仪用放大器或精密放大器.doc

集成运算放大器在信号处理电路中的应用数据放大器（仪用放大器或精密放大器）一、 实验目的：1. 掌握集成运算放大器在信号处理电路中应用的设计和调试方法。2. 通过在实验中对差分放大电路的使用，进一步理解和掌握差模、共模信号和共模抑制比。3. 了解数据放大器的工作原理和基本特性。二、 总体设计方案或技术路线：实际应用中常常会需要对传感器送出的微弱电信号进行放大后再行使用，为此数据放大器要有很高的电压增益。由于传感器的输出是作为放大器的信号源，传感器的内阻往往不是常量，随所测物理量的变化而改变，故要求放大器应有足够高的输入电阻以避免负载效应的影响。传感器输出信号中往往既有差模小信号（有用信号），也有较大的共模信号（噪声），因此又要求数据放大器有很高的共模抑制比。综上所述，数据放大器通常要达到“三高”：高增益、高输入电阻和高共模抑制比。三、 实验电路图四、 仪器设备名称及型号：实验电路板 1块双踪示波器 1台双路直流稳压电源 1台函数信号发生器 1台数字万用表 1只A741 1只LM324 1只五、 理论分析或仿真分析结果： 1. 理论分析根据实验电路图，和“虚短”、“虚断”的概念，可知uA = uS1uB = uS2 在A、B两个节点列电流方程 ( uA uB ) / R1 = ( uO1 uO2 ) / ( R1 + 2R2 ) 联立以上三式求得 uO1 uO2 = ( 1 + 2R2 / R1 )(uS1 uS2) 解得 uO = - ( Rf / R )( uO1 uO2 ) = - ( Rf / R )( 1 + 2R2 / R1 )( uS1 uS2 )2. 仿真分析 用Multism做仿真电路图如下当uS1 = 30.0 mV，uS2 = 0时，仿真结果如下当uS1 = 40.0 mV，uS2 = 0时，仿真结果如下当uS1 = 50.0 mV，uS2 = 0时，仿真结果如下利用Multisim软件仿真得到了理论分析的预期结果，预计实验可以成功。六、 详细实验步骤及实验结果数据记录：1. 差模信号测试按照实验电路图连接电路，打开双路直流稳压电源，由函数信号发生器向uS1输入1kHz正弦波信号，由双踪示波器观察uO的波形变化。令uS1的峰峰值依次取30.0mV，40.0mV，50.0mV，记录uO的峰峰值。（1） uS1 = 30.0mV，uO = （2） uS1 = 40.0mV，uO = （3） uS1 = 50.0mV，uO = 2. 共模信号测试按照实验电路图连接电路，打开双路直流稳压电源，由函数信号发生器向uS1和uS2输入相同相位、相同峰峰值的1kHz正弦波信号，由双踪示波器观察uO的波形变化。（1） uS1 = uS2 = 30.0mV，uO = （2） uS1 = uS2 = 40.0mV，uO = （3） uS1 = uS2 = 50.0mV，uO = 令uS1 = uS2的峰峰值依次取30.0mV，40.0mV，50.0mV，记录uO的峰峰值。3. 调节增益电阻R1，观察电压增益的改变。改变电阻R1（或将R1替换为变阻器），观察uO的峰峰值变化趋势。七、 实验结论：1. 本实验设计方案可以对差模小信号进行放大而抑制共模信号，可以达到数据放大器的设计要求。2. 输入端采用同相比例运算电路，因而输入电阻更高。3. 共模抑制比很大，对共模信号的抑制能力更强。4. 可以方便地通过调节增益电阻R1来改变电路的电压增益，也就是说R1可以替换为变阻器，从而可以方便地获得电压增益可调的数据放大器。八、 实验中出现的问题及解决对策：实验中最初在示波器上并未观察到差模信号的放大后的信号，增大输入信号后输出信号依然不改变，经过检查发现输入信号在经过同相比例放大电路后就已经包含了较大的直流信号，导致在输入放大器后，集成运放工作在非线性区。因此在具体的实验操作中，将经过同相比例放大电路后的信号接入电容后再输入放大器，从而获得了差模信号的放大后的信号，得到了预期的实验结果。九、 本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议：通过自己寻找实验创意，自己设计校正实验方案并自己在实验室最终操作完成自主设计实验的过程，可以了解到好的实验创意的基础作用，可以意识到实验方案应该通过仿真软件检验校正过再实际进行实验是避免盲目操作浪费时间的有效手段，可以体会到在实际进行实验时可能会遇到未能得到预期实验效果的困难，这时需要检查实验电路，思考实验原理，从而得出解决的结果最终获得实验成功。而倘若实验方案本身的原理有缺陷将会导致实验的失败，因此在设计和仿真的过程中就应该及时发现并改正