模电实验 数据放大器

综合实验三数据放大器

实验原理：

放大电路比较简单的实现方法是集成运放组成的反相或同相等比例电路，虽然这些电路可以达到较高的精度，但仍不能满足某些特殊要求。例如，在测量技术中常需把桥路的双端输出差模小信号放大并把它转换成单端输出信号，而且要求电路对共模信号具有相当强的抑制能力。这种情况下，需采用图6-3-1所示的数据放大器。

图6-3-1 数据放大器

图中虚线的右边是数据放大器，左边是桥路，其中电路R(1+δ)是电阻型传感器（例如热敏电阻）的等效电阻，它的阻值（或者说δ）随被测物理量的大小变化，因而U X也随之改变。U X和参考电压U R 分别送到数据放大器的两个输入端，作为数据放大器的输入信号，它含有差模成分，也含有共模成分，而已后者往往大于前者，因此数据放大器的共模抑制比必须足够大，才能将误差减小到足够小的程度。

由于本电路最后一级的差动电路在R f/R1和R3/R2不精确相等时，共模抑制比急剧下降。所以必须在前级即A1、A2组成的电路中，设法将差模信号放大若干倍（例如1000倍）而对共模输入信号只起跟随作用，那么送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比将得到提高。因此，会降低后级差放电路对电阻匹配精度及芯片性能的要求。图6-3-1电路可以实现上述意图。

电阻R1上的电流是：

运放A1与A2输出电压之差是：

则：

若取错误！未找到引用源。（R 1=100Ω，R 2=50k Ω），则U 12=1000U Id (U Id =U i1-U i2)，即可将差模信号

放大1000倍。

对于共模信号U IC =(U i1+U i2)/2=U I1=U I2，电阻R 1的电流等于零（设A 1和A 2的特性一致），因此

U 01=U 02=U IC 。

以上结果表明，A 1和A 2组成的电路能够将差模信号与共模信号之比提高了2R 2/R 1倍。所以即使后

一级电路的共模抑制比不高，电阻的匹配也不很好，仍然可以很好地抑制共模信号。

实验结果：

在multisim 中连接电路，得到的电路图如下：

一．仿真时，Vcc=5mV

1.在差模情况下，测得三个运放的输入和输出电压分别如下表(10p R K =Ω,接入15％)： Ui1 Uo1 Ui2 Uo2 Uo

2.472mV

-238.851mV

2.966mV

253.494mV

4.936V

由表中数据可得，前级差模电压放大倍数为()

o21ud121

253.494238.851U A 9972.966 2.472

o i i U U U ---=

=

=--。

整个数据放大器的差模放大倍数为3

21

4.936A 1099922.966 2.472

o ud i i U U U =

=

⨯=--。

2.调节滑变，使Ui1=Ui2，测得其在共模情况下时的输入和输出电压分别如下(10p R K =Ω,接入20％)：

Ui1 Uo1 Ui2 Uo2 Uo 2.472mV

7.074mV

2.472mV

7.074mV

12.951mV

由表中数据可得，前级共模电压放大倍数为1uc11

7.074A 2.862.472

o i U U =

==。后级共模电压放大倍数为

21

12.951A 1.837.074

o uc o U U =

==，整个数据放大器的共模放大倍数为

12A 2.86 1.83 5.23uc uc uc A A =⋅=⨯=。

则综上，电路的共模抑制比为K /9992/5.231911C M RR ud uc A A ===。 二．实际电路操作, Vcc=5mV

1.在差模信号作用下，测得三个运放的输入和输出电压分别如下表： Ui1 Uo1 Ui2 Uo2 Uo

2.3mV

-321.2mV

3.0mV

313.3mV 6.16V

由表中数据可以得到，其前级差模电压放大倍数为()

o21ud121

313.3321.2U A 9063.0 2.3

o i i U U U ---=

=

=--。

整个数据放大器的放大倍数为3

021

U 6.16A 1088003.0 2.3

i i U U ==⨯=--.

2.调节滑变,，使21i U i U =,测得其在共模作用下的输入输出电压值分别如下表所示： Ui1 Uo1 Ui2 Uo2 Uo 182mV

198mV

187mV

202mV

582mV

由表中数据可得，前级共模电压放大倍数为1uc11

198A 1.09182

o i U U =

==。后级共模电压放大倍数为

21

582A 2.94198

o uc o U U =

=

=，整个数据放大器的共模放大倍数为12A 1.09 2.94 3.20uc uc uc A A =⋅=⨯=。

则综上，电路的共模抑制比为K /8800/3.202750C M RR ud uc A A ===。

从整个输入输出来看，该数据放大器仍然有较好的差模放大能力和共模抑制能力。