传感器与检测电路设计任务1.4 典型放大电路设计与测试
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基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端输入； 放大后信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
4 同相放大器典型电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号同相位。
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号相位相反。
峰峰值 占4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4格 每格电压0.5V
uP-P=2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
1 反相放大电路基本电路
电路参数
输出电压与输入电压的关系：
虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 虚断 i+=i-=0 KCL i1=i2+i-
i2
i1
i-
uu+
i+
4 同相放大器典型电路
同相交流放大电路
4 同相放大器典型电路
电压跟随器
电压增益：1 R1、R2：平衡电阻，一般R1=R2，减
小零点漂移。（若对零点漂移没要求 可不用）
4 同相放大器典型电路
电压跟随器仿真
5 同相放大器设计与测试
放大电路设计实例
电阻应变片传感器检测电路输出直流电压为20mV，要求将该电压放大到1V，请设 计该放大电路。
2 零点漂移的影响因素
输入失调电压
实际运算放大器：前置级的差动放大器 并不一定完全对称，当输入电压为零时，电 路输出电压不为零，必须在输入端加上一直
流电压uos后输出才为零，这一外加的直流电 压便称为输入失调电压uos。
uos引起的输出失调电压为：
检测电路设计与制作课程
集成运放典型放大电路 设计与仿真
1 测量放大器
测量放大器
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号的电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
测量放大器的基本要求
测量放大电路的输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； 稳定的放大倍数； 低噪声； 低的输入失调电压和输入失调电流，以及低的漂移； 足够的带宽和转换速率（无畸变地放大瞬态信号）； 高共模输入范围（如达几百伏）和高共模抑制比； 可调的闭环增益； 线性好、精度高； 成本低。
解：
6 差动放大器测试
电路仿真
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 零点漂移概念
零点漂移测试
2 零点漂移概念
零点漂移
理想运算放大器：输入电压为零，输出电压也必然为零。 实际运算放大器：前置级的差动放大器并不一定完全对称，当输入电压为 零时，电路输出电压不为零，该电压大小随着温度变化而变化，且在零点附 近，这种现象为零点漂移。
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 集成运算放大器
集成运算放大器符号
新国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
旧国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
1 集成运算放大器
常用运算放大器芯片
UA741
OP07
LM358
LM324
TL082
NE5532
AD603
AD823
1 集成运算放大器
集成运放理想特性
序号 1 2 3 4 5
参数名称 差模增益 共模增益 输入阻抗 输出阻抗
带宽
理想特性 ∞ 0 ∞ 0
0～∞
实际特性 90～100dB以上
0dB以上 100kΩ～数兆欧 10Ω～数百欧 Fra Baidu bibliotek～10Hz(或0～10kHz)
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
设计分析
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10kΩ、放大倍数为100倍的放大电路。
设计步骤
2 反相放大电路设计与测试
仿真结果
放大倍数约为100。
2 反相放大电路设计与测试
实用反相放大电路
实际应用中，一方面电阻存在误差，实际应用中放大倍数与计算值有偏差，另一方面要求 测量放大电路的放大倍数可调，才能满足测量需求。
6 差动放大器典型电路
基本电路结构
依据叠加原理，使ui1、ui2单独作用后，uo相加即可 得到输出电压uo 。
up
工程上为了减少元器件种类和提高工艺性，一般取R1＝R3， R2＝R4，此时该电路对两输入端信号的差值进行放大。
6 差动放大器测试
电路测试
若R1=R3=10kΩ，若R2=R4=100kΩ， ui1=1V， ui2=1.2V，求输出电压uo.
