测量放大器设计与实现

集成电路作业

——测量放大器的设计

一、 题目：测量放大器的设计

设计一个超低噪声、高阻、浮地输入的测量放大器，要求： a) 远程输入：Ui?01000mV,Fi?0100Hz

b) 增益：Avf?80dB；

c) 输出：Uom??10V，非线性误差r?0.1%； d) 共模抑制比：CMRR?120dB； e) 通频带：0100Hz，阻带衰减大于：?40dB/10f；

推荐芯片：Aud?100dB,BWA?300kHz,CMRR?90dB

二、方案设计

1）题目分析

题目要求设计一个超低噪声、高阻、浮地输入的测量放大器，同时要求具有较高增益，高共模抑制比，低通频带，阻带衰减大于

?40dB/10f等。结合所学知识，参考相关资料，决定前级采用具备超低噪声、高阻、浮地输入、高增益、高共模抑制比等优良属性的仪用放大器来实现信号的放大，后级采用二阶低通滤波器实现对信号的滤波，使其满足频带约束。

2）具体方案 A放大电路

结合我们要实现的测量放大器参数，选取OP07型集成运算放

大器。

表格 1 OP07芯片参数

参数 正常值 Aud CMRR 100dB 120dB 分析电路要

测量放大器

组 长： 吴霜 0689205

组 员： 组 号：

指导教师： 李东新

二〇〇九年七月

摘要

设计任务和要求

一、方案设计与论证

1、放大电路 2、控制部分

二、系统总体设计方案

1、总体设计思路 2、原理分析和说明 （1）测量放大器原理 （2）控制原理设计 三、采用元器件的说明

1、单片机 2、4*4键盘

3、选用测量仪器 四、主要电路说明

1、模拟放大电路部分 2、程控放大电路部分 五、主要电路的参数计算

1、模拟放大电路部分 2、程控电路部分 3、通频带的计算 六、软件程序部分 七、测试数据

1、放大倍数

2、输出电压线性度 八、结论

附录：该实验主要程序 设计任务：测量放大器 基本要求：

目录

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％ ；

c、 在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比 KCMR >105 ； 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≥2M

摘要

本设计由三个模块电路构成：前级高共模抑制比仪器放大器、8位

《模拟电子技术基础》课程设计说明书

目 录

摘 要 .............................................................. - 2 - Abstact .............................................................. - 2 - 1． 引言 ............................................................. - 3 - 2测量放大器 2.1任务 ................................................ - 4 -

2.1.1基本要求 ................................................... - 4 - 2.1.2 发挥部分 ................................................... - 5 - 2.2测试说明： ....................................................... - 5 - 3方案设计

《测量放大器》课程设计实验报告

学 院：物理与电信工程学院 专 业：电子信息工程 班 级：xxxxx 学 号：xxxxxxxxxxx 姓 名：xxx

摘要：此次课程设计是基于AD7520芯片进行设计的测量放大器电路。放大器有直流输入和交流输入端，既可放大交流信号，又可放大直流信号。电路由五个模块组成，分别是输出直流小信号的电桥模块、单端转双端模块、差模电压放大模块、衰减控制模块，另外还包括附加部分的基于ad637芯片设计的有效值检测电路。主控的MCU为单片机STC12C5A60S2.通过MCU对AD7520的控制，控制差模电压放大倍数，并通过lcd1602液晶屏显示出当前放大倍数和有效值。

关键词：电桥 差模电压放大 单端转双端 电压增益 电压衰减 有效值检测

一、 方案选择与论证

1、 差模电压放大模块的方案选择与论证

1) 采用双单元和四单元集成运算放大器做成的差模电压放大模块

LF353是双单元集成运放，一块芯片里有两个独立的运放，每个运放均采用。JFET作为差分输入级，并用双电源(士15V)供电。该芯片具有低输入失调电压、电流，低的偏置电流，以及高输入阻抗等优点。

LM358也是双单元运放，它采用双极型晶体管作差分

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

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 通信工程0906 指导教师： 刘新华 工作单位： 信息工程学院 题 目: 音响放大器设计与制作

初始条件：LM324通用四运算放大器 功率放大器TDA2030 扬声器 音

频输入 若干电容电阻及二极管

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）利用分离元件或集成电路制作一个音响放大器，可以放大话筒信号或毫伏级音频信号。 要求：

