测量放大器设计.docx

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测量放大器设计

集成电路作业

——测量放大器的设计

班级：

03041102

学号：

2011300706

姓名：

祁文涛

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：

b）增益：

；

c）输出：

，非线性误差

；

d）共模抑制比：

；

e）通频带：

，阻带衰减大于：

；

推荐芯片：

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

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1OP07芯片参数

参数

CMRR

正常值

120dB

100dB

分析电路要实现的最大增益80dB，也即闭环增益要求最大达到10000倍。

考虑运放的交流动态特性，以及非线性失真等因素

非线性失真：

交流动态特性：

将OP07芯片的具体参数带入求得在保证电路性能稳定可靠的情况下，OP07芯片单级最大可实现的放大倍数大约为100倍。

因此为了实现对信号最大放大80dB的参数要求我决定采用两级放大，即前级采用仪用放大器，对信号最大放大100倍，保证系统对超低噪声、高阻、浮地输入的要求，第二级采用反相放大器，最大放大100倍，最终实现系统对信号稳定可靠放大80dB。

图1是采用OP07型运算放大器搭接的仪用放大器，通过调节可调电阻Rg对信号稳定可靠的放大10—100倍，作为第一级放大电路。

（注：

电路所采用的电阻，电容参数如图中所示）。

图1仪用放大器

增益计算公式：

图2是第二级反相放大器电路，考虑到信号的最大输入1000mv，如果直接对其放大80dB必定发生饱和失真，因此设置可调电阻R10根据输入信号的大小来动态调节放大倍数实现对信号稳定可靠放大10—100倍。

图2第二级放大器

增益计算公式：

当电路中各电阻取如图阻值时可实现最大增益80dB

B滤波电路

分析题目要求通频带为0—100Hz，阻带衰减大于

，所以考虑采用二阶低通滤波器，如下图所示电路。

（图中C1=C2=C，R13=R）

零频放大倍数：

截止频率计算公式：

将图中电阻电容值带入上述公式，即可实现截止频率为100Hz，而中频增益约等于1。

C整体电路图

系统整体共模抑制比分析：

共模抑制比计算公式如下：

注：

CMRR1,CMRR2分别是仪用放大器差分输入级的两个运放的共模抑制比。

由于本电路全部芯片均采用OP07，所以理想状态下器共模抑制比可达到无穷大。

在实际情况下，假使CMRR1=100dB，CMRR2=97dB，计算得其共模抑制比为3233dB远大于题目要求的120dB。

三、仿真检验

A）分立检验

当输入频率10Hz，振幅1mVpp，如下图所示正弦信号时，设置放大器放大倍数为最大即80dB，即设置Rg=0Ω，R13=90kΩ观察第二级放大器输出波形，如下图所示

分析对比上述读数可以算出增益约为80dB

当输入信号为频率为10Hz，振幅为10mVpp时，如下图所示正弦信号时，为了避免饱和失真，设置系统增益为60dB，即设置Rg=0Ω，R13=0Ω。

观察第二级放大器输出波形，如下图所示

分析对比上述读数可以算出增益约为60dB

当输入频率100Hz，振幅1mVpp，如下图所示正弦信号时，设置放大器放大倍数为最大即80dB，即设置Rg=0Ω，R13=90kΩ观察第二级放大器输出波形，如下图所示

分析对比上述读数可以看出增益约为80dB

当输入频率100Hz，振幅1mVpp，如下图所示正弦信号时，设置放大器放大倍数为最大即80dB，即设置Rg=0Ω，R13=90kΩ观察滤波器端输出波形，如下图所示

分析对比上述读数可以计算出增益不足80dB，这是由于100hz是截止频率点，即-3dB衰减点。

B）系统整体波特图分析

通过波特测试仪进行输入输出分析如下图所示:

通带波特图

截止频率点100Hz

分析上述图像可知系统基本符合题目要求的增益80dB,通频带为0—100Hz。

四、分析总结

由上述三中的仿真结果可知，该电路基本实现了题目给定的参数要求，可实现最大增益80dB，同时可根据输入信号的大小改变相应的放大倍数，避免发生饱和失真。

此外，由于采用了仪用放大器该电路的共模抑制比远远高于设计要求，是该电路的一大亮点。

五、体会感受

通过这次测量放大器的设计我收获了很多，一方面掌握了集成运算放大器的设计和应用过程，加深了对集成放大器设计的一些理论概念的理解，熟练了mutisim12电路仿真软件的使用。

另一方面充分体会到了理论与实践的差异性，懂得了理论联系实际的重要性，我想这些都将成为我宝贵的财富，在日后的学习中我会更加努力，不断丰富和完善自己。