三运放仪表放大器

+5
其他
图 1-1-1 (2)模块说明 电源模块：由 7812、7912、7805 三个线性电源稳压芯片组成的三路输出直流电源，
其中+12V 和-12V 为双电源集成运放 OP07 供电。+5V 可为单片机、A/D 芯片或其他外部设备 供电。
放大器模块：由三个 OP07 构成的三运放仪表放大器，其特点是具有较强的抑制共 模信号的能力，并且能够调节放大输入信号至 100 到 200 倍。
感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理
量的变化而变。这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大 小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器输入电阻
加大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 此外，传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模部分，期数值有时远大
10uF/50V
104
GND
(2)三运放构成仪表放大器的主要原理如图 1-1-3 所示，第一级电路由 U1 和 U2 组成， 第二级运放由 U3 构成，其放大倍数为 1。根据运算电路的基本算法分析：
即 所输出的电压：
设
- ,则
当
时，由于
= ， 中的电流为零，
，输出
电压
。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑
104
TRANS3
BRIDGE1
+ C4
C3
10uF/50V
104
3
1
GND 1
D2
T2
C5
U2
7912
4
2
+ C6
1000uF/50V
TRANS3
104
2
Vin
BRIDGE1
+
C8 C7 104
10uF/50V
Vout 3
3
-12V
U3
1
Vin 7805 Vout
3
+5V
1
GND 2
D3 T3
4
2
2.各模块设计及参数运算
(1)由于电源需要向放大器提供
电压，并且为放大器供电的电源需低噪声干扰，
放大器对输入电压的纯净度要求严格。所以综合考虑取：
电源滤波电路如图 1-1-2 所示
U1
1
Vin 7812 Vout
3
+12V
整流后的15V输入
GND 2
+ C2
C1
1000uF/50V
104
+ C4
C3
方案二：采用线性电源稳压芯片 78 系列和 79 系列制作线性电源，使用多输出抽头变压 器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。
2.电源方案论证 本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干 扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不 是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较 大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。 3.放大器制作方法 方案一：题目要求使输入信号放大 100 至 200 倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，
制比越高。当输入信号中含有共模噪声，也讲被抑制。
A
U- I1
U- O 1 R
Rf
U1 R1
A
R2
U- O
U3
A
U- I2 U2
R1
R
Rf
U- O 2
图 1-1-3
3.系统设计图（如图 1-1-4 所示）
GND 2
U1
1
Vin 7812 Vout
3
+12V
1
D1 T1
4
2
+ C2
C1
1000uF/50V
一、 方案论证与比较
1.放大器电源的制作方法 方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放 OP07，由于 OP07 是双电源放大器，典
型电源电压为
，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为 OP07 的电
源输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造 特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。
按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压
，此放大电路可以达到预定的放大
倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。 方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出
电压
。
4.放大器方案论证 在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传
+ C10
C9
1000uF/50V
104
TRANS3
BRIDGE1
+ C12
C11
10uF/50V
104
3
GND
+
+ C1
0.1uF
C2 0.1uF
R1
40K
R2 40K
R4 1K
R3 1K
+12V
U1 3
6 2
OP-07
-12V
R5 1K
R6 1K
-12V
U2 2
6 3
OP-07
+12V
7
4
1
8
1. 电源调试 (1) 接通电源间隔 3—4 秒后断电，然后检查 7805、7812、7912 及个电熔是否有过热的 (实践证明若 7805、7812 或 7812 连接有错误将在短时间内发热)，如没有明显过热现象说明 电路连接正常。
(2) 测得电路无连接从错误后，接通电源，用万用表分别测量三路输出端得电压是否为 +12V、-12V、+5V。
4
7
1
8
R9
5.1K R7 100K
R8 100K
R10 5.1K
2
3
-12V
+12V
7
4
1
8
U3
R11 5.1K
OPபைடு நூலகம்07
R13 5.1K
6
R12
22K
+12V
R14
0.1K
+ C3 22uF
OUT
图 1-1-4
三、调试
根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：电源调试、放大器调试、电源和放大器 联调。各模块分别调试，将电源和放大器分别调试正常工作后再进行联调。
于差模信号。因此，要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。 综上所述，采用方案二仪表放大器方案，仪表放大器除了具有足够的放大倍数外，还具
有高输入电阻和高共模抑制比。
二、 系统设计
1.总体设计 (1)系统框图如图 1-1-1 所示。
传感
器
输入信号
+12V
电 源
-12V
OP07构成的 三运放仪表
放大器
输出级
2. 放大器调试
(1)用标准稳定的
直流电源给放大器供电，稳定的电源能减小电源对放大电路的
影响，信号发生器输出频率设置成 100 ，幅值为 15mV 的正弦波。观察示波器的波形，计 算放大倍数。
三运放仪表放大器
摘要
本系统采用三个 OP07 双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入 差模信号放大 100 至 200 倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳 定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805 等线性电源芯片组成，可 输出+5V、+12V、-12V 三路电压。