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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书学 号： 0121009320402课 程 设 计题 目测量放大器学 院信息工程学院专 业通信工程班 级1004班姓 名杨乾友指导教师李政颖2011年1月13日课程设计任务书学生姓名： 杨乾友 专业班级： 通信1004班 指导教师： 李政颖 工作单位： 信息工程学院 题 目:测量放大器的设计初始条件：1. 20W的变压器220V-18V2.运算放大器OP07 3.稳流二极管1N40074.三端集成稳压器LM7815，LM79155.电阻、电容 若干要求完成的主要任务:输入信号VI取自桥式测量电路的输出。当R1R2R3R4时，VI0。R2改变时，产生VI
2、o的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。差模电压放大倍数 AVD1500，可手动调节；a. 最大输出电压为 10V，非线性误差 105 ；d. 在AVD500时，输出端噪声电压的峰峰值小于1V；e. 通频带010Hz ；f. 直流电压放大器的差模输入电阻2MW （可不测试，由电路设计予以保证）。时间安排： 第17周:理论讲解第18周：理论设计以及撰写设计报告 第19周：答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目 录摘 要I1、方案设计与论证11.1低噪声前置放大器11.2信号转换器41.3电源电路的设计51.3.1 降压部分61.3.2 整流部分61.
3、3.3 滤波电路71.3.4 稳压电路72、设计原理及主要电路的参数计算92.1 前端放大电路92.2 电源参数的计算103、仿真分析113.1 各部分电路的仿真测试113.1.1 电源的仿真测试113.1.2 信号转换器的仿真测试123.1.3 前端放大电路的仿真测试133.2 测量放大器的频率响应测试15 3.3 仿真过程中遇到的问题 174、心得体会18附件一 原理图19附件二 元件清单20附件三 参考文献2118 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
4、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。AbstractThis design mainly by the measuring amplifier, signal converter, regulat
5、ed 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 resistan
6、ce, 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,
7、 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
8、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.测量放大器1、
9、方案设计与论证 根据题目要求，分以下三部分进行设计与论证。1.1低噪声前置放大器方案一 如图1所示，直接采用高精度OP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。 图1 方案一电路图 方案二 采用比较通用的仪用放大器，如图2所示，它是由运放A1、A2按同相输入法
10、组成第一级差分放大电路。运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，V1和V2分别加到A1、A2的两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倍数的改变，并且可以将R1用一个适当阻值的电位器代替，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电路，可以有效地抑制共模信号，并且为双端输出，其共模放大倍数理论为0，因而可以大大的提高共模抑制比，并且由于输入信号V1和V2都是A1、A2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为无穷大。并且要求两运放的性能完全相同,
11、这样,线路除具有输入电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及漂移产生的误差也相互抵消。但由于本实验要求放大倍数可以调节，通过电位器调节放大倍数，电位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2 方案二电路图 方案三 主要是对第二种方案的合理改造，如图3所示，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，
12、A3为节约成本仍采用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，将采用本电路。 图3 方案三电路图 1.2信号转换器 题目要求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
13、率特性的输入信号。为了使信号不失真，就须保证电路的对称性。所以采用单端输入双端输出的差动放大器进行信号的变化。同时用高精度、低漂移的运放来代替晶体三极管。本电路采用的运放是OP07，如图4。 图4 同相放大器接成射随器，前端输入进行分压，从而使Vo(+)=(1/2)Vin，反向放大器的AV=-R6/R2=-50/100=-1/2，使得Vo(-)=-(1/2)Vin，从而实现不失真变换。在图4所示的电路中，电路输入阻抗太低，约为20k，所以选择了改进后的电路见图5 。此电路从同相端入，因此输入阻抗高，满足题目提出的要求。 图5 1.3电源电路的设计电源电路主要由变压部分、整流部分、滤波部分和稳压部分组成，在能满足实验要求的基础上，尽可能简化电路，采用的是比较常用的稳压电源电路，主要利用两个稳压芯片LM7815及LM7915产生所需要的15V的电压输出，其电路如图6所示。 图6 电源电路图 由于运放需要双电源供电，因而采用双输出的变压器实现双电源的输出，运放所需要的电源为15V，所以18V输出的变压器足以满足要求 1.3.1 降压部分降压部分主要由变压器组成，由于要为双电源运放供电，因此要采用三抽头的变压器从而可以得到相位相反的两个18
