测量放大器实验报告

武汉理工大学电子技术基础 模拟部分课程设计目录摘要1Abstract21 .设计准备31.1引言31.2 Multisim简介32 .测量放大器电路图设计52.1设计任务和要求52.2设计原理52.3设计方案和实现72.3.1权利要求1和电路图72.3.2方案2及电路图82.3.3方案3及电路图92.3.4方案4及电路图92.4比较后选择的方案和适当设备102.5部分功能电路103 .电路仿真、测量波形和实物图153.1电路的模拟153.2测量波形153.2.1输入差动模式信号193.2.1输入公共模式信号203.3实物图和调试波形图203.3.1实物图203.3.1调试波形图214 .设计过程的问题和解决办法.214.1部件的选择. 214.2实验发现的问题和解决办法. 225 .部件清单. 23六.总结. 227 .参考文献. 231摘要测量放大器又称数据放大器或仪表放大器，常用于热电偶、应变桥.流量计、生物电测量及其他具有较大共模干扰的支流微弱信号的检测。测量放大器为高增益、直流耦合放大器，因其具有差动输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点而得到广泛应用。由于在诸如工业自动控制等领域中，必须总是测量远离广播的复用信号，使得信号远离广播，因此这两个信号的接地电势不统一，由此不可避免地引入长线路干扰和传输网络的阻抗的不对称性的误差。 为了抑制噪声，运输通常采用差动输入方式。 测量电路的基本要求包括高输入阻抗、高共模抑制比、高增益和宽增益调整范围。本次设计采用仪表放大器改造设计了测量放大器，满足其高输入阻抗、高共模抑制比和高通带的要求。关键词：测量放大器、集成运算放大器、数据放大器、高共模抑制比、高通带、低噪声Abstractampifierisanimporttconforelectronelectsystemontoumandmartheampifierforthereanda ofgreathelp.signethectionalcontrectiontheraremy ndusinmementapprifiesan RS.signaldetectionaccertiontheraremynetyofrealsystemsareoftendusimementinmanagementappinstrationalmicationampfirissallonnownothasdatampminfiresorinstrationamicationamemers，commo bio-electrical measurements， andothertributariesofalargercommon-modeinterferenceinweaksignaldetectionofslowdchanges。instrumentationamplifierisahigh-gain，DC-coupled amplifiers，it has a differential input，单端输出高级计算机intheinthedustricalationandotherareas，oftentfrortheopampneedforsmulti-channelsignalsarmeasured a1pos (126， 268) 而不是thereisinevitablylong-trectioninterformanceandtransenternetworkinformationandtransmissionnetworkimpedassessmymetryintduedededence usedopampdifferentialinputmode.thebicationrequirementofthemesarinitingcircuit : highinputimpedance high common -模式注册thedesingtheuseofinstructionalminstricationalmingampfierandistragedpowersupporsingde used，andtomeet他们的high输入impedanceandhighcommentkeywords :测量应用程序，集成操作应用程序，数据应用程序，高通用模式注册速率，高通用带宽，加载1 .设计准备1.1引言在工业的自动控制等领域中，需要总是测量远离广播的复用信号，使得信号远离广播，因此，两者的接地电位不统一，不可避免地由于长线路干扰和传输网络的阻抗的不对称性而引起的误差。 为了抑制干扰，运输通常采用差动运输方式。 测量电路的基本要求包括高输出阻抗、高共模抑制比、高增益和宽增益调整范围。本次设计采用仪表放大器的改造，设计了放大器及其稳压电源，满足了高输入阻抗、高共模抑制比和高通带的要求。1.2 Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technoligics简称IIT公司)发布的基于Windows的模拟工具，适合板级模拟/数字电路板的设计工作。 