测量放大器-何守芬

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

学 号：

0120909320535

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

1

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 何守芬 专业班级： 通信0905 指导教师： 王晟 工作单位： 信息工程学院

题 目: 测量放大器 初始条件:

1运算放大器OP07

2稳压芯片LM7815 LM7915 3变压器 10-1

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）

设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图1。输入信号VI取自桥式测量电路的输出。当R1＝R2＝R3＝R4时，VI＝0。R2改变时，产生VI ≠0的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。

时间安排：

第18周理论讲解。

第19周理论设计、实验室安装调试

地点：鉴主13楼通信工程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1）

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

2

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

目 录

中文摘要……………………………………………………6 英文摘要……………………………………………………7 1．主要任务分析 …………………………………………8 2．方案设计与论证 ………………………………………9

2.1放大电路 ………………………………………………9 2.2信号变换电路 …………………………………………11 2.3电源电路的设计…………………………………………12

3．设计原理及主要电路的参数计算 ……………………13

3.1直流电源的原理及参数计算………………………………13 3.2放大电路的原理及参数计算………………………………14 3.3信号转换部分原理 ………………………………………14

4．仿真分析…………………………………………………15

4.1 调试仪器…………………………………………15 4.2电源的仿真测试 …………………………………………15 4.3信号转换器的仿真测试 …………………………………16 4.4放大电路的仿真测试……………………………………17 4.5仿真中遇到的问题………………………………………18

5．小结 ……………………………………………………19 附件一 元器件清单…………………………………………20

3

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

附件二 参考文献……………………………………………21

4

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

摘 要

本设计主要由测量放大器、信号变换器、稳压电源三部分组成。测量放大器主要是实现对微信号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱电信号的放大，要求有较高的输入电阻，从而减少测量的误差及对被测电路的影响，并要求放大器的放大倍数可调以实现对比较大的范围的被测信号的测量，因而测量放大器的前级主要采用差分输入的方式，然后经过双端信号到单端信号的转换，最后经比较放大器进行放大。

信号变换电路主要实现一段信号输出到两端输出的转变，主要采用的是经过改进的差分式放大电路，信号变换在本设计中的用途主要是用于对测量放大电路的频率相应进行测试。

稳压电源电路主要用于为运放供电，包括测量放大电路及信号变化器中的运放。

5

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

Abstract

This design mainly by the measuring amplifier, signal converter, regulated power supply of three parts, measuring amplifier primarily the achievement of micro-signal measurement, mainly through the use of an integrated measurement of the composition of op-amp amplifier circuit to achieve the amplification of weak electrical signals, requiring a morea high input resistance, thereby reducing the measurement errors and the impact of the circuit under test and asked adjustable magnification the amplifier in order to achieve a larger range of the measured contrast to the signal measurement, and thus the first stage amplifier measured mainly uses differential inputsway, and then through the double-ended signal to a single-ended signal conversion, the final amplifier through the comparison to enlarge.Signal conversion circuit mainly to achieve a signal output to the ends of the output changes, the main use of the improved differential amplifier circuit, the signal transform in the use of this design is mainly used to measure the frequency of the corresponding amplifier circuit for testing.Regulated power supply circuit is mainly used for the op-amp power supply, including measuring changes in the signal amplification circuits and devices in the op-amp.

6

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

测量放大器

1．主要任务分析

（1） 设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图1。

图1

输入信号VI取自桥式测量电路的输出。当R1＝R2＝R3＝R4时，Vi＝0。R2改变时，产生Vio的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。

（2） 设计并制作一个信号变换放大器。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。参见图2.