设计分析
电路如右图所示，根据题意选择合适的元器即可。
5 同相放大器设计与测试
设计步骤
5 同相放大电路设计与测试
仿真结果
6 差动放大器典型电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端、反相 输入端输入；放大后信号从输出端输出。
电路构成电压负反馈（输出电压通过电阻连到 反相输入端）
运算放大器的误差及其补偿
1 反相放大电路基本电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从反相输入端输入； 输出信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
同相输入端通过电阻接地（也可直接接地）。
1 反相放大电路基本电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
峰峰值占 4.4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4.4格 每格电压0.5V
uP-P=2.2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
4 同相放大器典型电路
电路特性
输出电压与输入电压的关系：
虚断 i+=i-=0 虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 KCL i2=i1+i-
电压放大倍数（电压增益）：
输入阻抗：
参数处理
R2采用固定电阻和可调电阻串联来代替，固定电阻 一般取理论值的90%，可调电阻取理论值的20%。
R2可选910kΩ的固定电阻和200kΩ可调电阻串联实 现。
放大倍数理论范围：91～111。
3 反相放大电路设计与测试
电路仿真
最小放大倍数约91
最大放大倍数约110
4 同相放大器典型电路
（反相端为虚地点）
电压放大倍数（电压增益）： 输入阻抗：
i2
i1
u- i-
u+ i+
1 反相放大电路基本电路
电路特点
优点：性能稳定 缺点：输入阻抗比较低，但一般能够满足大多数 场合的要求，因而在电路中应用较多。
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10K、放大倍数为100倍的放大电路。
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端输入； 放大后信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
4 同相放大器典型电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号同相位。
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号相位相反。
峰峰值 占4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4格 每格电压0.5V
uP-P=2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
1 反相放大电路基本电路
电路参数
输出电压与输入电压的关系：
虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 虚断 i+=i-=0 KCL i1=i2+i-
i2
i1
i-
uu+
i+
4 同相放大器典型电路
同相交流放大电路
4 同相放大器典型电路
电压跟随器
电压增益：1 R1、R2：平衡电阻，一般R1=R2，减
小零点漂移。（若对零点漂移没要求 可不用）
4 同相放大器典型电路
电压跟随器仿真
5 同相放大器设计与测试
放大电路设计实例
电阻应变片传感器检测电路输出直流电压为20mV，要求将该电压放大到1V，请设 计该放大电路。
2 零点漂移的影响因素
输入失调电压
实际运算放大器：前置级的差动放大器 并不一定完全对称，当输入电压为零时，电 路输出电压不为零，必须在输入端加上一直
流电压uos后输出才为零，这一外加的直流电 压便称为输入失调电压uos。
uos引起的输出失调电压为：
检测电路设计与制作课程
集成运放典型放大电路 设计与仿真
1 测量放大器
测量放大器
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号的电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
测量放大器的基本要求
测量放大电路的输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； 稳定的放大倍数； 低噪声； 低的输入失调电压和输入失调电流，以及低的漂移； 足够的带宽和转换速率（无畸变地放大瞬态信号）； 高共模输入范围（如达几百伏）和高共模抑制比； 可调的闭环增益； 线性好、精度高； 成本低。
解：
6 差动放大器测试
电路仿真
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 零点漂移概念
零点漂移测试
2 零点漂移概念
零点漂移
理想运算放大器：输入电压为零，输出电压也必然为零。 实际运算放大器：前置级的差动放大器并不一定完全对称，当输入电压为 零时，电路输出电压不为零，该电压大小随着温度变化而变化，且在零点附 近，这种现象为零点漂移。
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 集成运算放大器
集成运算放大器符号
新国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
旧国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
1 集成运算放大器
常用运算放大器芯片
UA741
OP07
LM358
LM324
TL082
NE5532
AD603
AD823
1 集成运算放大器
集成运放理想特性
序号 1 2 3 4 5
参数名称 差模增益 共模增益 输入阻抗 输出阻抗
带宽
理想特性 ∞ 0 ∞ 0
0～∞
实际特性 90～100dB以上
0dB以上 100kΩ～数兆欧 10Ω～数百欧 Fra Baidu bibliotek～10Hz(或0～10kHz)
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
设计分析
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10kΩ、放大倍数为100倍的放大电路。
设计步骤
2 反相放大电路设计与测试
仿真结果
放大倍数约为100。
2 反相放大电路设计与测试
实用反相放大电路
实际应用中，一方面电阻存在误差，实际应用中放大倍数与计算值有偏差，另一方面要求 测量放大电路的放大倍数可调，才能满足测量需求。
6 差动放大器典型电路
基本电路结构
依据叠加原理，使ui1、ui2单独作用后，uo相加即可 得到输出电压uo 。
up
工程上为了减少元器件种类和提高工艺性，一般取R1＝R3， R2＝R4，此时该电路对两输入端信号的差值进行放大。
6 差动放大器测试
电路测试
若R1=R3=10kΩ，若R2=R4=100kΩ， ui1=1V， ui2=1.2V，求输出电压uo.
设计分析
电路如右图所示，根据题意选择合适的元器即可。
5 同相放大器设计与测试
设计步骤
5 同相放大电路设计与测试
仿真结果
6 差动放大器典型电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端、反相 输入端输入；放大后信号从输出端输出。
电路构成电压负反馈（输出电压通过电阻连到 反相输入端）
运算放大器的误差及其补偿
1 反相放大电路基本电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从反相输入端输入； 输出信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
同相输入端通过电阻接地（也可直接接地）。
1 反相放大电路基本电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
峰峰值占 4.4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4.4格 每格电压0.5V
uP-P=2.2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
4 同相放大器典型电路
电路特性
输出电压与输入电压的关系：
虚断 i+=i-=0 虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 KCL i2=i1+i-
电压放大倍数（电压增益）：
输入阻抗：
参数处理
R2采用固定电阻和可调电阻串联来代替，固定电阻 一般取理论值的90%，可调电阻取理论值的20%。
R2可选910kΩ的固定电阻和200kΩ可调电阻串联实 现。
放大倍数理论范围：91～111。
3 反相放大电路设计与测试
电路仿真
最小放大倍数约91
最大放大倍数约110
4 同相放大器典型电路
（反相端为虚地点）
电压放大倍数（电压增益）： 输入阻抗：
i2
i1
u- i-
u+ i+
1 反相放大电路基本电路
电路特点
优点：性能稳定 缺点：输入阻抗比较低，但一般能够满足大多数 场合的要求，因而在电路中应用较多。
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10K、放大倍数为100倍的放大电路。