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1、课程设计任务书学生姓名：朱毅专业班级：通信0905指导教师：王鬼工作单位：信息工程学院题目：测量放大器初始条件：三端固定稳压器CW781225W电源变压器，额定电流为2A的整流桥OP07的运算放大器，电容电阻及二极管若干要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，和说明书撰写等具体要求）a.差模电压放大倍数A皿=1500,可手动调节；b.最大输出电压为土10V,非线性误差v%；C.在输入共模电压+一范围内，共模抑制比1；d.在Ae=500时，输出端噪声电压的峰一峰值小于IV；u通频带010Hz;E直流电压放大器的差模输入电阻（可意外试，由电蹈设计予以保证）o设计并制作上述放大器所用的
2、直流稔压电源。由单相220V交流电压供电。交流电压转变范围为+10%15%。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。时刻安排：第18周理论讲解。第19周理论设计、实验室安装调试，地址：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1.概述随着电子技术的飞速进展，运算放大电路也取得普遍的应用。测量放大器专门精密差分电压放大器，它源于运算放大器，且优于运算放大器。测量放大器把关犍元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失
3、调漂移增益设置灵活和利用方便等特点，使其在数据收集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高级音响设备等方面倍受青睐C测量放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输出和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同的地方是运算放大器的闭环增益是由反相输出端与输出端之间连接的外部电阻决定，而测量放大器则利用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。测量放大器的2个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或通过与输入信号隔离的外部增益电阻置。本次设计通过采用仪用放大器的改造来实现设计一测量放大器及其所用的稳压电源,并知足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频
4、带的要求测量放大器主要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信号的放大，要求有较高的共模抑制能力及较高的输入电阻，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已实现对比较大的范围的被测信号的测量。测量放大器前级主要用差分输入，通过双端信号到单端信号的转换，最终经比例放大进行放大2.测量放大器系统任务要求如图1。输入信号Vi取自桥式测量电路的输出。当R1=R2=R3=R4时，Vi=o.R2改变时，产生ViNO的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线，流压器大 直电放十Vo图1测量放大器框图测量放大器系统简介测量放大器系统组成的框图如3所示。系统
5、包括信号转变放大器电路、直流电压放大器和直流稳压电源。图3测球放大器系统组成的框图测量放大器系统各个组成部份的作用和指标：信号变换放大器：把函数发生器单端输出信号经信号变换放大器变换为直流电压放大器的双端输入信号。直流电压放大器：要求差动输入的直流电压放大器，具有高的电压差模增益,并具有低漂移、低噪声输出及高共模抑制比等特性。测试器差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、输出噪声电压峰峰值、通频带。直流稳压电源：改电源由单向220V交流电压供电，输出正负15V直流电压，作为整个系统的电源。图中系统能测出直流电压放大器频率特性。3.测量放大器的设计设计内容及要求g.差模电压放大倍数Avd=150
6、0,可手动调“；h.最大输出电压为土10V,非线性误差105；j.在Avd=500时，输出端噪声电压的峰一峰值小于IV：k.通频带。10Hz；1 .直流电压放大器的差模输入电阻N2MW（可意外试，由电路设计予以保证）。设计原理测量放大器具有输入阻抗高、共模抑制比大等特点，因此取得了普遍的应用。但由于电路的分析复杂，通常只给出理想情形下放大器的差模增益，而难以给出其在非理想情形下的共模抑制比表达式。用分离元件构建测量放大器需要花费很多的时刻和精力，而采用集成运放放大器或差分放大器则是一种简便而又可行的替换方案。用集成运算放大器放大信号的主要长处：（1）电路设计简化，组装调试方便，只需适当配外接元
7、件，即可实现输入输出的各类放大关系.(2)由于运放得开环增益都很高，用其构成的防大电路一般工作的深度负反馈的闭环状态，则性能稳定，非线性失真小。(3)运放的输入阻抗高，失调和漂移都很小，故很适合于各种微弱信号的放大。又因其具有很高的共模抑制比，对温度的变化，电源的波动以及其他外界干扰独有很强的抑制能力。3 .3设计方案及实现列举方案方案一带电压跟从器的差动放大电路利用高阻型的集成运放，组成电压跟从器，能够取得很高的输入电阻。因此，只要在差动放大电路的两个输入各加一个电压跟从器，即可提高简单差动放大电路的输入电阻。其电路如下图所示。该测量放大器由运A1和A2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，
