低频小信号放大器的设计

1、1. 设计任务及要求1.1 设计任务： 运用放大器原理等知识，设计一个低频小信号放大器。1.2 设计要求：1）放大倍数1000（60db）；2）共模抑制比kcmr60db；3）输入阻抗ri10m；4）频带范围0100hz；5）信噪比snr40db；2. 方案设计2.1.1同相放大电路 输入电压ui 接至同相输入端，输出电压uo 通过电阻rf仍接到反相输入端。r2的阻值应为r2=r1/rf. 根据虚短和虚断的特点，可知i-=i+=0,则有 且 u-=u+=ui，可得： 同相比例运算电路输入电阻为： 输出电阻： rof=0因此选择同相放大电路满足输入阻抗足够大2.1.2 差分放大电路差动输入比例运

2、算（即减法运算）在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号，（这是有用的信号）放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号，（这实际是上一级由于温度变化而产生的信号 ，是一种有害的东西），我们把这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由差模放大倍数和共模放大倍数可求差模增益avd和共模增益acd，共模抑制比kcmr =20log(avd/acd) 2.1.3 仪表放大器图5是仪用放大器的结构，是分离和集成仪表放大器最常选的结构。整个增益的传输函数很复杂

3、，当r1=r2=r3=r4时，传输函数可以简化为r5和r6设置为相同值（通常在1050k）。简单地调节rg的值，电路的整个增益可由单位值调至任意高的值。因此选择三运放仪用放大器满足电路的增益要求。2.2 方案确定2.2.1 主要器件选择芯片：op07供电电压：12直流稳压电源供电滤波电路：0.1uf,10u电容反馈电路电阻：10k,1k调节增益电阻：1m滑动变阻器安捷伦示波器数字万用表信号发生器2.2.1 最终电路选择使用两个运放同相输入组成第一级差分放大电路，使用第三个运放组成第二级差分放大电路，即两级共同构成了仪用放大器，在第二级接入滑动变阻器改变电路总增益。3. 工作原理3.1 工作原理

4、简介 op07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大。3.2 系统框图从工作原理，设计出来的电路框图如图3.1所示。直流稳压电源提供电路工作电压，经过发光二极管可知电路是否通路；op07作为一个主控芯片，实现输入信号放大功能；输入信号经过芯片会被放大，第一级差放电路的反馈网络形成了虚断，使输入阻抗ri；输入信号进入第二级差分电路，调节滑动变阻器可改变整个电路的增益；信号输出到示波器。系统框图如图3.1所示：op07输入信 号+12v直流电源op07滑动变阻器10k+1

5、2v直流电源发光二极管发光二极管示波器op07 图3.1 小信号放大器系统框4硬件设计41 直流电源输入端设计直流电源输入三个op07芯片使芯片正常工作，在输入前先通过二极管可直观显示电路是否通路。直流源输入端设计如下图：42 第一级差分放大电路设计前已提及，输入信号分别从两个op07同相输入，电路出现虚断现象，因而输入电路等于0，所以输入阻抗ri。具体电路见下图： 图4.2第一级差分放大电路设计4.2 第二级差分放大电路设计 采用的是改变滑动变阻器阻值改变电路增益，电路图如图4.3所示：图4.3 第二级差分放大电路 4.3电流输出端率杂波电路设计op07输入电源接地部分加入电容可滤去杂波，电

6、路设计图见图4.4。图4.4 电源接地滤波电路5调试方法与步骤1.连接好电路2.双端输入+12v电压，信号源输入10mv，1000hz的小信号3.调节电阻r6改变输出电压大小，即可改变输出电压放大倍数4.测量输出不失真电压uo ,则差模增益avd =20lg(uo /10)5.输入输出信号端共地测输出电压大小vo ,则共模增益avc =20lg(vo /10),共模抑制比kcmr =20log(avd/acd) 6.差模信号输入下，保持输入信号电压幅度不变，改变输入频率，测量输出电压等于0.707uo 时不失真频率范围，可得频带7输入端对地短路，测出输出噪声电压un8差模信号输入下，改变输入信

7、号电压幅度到最大不失真，测量输出电压un ,则信噪比s/n=20lg(un /un)9.断开输入电源，用万用表测输入阻抗6,结论1.数据记录uo=12.2vvo=12mv，avd =uo /10=1.2un=14mv,un =20.2v2.数据处理总增益avc =vo /10=1220kcmr =avd/acd=1220/1.2=1000频带范围 0.23hz9557hzs/n=20lg(un /un)=63.2db输入阻抗ri3结论该电路板主要应用了仪用放大电路设计，应用了op07芯片的放大信号功能，在制作设计工程中不断地修改了电路图，最初时的电路与现在制成的实际的电路大有不同，第一次采用了

8、串联反馈放大电路，第二次改为差分式放大电路，可使电路具有稳定的偏置和很强的抑制共模信号的能力。后来改为在步了四块pcb后制成了成板。调试过程遇到的挫折也不少，电路调试方面与错误排除：从输入一部分一部分测试排错，出错了，观察重复n次，估计是由什么原因引起的，从电路整体来看、分析可能是什么错误，再缩小范围，发现了几个虚焊的节点。原来设计的输入滤波对电路测量有负面影响，去掉之后稍微有所好转，对照原理图和pcb图之后发现在生成pcb和布线时有几个错误，滑动变阻器接错了，在割了几条线和焊接几条跳线后，经过多次调节滑动电阻器，才使电路板能正常工作了，在验收前太紧张以至于把直流源正负极接反了导致芯片被烧坏，幸好同学借给好的芯片才让我课设验收顺利完成。课程设计这门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，十天的课程设计，我感受最大的就是耐心，与其说是做设计，不如说是在锻炼我们的意志，使我们受益非浅。想要完成这项任务，要是没有顽强的毅力，是不可能达到理想的结果的。7参考文献1. 电子技术基础数字部分（第五版） 华中科技大学电子技术课程组 编康华光 主编2. /icstock/528/op-