测量放大器设计.docx

1、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

2、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 1 OP07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

3、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10100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10100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80dBB滤波电路 分析题目要求通频带为0

4、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

5、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=0，R13=90k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=0，R13=0。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=0，R13=90k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

6、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=0，R13=90k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0100Hz。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。