测量放大器的设计

测量放大器的设计

1.设计思路

1.1 设计要求：

(1) 测量放大器

a、差模电压放大倍数 AVD＝1～500，可手动调节；

b、最大输出电压为±10V，非线性误差 < 0.5％；

10；

c、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比 KCMR >5

d、在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；

e、通频带0～10Hz ；

f、直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW（可不测试，由电路设计予以保证）。

(2) 电源

设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相220V交流电压供电。交流电压变化范围为＋10％～－15％。

(3) 设计并制作一个信号变换放大器，参见图2。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，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。

1.2 设计思路

由测量放大器的要求，可设计成差分形式并联放大电路；电源设计要把交流变成直流把220V电压变到±15V用变压器、稳压管等组成一个调理电路；信号变换放大器用差分放大电路实现单端输入双端输出形式。

2.方案设计

2.1 测量放大器

原理图如图1：

图1 测量放大器

Op07作为常用的运放主要有以下特点：

1.低的输入噪声电压幅度-0.35uvp-p （0.1hz-10hz ）

2.极低的输入失调电压-10uv

3.极低的输入失调电压温漂-0.2uf/c

4.具有长期的稳定性-0.2uv/mo

5.低的输入偏置电流-+—1na

6.高的共模抑制比-126dB

7.宽的共模输入电压范围-+-14v

8.宽的电源电压范围-+-3v —+-22v

9.可替代725，108A ，741，AD510等电路 2.1.1第一级差模放大倍数Av1如下:

100

,2)(5)(11)()(O i i O D C D

i C i V V R V V R V V V V V V -=-=-==-+-+

解得：

即差模增益为Avl=10。

第二级差模放大倍数Av2计算如下：

此级放大倍数Av2=3.9。

所以总的前端放大倍数AV1×Av2=10×3.9=39。满足要求。

2.1.2直流信号的共模抑制比实测可达2.5×610，交流信号的共模抑制比可达 2×

510。由电路的对称性可知共模信号被有效地抑制，而差模信号放大了10 倍，从而提高了共模抑制比。满足要求。

2.1.3 根据输出波形可知最大非线性误差< 0.5％

2.1.4.在AVD ＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V ；

)

)(49

39(1039])49/39[(1212O O O O O V V V V V -+⨯-=))(22

200

1((21)()(10112-+-+=-+

=-i i D C O O V V V V R R V V ））（

2.1.5 通频带的计算

该设计为一阶低通滤波结构，截止频率为 01RC

ω=

其中 0.05C F μ= ，2R MW ≥, 所以 010z H ω≤ 。 所以满足通频带 0~10z H 2.2 电源设计

图2 电源 multisim 原理图

2.2.1选择集成稳压器

选三端固定稳压器CW7812,其性能参数为：Iomax=1.5A,最小输入输出压差(Ui-Uo)min=3V,最大功率30W ，最大输入电压8-40V ，均能满足性能要求。

2.2.2选电源变压器

集成稳压器的输入电压Ui=15+1.2 取Ui=17.5

而变压器的副边电压U2=Ui/(1.1～1.2)=15V,I2>Iomax=1.5A

变压器效率为0.7,则其功率P2>U2*I2=22.5W 为留有余地，故选择功率25W 的变压器，所以选变压器为 35V 至少大于 25W 。 2.2.3 选整流二极管及滤波电容

选整流二极管可以选1N4002，其极限参数Urm ≥50V, 1.4×15=21V,If=1.5A,所以均满足要求。滤波电容为C=IomaxT/2△Ui=1500uF,它的耐压应大于21V,因而可取2200uF/25V 的电容。10pF 小电容进行 ，进行低频滤波。 2.2.4选稳压器

由于要输出正负15V 电压，于是采用的是7815和7915三端集成稳压器，其中78系列输出的为正电压，79系列输出的为负电压。 2.2.5仿真图

图3 电源输出multisim 仿真图 2.3信号变换放大器 2.3.1如图4

图4 信号变换放大器multisim 原理图

2.3.2 计算为 110

0.520

O I U U == 第二个放大器的放大倍数为-0.5，所以能不是真的进行信号变换。

2.3.4仿真图

图5 multisim信号变换放大器输出仿真图2.4 线路部分

图6测量放大器框图

为减少干扰和损耗，1米连线采用双绞线方式。

3.单元电路设计

3.1 测量放大器

原理图如图7：

图 7 测量放大器multisim 原理图

3.2 电源设计

图8 电源 multisim 原理图

3.3信号变换放大器

图9 信号放大器mutisim 原理图

3.4 总体原理图

图10 multisim总原理图

4、小结

在这次的课程设计中我遇到了不少的问题。

我认识到基础知识的重要性，重新复习了以前学过的差分放大器，整流电路，查了一些关于78、79系列的芯片资料。回顾了放大器的计算，mutisim的仿真。起初尝试用visio 还绘制简易原理图，发现对于初学者我来说确实有难度，还是放弃了

在调试中也遇到了困难，然后经过检查有些器件没改初值，主要是自己的粗心大意。

在刚开始的设计中，常常出现考虑问题不全面，经过老师的知道改正了过来。

总体来说，设计中还存在很多不足，希望以后能够多理解多修正，减少不必要的错误，也从学到了很多东西。运用了自己的专业知识，培养了自己的专业技能。