DOC《毕业设计论文》

1 测量放大器的设计 1.1 基本要求 测量放大器 a、差模电压放大倍数? AVD=1~500,可手动调节;

b、最大输出电压为±10V,非线性误差 <

0.5% ;

c、在输入共模电压+7.5V~-7.5V范围内,共模抑制比 KCMR >

105 ;

d、在AVD=500时,输出端噪声电压的峰-峰值小于1V;

e、通频带0~10Hz ;

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). 1.2 方案设计与论证 (1)方案一: 低噪声前置放大电路的设计,如图1.本电路结构简单,输入阻抗较高,放大倍数可调,但是共模抑制比较小.实测只达到104,所以不选本方案. 图1低噪音前置放大电路最初方案 方案二:如图2,直接采用高精度OP放大器接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,共模抑制比小.失调电压和失调电流等参数也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,元器件比较少,但也不选该方案. 图2低噪音前置放大电路最初方案 (3)如图3.该电路是由运放A1A2按同相输入法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,V1V2分别加到A1和A2的同相端,R1和两个R2组成的反馈网络,引入了负反馈,两运放A1,A2的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,原件较少,A1和A1两个放大器组成差分放大电路,可以有效地抑资共模信号,并且为双端输出,其共模放大倍数理论为0,因而可也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,并且要求两运放的性能完全相同,这样,线路除具有差摸,共模输入电阻大的特点外两运放的共模增益,失调及其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,因而放大数无法准确得到,因而,本方案不能完全满足实验要求,故不选本方案. 图3低噪音前置放大电路最初方案 (4)如图四.同相并联式高阻抗测量放大器电路具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移互相补偿、双端变单端以及输出不包括共模信号等优点.线路前级为同相差动放大结构,要求两运放的性能完全相同,这样,线路除具有差模、共模输人电阻大的特点外,两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消,因而不需精密匹配电阻.后级的作用是抑制共模信号,并将双端输出转变为单端放大输出,以适应接地负载的需要,后级的电阻精度则要求匹配.增益分配一般前级取高值,后级取低值. 图4低噪音前置放大电路 对测量电路的基本要求是: 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. 抑制共模信号传递的最简单方法是在基本的同相并联电路之后,再接一级差动运算放大器,它不仅能割断共模信号的传递,还将双端变单端,适应接地负载的需要,电路如图4所示.它具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿,以及输出不包含共模信号等优点,其代价是所用组件数目较多,共模抑制能力略有下降. 其中Ac12和CMRR12为A1和A2组成的前置级的理想闭环增益和共模抑制比,CMRR2为A3组成的输出级的共模抑制比. 方案4比的抑制共模能力强,故采取方案4. 方案4电路的理想闭环增益和共模抑制比分别为 Ac=R3/R2(1+2R1/Rw) CMRR=(Ac12*CMRR3*CMRR12)/( Ac12*CMRR3+ CMRR12) 若CMRR12>