8、运放A3组成第二级差分放大电路。方案二在方案一的基础上，在两个同相放大器的反相输入端接上电阻R4,可得第一级差分电路放大倍数Avl=(Uo1-Uo2)/(Ui1-Ui2)=1+2R2/R4,第二级放大倍数Av2=Uo/(Uo1-Uo2)=-R/R=-1,则测量放大器放大倍数Av=Avl*Av2=l+2R2/R4。方案三在方案二的基础上，在电阻R4一端串联一个划线变阻器Rw。则测量放大器放大倍数Av=Avl*Av2=l+2R2/(Rw+R4)方案三图论证与比较综合以上四种方案分析可知：方案一电路结构简单，易于定位和控制。但这种电路的共模抑制比不高，不知足要求。方案二大体包括了方案一的长处，在其基
9、础上在方向输入端接电阻，提高电路共模抑制比。测量放大器的第一级有两个同相放大器采用并联方式，组成同相并联差动。该电路具有阻抗较高的特点，但要调节增益不能实现，不能知足手动调”的要求。方案三在方案二的基础上增加了一个电位器，诗僧能方便调节。由于在实际中很难达到电阻的精准匹配，运算放大器也不可能达到完全一样。而通过电位器调在既方便又节约本钱，整体上能知足设计要求，同时使其对成型方便调力。故通过对比后，方案三最为合理。元器件的选取元器件的选择是高性能放大的保证。为提高共模抑制比，对称电阻必需精密匹配。为达到输入阻抗的要求，选取Rl=R3=10K,R2=R4=25K,R5=R6=R7=R8=10K,R
10、9=100,Rw=500K,如此达到对称。按照以上推得公式Av=Vo/(Vil-Vi2)=l+2R2/(Rw+R9).当Rw为最大阻值500K时，Av=l+2*25/(500+=当Rw=O时候，Av=l+2*25/(0+=501-15V4 .直流稳压源的设计设计内容及要求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。直流稳压电源的测量：交流电压转变范围为+10%15%,同时Avd和Kcmr应维持不变。直流稳压电源设计思路直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变成所需要的低压交流电。整流器把交流电变成直流电。经滤波后，稳压器再把不稳
11、固的直流电压变成稳固的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压组成集成稳压电路，通过变压,整流，滤波，稳压进程将220V交流电，变成稳固的直流电。DC-DC电源通过直流转换为交流，再通过变压器的变压,在转换为直流。从而实现了DC-DC的直流电压转换、（1）电网供电电压交流220V（有效值）50Hz,要取得低压直流输出，第一必需采用电源变压器将电网电压降低取得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度转变大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须通过滤波电路变成光滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，即可取得
12、大体不受外界影响的稳固直流电压输出，供给负载RL。直流稳压电源原理直流稳压源流程直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环外才能完成，见下图。工频交流脉动直流直流直流稳压电源方框图其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压肯定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：能够将整流电路输出电压中的交流成份大部份加以滤除，从而取得比较光滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳
13、固，不随交流电网电压和负载的转变而转变。直流稳压源设计方案图方案如下图直流稳:压源设计方案元件的选取选择集成稳压器选三端固定稳压器CW7812,其性能参数为：Iomax=,最小输入输出压差（Ui-Uo）min=3V.最大功率30W,最大输入电压840V,均能知足性能要求。选电源变压器电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压脸变压器副边与原边的功率比为P2/Pn,式中n是变压器的效率。通常按照变压器副边输出的功率P2来选购（或自绕）变压器。小型号变压器的效率副边功率6/匕lomax=变压器效率为,则其功率P2U2*I2=为留有余地，故选择功率25W的变压器。
14、选整流二极管及滤波电容选整流二能够选桥式整流管1J4B42,其极限参数Urm50V,*15=2IV,If=所以均知足要求滤波电容为C=IomaxT/2ZU；1500uF,它的耐压应大于21V,因此可取2200uF/25V的电容。选稳压器由于要输出正负10V电压，于是采用的是7815和7915三端集成稳压器，其中78系列输出的为正电压，79系列输出的为负电压，如图，78系列和79系列的接法如下：匕地匕(b)稳压芯片7815主要参数:输出电流1A输出电压15V1-地，GND2-输入3-输出直流稳压器设计图如下其中，C1=C4=,C2=C5=100uF,C3=C6=330uF5 .信号变换放大器设计
15、设计要求设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。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。%信号变换放大器作用设计原理及方案设计要求将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真的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。为了使信号不失真，就需保证电路的对称性。方案一设计采用单端输入、双端输出的差动放大级进行信号的变换电路中利用0P07运算放大器，同相放大器结成射级跟从器。有R3=R4,反相较例放大器放大倍数Av=-R4/R3=-10输出电压Vol=Vo2=Vi.方案二设计采用单端输入、双端输出的差动放大级进行信号的变换电
