北京工业大学测量放大器

模电部分：

一、设计题目

测量放大器

二、设计任务和要求

2.1 设计任务

使用运算放大器设计一套用于交流信号测量的放大器模块。

2.2 设计要求

第一部分：信号变换放大器

设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。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，以此作为差动放大器的输入信号。

信号变换电路，将单线输入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输入信号变换成双端输出。

第二部分：差动放大器

设计、制作一个测量用的差动放大器，参见下图。输入信号Vi取自桥式测量电路的输出，当R1=R2=R3=R4时，Vi=0。R2改变时，产生Vi不为零的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。

设计要求：

1、差模电压放大倍数AVD＝1～500，可手动调节；

2、最大输出电压为± 10V，非线性误差 < 0.5％；

3、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比 KCMR >100000 ；

4、在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；

5、通频带0～10Hz 。

第三部分：前置放大器（设计目标是达到最高的带宽增益积）

设计要求：

1、被测输入正弦波信号最小幅度为有效值10毫伏；（输入幅度尽量小）

2、频率为100HZ～10KHZ；（上限频率尽量高）

3、放大器增益达到40dB。（增益尽量高）

2.3 参考元器件和芯片

OP07，电位器，电阻、电容若干

三、实验内容

OP07选择：OP07芯片为低噪音，非斩波稳定为零的双极运算放大器集成电路。有低失调、低漂移、低噪音、低偏置电流等优点。OP07输入偏置电流低点和开环增益高，特别适合高增益的测量装置和放大传感器的微弱信号等。该课设置实验中的一级信号转换放大器采用一对OP07，达到运输的准确一致，实现对差动模式信号的放大作用，后一级差动分配也使用OP07，共触抑制良好效果实现结果。

OP07的管脚图及功能

通过设计框图我们将电路分为两个模块，分别是信号转换模块、差动放大模块。基本思路为：函数发生器单端输出正弦电压信号通过由跟随器和反向比例放大器组成的信号变换放大器不失真地转换为双端输出信号，输入差动放大器来达到放大的目的。

3.4 系统各部分电路说明与操作 1.信号转换模块

该模块电路的只要作用是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。 仿真图：

为了使信号不失真，应该保证电路的对称性。电压跟随器A1的电压增益Vo1/ Vi=1，反向比例放大器A2的电压增益Vo2 / Vi=-1/2，则总增益Vo / Vi=( Vo1 －

Vo2)/ Vi =1。

下面推导信号变换放大器的电压增益关系式： 电压跟随器，电压增益：

Vo1 / Vi=R1/(R1+R2)=1/2 当R1 =0时：Vo1= Vi

反相比例放大器，电压增益：

Vo2 / Vi =-R3/R1

当R3=R5=10kΩ时：Vo2 =- Vi

反相比例放大器同相端对地电阻R4为平衡电阻。

总增益Vo/ Vi =1

2.差动放大模块

本模块用于放大输入信号

仿真图：

差模电压增益：

Avd＝（1＋2 R12/R18）R7/ R8

三、实验调试

3.1调试顺序说明

我们的方案是从左到右的顺序进行调试，所以我的调试顺序是首先调信号转换模块，然后是差动放大模块。

3.2调试步骤的具体说明

在调试电路之前我们先接了电压跟随器来测试5个OP07芯片是否是正常的，通过检查5个芯片都是正常的。首先调试了信号转换模块，我们按照管脚图连好信号转换模块的电路，并将其于示波器相连接。发现是两条大小相等、方向相反的正弦波。说明我们信号转换模块成功了。

信号转换模块的调整完成后，开始调整差动放大模块。将此模块连接到上一个模块。即，输入信号大小相等，方向是相反的正弦波信号，连接输出端子和示波器，观察输出波形是不是歪斜，连接输出端子和毫伏表观察倍率。输出的波形清除正常,不过，开始时100 Hz，10 mv的情况成为100倍的倍率,不过，

是10 kHz，10 mv的情况扩大的倍数不达到要求。随后我们加入了一个前置放大器，使其放大倍数达到700倍，符合实验要求。但再5mv时受噪声干扰仍然很大，波形不太清晰，但可以分辨。至此，测量放大器的实验全部结束了。3.3实验结果

放大器实验图

实际连线图：

四、收获和体会

首先，作为一名来自生命科学与生物工程学院的生物医学工程的学生，我虽然是学工科，学习电路基础分析，模拟电子技术，数字电子技术，信号与系统等有关电子技术类的课程，然而直到上了这门课—电子技术实验Ⅱ我才真正接触了那些芯片、运放、电位器、电阻等，以前的我从未接触过这些原件。其次，由于学院给我们排课使我们没有上过电子技术实验Ⅰ，直接让我们上电子技术实验Ⅱ，我们在前几周上课时可以说是一无所知，甚至连最基础的电源都不会使用。然而在张国英老师的教导下，让我们从零学起，慢慢地熟悉实验室的各种仪器以及他们的功能。

我们在实验课遇到了很多问题和阻碍，但我们从中收获了很多。在测量放大器的连接电路的时候，我们的电路连接不太稳定。在我们连接完信号转换模块后并成功显示两个大小相同振幅相反的波形，但下周我们再来调试的时候发现信号转换模块不能正常工作，示波器显示的波形都是乱的。接下来我们花了一个小时的时间来检查电路，最后发现是导线的一个管

脚插错了，很有可能是我们在简化电路的时候不小心差错的。由此可见，一个插错管脚的错误消耗了我们一个小时的时间。所以在接电路的时候一定要细心不出错。在调试电路的时候一定要坚持重点论，抓住问题的主要矛盾和矛盾的主要方面，当主要矛盾和矛盾的主要方面解决完后再着力于次要矛盾和矛盾的次要方面。即优先达到设计目标，理解并体会电路的结构和作用，再开始解决电路设计问题，电路连接问题。

总得来说，这门课—《电子技术试验Ⅱ》对我们学生物医学工程是用处很大，比如我们要做医学传感器，那么就需要这门课的实践经验的沉淀，了解仿真实验与实际应用的不同与相同。正如罗伯特·海莱因所说：“一个人的‘魔术’只是另一个人的工程。”，也正是这门课让我们打开了那魔术般的电子技术的大门。