(1)技术指标如下：

a．输出功率：0.5W； b．负载阻抗：4欧姆；

c．频率响应：fL~fH=50Hz~20KHz； d．输入阻抗：>20K欧姆； e．整机电压增益： >50dB；

(2)电路要求有独立的前置放大级（放大话筒信号）; (3)电路要求有独立的功率放大级。

时间安排：

（1）第18周理论讲解。

（2）第19周理论设计、实验设计及安装调试。

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

实验七 运算放大器设计实验

一、实验目的

1. 综合运用所学知识设计相应的运放电路。

二、实验内容

1. 电路如图所示。求出输入电压Vi1、Vi2（采用阶跃信号）与输出电压Vo

的关系，并用Pspice绘出相应图形。（运放采用741）R22用一个电容替代其结构会怎样变化？

其电路图如下：

0V5R21100kU1V1R12TD = 0TF = 0.1nsPW = 5msPER = 10msV1 = 0VTR = 0V2 = 0.6V50k3-15VdcR2250kU2R265100k32-15Vdc0V74V-OS14uA74110OUT+V-OS1uA741165V+OS2OUT+15VdcV+700V415VdcV2R3TD = 0TF = 0.1nsPW = 5msPER = 10msV1 = 0VTR = 0V2 = 0.8V33kOS2V6700其波形图如下所示：

有波形图可知：红色和绿色线条分别代表输入电压V2和V1，蓝色线条表示V1经过第一个运算器后电压变为原来的-(R21/R1)=-2倍，即-1.2V，该输出电压和另外一个0.8V的输入电

压一起进入一个加法器，输出电压V=1.2（R22/R2)+0.8(R22/R3)=1.8V

实验七 运算放大器设计实验

一、实验目的

1. 综合运用所学知识设计相应的运放电路。

二、实验内容

1. 电路如图所示。求出输入电压Vi1、Vi2（采用阶跃信号）与输出电压Vo

的关系，并用Pspice绘出相应图形。（运放采用741）R22用一个电容替代其结构会怎样变化？

其电路图如下：

0V5R21100kU1V1R12TD = 0TF = 0.1nsPW = 5msPER = 10msV1 = 0VTR = 0V2 = 0.6V50k3-15VdcR2250kU2R265100k32-15Vdc0V74V-OS14uA74110OUT+V-OS1uA741165V+OS2OUT+15VdcV+700V415VdcV2R3TD = 0TF = 0.1nsPW = 5msPER = 10msV1 = 0VTR = 0V2 = 0.8V33kOS2V6700其波形图如下所示：

有波形图可知：红色和绿色线条分别代表输入电压V2和V1，蓝色线条表示V1经过第一个运算器后电压变为原来的-(R21/R1)=-2倍，即-1.2V，该输出电压和另外一个0.8V的输入电

压一起进入一个加法器，输出电压V=1.2（R22/R2)+0.8(R22/R3)=1.8V

摘要

关键词：差动放大、低通滤波、共模抑止比、信噪比、输入电阻 电路的设计：

根据本次设计的要求，是放大倍数为1000倍，所以用3级放大，由第一级放大的是小信号，所以将第一级放大定为5倍，第二次放大倍数为20倍，第三级放大倍数为10倍。由输入

阻抗为10M?，所以第一级放大采用同相放大。考虑到共模抑止比的关系所以第二级放大采用差动放大。由于本次设计的是小信号为了保证信号的纯真度和频率响应范

围所以最后设计一个100HZ的有源低通滤波器，并设计放大倍数为10倍。系统框图如下： 无源低通滤波器 同相放大 差动放大 有源低通滤波

无源低通滤波器：

由f?R116kΩ0C2100nFR216kΩ31，取C=0.1uf得R=16k 2?RC1C1100nF

同向放大器：

根据Av1?1?R1得到同相放大器放大倍数，根据同相端放大5倍。取R1=10K，则Rr=2K,Rr/2因为考虑到放大倍数可调的目的所以将Rr修改为滑动变阻器，并取值5K。

7315U1624R55kΩ50%Key=A2R35NE5534P10kΩ4R410kΩ7362415U26NE5534P

差动放大器：

Av2??R4得到差动放大器的放大倍数，根据差动放大级放大20倍。取R3=10

锁相放大器实验

锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。

一、锁相放大器的基本组成

结构框图如图1所示。它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。

x(t) 前放 滤波 放大 乘法 低通 自流放大器 U0 r(t) 放大 移相 方波 图1 锁相放大器的基本结构框架

1. 信号通道

信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。

前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。 可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器

93

总增益为10V/10nV =10若直流放大器增益为10倍，前置放增益为10，则交流放大器的

5

增益达10。

带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。这样不仅可以避免