三运放仪表放大器.doc

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1、三运放仪表放大器摘要本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成，可输出+5V、+12V、-12V三路电压。一、方案论证与比较1.放大器电源的制作方法方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07，由于OP07是双电源放大器，典型电源电压为，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电源输

2、入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。方案二：采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源，使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。2.电源方案论证本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较大

3、，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。3.放大器制作方法方案一：题目要求使输入信号放大100至200倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压，此放大电路可以达到预定的放大倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出电压。4.放大器方案论证在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效

4、电阻均不是常量，他们随所测物理量的变化而变。这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器输入电阻加大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。此外，传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模部分，期数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。综上所述，采用方案二仪表放大器方案，仪表放大器除了具有足够的放大倍数外，还具有高输入电阻和高共模抑制比。二、系统设计1.总体设计(1)系统框图如图1

5、-1-1所示。图1-1-1(2)模块说明u电源模块：由7812、7912、7805三个线性电源稳压芯片组成的三路输出直流电源，其中+12V和-12V为双电源集成运放OP07供电。+5V可为单片机、A/D芯片或其他外部设备供电。u放大器模块：由三个OP07构成的三运放仪表放大器，其特点是具有较强的抑制共模信号的能力，并且能够调节放大输入信号至100到200倍。2.各模块设计及参数运算(1)由于电源需要向放大器提供电压，并且为放大器供电的电源需低噪声干扰，放大器对输入电压的纯净度要求严格。所以综合考虑取：电源滤波电

6、路如图1-1-2所示(2)三运放构成仪表放大器的主要原理如图1-1-3所示，第一级电路由U1和U2组成，第二级运放由U3构成，其放大倍数为1。根据运算电路的基本算法分析：即所输出的电压：设-,则当时，由于=，中的电流为零，，输出电压。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声，也讲被抑制。图1-1-33.系统设计图（如图1-1-4所示）图1-1-4三、调试根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：电源调试、放大器调试、电源和放大器联调。各模块分别调试，将

7、电源和放大器分别调试正常工作后再进行联调。1.电源调试(1)接通电源间隔3—4秒后断电，然后检查7805、7812、7912及个电熔是否有过热的(实践证明若7805、7812或7812连接有错误将在短时间内发热)，如没有明显过热现象说明电路连接正常。(1)测得电路无连接从错误后，接通电源，用万用表分别测量三路输出端得电压是否为+12V、-12V、+5V。1.放大器调试(1)用标准稳定的直流电源给放大器供电，稳定的电源能减小电源对放大电路的影响，信号发生器输出频率设置成100，幅值为15mV的正弦波。观察示波器的

8、波形，计算放大倍数。(2)改变信号发生器的输出频率（）观察示波器的波形计算出放大倍数。2.电源放大器联调(1)将电源模块的输出与放大器相连，测试过程与放大器调试过程相同，首先信号发生器输出频率设置成100，幅值为15mV的正弦波。然后改变信号发生器的输出频率，观察波形，计算放大倍数。四、指标测试(1)测试仪表示波器信号发生器(2)指标测试电路电压放大倍数公式上限频率：将①式中的用低频电