高输入阻抗放大器设计报告讲解

课程设计任务书
学生姓名: 专业班级: 电信0902 指导教师: 刘运苟 工作单位: 信息工程学院 题 目： 高输入阻抗放大器设计 初始条件：
具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备
模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、输入电压和输出电压函数关系为：100o i v v
2、输入信号频率不大于100HZ
3、在室温下，若信号源内阻在100K Ω至1M Ω变化时，信号源开路电压为50mv ～100mv 时，放大器误差不大于1％
4、要求共模抑制比≥60dB
5、设计电源；
6、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。

4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书 时间安排：
十八周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试
指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要 (I)
1 原理与器件的选择 (1)
1.1 LM7815、LM7915的简介 (1)
1.2 OP07CP集成芯片的介绍 (2)
2 工作原理及原理图 (3)
2.1 框图 (3)
2.2 直流电源的电路图及原理 (3)
2.3 高输入阻抗差动放大器的电路图及原理 (5)
3 Protues仿真与结果分析 (7)
3.1仿真波形图 (7)
3.2结果分析 (7)
4 电路焊接 (8)
5 心得体会 (9)
6 致谢 (10)
参考文献 (11)
要实现高输入阻抗一个重要的任务就是要能够抑制零点漂移，另一个重要的任务就是能够放大偏差信号。

抑制零点漂移的可以采用下面几种方法：（1）利用直流负反馈，稳定电路的静态工作点。

（2）采用温度特性较好的高性能器件。

（3）采用温度补偿法，利用热敏器件的参数随温度变化而变化的特性，抵消电路随温度变化而变化的影响。

采用差分放大电路，利用特性相同的对管，使它们的温度漂移互相抵消。

本实验是以集成芯片OP07C设计的高输入阻抗放大电路。

为了提高输入阻抗，电路采用同相输入端加信号电压的方法，同时为了保证两个信号源都加到运放的同相输入端，采用两个同相放大电路组成第一级放大。

电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制比性能，第二级为差动放大电路。

该电路可用于信号源有公共地端和不接地两种情况。

直流电压源采用的是LM7815、LM7915，型号的集成稳压芯片组成的具有同时输出的+15V、-15V电压的稳压电路。

并用PROTUES仿真软件对实验电路进行仿真。

关键字：OP07C；LM7815；LM7915；高输入阻抗；高共模抑制
1 原理与器件的选择
1.1 LM7815、LM7915的简介
图1.1 LM7815的引脚图
图1.2 LM7915的引脚图
LM7815输出为+15V，最大电流为2.2A。

LM7915输出为-15V，最大电流为2.2A。

三端集成稳压器LM7815、LM7915引脚及参数如图所示。

1.2 OP07CP集成芯片的介绍
1.3 OP07CP的实物图
OP07CP共有八个引脚，引脚图如图1.4所示
1.4 OP07CP的引脚图
OP07集成运算放大器属于低温度漂移型集成运放，OP07失调电压小且不随温度变化而变化。

OP07主要性能参数见表1.5所示，
表1.5 OP07集成运放特性
VCC+=15V，VCC-=-15V,TA=25℃
参数OP07CP型集成运放
失调电压IO V （uV) 失调电流I0I （nA) 共模输入电压范围ICR V (V) 开环差模增益VD A （dB ) 共模抑制比CMR K （dB ）
单位增益带宽G BW （Z MH )
150 6 ±15 100 100 0.5
2 工作原理及原理图
2.1 框图
2.2 直流电源的电路图及原理
集成稳压器构成的±15输出电压的稳压电源电路如图2.1所示,
图2.1 输出正负电压的直流电源电路图
输入电压信号
高输入阻抗一级放大
共模抑制二级差动放
大
直流电压输入 信号输出
直流电源的原理框图及波形图如图2.2所示，
图2.2 直流电压源框图及波形
正负直流稳压电源原理
1、电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换成为整流电路所需要的交流电压u2。

2、整流和滤波电路。

在稳压电源中用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动直流电压u3。

滤波电路一般是由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U1。

U1与交流电压u2的有效值U2的关系为
1U
U=
2.1
2
在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为2
U RM=。

2U
3. 稳压电路。

由于输入电压u1发生波动、负载和温度变化时，滤波电路输出的直流电压U1会随着变化。

为了维持稳定的输出，采用稳压器LM7815、LM7915和一些外部元件构成稳压电路。

元器件选择
1）集成稳压器选择LM7815、LM7915其输出电压+15V和-15V，最大输出电流A
I o2.2
max=，滤波电容C=1000uF,C1=0.33uF，C2=0.1uF,C3=220uF。

