《课程设计-测量放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计-测量放大器（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、测量放大器课程设计实验报告学院:专业:班级:学号：姓名：物理与电信工程学院 电子信息工程xxxxxxxxxxxxxxxxxxx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
2、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，它采用双极型品体管作差分输入级，从性能参数上 分析，它属普通型运放。不过LF358采用单电源供电,且可用+5V电源，这和数字 系统的电源一样，在模拟和数字混用系统中，用这种芯片，可简化电路设计LM348 是美国NS公司（N
3、ationalsemieonduetorCorp）生产的双电源供电四单元集成运 放，在一片Lw348里集成有四个与741性能参数一样的运放元件，在性能要求不 是很高的场合，采用这种芯片，具有设计方便、节省电路板面积、调试简单、价 格便宜、元件容易买到等优点。与LM348 一样，LM324也是Ns公司的产品，一 片LM324里也集成有四个独立的运放，不过它采用单电源供电，它的性能参数和 特点与双单元运放LM358基本一样。2）用高性能集成运放做成的差模电压放大模块LF355/LF356/LF357是高输入阻抗运算放大器，它采用JFET组成差分输入 级，其输入阻抗高达10兆欧。LF355/LF35
4、6/LF357本身带有失调电压调整端。 LM308属于第三代集成运算放大器，它采用超日管作为差分输入级，其输入偏置 电流很低，且开环输人阻抗Rl可达70兆欧。国产5G7650和美国的ICL765O可以互换，它属于第四代集成运放。图由于该 器件采用了崭波稳零结构、动态校零原理和cM05集成技术，其失调与漂移可基 本消除，且输入阻抗R高达1兆欧。这种器件已接近理想运算放大器。3）采用高增益运算放大器UA741M、UA74I、UA741C （单运放）都是高增益运算放大器这些类型还具有 广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。它宽 范的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高
5、增益和宽范围的工作电压特点 在积分器和加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能，此外，它还具有如 下特点：无频率补偿要求；短路保护；失调电压调零；大的共模差模电压范围； 低功耗。鉴于第三种方案的UA741C的优良特性，而且比较容易实现。故本设计采用 第三种方案，运用UA741C组成单端转双端模块和差模电压放大模块。2、衰减模块的方案选择与论证1）以AD7520芯片为主的衰减模块AD7520是十位CMOS数模转换器，其电路如下图，采用倒丁形电阻网络。模 拟开关是CMOS型的，也同时集成在芯片上。但运算放大器是外接的。AD7520具有如下特性：分辨率：分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率
6、为位的数模转换 器中，输出电压能区分个不同的输入二进制代码状态，能给出不同等级的输出模 拟电压。分辨率也可以用数模转换器的最小输出电压（对应的输入二进制数只有 最低位为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）的比值来表 示。转换精度：数模转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之 差，即最大静态转换误差。这误差是由于参考电压偏离标准值、运算放大器的零 点漂移、模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差等原因所引起的。输出建立时间：从输入数字信号开始，到输出电压或输出电流到达稳定值时 所需要的时间，称为输出建立时间。目前，在不包含参考电压源和运算放大器的 单片集成数模转换器中，建立时
7、间一般不超过0.001。线性度：通常用非线性误差的大小表示数模转换器的线性度。产生非线性误差有两种原因：一是各位模拟开关的压降不一定相等，而且接和接地时的压降也 未必相等；二是各个电阻阻值的偏差不可能做到完全相等，而且不同位置上的电 阻阻值的偏差对输出模拟电压的影响又不一样。此外还有电源抑制比、功率消耗、温度系数以及输入高、低逻辑电平的数值等技术指标。AD7520原理图AD7520引脚图2)以AD603芯片为主的衰减模块AD603是一款低噪声、电压控制型放大器，用于射频(RF)和中频(IF)自动增 益控制(AGC)系统。它提供精确的引脚可选增益，90 MHz带宽时增益范围为-11 dB 至+3
