测量放大器中期报告

1、测量放大器中期报告设计内容及要求a. 差模电压放大倍数 AVD110000，可手动调节；b. 通频带01MHz ； c. 在输入共模电压+7.5V7.5V范围内，共模抑制比 KCMR >105 ；d. 在AVD500时，输出端噪声电压的峰峰值小于1V；e.最大输出电压为± 10V，非线性误差 < 0.5 ；f.直流电压放大器的差模输入电阻2MW （可不测试，由电路设计予以保证）。测量放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点，因此得到广泛的应用。差分放大器和测量放大器所采用的基础部件（运算放大器）基本相同，但是它们在性能上

2、与标准运算放大器有很大的不同。标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而差分放大器和测量放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比（）。它们通常不需要外部反馈网络。测量放大器主要实现对微弱信号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路来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以实现对比较大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。测量放大器的第一级只对差摸信号有一定的放大作用，而对共模信号几乎没有抑

3、制作用，对共模信号几乎没有抑制作用主要由第二级电路来完成,而且放大器的共摸抑制比约为第一级电路的差摸电压增和第二级电路的共摸抑制比的乘积。测量放大器系统组成的框图如下图所示。系统包括桥式电路、信号变换放大器电路，直流电压放大器和直流稳压电源。测量放大器系统各个组成部分作用和指标：桥式电路：提供差动电压用来测试直流电压放大器的主要性能指标。信号变换放大器：把函数发生器单端输出信号经信号变换放大器变换为直流电压放大器的双端输入信号。直流电压放大器：要求差动输入的直流电压放大器，具有高的差模电压增益，并具有低漂移，低噪声输出及高共模抑制比等特性。测试的是其差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、输出

4、噪声电压峰峰值、通频带。直流稳压电源：该电源由单相 220V 交流电压供电，输出±15V 直流电压，作为整个系统的电源。图中K 置2 的位置，测直流电压放大器频率特性；K 置1 的位置，测直流电压放大器的其他性能指标。总体工作是通过不断地仿真电路来发现电路的不足之处，并通过查阅资料以及组内讨论逐步的去修正电路图使问题尽量减少。原本我们小组电路中是采用AD620AN仪表放大器的，它是一款低成本、低漂移、低功耗、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻来设置增益,增益设置范围为1至10000，带宽1MHz。看上去这个器件的性能指标基本满足我们组利用专用型器件做测量放大器的技术要求，但在后来的

5、仿真过程中发现用AD620AN仿真比较麻烦，不易出结果，效果不佳，所以我们放弃采用它，打算找一个性能更好一点并容易仿真的器件，继续搜查资料发现INA144芯片比较适合，仿真起来也比较容易，因此采用这个芯片来仿真电路图。INA144简述（1）性能指标² 电源电压:±18V² 输入电压范围:±40V² 增益范围：110000² 带宽：11MHz² 工作温度:40125² 储存温度:40125² 节点温度:150² 引脚温度(软焊,10s): +300² 失调电压低：最大值为50uV；

6、78; 漂移温度小：最大值为025uV/；² 偏置电流小：最大值为2nA；² 共模抑制比高：最小值为115dB；² 具有±40V的输入过压保护；² 电源电压范围宽：±225V一±18V；² 静态电流小：最大值为3mA；² 有三种封装形式：8脚双列直插塑封，8脚双列直插冉瓷封装，l6脚的小型封装。（2）功能介绍 INAl14是一种通用型仪用放大器,尺寸小、精度高、价格低廉,可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等,芯片是由三个运算放大器所构成的一个精密仪表用放大器,其特性指标比三个独立的运算放

7、大器构成的仪表用放大器要高得多,同时,IN-All4还具有很低的失调电压与很小的温度漂移,高的共模抑制比及极高的输入阻抗等特点。INA114只需一个外部电阻就可以设置1至100O0之间的任意增益值,内部输入过压保护能够长期耐受±40V, 失调电压低,最大值为50 uV; 漂移温度小,最大值为0.25uV/; 静态电流小,最大值为3mA； 共模抑制比高, G=1000时为50dB； 电源电压范围宽,土2.25v一土18v;用激光进行调整,可以在±2.25V的电压下工作,使用电池(组)或5V单电源系统,静态电流最大为3mA。INA114采用8引脚塑料封装或SOL16表面封装贴件

8、。INA114的增益值只用一个外部电阻RG就可以设置，公式如下：G=1+50k /RG公式中的“50k”这一项是两个内部反馈电阻的和。INA114增益的精确度和漂移额定值中包含了这两个电阻的精确度和温度系数。在仿真的过程中，利用INA114虽然能够基本达到增益以及带宽的要求，但是出现的电压偏移问题又不能很好的解决，所以在一些关于介绍INA114的资料中发现可以用一个运算放大器进行缓冲来解决这个问题。如下图中所示：所以，我们在仿真中利用OPA602来修正输出偏离电压。在分析电路仿真结果，发现的问题很多，分别是：1.当输入信号频率为1Hz到1Khz，电压在微伏级时电路放大倍数可达到10000倍，但

9、当输入信号频率为1kHz到1Mhz时放大倍数就减小了，最高大约在1000倍左右，并且在这个频率段输出波形相对于输入波形有相位偏移。2.当输入信号电压在毫伏级时，波形的放大比较完美，没有失真或偏移的情况，但是放大倍数达不到10000。从波特图上看，上述问题可以一目了然，总之我们的电路在通频带内整体增益达不到80dB。仿真结果：1. 把函数发生器单端输出信号经信号变换放大器变换为直流电压放大器的双端输入信号。2. 直流电压放大器放大器性能测试放大器性能测试：首先调零，将输入端短接，即将输入信号置零，调节各个电位器的调零电阻，直至输入电压为零，完成调零操作，然后将电桥加电压，用万用表测电桥的输出电压

10、，手动调节可变电位器，直至电桥的输出电压为5mv，然后用1米长的导线将电桥与放大器连接，用示波器观察测量放大器的输出波形。对于测量放大器放大倍数的测量，设置放大倍数然后用万用表测电桥的输出电压及测量放大器放大后的输出电压，求出实际电压放大倍数，然后与设置的电压放大倍数比较。测量放大器的频率响应测试：首先对信号变换电路进行调零，同样是将输入短接，即输入端直接接地，然后调节用函数信号发生器产生信号源，然后将输出信号通过信号变换电路将单端输出转变成双端输出，再将信号变换器的输出信号接到测量放大器的输入端合理设置输出电压及测量放大器的放大倍数，然后用交流毫伏表测量放大器和信号变换电路的输出电压，并改变

11、函数信号发生器的输出频率，得到不同频率下的放大倍数。1.在频率为f=1KHz，输入信号Vi=1mV的情况下，输出信号Vo（V）0.951.5022.533.05外部电阻RG()11064422561.7在输出信号波形最大不失真的情况下，Vo=3.05V，RG=1.7。但是，理论上RG=5。这是一个还未解决的问题。2.预置放大倍数为：RG=12.7时，AV=3938（1）Vi=1mV时，频率f（Hz）输出信号Vo（V）放大倍数Av11.5150052.22200102.652650208.858850509.29200908.9989901008.888001208.888001508.484002007.9790030077000400660005005.151006004.545007003.939008003.535009003.131001K2.828002K1.515003K110005K0.6262010K0.440020K0.3131050K0.29290100K0.285285200K0.31310300K0.313100.313101M0.31310（2）Vi=5mV时，