三運放儀表放大器

1、三運放儀表放大器摘 要本系統(tǒng)采用三個OP07雙電源單集成運放芯片構(gòu)成儀表放大器，此放大器能調(diào)節(jié)將輸入差模信號放大100至200倍，同時具有高輸入電阻和高共模抑制比，對不同幅值信號具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)；電源部分由變壓器、整流橋、7812、7912、7805等線性電源芯片組成，可輸出+5V、+12V、-12V三路電壓。一、 方案論證與比較1.放大器電源的制作方法方案一：本三運放儀表放大器系統(tǒng)采用集成運放OP07，由于OP07是雙電源放大器，典型電源電壓為±12V，可方便采用市售開關(guān)電源或者開關(guān)電源芯片制作電源作為OP07的電源輸入，開關(guān)電源具有的效率高，體積小，散熱小，可靠性高等特點，但是

2、因為其內(nèi)部構(gòu)造特性，使輸出電壓帶有一定的噪聲干擾，不能輸出純凈穩(wěn)定的電壓。方案二：采用線性電源穩(wěn)壓芯片78系列和79系列制作線性電源，使用多輸出抽頭變壓器接入整流橋再接入穩(wěn)壓芯片，輸出純凈的線性電源。2.電源方案論證本系統(tǒng)是一個測量放大系統(tǒng)，其信號要求純凈無噪聲干擾，在系統(tǒng)中加入濾波器消除干擾的同時，我們應(yīng)該考慮系統(tǒng)本身的干擾源并盡量降低干擾?？紤]到開關(guān)電源的輸出電壓不是十分純凈的，帶有許多噪聲干擾，而線性電源可以穩(wěn)定輸出電壓值，雖然線性電源體積較大，效率較低，但是作為測量系統(tǒng)中，我們采用方案二來提高測量的精準度。3.放大器制作方法方案一：題目要求使輸入信號放大100至200倍，可使用單運放構(gòu)

3、成比例運算放大電路，按負反饋電阻比例運算進行放大，輸出電壓Uo=-RfRUi，此放大電路可以達到預定的放大倍數(shù)，但是其對共模信號抑制較差，容易出現(xiàn)波形失真等問題。方案二：采用三運放構(gòu)成儀表放大器，這是一種對弱信號放大的一種常用放大器，輸出電壓Uo=1+2R1R2×(U1-U2)。4.放大器方案論證在測量系統(tǒng)中，通常被測物理量均通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，然后進行放大，因此，傳感器的輸出是放大器的信號源。然而，多數(shù)傳感器的等效電阻均不是常量，他們隨所測物理量的變化而變。這樣，對于放大器而言信號源內(nèi)阻是變量，放大器的放大能力將隨信號的大小而變。為了保證放大器對不同幅值信號具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)，

4、就必須使得放大器輸入電阻加大，因信號源內(nèi)阻變化而引起的放大誤差就越小。此外，傳感器所獲得的信號常為差模小信號，并含有較大的共模部分，期數(shù)值有時遠大于差模信號。因此，要求放大器具有較強的共模信號抑制能力。綜上所述，采用方案二儀表放大器方案，儀表放大器除了具有足夠的放大倍數(shù)外，還具有高輸入電阻和高共模抑制比。二、 系統(tǒng)設(shè)計1.總體設(shè)計(1)系統(tǒng)框圖 如圖 1-1-1所示。 圖1-1-1(2)模塊說明u 電源模塊：由7812、7912、7805三個線性電源穩(wěn)壓芯片組成的三路輸出直流電源，其中+12V和-12V為雙電源集成運放OP07供電。+5V可為單片機、A/D芯片或其他外部設(shè)備供電。u 放大器模塊

5、：由三個OP07構(gòu)成的三運放儀表放大器，其特點是具有較強的抑制共模信號的能力，并且能夠調(diào)節(jié)放大輸入信號至100到200倍。2.各模塊設(shè)計及參數(shù)運算(1)由于電源需要向放大器提供±12V電壓，并且為放大器供電的電源需低噪聲干擾，放大器對輸入電壓的純凈度要求嚴格。所以綜合考慮?。?C1=C3=0.1uF C2=1000uF C4=10uF電源濾波電路如圖1-1-2所示 (2) 三運放構(gòu)成儀表放大器的主要原理如圖1-1-3所示，第一級電路由U1和U2組成，第二級運放由U3構(gòu)成，其放大倍數(shù)為1。根據(jù)運算電路的基本算法分析：UI1-UI2=R22R1+R2UO1-UO2 即 UO1-UO2=1

