测量放大器实验报告Word文档格式.doc

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2.3设计方案及实现 7

2.3.1方案1及电路图 7

2.3.2方案2及电路图 8

2.3.3方案3及电路图 9

2.3.4方案4及电路图 9

2.4比较后选择的方案及合适器件 10

2.5部分功能电路………………………………..…………………………………….10

3.电路的仿真、测量波形及实物图 15

3.1电路的仿真 15

3.2测量波形 15

3.2.1输入差模信号…………………………..…………………………….19

3.2.1输入共模信号………………………………………………………..……….20

3.3实物图和调试波形图……..………..…………………………….……….20

3.3.1实物图………………………………………………………..……….20

3.3.1调试波形图………………………………………………………………...….21

4.设计过程的问题和解决办法 …….21

4.1元器件的选择 .21

4.2实验发现的问题和解决方法 .22

5.元器件清单 .23

6.小结 .22

7.参考文献 .23

1

摘要

测量放大器又称为数据放大器或仪表放大器，常用于热电偶，应变电桥.流量计，生物电测量以及其他有较大共模干扰的支流缓变微弱信号的检测。

测量放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点，因此得到广泛的应用。

在工业自动控制等领域中，常需要对远离运放的多路信号进行测量，由于信号远离运放，两者地电位不统一，不可避免地存在长线干扰和传输网络阻抗不对称引入的误差。

为了抑制干扰，运放通常采用差动输入方式。

对测量电路的基本要求是：

高输入阻抗,高共模抑制比,高增益及宽的增益调节范围。

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,并满足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频带的要求。

关键词：

测量放大器，集成运算放大器，数据放大器，高共模抑制比，高通频带，低噪声

Abstract

Amplifierisanimportantcomponentofelectronicsystemstounderstandandmastertheamplifierforthelearningandapplicationofelectronicsystemsofgreathelp.Signaldetectionamplifiercircuittherearemanytypesofrealsystemsareoftenusedinmeasurementamplifiersandisolationamplifiers.Signaldetectionamplifiercircuittherearemanytypesofrealsystemsareoftenusedinmeasurementamplifiersandisolationamplifiers.

InstrumentationAmplifierisalsoknownasdataamplifiersorinstrumentationamplifiers,commonlyusedinthermocouples,strainbridge.Flowmeters,bio-electricalmeasurements,andothertributariesofalargercommon-modeinterferenceinweaksignaldetectionofslowchanges.

InstrumentationAmplifierisahigh-gain,DC-coupledamplifiers,ithasadifferentialinput,single-endedoutput,highinputimpedanceandhighcommon-moderejectionratioandothercharacteristics,itiswidelyused.

Intheindustrialautomationandotherareas,oftenfarfromtheopampneedformulti-channelsignalsaremeasured,becausethesignalawayfromtheopamp,thetwogroundpotentialarenotunified,thereisinevitablylong-terminterferenceandtransmissionnetworkimpedanceasymmetryintroducederror.Inordertosuppressinterference,commonlyusedopampdifferentialinputmode.Thebasicrequirementsofthemeasuringcircuitare:

highinputimpedance,highcommon-moderejectionratio,highgainandwidegainadjustmentrange.

Thedesignthroughtheuseofinstrumentationamplifierdesignedtoachievethetransformationofameasuringamplifieranditsregulatedpowersupplyused,andtomeettheirhighinputimpedanceandhighcommon-moderejectionratioandhigh-passbandrequirements.

Keywords:

measurementamplifier,integratedoperationalamplifiers,dataamplifier,highcommon-moderejectionratio,high-passband,low-noise

1.设计准备

1.1引言

在工业自动控制等领域中，常需要对远离运放的多路信号进行测量，由于信号远离运放，两者地电位不统一，不可避免地存在长线干扰和传输网络阻抗不对称引人的误差。

为了抑制干扰，运放通常采用差动输人方式。

高输人阻抗,高共模抑制比,高增益及宽的增益调节范围。

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,并满足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频带的要求.。

1.2Multisim简单介绍

Multisim是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

图1Multisim登陆画面

2.测量放大器原理图设计

2.1设计任务及要求

1.基本功能：

（1）差模电压放大倍数AVD=1～500，可手动调节；

（2）最大输出电压为±

10V，非线性误差<

0.5％；

（3）在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比KCMR>

105；

（4）在AVD=500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；

（5）通频带0～10Hz；

（6）直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW。

2.扩展功能：

（1）提高差模电压放大倍数至AVD=1000，同时减小输出端噪声电压。

（2）在满足基本要求

（1）中对输出端噪声电压和共模抑制比要求的条件下，将通频带展宽为0～100Hz以上。

（3）提高电路的共模抑制比。

（4）差模电压放大倍数AVD可预置并显示，预置范围1～1000，步距为1，同时应满足基本要求

（1）中对共模抑制比和噪声电压的要求。

2.2设计原理

放大器是电子系统的重要组成部分，了解和掌握放大器对于学习和应用电子系统有很大的帮助。

信号检测中的放大电路有很多种类型，实际系统中常采用的有测量放大器和隔离放大器。

测量放大器又称为数据放大器或仪表放大器，常用于热电偶，应变电桥，流量计，生物电测量以及其他有较大共模干扰的支流缓变微弱信号的检测。

测量放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点，因此得到广泛的应用。

差分放大器和测量放大器所采用的基础部件（运算放大器）基本相同，它们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。

标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；

而差分放大器和测量放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因而具有很高的共模抑制比。

它们通常不需要外部反馈网络。

测量放大器的第一级只对差摸信号有一定的放大作用，而对共摸信号几乎没有抑制作用，对公摸信号几乎没有抑制作用主要由第二级电路来完成,而且放大器的共摸抑制比约为第一级电路的差摸电压增和第二级电路的共摸抑制比的乘积。

①高输入阻抗，以抑制信号源与传输网络电阻不对称引入的误差。

②高共模抑制比，以抑制各种共模干扰引入的误差。

③高增益及宽的增益调节范围，以适应信号源电平的宽范围。

以上这些要求通常采用多运放组合的电路来满足，典型的组合方式有以下几种：

同相串联式高阻测量放大器，同相并联式高阻测量放大器，高共模抑制测量放大器。

用分离元件构建测量放大器需要花费很多的时间和精力，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优点:

（1）电路设计简化，组装调试方便，只需适当配外接元件，便可实现输入输出的各种放大关系。

（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