高输入阻抗放大器设计报告讲解

课程设计任务书学生姓名: 专业班级:电信0902指导教师:刘运苟 工作单位:信息工程学院题目：高输入阻抗放大器设计初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。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）1、 输入电压和输出电压函数关系为：v100vo i2、 输入信号频率不大于100HZ3、 在室温下，若信号源内阻在100KQ至1MQ变化时，信号源开路电压为50mv~100mv时，放大器误差不大于1%4、 要求共模抑制比$60dB5、 设计电源；6、 焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书时间安排：十八周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名： 年月日系主任（或责任教师）签名： 年月日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"1原理与器件的选择 1\o"CurrentDocument"LM7815、LM7915的简介 1\o"CurrentDocument"0P07CP集成芯片的介绍 2\o"CurrentDocument"2工作原理及原理图 3\o"CurrentDocument"2.1框图 3\o"CurrentDocument"2.2直流电源的电路图及原理 32.3高输入阻抗差动放大器的电路图及原理 5\o"CurrentDocument"3Protues仿真与结果分析 7\o"CurrentDocument"3.1仿真波形图 7\o"CurrentDocument"3.2结果分析 7\o"CurrentDocument"4电路焊接 8\o"CurrentDocument"5心得体会 9\o"CurrentDocument"6致谢 10\o"CurrentDocument"参考文献 11摘要要实现高输入阻抗一个重要的任务就是要能够抑制零点漂移，另一个重要的任务就是能够放大偏差信号。抑制零点漂移的可以采用下面几种方法：（1）利用直流负反馈，稳定电路的静态工作点。（2）采用温度特性较好的高性能器件。（3）采用温度补偿法，利用热敏器件的参数随温度变化而变化的特性，抵消电路随温度变化而变化的影响。采用差分放大电路，利用特性相同的对管，使它们的温度漂移互相抵消。本实验是以集成芯片OPO7C设计的高输入阻抗放大电路。为了提高输入阻抗，电路采用同相输入端加信号电压的方法，同时为了保证两个信号源都加到运放的同相输入端，采用两个同相放大电路组成第一级放大。电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制比性能，第二级为差动放大电路。该电路可用于信号源有公共地端和不接地两种情况。直流电压源采用的是LM7815、LM7915，型号的集成稳压芯片组成的具有同时输出的+15V、-15V电压的稳压电路。并用PROTUES仿真软件对实验电路进行仿真。关键字：0P07C；LM7815；LM7915；高输入阻抗；高共模抑制1原理与器件的选择1.1LM7815、LM7915的简介D-FAK2TO-220GND外壳接地D-FAK2TO-220GND外壳接地131.Input输入1.Input输入1 23 2.GND接地3.Output输出Para>eter参数Symbol符号Value数值单童InputVoltage输人电压(forVO=5Vto18V)VI35V(forVO=24V)VI40VThermalResistanceJunction-Cases热阴(结到壳)(TO-220)R9JC5■C/WThermalResistanceJunction-Air^阻(结到空气)(TO-220)R9JA65■C/WOperatingTemperatureRange工作溫度范围TOPR0心+125■CStorageTemperatureRange储存温度范围TSTG-652+150■C图1.1LM7815的引脚图三端稳压集成电路极限参数:TO-220GND1.GND接地1 2 3 2.Input输人图1.2LM7915的引脚图3.Output图1.2LM7915的引脚图三端稳压集成电路极限卷数:Parapeter参数Symbol符号Value数值单僅InputVoltage输入电压(forVO=5Vto18V)VI35V(forVO=24V)VI40VThermalResistanceJunction-Cases熱阻(结到壳)(TO-220)R9JC5■C/WThermalResistanceJunction-Air热阻(结到空气)(TO-220)R9JA65■C/WOperatingTemperatureRange工作温度范围TOPR0"+125■CStorageTemperatureRange储存温度范围TSTG-65"+150■CLM7815输出为+15V，最大电流为2.2A。LM7915输出为-15V，最大电流为2.2A。三端集成稳压器LM7815、LM7915引脚及参数如图所示。1.20P07CP集成芯片的介绍1.30P07CP的实物图0P07CP共有八个引脚，引脚图如图1.4所示OffsetNull1 1 I"InvertingInput 2 |■Jon-invertingInput 3 |心4匚J/']8OffsetNull2J沁*]6Output/]5 N^-.1.4OP07CP的引脚图0P07集成运算放大器属于低温度漂移型集成运放，0P07失调电压小且不随温度变化而变化。0P07主要性能参数见表1.5所示，表1.5OP07集成运放特性VCC+=15V，VCC-=-15V,TA=25°C参数OP07CP型集成运放

失调电压Vo(uV)150失调电流I[0(nA)6共模输入电压范围VICR(V)±15开环差模增益AVD(dB)100共模抑制比Kcmr(dB)100单位增益带宽BWg(MHZ)0.52工作原理及原理图2.1框图2.2直流电源的电路图及原理集成稳压器构成的±15输出电压的稳压电源电路如图2.1所示,5-图2.1输出正负电压的直流电源电路图直流电源的原理框图及波形图如图2.2所示,图2.2直流电压源框图及波形正负直流稳压电源原理1、电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换成为整流电路所需要的交流电压u2。2、 整流和滤波电路。在稳压电源中用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动直流电压u3。滤波电路一般是由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U1。U1与交流电压u2的有效值U2的关系为U1二1.2U2在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为URM=dU2。稳压电路。由于输入电压u1发生波动、负载和温度变化时，滤波电路输出的直流电压U1会随着变化。为了维持稳定的输出，采用稳压器LM7815、LM7915和一些外部元件构成稳压电路。元器件选择1）集成稳压器选择LM7815、LM7915其输出电压+15V和-15V，最大输出电流I 二2.2A，omax滤波电容C=1000uF,C1=0.33uF，C2=0.1uF,C3=220uF。2） 选择变压器。计算可知，变压器的功率选择12W。3） 选用整流二极管和滤波电容，二极管选择IN4001，滤波电容选择1000uF的电解电容。