包括电路图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互地构筑电路的电路图，模拟电路的动作。 由于Multisim提取了SPICE模拟的复杂内容，工程师即使不知道高级SPICE技术，也可以立即捕获、模拟和分析新设计，适合电子学教学。 通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计技术人员和电子教育人员可以从理论上完成电路图捕获和模拟、原型设计和测试的完整综合设计过程。图1 Multisim登录屏幕2 .测量放大器电路图设计2.1设计任务和要求1 .基本功能：(1)差动模式电压放大率AVD=1500，能够手动调整(2)最大输出电压为10V，非线性误差为0.5%；(3)在输入共模电压7.5V-7.5V范围内共模抑制比KCMR 105；(在AVD=500的情况下，输出端子处的噪声电压的峰值-峰值小于1V(5)通带010Hz(6)直流电压放大器的差动模式输入电阻2MW。2 .增强功能：(1)将差动模式电压的放大率提高到AVD=1000，同时减小输出侧的噪声电压。(2)在满足基本要求(1)中的输出侧噪声电压和共模抑制比的要求的条件下，将通带扩展到0100Hz以上。(3)提高电路的共模抑制比。(4)差动模式电压的放大率AVD可以预设显示，预设范围为11000，步距为1，应满足基本要求(1)的共模抑制比和噪声电压的要求。2.2设计原理放大器是电子系统的重要组成部分，理解和掌握放大器对电子系统的学习和应用非常有帮助。 信号检测中的放大电路有各种类型，实际系统中经常采用的是测量放大器和绝缘放大器。测量放大器又称数据放大器或仪表放大器，常用于检测热电偶、应变桥、流量计、生物电测量及其他具有较大共模干扰的支流微弱信号。测量放大器为高增益、直流耦合放大器，因其具有差动输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点而得到广泛应用。 差动放大器和测量放大器的基本部件(运算放大器)基本相同，性能与标准运算放大器大不相同。 标准运算放大器是单端设备，其传递函数主要由反馈网络确定，差动放大器和测量放大器能够在有共模信号的条件下放大微弱的差动信号，因此共模抑制比高。 通常不需要外部反馈网络。测量放大器的第一级对差分信号只有一定的放大作用，对公共触摸信号几乎没有抑制作用，对公共触摸信号几乎没有抑制作用的主要是第二级电路完成，且放大器的公共触摸抑制比等于第一级电路的差分电压增加与第二级电路的公共触摸抑制比的乘积。由于在诸如工业自动控制等领域中，必须总是测量远离广播的复用信号，使得信号远离广播，因此这两个信号的接地电势不统一，由此难以避免引入长线路干扰和传输网络的阻抗的不对称性的误差。 为了抑制噪声，运输通常采用差动输入方式。测量电路的基本要求如下：高输入阻抗，抑制信号源和传输网络的电阻非对称导入的误差。高共模抑制比抑制各种共模干扰引起的误差。为了适应信号源电平的大范围，高增益和大增益调整范围。以上要求通常满足于多放大器的组合电路，典型的组合方式是同相串联型高电阻测量放大器、同相并联型高电阻测量放大器、高共模抑制测量放大器。用隔离元件构建测量放大器需要很多时间和精力，但采用集成运算放大器和差分放大器是简便可行的替代方案。用集成运算放大器放大信号的主要优点：(1)电路设计简单，组装调整方便，只要适当组合外接元件，就能实现输入输出的各种放大关系。(2)开环增益高，在用其构成的电路一般动作的深度负反馈的闭环状态下，性能稳定，非线性失真小。(3)运输的输入阻抗高，失步和漂移都小，适用于各种微弱信号的放大。 同时，由于它具有较高的共模抑制比，对温度变化、电源变动及其他干扰具有较强的抑制能力。根据电路的性质，包括运算放大器的放大电路分为三种类型：反相放大器、同相放大器和差分放大器。 根据输入信号的性质分为直流放大器和交流放大器。差动放大器分为(1)单端输入、单端输出(2)双端输入、单端输出(3)单端输入、双端输出3种，双端输入、单端输出型差动放大器常用于多级差动放大电路的中间极或末端。2.3设计方案与实现以下设计了4个方案，现在选择比较最好的。2.3.1根据权利要求1和电路图相关式高电阻测量放大器。 线路的前级要求具有相同的相位差自动放大结构，并且两个传输路径的性能完全相同。 如上所述，除了线路在差动模式、共模输入电阻大的特征之外，还抵消了两个运算放大器的共模增益、失调及其漂移引起的误差，因此不需要精密的匹配电阻。 后级的作用是抑制共模信号，将两端输出转换为单侧放大输出，以满足接地负载的需求，由此来要求后级的电阻精度具有一致性。 增益分配一般在前级取高值，后级取低值。该方式电路结构简单，定位和控制方便。 然而，调节增益还不能实现，不能满足连续调节的要求。图3是图2权利要求1的电路图在该测量放大器中，运算放大器U1和U2用同相输入连接方法构成第一级的差分放大电路，运算放大器U3构成第二级的差分放大电路，Rw、R3、R4构成反馈网络，导入了负反馈。u16-u26=(v1-v2 ) (2r3rw )/rw=(12r3/rw ) (v1-v2 ) (式1 )从第2级差分放大电路中逆变器比例器的输入输出关系也可知V0=-R7/R5(U16-U26 ) (式2 )综合以上关系可知AV=V0/(V1-V2