可编程仪器放大器设计

令 R1 R2 R ， R3 R5 ， R4 R6 , 则 uO
R4 R R R2 RG (u O1 u O 2 ) 4 1 (u I 1 u I 2 ) R3 R3 RG
Auf
uO R 2R 4 (1 ) u I1 u I 2 R3 RG
九、参考文献
1、 《低频电子线路》第二版 2、 《低频电子线路实验》 高等教育出版社出版 傅丰林编 海事大学出版社 张姗姗主编
根据运算放大器的工作原理，可确定 RG 的值。 由 U U 可得： iG
ui1 ui 2 ; RG
i i =0，
uO1 uO 2 iG ( R1 R2 RG ) ( R1 R2 RG )
uI 1 uI 2 RG
可得： u O
R6 R4 R u O1 (1 4 ) uO 2 R3 R3 R5 R6
AS 3
R1 R2 R3 R4 R5 R3 R4 R5
若 S 4 接通，则：
AS 4
R1 R2 R3 R4 R 5 R4 R5
若 S 5 接通，则：
AS 5
R1 R2 R3 R4 R5 R5
实验中所用的 CD4051 芯片功能与上图所示的可编程增益放大器的基本电 路类似，实验中从芯片上的八个 I\O 端口上选出五个接到变动的电阻 RG 上，实 现档位控制功能。
八、实验总结
通过这一次的实验，让我掌握了可编程仪器放大器的设计与仿真。在电路的 实现过程中，学会了使用 LM324 和 CD4051 芯片，懂得了对面包板的使用以及对 芯片的保护。实验中由于对 CD4051 的原理不是很熟悉，不断纠错，重试，增强 了我的动手能力和分析能力。 通过这一次的实验， 也加深了我对低频电路的理解， 方便了我们以后的学习。
240K 40K 30K 25.1K 15.1K 6.6K 3.2K
七、电路测量
测量数据如下 放大倍数 1 2 4 8 16 输入信号值 测量所得值 50mV 100mV 200mV 400mV 770mV 相对误差 0% 0% 0% 0% 1.46%
50mV 50mV 50mV 50mV 50mV
可编程仪器放大器设计
一、内容摘要：
采用通用运放 LM324 设计和模拟开关 CD4051 构成一个可编程增益放大器， 其中放大器由仪器放大器（测量放大器）构成，增益控制部分由 CD4051 模拟开 关和电阻构成。
二、技术指标：
1、电压放大倍数：1、2、4、8、16，五档可控。 2、输入电阻：Ri≥100KΩ 3、输入信号电压：正弦波，有效值 50mV。 4、工作电压：±12V 范围内可任选。
2、可编程控制部分（五档可控） ： 可编程放大的基本电路如图所示，电路中 S1～S4 为理想开关，由程序控制其 导通与截止。 若 S1 接通，则： AS1 1;
若 S 2 接通，则：
AS 2
R1 R2 R3 R4 R5 R2 R3 R4 R5
若 S 3 接通，则：
240K 、 40K 、 15.1K 、 6.6K 、 3.2K 。
电阻的阻值的实现： 阻值大小 实现方式 串联： 200K 20K 20K 串联： 40K 40K 串联： 20K 10K 串联： 20K 5.1K 串联： 10K 5.1K 串联： 5.1K 1K 500 串联： 2K 1K 200
三、实验仪器：
1、AS1634 函数信号发生器 2、TDS-2002 型数字存储示波器 3、AS2173 交流毫伏表 4、DF1731 直流稳压电源 5、FLUKE15B 数字万用表 6、LM324 芯片 7、CD4051 芯片 8、电阻若干 9、导线，面包板
四、芯片原理：
1、CD4051 芯片
芯片原理
六、实际电路设计
由前面电路原理的分析得： Auf 原理图如仿真电路图所示： 选择电阻： R1 R2 R 30K
R3 R5 25.1K R4 R6 20K
uO R 2R 4 (1 ) u I1 u I 2 R3 RG
则由计算可得放大倍数为 1,、2、4、8、16 所对应的 RG 分别为：
五、电路仿真
仿真电路如图所示：
输入是 50mv 时，不同放大档位的仿真结果：
放大一倍的仿真结果，输出电压 49.987mv
放大二倍的仿真结果，输出电压 99ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ987mv
放大四倍的仿真结果，输出电压 199.946mv
放大八倍的仿真结果，输出电压 400.763mv
放大十六倍的仿真结果，输出电压 799.141mv
管脚功能说明
2、LM324 芯片 芯片原理 LM324 是有四个独立的高增益， 内部频率补偿运算放大器的芯片。 特点是具
有保护电路输出，真差动输入级，具有内部补偿的功能，输入端具有静电保护功 能。 芯片管脚
五、电路工作原理
1、放大器部分
可编程仪器放大器的基本电路，可运用一个运算放大器实现放大功能，但此 电路放大倍数不精确，容易受到为界干扰，所以采用三级运放的形式提高放大倍 数的准确性，输入信号加于两个运放的同相输入端，差分的输入电阻近似为两个 运放的共模输入电阻之和，从而提高电路的输入电阻。 电路具有以下优点： （1）.输入电阻极高 由于输入级均为同相输入，对于理想运放，输入电阻为无穷大。 （2）.共模抑制比极高 因为电路对称性好，其共模抑制比高于普通差放，可有效抑制共模信号，大 大减小外部感应噪声的影响。 （3）.增益调节方便 三运放仪器放大器电路图如下：
CD4051 A 到 G 的控 制实现对输入信号不同倍数的放大。 CD4051 是单 8 通道数字控制模拟电子开关 A、B、C 和 INH 漏电流。C、B、A X0 到 X7 的输出。幅值为 4.5 20V 的数字信号可控制峰值至 20V 的模拟信号。这些开关电路在整个 VDD-VSS 和 VDD-VEE INH 1 8 通道中的 可连接该输入端至输出。 芯片管脚