8、1 dB，9 MHz带宽时增益范围为+9 dB至+51 dB。用一个外部电阻便可获得 任何中间增益范围。折合到输入的噪声谱密度仅为1.3nV/Hz，采用推荐的5V电源时功耗为125mW。由于本设计的通频带范围要求为0100HZ。同时可输出的最大电压为正负 10V，非线性误差0.5%，输出噪声峰峰值小于IV。第一个方案电路设计简单易 行。所以选择第一个方案作为衰减模块的方案。二、单元电路设计与实现1、小信号直流电桥模块为了达到输出直流小信号，采用分压的方法，两端输出相差为10mV左右的 直流小信号。增加一个精密5K电位器方便调节。提供电源为15V。具体电路图 如下所示：电桥模块图3-12、单端口
9、转双端口模块此电路由两片UA741单运放芯片组成。提供电源为15V。通过设计电路的 参数，使输入的单端信号转为一组差模信号输出。具体电路如图3-2：P35PH 5TT+单端转双端图3-2电路包含一个同相的放大器和一个反相的放大器的计算公式如下：同相电压放大器V01/Vi=R1/(R1+R3)=1/2反相电压放大器V02/Vi=-R2/R1同相放大器A1的电压增益V01/Vi=1/2，反相放大器A2的电压增益为 V02/Vi=-1/2。则总的增益为V0/Vi=(V01-V02)/Vi3、差模电压放大模块此差模电压放大模块采用3个UA741单运算放大器组成。是一种仪用放大器。提供电源为15V。电路
10、如图3-3所示。+HVL+J5V了13F513 放大模块-W-32V图3-34、衰减模块P12+15V3-X+15VPll1-15VOUTGND|2 1 1217Header 2 GNDCTNL+vZ1W1Z2W2CHI LMCHI OUTCH2INCH2 OUTHFCNfPENOUT COMINCOMBASE COMV-BASE COMU714 2.08 2.42.E12_1.6TT1.7152TP11596AD752Oirn图3-4该电路由AD7520芯片和UA741芯片组成。AD7520需提供5V电压，UA741 需提供15V电压。具体电路如图3-4所示5、有效值检测模块该电路采用ad6
11、37芯片做有效值检测，然后再把输出的有效值送给单片机的 内置ad 口，在lcd1602显示屏上显示有效值，由于单片机采集的电压值最多只 能达到5v，而题目的要求是峰峰值达到20v，所以在输入ad637芯片之前，我用 了 ne5532运放把输入电压衰减了一般，再送给ad637，而在ad637输出端，为 了与单片机的ad采样口阻抗匹配，我又加了一个跟随器已达到要求。这样设计 的电路采集出来的有效值误差基本能维持在百分之五左右的范围。三、系统软件设计与控制算法分析1. 软件功能和结构本系统软件采用结构化程序设计方法，功能模块各自独立，包括系统初始化、 控制衰减倍数、测量电压有效值、按键处理模块和显示
12、模块。软件主体流程图如图4-12. 功能模块算法设计(1) 该电路采用ad637芯片做有效值检测，然后再把输出的有效值送给单片机 的内置ad 口，在lcd1602显示屏上显示有效值，由于单片机采集的电压值最多 只能达到5v,而题目的要求是峰峰值达到20v,所以在输入ad637芯片之前，我 用了 ne5532运放把输入电压衰减了一般，再送给ad637，而在ad637输出端， 为了与单片机的ad采样口阻抗匹配，我又加了一个跟随器已达到要求。这样设 计的电路采集出来的有效值误差基本能维持在百分之五左右的范围。(2) 控制衰减倍数模块：增益控制字由电压控制式确定。通过控制引脚的高低 电平作为信号。为了
13、保护系统，软件对设置的增益范围进行了限定，当超出1000 倍时，则视为无效输入，并重新输入。(3) 按键处理模块：此系统的按键功能包括选定设计要求的步距为1、学号姓 名显示。其中增益设置对输入数据的范围进行了限定，当输入数据超出范围时， 直接从最小倍数再开始递增。(4) 显示模块：用lcd1602的图形液晶显示模块显示预设的增益值以及输出电 压的有效值。四、系统测试1、测试仪器胜利仪器DT890数字式万用表SPF40信号发生器40MHZTektronixTPS1052数字示波器50MHZ2、测试方案(1)放大倍数和有效值测试（2）幅频特性测试f（Hz）10090604030109876V （m
14、V） i10101010101010101010VOV）1010101010109.128.367.275.21五、附录1 康华光电子技术基础M.华中科技大学电子技术课程组:高等教育出版社2 黄金平测量放大器电路的设计.江汉石油学院，湖北荆州3 王建校 51系列单片机及C51程序设计.科学出版社A v50100150200250300350400450500Vi （mV）10101010101010101010V0（V）0.511.01.52.02.53.13.54.04.65.0VRM0.150.350.450.740.851.121.331.521.701.82A v5506006507007508008509009501000Vi （mV）10101010101010101010V0（V）5.56.06.57.07.58.08.59.19.610.2VRM1.922.1 02.382.512.682.853.013.153.29