（3）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％。

7

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

2．方案设计与论证

2.1放大电路

方案一：直接采用高精度UA741运算放大器结成悬置电桥差动放大器：利用一个放

大器将双端输入信号转变成单端输出，然后通过电阻与下一级反向比例放大器进行耦合，放大主要通过后一级的比例放大器获得，此电路的特点是简单，实现起来对结构工艺要求不高，但是其输入阻抗低，共模抑制比、失调电压和失调电流等参数亦受到放大器本身性能限制不易进一步提高，且无法抑制放大器本身的零漂及共模信号产生，虽然电路十分简单，元器件较少，但仍将其舍弃。参见图3

R2R34U13R44R650B1263718U2756263718OP07CPOP07CPR10R50

图3

方案二：采用比较通用的仪用放大器，如图4所示，它是由运放A1A2按同相输入法

组成的第一级差分放大电路。运放A3组成第二级差分放大器。在第一级电路中，v1v2分别加入到A1和A2 的同相端，R1和两个R2组成的反馈网络，引入负反馈，两个运放A1A2的两个输入端形成虚短和虚断，通过计算可以得到电路的电压增益，适当的选择电阻的阻值即可实现放大器放大倍数的改变，并且可以将R1用一个适当的阻值的电位器代替，通过调节电位器即可实现对放大倍数的控制。

该电路的优点是电路简单，元件较少，A1和A2两个放大器组成差分放大器，可以有

8

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

效地抑制共模信号，并且为双端输出，共模放大倍数理论上是0，因而可以大大的提高共模抑制比，并且由于输入信号V1V2都是AA的同相端输入，根据虚短和虚断，流入放大器的电流为0，所以输入电阻Ri,并且要求两运放的性能要求完全相同，这样，线路除了具有差模、共模输入电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调极其漂移产生的误差也相互抵消，但由于本实验的要求放大倍数可以调节，通过电位器调节放大倍数，电位

4U1R362264R531718OP07CP2U37R25R4R142437186OP07CP9U28R7R60363718OP07CP器的阻值无法准确获得，因而放大倍数无法准确得到，因而，本方案并不能完全满足实 验要求，故舍弃本方案。

图4

方案三：主要是对第二种方案的合理改造，电路前级放大仍然采用差分式输入的方式，采用双端输出，能有效地提高抑制共模抑制比，并且由于电路的零漂的影响主要来自第一级放大，因而第一级采用了差分式输入的方式，就能有效地提高整个电路的共模抑制能力。然后再通过A3进行信号变化，将双端输入信号转变成为单端输出。为提高电路的共模抑制能力，A3为节约成本可采用OP07，为提高其共模抑制能力以及精准度，为其加入了调零电路，并且为保证电路对称，用固定电阻R6与可变电阻R7串联后与R5进行匹配，从而提高电路的对称性，减少温度漂移的影响，然后再接一级比例放大，通过调节R12的阻值可改变整个电路的放大倍数。经过仿真测试，基本能满足实验要求，并且对于扩展部分，可以将R12用一个电阻网络代替，用单片机对其阻值进行控制即可满足放大倍数的调节，并且经过理论分析基本可以满足步进为1的要求。鉴于以上原因，

9

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

故本实验采用本方案。参见图5 VCCU1 15V718 200kΩV1R143 201165mVrms 21kHz 00°4OP07CPVEE R66 C1-15V100kΩR51nF 50kΩR4100kΩ 0V27VEEU2 43mVrms -15V 1kHz 20° 86R25 213200kΩ 718OP07CP VCC15V

R810kΩ1242R7100kΩVEEU3-15V63100kΩ15R15Key=A50A3R112VEEU4-15V6R1218711810kΩR10010kΩ1614OP07CP20kΩ50%Key=AR991kΩ3718R14OP07CPVCCR310kΩ915V20kΩ10Key=A0172R1350%VCC15V50 kΩKey=A 图5 2.2信号变换电路

变换电路，将单线输人信号分别经过两个运算放大器．一个接成跟随器．另一个接成反相比例放大器，这样通过简单、基本的运算放大电路就将单端输入信号变换成双端输出。如图6

10

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

本科生课程设计成绩评定表 姓 名 专业、班级 何守芬 通信0905 性 别 女 课程设计题目：测量放大器 课程设计答辩或质疑记录： 1 为了做好这个课程设计,在网上看了好多方案,在比较之后才最后敲定的. 2 按照设计方案做实物的时候出现了很多问题,仔细调试了后最终测试结果令人满意. 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字：

年 月 日

21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0jid.html