6、+2R1R2UI1-UI2所輸出的電壓： UO=-RfRUO1-UO2=-RfR1+2R1R2UI1-UI2設(shè) UId=UI1-UI2,則 UO=-RfR1+2R1R2UId當UI1=UI2=UIC時，由于UA=UB=UIC，R2中的電流為零，UO1=UO2=UIC，輸出電壓UO=0?？梢?，電路放大差模信號，抑制共模信號。差模放大倍數(shù)數(shù)值越大，共模抑制比越高。當輸入信號中含有共模噪聲，也講被抑制。 圖1-1-33.系統(tǒng)設(shè)計圖（如圖1-1-4所示） 圖1-1-4三、調(diào)試根據(jù)方案設(shè)計的要求，調(diào)試過程共分三大部分：電源調(diào)試、放大器調(diào)試、電源和放大器聯(lián)調(diào)。各模塊分別調(diào)試，將電源和放大器分別調(diào)試正常工作

7、后再進行聯(lián)調(diào)。1. 電源調(diào)試(1) 接通電源間隔34秒后斷電，然后檢查7805、7812、7912及個電熔是否有過熱的(實踐證明若7805、7812或7812連接有錯誤將在短時間內(nèi)發(fā)熱)，如沒有明顯過熱現(xiàn)象說明電路連接正常。(2) 測得電路無連接從錯誤后，接通電源，用萬用表分別測量三路輸出端得電壓是否為+12V、-12V、+5V。2. 放大器調(diào)試(1)用標準穩(wěn)定的±12V 直流電源給放大器供電，穩(wěn)定的電源能減小電源對放大電路的影響，信號發(fā)生器輸出頻率設(shè)置成100Hz，幅值為15mV的正弦波。觀察示波器的波形，計算放大倍數(shù)。(2)改變信號發(fā)生器的輸出頻率（fout1kHz）觀察示波器的

8、波形計算出放大倍數(shù)。3. 電源放大器聯(lián)調(diào)(1)將電源模塊的±12V輸出與放大器相連，測試過程與放大器調(diào)試過程相同，首先信號發(fā)生器輸出頻率設(shè)置成100Hz，幅值為15mV的正弦波。然后改變信號發(fā)生器的輸出頻率，觀察波形，計算放大倍數(shù)。四、指標測試(1)測試儀表 示波器 信號發(fā)生器(2)指標測試電路電壓放大倍數(shù)公式Au=K=1NAuk 上限頻率：將式中的Au用低頻電壓放大倍數(shù)Aulk的表達式帶入并去摸，得出多級放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為Aul=k=1NAumk1+fLKf2根據(jù)fL的定義，當f=fL時Aul=k=1NAumk2即k=1N1+fLKfL2=2等式兩邊取平方，得k=1N1

9、+fLKfL2=2展開上式，得1+fLKfL2+高次項=2由于fLKfL小于1，可將高次項忽略，得出fLk=1NfLK2如加上修正系數(shù)，則fL1.1k=1NfLK2下限頻率：將式中的Au用高頻電壓放大倍數(shù)Auhk的表達式帶入并去摸，得出多級放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為Auh=K=1NAumk1+ffHK2根據(jù)fL的定義，當f=fH時Auh=k=1NAumk2即K=1N1+fHfHk2=2等式兩邊取平方，得K=1N1+fHfHk2=2展開上式，得1+fHfHk2+高次項=2由于fLKfL小于1，可將高次項忽略，得出1fHk=1N1fHK2如加上修正系數(shù)，則1fH1.1k=1N1fHK2根據(jù)以上分析可知，若兩級放大電路是由具有兩個相同頻率的單管放大電路組成，則其上、下限頻率分別為1fH1.12fHL2 , fHfH11.120.643fH1fL1.12fL11.56fL1對各級具有相同頻率特性的三級放大電路，其上、下限頻率分別為1fH1.13fHL2 , fHfH11.120.52fH1fL1.13fL11.91fL1五、結(jié)論本系統(tǒng)完成了題目的基本功能、基本指標?，F(xiàn)將題目要求指標及系統(tǒng)實際性能列表如下：基本要求發(fā)揮要求實際性能制作一個電源，要求輸出+5V、+12V、-12V三路電壓實現(xiàn)