(最新整理)测量放大器-何守芬

1、(完整)测量放大器-何守芬(完整)测量放大器-何守芬 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)测量放大器-何守芬）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为(完整)测量放大器-何守芬的全部内容。学 号： 0120909320535课 程 设 计题 目学 院专 业班 级姓 名指导教师课程设计任务书学生姓名

2、： 何守芬 专业班级： 通信0905 指导教师： 王晟 工作单位： 信息工程学院 题 目: 测量放大器 初始条件: 1运算放大器op07 2稳压芯片lm7815 lm7915 3变压器 101要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求）设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图1。输入信号vi取自桥式测量电路的输出.当r1r2r3r4时，vi0。r2改变时，产生vi 0的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。时间安排： 第18周理论讲解. 第19周理论设计、实验室安装调试 地点：鉴主13楼通信工程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1

3、） 指导教师签名: 年 月 日系主任（或责任教师)签名： 年 月 日目 录 中文摘要6英文摘要71主要任务分析 82方案设计与论证 92.1放大电路 92.2信号变换电路 112.3电源电路的设计123设计原理及主要电路的参数计算 133.1直流电源的原理及参数计算133.2放大电路的原理及参数计算143.3信号转换部分原理 144仿真分析154。1 调试仪器154。2电源的仿真测试 154。3信号转换器的仿真测试 164.4放大电路的仿真测试174.5仿真中遇到的问题185小结 19附件一 元器件清单20附件二 参考文献2126摘 要本设计主要由测量放大器、信号变换器、稳压电源三部分组成。测

4、量放大器主要是实现对微信号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱电信号的放大，要求有较高的输入电阻，从而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的范围的被测信号的测量,因而测量放大器的前级主要采用差分输入的方式，然后经过双端信号到单端信号的转换,最后经比较放大器进行放大。信号变换电路主要实现一段信号输出到两端输出的转变，主要采用的是经过改进的差分式放大电路，信号变换在本设计中的用途主要是用于对测量放大电路的频率相应进行测试。稳压电源电路主要用于为运放供电，包括测量放大电路及信号变化器中的运放。abstractthis design mainly

5、 by the measuring amplifier， signal converter， regulated power supply of three parts， measuring amplifier primarily the achievement of micro-signal measurement， mainly through the use of an integrated measurement of the composition of opamp amplifier circuit to achieve the amplification of weak elec

6、trical signals, requiring a morea high input resistance， thereby reducing the measurement errors and the impact of the circuit under test and asked adjustable magnification the amplifier in order to achieve a larger range of the measured contrast to the signal measurement， and thus the first stage a

7、mplifier measured mainly uses differential inputsway， and then through the double-ended signal to a singleended signal conversion， the final amplifier through the comparison to enlarge。signal conversion circuit mainly to achieve a signal output to the ends of the output changes， the main use of the

8、improved differential amplifier circuit, the signal transform in the use of this design is mainly used to measure the frequency of the corresponding amplifier circuit for testing。regulated power supply circuit is mainly used for the opamp power supply, including measuring changes in the signal ampli

9、fication circuits and devices in the op-amp.测量放大器1主要任务分析（1） 设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图1。图1输入信号vi取自桥式测量电路的输出。当r1r2r3r4时,vi0。r2改变时,产生vio的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。（2） 设计并制作一个信号变换放大器.将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。参见图2.（3）电源.设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相220v交流电压供电。交流电压变化范围为1015.2方案设计与论证2。1

10、放大电路方案一：直接采用高精度ua741运算放大器结成悬置电桥差动放大器：利用一个放大器将双端输入信号转变成单端输出,然后通过电阻与下一级反向比例放大器进行耦合，放大主要通过后一级的比例放大器获得，此电路的特点是简单，实现起来对结构工艺要求不高，但是其输入阻抗低，共模抑制比、失调电压和失调电流等参数亦受到放大器本身性能限制不易进一步提高，且无法抑制放大器本身的零漂及共模信号产生,虽然电路十分简单，元器件较少，但仍将其舍弃。参见图3 图3方案二：采用比较通用的仪用放大器,如图4所示，它是由运放a1a2按同相输入法组成的第一级差分放大电路。运放a3组成第二级差分放大器。在第一级电路中，v1v2分别