2.3高输入阻抗差动放大器的电路图及原理1、高输入阻抗三运放放大电路原理，该电路常用于监测信号的前置放大和各种数据放大,因而有时也称数据放大电路。采用OPO7CP集成芯片，采用同相输入端提高输入阻抗，为了保证两个信号源都加到运放的同相输入端，采用两个同相放大电路组成第一级放大。第一级电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制比性能，第二级为差动放大电路。电路图如图2.3.1所示,U1(V+)VALUE=15.U.1AMP=50m7ObFFSET=0'''FREQ=10'PHASE=0'''°'THETA=0•32coR4incv-)£VALLE=-15^二OP07CR'2兮..R5-•IVALLz=-15200k-<TEXT>R1•10k•<TEXT>20k•<TEXT>10k••AMP=50m7ObFFSET=0'''FREQ=10'PHASE=0'''°'THETA=0•32coR4incv-)£VALLE=-15^二OP07CR'2兮..R5-•IVALLz=-15200k-<TEXT>R1•10k•<TEXT>20k•<TEXT>10k••<TEXT>;63'r-U3■■I|2(V-iVALL：=-15••R6••OP07C•u吒灯汶罷#2一3OP07C<TEX-T>-■■10k■•“<TEXT>R7.200k-<TEXT>图2.3.1高输入阻抗放大电路图第一级放大主要用来提高整个放大电路的输入阻抗，第二级采用差动电路用以提高共模抑制比。电路优点是差模信号按差模增益放大，远高于共模成分。决定增益的电阻R1，R2，R5,R4理论上对共模抑制没有影响。运放差分放大电路的特点:1）高输入阻抗。被提取的信号时不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器的输入阻抗。若信号源的内阻为100K，则放大器的输入阻抗应大于1MQ。2）高共模抑制比。信号工频干扰以及所测量的参数以外信号的干扰一般为共模干扰，前置级必须采用kcm较高的差动放大形式，减小共模信号的干扰。低漂移、低噪声。组要作用是对信号源影响小，获得信号能力强，以及能够使输出稳定。运放差分放大电路放大倍数计算。设输入电压：VI二匕厂V2则VI=[R1/(R1+R2+R3)](V01-V02)所以第一级放大倍数AV1=(V01-V02)/VI=[1+(R2+R3)/R1]第二级输出电压放大倍数为VO=(1+R6/R4)(R7/R5+R2)V02-(R6/R4)V01当R7=R6,R4=R5日寸VO=-R6/R4(V01-V02)所以第二级电压放大倍数为AV2二-R6/R4当R4=R5,R7=R6,R2=R3时，第一级和两级总的电压放大倍数为AV1二1+2R2/R1AV=AV1•AV2=-R6/R4(1+2R2/R2)输入信号为共模信号时VI1=VI2=VIC,AVC=VO/(VI1-VI2)=0kcmR=|AVD/AVC|=^本实验取R5=R6=10K,R4=R7=200K,R2=R3=20K,R1=1OK。两级放大的总增益为两个差模增益的乘积Avd=-(R4/R5)(1+2R2/R1)=100所以此电路具有输入阻抗高，共模抑制比高的特点。

3Protues仿真与结果分析3.1仿真波形图在protues仿真软件中运行如2.3.1所示的电路图，得到的波形图如图3.1所示图3.1电路图输入输出波形仿真时输入信号幅值为50mV,频率为50Hz的正弦信号，输出波形的幅值为5V的正弦信号,放大倍数为100倍。3.2结果分析由仿真波形知，高输入阻抗放大电路输入幅值为50mV的正弦信号时，由于放大电路的输入阻抗很高，拾取信号能力强，所以输如信号电压经放大后，输出幅值为5V的正弦波形，达到实验要求。在输入共模信号时，输出波形几乎是一条直线，则共模放大倍数AyC0。所以本放大电路具有高输入阻抗和高共模抑制特点。4电路焊接焊接工具电烙铁，焊锡，烙铁架，导线，松香，钳子，电路板焊接步骤第一，先对电路图中各个的器件要完全了解它们的极性和每个引脚的作用;第二，对照电路图在电路板上放上元器件，大概了解各器件布局和位置；第三，根据器件位置，设计焊接路线走向，适当用铅笔做记号；第四，对照电路图焊接实物；第五，检查电路及连线。5心得体会通过本次设计，加强了自己的理论水平，提高了自己的动手能力。在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验，如电路板的布线、元器件的识别和整机的调试等各方面的经验。学到了许多课本上没有的知识，得到了很大的锻炼。实习了两个星期的，我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这两周的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。受副热带高气压影响，江南大部这两周都被高温笼罩着。人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子做事。天气本身炎热，加之机房里又没有电扇、空调，故在上机仿真时，真是艰熬，坐下来才一会会，就全身湿