设计方法； 3掌握仪表放大器的测试方法； 4学习仪表放大器在电子设计中的应用。二、实验内容和原理（必填）1.实验内容（1）.用通用运算放大器设计一个仪表放大器；（2）.用INA128精密低功耗仪器放大器设计一个仪表放大器。2.仪用放大器的介绍（1）仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点；（2）仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。（3）当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。（4）常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。3典型仪表放大器典型的仪表放大器电路由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1 =R2，R3 =R4，Rf =R5的条件下，电路增益为： G=(1+2R1/Rg )(Rf /R3 )。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。4.典型仪表放大器的电路分析5. 通用运放构成仪表放大器的电路仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由单运算放大器(例如：集成四运放LM324)组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下所示。6. 专用芯片构成仪表放大器的电路仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第二类由单片集成芯片(例如：INA128) 为核心，设计出不同的仪表放大器电路，INA128基本连接方案如下图所示。7. 专用芯片构成仪表放大器的电路INA128 精密低功耗仪器放大器可提供输入共模电流路径如下图所示。8测试仪表放大器电路的输入环节理解差模信号与共模信号的概念，如下图(a)为一个电桥，通过改变Rp_1可使A点的电压改变，测量A、B两点的共模电压和差模电压。图(b)为将信号源输出信号转化为差分信号的电路。（LM324供电电压12V，信号源输出正弦波，频率和幅度根据需要设置）9. 通用运放构成的仪表放大器三、主要仪器设备1.双踪示波器;2.信号源;3.万用表;4.INA128 精密低功耗仪器放大器;5.LM358普通双运放。四、操作方法和实验步骤1电路图通过测出VA、VB求出差模、共模从而求得差模放大倍数、共模放大倍数。2.电路图3.测出输出噪声。4.电路图五、实验数据记录和处理1.实验一（1）实验数据V（噪声）-0.7Vo0.317V VB-16.3mV VA-10.0mVVd6.3mVVc-13.15mVAvd50.3Avc0.0228（2）仿真2.实验二(1)实验a.实验数据V（噪声）-0.7Vs50mVVo5.2VVA50mVVB-57mVVd107mVVc-2.5mVAvd49.5Avc0.16Fp79kHzb实验图(2)仿真a.VA、VB、Vo波形图b.F=193khz时已经接近三角波c.Vpp=290m时已经开始失真3.实验三（1）实验数据VA-10.5mVVB-15.7mVVo-0.312VVd5.2mVVc-13.1mVAvd49.3Avc0.00023（2）仿真 仿真得到放大倍数为51.7六、实验结果与分析1.实验一的放大倍数理论值为51倍，实验值为50.3倍，相对误差为1.37%，由此可见，实验一的相对误差较小，实验测量比较准确；2实验二的放大倍数理论值为51倍，实验值为49.5倍，相对误差为2.94%，由此可见，实验二的相对误差较小，实验测量比较准确；3实验三的放大倍数理论值为51倍，实验值为49.3倍，相对误差为3.33%， 由此可见，实验二的相对误差较小，实验测量比较准确。七、讨论、心得本次实验我做的比较艰难，在理论没有跟上的条件下，我只能按照老师说的去测量数据，当遇到不理解的问题时会向身边同学请