测量放大器的工作原理

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

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 题：

4.1 概述

4.2 谐振功率放大器的工作原理 教学目的：

1.了解高频功率放大器的基本概念和类型 2.掌握高频谐振功率放大器的特点 3.掌握高频谐振功率放大器的工作原理 教学重点：

高频功率放大器的基本概念和类型 高频谐振功率放大器的特点 教学难点：

高频谐振功率放大器的工作原理 教学方法：

讲授 课 时：

2学时 教学进程

单元四 功率放大器概述及电路

4.1 概述

顾名思义,高频功率放大器用于放大器高频信号并获得足够大的输出功率,常又称为射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备中。

一、高频放大器的分类

根据相对工作频带的宽窄不同，高频功率放大器可分为窄带型和宽带型两大类。

1. 窄带型高频功率放大器

通常采用谐振网络作负载，又称为谐振功率放大器。

为了提高效率，谐振功率放大器一般工作于丙类状态或乙类状态，近年来出现了工作在开关状态的丁类状态的谐振功率放大器。

2. 宽带型高频功率放大器 采用传输线变压器作负载。

传输线变压器的工作频带很宽，可以实现功率合成。 二、谐振功率

运算放大器工作原理是什么?

运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用

《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

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

6

5

4

3

2LTR ECO NO:

1REVISION RECORD APPROVED: DATE:

DJ1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 J2

D

L1+12V

L3 AV+12V+5V

AV+5V

+ C1220uF/35V GND

C2 0.1uF

C3 1uF

+ C7100uF/35V

C8 0.1uF

C9 0.1uF AGND2 L4

-5V

+5V

AGND3GND

-12V+12V

C

L2-12V

AV-12V

-5V

AV-5V

C

C4 GND GND

C5 0.1uF

C6 1uF

C10

C11 0.1uF

+220uF/35V

+AGND3100uF/35V GND

C12 0.1uF AGND2

AV+5VF

L5AV+5VF

+ C1347uF/35V GND L9+5V

C14 0.1uF

L6 J3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CON-9P L7AV+5VF

BAIN1 AIN2

J4IOUT LED RFB GND

L8

BAV+5VF

1 2 3 4 5 CON-5P AGND4 AGND3 AGND2

武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书

学 号： 0120903540209

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

测量放大器 信息工程学院 通信工程 0903 彭文灿 撒继铭 刘雪冬

2011 年 1 月 11 日

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： 彭文灿 专业班级： 通信0903班 指导教师： 撒继铭 刘雪冬 工作单位： 信息工程学院 题 目: 测量放大器 初始条件：

1.模拟电子技术基础知识。 2.电子技术基础实验室。

要求完成的主要任务:

1.电路的理论设计。

2.按照要求焊接实物，并调试电路功能。 3.根据理论知识书写课程设计报告。

时间安排：

第18周（1、2节）：理论讲解；地点：鉴主404。

第19周：（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算， 时间1天；

（2）选择元器