2）选择变压器。

计算可知，变压器的功率选择12W。

3）选用整流二极管和滤波电容，二极管选择IN4001，滤波电容选择1000uF的电解电容。

2.3 高输入阻抗差动放大器的电路图及原理
1、高输入阻抗三运放放大电路原理，该电路常用于监测信号的前置放大和各种数据放大，因而有时也称数据放大电路。

采用OP07CP集成芯片，采用同相输入端提高输入阻抗，为了保证两个信号源都加到运放的同相输入端，采用两个同相放大电路组成第一级放大。

第一级电路结构对称，除了具有高输入阻抗外，还具有很高的共模抑制比性能，第二级为差动放大电路。

电路图如图2.3.1所示，
图2.3.1高输入阻抗放大电路图
第一级放大主要用来提高整个放大电路的输入阻抗，第二级采用差动电路用以提高共模抑制比。

电路优点是差模信号按差模增益放大，远高于共模成分。

决定增益的电阻R1，R2，R5，R4理论上对共模抑制没有影响。

运放差分放大电路的特点：
1）高输入阻抗。

被提取的信号时不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器的输入阻抗。

若信号源的内阻为100K，则放大器的输入阻抗应大于1MΩ。

2）高共模抑制比。

信号工频干扰以及所测量的参数以外信号的干扰一般为共模干扰，前置级必须采用CMR
K较高的差动放大形式，减小共模信号的干扰。

3）低漂移、低噪声。

组要作用是对信号源影响小，获得信号能力强，以及能够使输出稳定。

运放差分放大电路放大倍数计算。

设输入电压：21I I I V V V -=
则)0201)](321/(1[V V R R R R VI -++=
所以第一级放大倍数]1/)32(1[/)0201(1R R R VI V V AV ++=-= 第二级输出电压放大倍数为
01)4/6(02)25/7)(4/61(V R R V R R R R R VO -++=
当54,67R R R R ==时
)0201(4/6V V R R VO --=
所以第二级电压放大倍数为
4/62R R AV -=
当32,67,54R R R R R R ===时，第一级和两级总的电压放大倍数为
1/2211R R AV +=
)2/221(4/621R R R R AV AV AV +-=∙=
输入信号为共模信号时0)21/(,21=-===VI VI VO AVC VIC VI VI
∞==AVC AVD K CMR /
本实验取R5=R6=10K,R4=R7=200K,R2=R3=20K ，R1=10K 。

两级放大的总增益为两个差模增益的乘积)1/221)(/(54R R R R A VD +-==100
所以此电路具有输入阻抗高，共模抑制比高的特点。

3 Protues仿真与结果分析
3.1仿真波形图
在protues仿真软件中运行如2.3.1所示的电路图，得到的波形图如图3.1所示
图3.1 电路图输入输出波形
仿真时输入信号幅值为50mV，频率为50Hz的正弦信号，输出波形的幅值为5V的正弦信号，放大倍数为100倍。

3.2结果分析
由仿真波形知，高输入阻抗放大电路输入幅值为50mV的正弦信号时，由于放大电路的输入阻抗很高，拾取信号能力强，所以输如信号电压经放大后，输出幅值为5V的正弦波形，达到实验要求。

在输入共模信号时，输出波形几乎是一条直线,则共模放大倍数A。

VC
所以本放大电路具有高输入阻抗和高共模抑制特点。

4 电路焊接
焊接工具
电烙铁，焊锡，烙铁架，导线，松香，钳子，电路板
焊接步骤
第一，先对电路图中各个的器件要完全了解它们的极性和每个引脚的作用；第二，对照电路图在电路板上放上元器件，大概了解各器件布局和位置；第三，根据器件位置，设计焊接路线走向，适当用铅笔做记号；
第四，对照电路图焊接实物；
第五，检查电路及连线。

5 心得体会
通过本次设计，加强了自己的理论水平，提高了自己的动手能力。

在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验，如电路板的布线、元器件的识别和整机的调试等各方面的经验。

学到了许多课本上没有的知识，得到了很大的锻炼。

实习了两个星期的，我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这两周的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。

受副热带高气压影响，江南大部这两周都被高温笼罩着。

人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子做事。

天气本身炎热，加之机房里又没有电扇、空调，故在上机仿真时，真是艰熬，坐下来才一会会，就全身湿透，但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。

通过我们不懈的努力与切实追求，终于做完了课程设计。

这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过对电路的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。

希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些!
6 致谢
实验过程中，我们遇到了不少的问题。

在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。

实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。

我们学会了很多东西，在此，衷心的感谢老师们和同学们。

参考文献
[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社，2003.03
[2]曾建唐．电工电子实践教程[M]．北京：机械工业出版社，2002
[3]路勇．电子电路实验及仿真[M]．清华大学出版社，2003
[4]胡宴如．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，2000
[5]周跃庆．模拟电子技术基础教程[M]．天津大学出版社， 2001
[6]曾建唐．电工电子实践教程[M]．北京：机械工业出版社，2002。