11、加入到a1和a2 的同相端，r1和两个r2组成的反馈网络,引入负反馈，两个运放a1a2的两个输入端形成虚短和虚断,通过计算可以得到电路的电压增益，适当的选择电阻的阻值即可实现放大器放大倍数的改变，并且可以将r1用一个适当的阻值的电位器代替，通过调节电位器即可实现对放大倍数的控制。 该电路的优点是电路简单，元件较少,a1和a2两个放大器组成差分放大器，可以有效地抑制共模信号，并且为双端输出,共模放大倍数理论上是0，因而可以大大的提高共模抑制比,并且由于输入信号v1v2都是aa的同相端输入，根据虚短和虚断，流入放大器的电流为0，所以输入电阻ri，并且要求两运放的性能要求完全相同，这样，线路除了具有

12、差模、共模输入电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调极其漂移产生的误差也相互抵消，但由于本实验的要求放大倍数可以调节，通过电位器调节放大倍数，电位器的阻值无法准确获得，因而放大倍数无法准确得到,因而，本方案并不能完全满足实验要求，故舍弃本方案。图4 方案三:主要是对第二种方案的合理改造，电路前级放大仍然采用差分式输入的方式，采用双端输出,能有效地提高抑制共模抑制比，并且由于电路的零漂的影响主要来自第一级放大，因而第一级采用了差分式输入的方式，就能有效地提高整个电路的共模抑制能力。然后再通过a3进行信号变化，将双端输入信号转变成为单端输出.为提高电路的共模抑制能力，a3为节约成本可采用op07，

13、为提高其共模抑制能力以及精准度,为其加入了调零电路，并且为保证电路对称，用固定电阻r6与可变电阻r7串联后与r5进行匹配，从而提高电路的对称性，减少温度漂移的影响，然后再接一级比例放大,通过调节r12的阻值可改变整个电路的放大倍数。经过仿真测试，基本能满足实验要求，并且对于扩展部分，可以将r12用一个电阻网络代替,用单片机对其阻值进行控制即可满足放大倍数的调节，并且经过理论分析基本可以满足步进为1的要求。鉴于以上原因，故本实验采用本方案。参见图5 图52.2信号变换电路变换电路，将单线输人信号分别经过两个运算放大器一个接成跟随器另一个接成反相比例放大器，这样通过简单、基本的运算放大电路就将单端

14、输入信号变换成双端输出.如图62.3电源电路的设计在能满足实验要求的基础上，尽可能简化电路，采用的是比较常用的稳压电源电路，主要利用两个稳压芯片lm7815及lm7915产生所需要的15v的电压输出，其电路如图7所示。稳压芯片lm7815的主要参数:输出电流可达1a 输出电压有：15v输出晶体管soa保护 7815极限值（ta=25)vi输入电压（v0=518v）35v （vo=24v)40v 相关引脚1输入 input 2-地 gnd 3输出 output3、设计原理及主要电路的参数计算3。1直流电源的原理及参数计算电源电路主要由变压部分、整流部分、滤波部分和稳压部分组成。变压部分主要由变压

15、器组成,由于要为双电源运放供电,因此要采用三抽头的变压器从而可以得到相位相反的两个15v的交流源，输入到下一级的整流桥；整流部分主要由四个二极管组成的整流桥组成，依据二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高;滤波部分的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉,使其变成平滑的

16、直流电。在小功率电路中采用电容滤波电路,将滤波电容c直接并联在负载rl两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低,输出直流电压的平均值增大；稳压部分主要由稳压芯片组成，在稳压芯片两端各加一个用于频率补偿的电容，防止产生自激，经过稳压芯片稳压后，输出基本为稳定的直流，尾端加上470f的电容主要是用于滤除电路中可能存在的高频影响。直流稳压电源,设计要求当单相 220v交流电压供电时交流电压变化范围为+10-15 ，仍能正常工作,，计算滤波电容值时，应考虑整流二极管、7815、7915最小压降ud。输出15v时，设计输出电流至少达到500 ma，在0。

17、01 s内电压变化为umax=u（115%)ud15=3.38vc=q/u=i.t/u=0。50.01/3.38=1478f其中u=18v（变压器输出的交流电压），ud为7815和7915的最小压降,设计取c=3300f（在实物上直接焊接3300f),在电源电压比正常值小15或大10时，电路仍能满足三端稳压器的最小压降,没有超出三端稳压器的耐压范围.3。2信号变换电路 信号变换电路主要完成单端信号双端输出的功能，用做测量放大电路频率特性的输入信号，较为简单的方法是采用差分放大器的方法，取单端的信号经差分放大后双端输出即可，为保证信号不失真，必须保证电路的对称性,防止因的温度漂移而产生的影响。由

