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测量放大器的设计这就是并联差分输入仪用放大器,又称三运放高共模抑制比放大电路。一般电路如下:该电路具有输入阻抗高,电压放大倍数容易调节,输出不包含共模信号等优点。另外要说的是,这种放大器使用得真是太广泛了,“泛滥成灾”。电路中,由两个性能一致的同相放大器并联构成平衡对称差动输入级,输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关,而其共模输出、失调及漂移均在两端互相抵消,因而电路具有良好的共模抑制能力,又不需要外部电阻匹配。但一般RW上下两电阻取相等值,以消除、偏置电流的影响。若将为可调电阻,则电路具有增益调节能力。构成双端输入单端输出的输出级,进一步抑制共模信号,因此其选择应具有高共模抑制比。这种放大器精度高、稳定性好,常用于精密仪器电路和测控电路中。电路分析如下:以上已经分析完毕,现在要设计一个电压增益≥60dB,即1000倍的放大器。而共模抑制比≥80dB,这跟运放和电阻精度有关,两者共同决定。对高精度的仪用运放OP-07来说当然没问题,而电阻精度可以通过可调电阻提供,只要仔细调还是可以达到精度要求的。以下是我的方案,已经仿真通过。先列出实验室可提供的元器件:1.OP—07运放---------------------------------------------A组2.10K精密电阻---------------------------------------------B组3.1K精密电阻---------------------------------------------C组4.4.7K~~10K电阻---------------------------------------------D组5.82K~~100K电阻---------------------------------------------E组首先声明选用电阻的方案很多,但是实验室可提供的电阻有限,固方案也就有限了,但是我会列出几个参考的方案,欢迎大家拍小砖送鲜花。我看了一下电阻,分析了各种限制条件,发现怎么也找不到另外的一种方案了,也就是说基本上只有一种方案,不信可以看下面的分析。首先列出我所使用的器件:1.A1,A2,A3--------------OP—07这个不用说2.R1,R2--------------使用D组的10K电阻(详细见下面分析)3.RW--------------使用C组的1K精密电阻(详细见下面分析)4.R4,R6--------------使用E组的100K电阻(详细见下面分析)5.R3--------------使用D组的4.7K电阻(详细见下面分析)6.R5--------------使用B组的10K精密电阻(详细见下面分析)现在说明为什么这么设计:第一:R1,R2为什么选择10K?首先我个人比较偏爱10K电阻,所以一开始我就看上了她,不是,是它。然后再看后面的电阻,发现我的选择是对的,跟据实验室所提供的电阻,再也没有其它可以替代其位置了,所以相信自己的第一感觉不是没有道理的哦。第二:RW为什么选择1K精密电阻?还是先说首先吧,1000倍这么大,肯定要两级放大电路承担吧。那有人就问了,是哪两级啊?晕死,上面的电路介绍没看啊?把他扔出窗外去。下面我们继续讲,就是同相放大级跟差动放大级嘛,我是这样分配的1000倍=(前级50倍)X(后级20倍)。50倍怎么得到呢?上面有这么一条关系:现在R=10K,所以50=(2*10K+RW)/RW,得到RW的值约为408欧,所以就要1K可调了,那为什么要精密呢?RW关系到前级的放大倍数,前级放大倍数不精确,到后级又再放大,那……可想而知了,所以本着前人种树后人乘凉的大无畏的牺牲精神,我义无反顾地选择了1K精密的电阻,实际上在实验室1K可调的就只有这么一种所以你想不牺牲也不行了。第三:R4,R6为什么选择100K电阻?前面说了,1000倍被分成了两步来实现,后级是20倍,怎么得到?前面有一个关系:再看实验室提供的电阻,得到100K/4.7K约为21.3倍,可以用。原因就这么简单,所以R3为什么用4.7知道了吧。第四:R5为什么选择10K精密可调电阻?上面提到,20倍是100K/4.7K得到的。那为什么R5不能像R3一样使用4.7K电阻呢?那是因为啊,100K和4.7K都不是精确的电阻,而后级差动放大器电阻精度要求很严格,但是也不是非得100K就要100K。4.7K就要4.7K,实际上它只要求一个比值,这个比值是:R4/R3=R6/R5你可能已经注意到了,怎么他们的关系好像跟平衡桥一样啊?是的,实际上差动放大器就是一个平衡桥的应用,利用运放的几乎无穷大的增益来平衡桥的两端,就这么简单。第五:关于精密与误差其实这是一个很大的问题,一时讲不完,我就概括说,而且只说电阻,感兴趣的再找时间讨论。笼统的说就是,前级放大器对电阻精密度要求不高,后级放大器对电阻的比值要求很高(决定整个放大器共模抑制比哦)。前级的1K精密是调节放大倍数才使用精密的。后级的10K精密是调节电阻的比值的,这个比值要严格遵守,不然后果很严重哦,再提醒一下。最后要说明的是前级的1K精密可调不要调得太小了,也就是说前级放大倍数不能太大了。我仿真时小于300欧左右输出就有误差了,建议不要小了350欧,上面我使用了408欧是在这个范围之外的。其它不说了。一个快速解决方案如果你实在不想分析了,只求一个快速解决的方法,又或者你分析完后还是不知道怎么下手,那究竟有没有快速的实验步骤呢?有的。第1步:把RW1K精密可调对着数字万用表调节到400欧左右,快速调,400左右就可以,不求准确,只求速度。第2步:按上面方法把R5精密可调快速调到4K左右,速度。第3步:按我的方案接好全部电路,不用先接哪一级,全部接上!!!第4步:两个输入端都接地,用万用表接输出端,调节R5精密可调直到输出电压为零,(要仔细点调),再把两个输入端都接到同一个信号发生器,信号发生器输出一个小交流电压,几个mV,1KHz的就可以,把放大器的输出接到交流毫伏表,再次细调节R5,使交流毫伏表显示最小值。完毕。第5步:放大器输入的一端接地,一端接信号发生器,信号发生器输出一个交流小信号,比如是:2mV,1KHz。输出接到示波器,仔细调节RW,使放大倍数达到要求,注意RW不要调的太小了,小于350欧是禁止的。第6步:没有了。接下来测量所做的放大器的各种参数了。需要注意的地方:实验室那种信号发生器在小信号输出时噪声很大,应该先输出大一点的信号,用电阻分压法降低电压再接入到放大器。比如:先输出2V,用一个10K的精密可调电阻调成1/1000,这样就得到2mV的输出信号了,用示波器观察,一边看一边调节。这样输出信号的噪声就比直接输出小信号时小多了。
本文标题:测量放大器的设计
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