小信号测量放大系统设计_宋金鹏

收稿日期：２０１２－１１－１２

黑龙江纺织

ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＴＥＸＴＩＬＥ

第４期２０１２年１２月

№．４Ｄｅｃ．，２０１２

１

前言

１．１

研究的目的

在数字化技术的发展和应用快速发展的今天，

传统的指针式的检测仪器已渐渐被数字化仪表所取代，这样的仪器具有较高的测量精度、结果直观、操作方便、智能化等特点。在各种微弱信号检测系统及高灵敏度的自动化仪表中，为了获得准确、可靠的信息，大多配有各种性能的传感器，传感器输出信号往往十分微弱，只有微伏级，但有时甚至有强烈的电磁及外界噪声干扰，为了高精度地检测并有效地传送微弱信号，设计具有抗强干扰的低噪声放大电路尤

其重要。１．２

研究的意义

作为放大器，在放大的过程中受到外界各种因素的干扰是在所难免的。由于小信号放大器的电压放大倍数较高，所以从输入端或中间某个环节进入放大器的干扰信号，被放大电路放大后，混杂在正常的输出信号之中，使放大器的输出信号质量下降，严重时会使整个电路无法正常工作，特别是目前各个高校的模拟电路实验，多数是采用实验箱的模式，任凭同学自行插孔接线，尽管接法也是对的，但是对于多级放大电路，只要输入级所使用的导线较长，或两段导线之间互相绞合，以及接地点的选择不合理，都

小信号测量放大系统设计

宋金鹏，栗忠辉

摘要：本设计为小信号测量放大系统，目的是将压力所产生的信号通过压力传感器转换为微弱的电信号。其重点是对该微弱小信号进行三级放大，因为该电路需要做到输入较小的微弱信号，并具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比等特性，所以在该小信号放大电路的前两级采用ＩＣＬ７６５０作为该段的放大芯片，

并对该电路进行了定量计算。又因为我们要实现对不同测量范围的四路放大进行操控，所以我们将在第三级采用具有很低的输入失调电压和漂移特性的ＯＰ０７放大器。经实验证明，该放大电路灵敏度高，稳定性好，达到了预期的放大效果。在程序部分我们将采用ＡＶＲ单片机的Ａ／Ｄ转换程序实现对电信号进行处理，然后采用一定的算法建立起电压信号和压力信号之间的对应关系，使我们可以获得其对应压力值，并且在显示屏上得以显示。关键词：小信号；放大电路；ＡＶＲ单片机

ＴｈｅＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｏｆＭｅａｓｕｒｅａｎｄＥｎｌａｒｇｉｎｇｏｆＬｉｔｔｌｅＳｉｇｎａｌ

SONG Jin-peng ，LI Zhong-hui

Ａｂｓｔｒａｃｔ：The design for small signal measurement amplification system,the purpose is to pressure generated by pressure sensor signal conversion for weak signals.This design is the focus of the small of the weak signal level 3amplification.Because this circuit need to do less input weak signal,and have high input impedance,high power gain,high common mode rejection ratio features,so in this small signal amplifier circuit before the two levels of the ICL7650as the current amplification chip,and the circuit quantitative calcu －lation.And because we want to realize to the different measuring range for four road amplification handling,so we will be in the third grade have very low input voltage and drift characteristics of the disorder OP07amplifier.Proved by the experiment the amplifier cir －cuit high sensitivity,stability,achieve the expected amplification effect.In parts of the program we will use the AVR SCM A/D con －version program realization process of electrical signals,and then set up by A certain algorithm voltage signal and the corresponding relations between the pressure signal,so that we can get the corresponding pressure value,and on the screen to display.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：small signal ；amplification circuit ；AVR single-chip microcomputer

会对放大器造成极大的干扰。另外，对于目前推广的设计性实验来讲，实验线路全由学生自行设计，他们通常只会考虑电路的正确性，没有更多地考虑电路的抗干扰性。所以一旦电路受到外界干扰，他们无法采取措施排除干扰，就导致其实验无法成功，所以我们有必要对小信号放大器的抗干扰方法进行研究。

１．３研究的内容

弱小信号通常情况下只有几十微伏甚至几微伏，使得我们很难直接测量，更难做进一步的分析处理并应用于我们的社会生活和工业生产当中。如果我们要想对弱信号进行分析处理就必须要将其放大到所要求的幅度，而其核心就是前置放大电路。研究前置放大电路实质上就是对微弱信号的了解及认识，本次设计主要是设计前置放大电路，采用Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司的第四代运算放大器ＩＣＬ７６５０和ＡＤＩ公司生产的集成化仪用放大器ＯＰ０７，构成三级放大，完成前置放大系统，满足低噪声、低漂移、低功耗且有足够大的放大倍数。

２系统电源设计

本系统的直流稳压电源采用通常的桥式全波整流、单电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件进行设计。输出±１２Ｖ、±５Ｖ稳压电源，从而电源提高了电压调整率和负载调整率，模拟、数字、电源采用独立供电方式，防止相互电源之间的干扰，并且所有的集成稳压器根据功率损耗均按照需要安装有充分裕量的散热片。

３测量放大系统

３．１压力传感器简介

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中，压电式加速度传感器是一种常用的加速度计，它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。另外压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中。

３．２放大电路方案

图１测量放大电路方案

如图１所示，采用三级放大。第一、二级是由三个集成运放组成的通用数据放大器，它是一种高增益、高输入电阻和高共模抑制比的直接耦合放大器。第一级选用两片ＩＣＬ７６５０芯片，组成同相输入方式，在输出端接有阻容滤波电路；第二级选用ＩＣＬ７６５０组成差分放大级，将差分输入转成单端输出；第三级选用ＯＰ０７分为四路，反相输入。由于电路结构对称，它们的漂移和失调都有相互抵消的作用，减少了由于增益相关误差带来的数据采集误差。同时这种结构具有高输入阻抗、高共模抑制比、低失调电压和低温漂等优点，能够使测量精度达到一般的工业要求。所以选择本方案作为本系统的放大电路。３．３放大芯片选择

ＩＣＬ７６５０是Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司利用动态校零技术和ＣＭＯＳ工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大器，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。在放大电路中，ＩＣＬ７６５０的失调电压经测试为１μＶ，小于规定的失调值，所以ＩＣＬ７６５０能够满足我们所要求的精度；最后一级采用放大器ＯＰ０７，其精度高，漂移低，能够满足放大要求，故选用ＩＣＬ７６５０和ＯＰ０７作为放大元件。

４系统的抗干扰措施

隔离与屏蔽是抑制干扰耦合的有效措施。数据采集电路中的干扰主要有地噪声、供电系统的脉冲干扰和空间电磁场的干扰等组成。抗这些干扰的主要措施有滤波、屏蔽和合理的接地。

屏蔽可以有效地抑制空间电磁场的干扰，同时也能减小数据采集系统本身的电磁辐射，使系统满足电磁兼容性的要求。在设计过程中，将实验板放置

在一个与大地相接的屏蔽罩中，测量用的信号传输

宋金鹏等：小信号测量放大系统设计

３４２０１２年１２月