18、于是从同相输入端输入因此电路的输入阻抗很高，能够满足试验的要求。3.3前置放大电路的计算第一级差模放大的电压放大倍数的计算：由于运放a1 a2均满足虚断和虚短，流入两运放的电流均可认为是零，故有va =vi1 vb=vi2vr5= vi1-vi2 vr5 /r5 =vo1-v02/（r4+r5+r6）得到:vo1-vo2=(r4+r5+r6)vr5/r5=(r4+r5+r6）（ vi1-vi2)/ r5运放a3实际构成求差电路,满足： vo3=-r7(vo1-vo2)/r8 运放a4 构成反相比例器： vo=-r15vo3/r11=r15r7(r4+r5+r6）( vi1-vi2）/r11r8

19、r5该电路最后的运算放大倍数： av= r15r7(r4+r5+r6) /r11r8r5从上式子中可以看到通过调节r12的值即可实现对测量放大倍数的调节，其前级主要用于抑制共模信号及提高整个电路的输入电阻，并不承担主要的放大任务，放大主要由最后一级比例放大器来完成,因而在电阻的选择上考虑到这方面的因素，本设计的前级放大倍数av1=-(r4+r5+r6) / r5=-60最后一级放大倍数av2=r15/r11而r15是一个100k的电位器，r11为10k，故最后一级的增益最高可达600倍，完全可以满足试验的基本要求。4 电路的仿真测试4.1 调试所用仪器：序号仪器名称数量1数字万用表1台2双踪示

20、波器1台3函数信号发生器1台4交流毫伏表1台在确定好方案后，我根据设计的方案做出了实物，并进行了调试。4.2 电源参数测试对电源的测试，实验中测得所设计的电源的相关参数如下：理论值仿真值实际测量值误差+15v+15.0v+15。514v+15.17v1。13%-15v15.0v15。627v14。76v1。6经数据分析，误差在范围内，达到题目要求,能很好的为后面电路提供电源及测试需要。4。3 信号变换电路的仿真测试4。4 放大电路的仿真测试输入差模电压设定放大倍数输出差模电压实测放大倍数放大倍数相对误差0.003613001。081299。450.0020。32206。4220.060.003

21、0.3451.715.030。0060.542.014。020。0051.61711。266。990。0011。6469.835。990。002频率特性（测试条件：放大倍数置为1）输入差模电压/v输入信号频率/hz输出差模电压/v差模放大倍数差模放大倍数/db2.18.65484。31.0240.2061。194。241。060。506104。74。41010374.41020004.4100。0252520000。25350.09933。9974.5仿真中遇到的问题 在放大器仿真中，当输入电压比较大时，输出电压仍然按原有的倍数进行放大。如输入为5v时，在放大倍数为250倍时，输出电压可达1.

22、25v。在实际应用中，输出电压由于受到运放的电轨影响，它只能输出比运放电压少。例如运放运行电压为15v时，在比较好的运放中,输出电压可达14。8v。但ua741运放在效果上稍差，大概输出电压为13.8v。所以这种不受限制的放大只能在仿真软件的理想状况下出现.小结 通过本次课程设计，我学习到了很多东西，懂得只有把设计原理搞懂了，才能在设计内容方面游刃有如。同时对于模电所学的差动放大器以及模拟集成运算放大器有了更深一步的理解，并学会了将理论知识向实际应用的转变。加深了对差分放大器的各项指标的理解与应用，例如它的共模抑制比,输入输出阻抗的大小，通频带与增益之间的关系。 本次课程设计中，我还学会了去查

23、阅各种资料，包括各种没有使用过的芯片，都可以通过互联网查阅到相关的使用手册，十分方便，也加速了课程设计的速度，少走了好多弯路，避免了将时间花在空洞的想象中.在仿真调试过程中，我进一步学习了multisim，proteus仿真软件的使用，为电路设计提供了一个很好的仿真平台。同时，也加深了模电课中所学到的有关于电路的频率相应特性的相关知识。本次课程设计最重要的是我能不断尝试，由不了解该软件的用法而变得了解，由不熟悉各种电路而变得熟悉。在制作实物的时候，加深对各种元器件的外观，型号，功能等的了解，同时锻炼了自己的焊接能力，为以后能焊出好的作品打下了基础.这过程中曲折可谓一语难尽。从开始时满腹激情到最后汗流浃背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无穷。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获.劳动是人类生存生活永恒不变的话题。在