三運(yùn)放儀表放大器

1、三運(yùn)放儀表放大器摘要本系統(tǒng)采用三個(gè) OP07 雙電源單集成運(yùn)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(hào)放大 100至 200倍，同時(shí)具有高輸入電阻和高共模抑制比， 對(duì)不同幅值信號(hào)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(yùn)放儀表放大器系統(tǒng)采用集成運(yùn)放OP07，由于 OP07 是雙電源放大器，典型電源電壓為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，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

2、的效率高，體積小，散熱小，可靠性高等特點(diǎn)，但是 因?yàn)槠洳繕?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(gè)測(cè)量放大系統(tǒng)，其信號(hào)要求純凈無(wú)噪聲干擾，在系統(tǒng)中加入濾波器消除干 擾的同時(shí)， 我們應(yīng)該考慮系統(tǒng)本身的干擾源并盡量降低干擾。 考慮到開關(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(cè)量系統(tǒng)中，我們采用方案二來(lái)提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。3.

3、 放大器制作方法方案一： 題目要求使輸入信號(hào)放大 100 至 200 倍，可使用單運(yùn)放構(gòu)成比例運(yùn)算放大電路， 按負(fù)反饋電阻比例運(yùn)算進(jìn)行放大， 輸出電壓 錯(cuò)誤!未找到引用源。 ，此放大電路可以達(dá)到預(yù)定 的放大倍數(shù)，但是其對(duì)共模信號(hào)抑制較差，容易出現(xiàn)波形失真等問(wèn)題。方案二：采用三運(yùn)放構(gòu)成儀表放大器，這是一種對(duì)弱信號(hào)放大的一種常用放大器，輸出 電壓錯(cuò)誤!未找到引用源。 。4. 放大器方案論證 在測(cè)量系統(tǒng)中，通常被測(cè)物理量均通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后進(jìn)行放大，因此，傳 感器的輸出是放大器的信號(hào)源。 然而， 多數(shù)傳感器的等效電阻均不是常量， 他們隨所測(cè)物理 量的變化而變。 這樣， 對(duì)于放大器而言信號(hào)源

4、阻是變量， 放大器的放大能力將隨信號(hào)的大小 而變。為了保證放大器對(duì)不同幅值信號(hào)具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)， 就必須使得放大器輸入電阻加 大，因信號(hào)源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(hào)常為差模小信號(hào)，并含有較大的共模部分，期數(shù)值有時(shí)遠(yuǎn)大 于差模信號(hào)。因此，要求放大器具有較強(qiáng)的共模信號(hào)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(jì)1. 總體設(shè)計(jì)(1) 系統(tǒng)框圖 如圖 1-1-1 所示。圖 1-1-1(2)模塊說(shuō)明電源模塊： 由 7812、7912 、7805 三個(gè)線性電源穩(wěn)壓芯片組成的三路輸出直流電源，

5、其中+12V 和-12V為雙電源集成運(yùn)放 OP07供電。 +5V 可為單片機(jī)、 A/D 芯片或其他外部設(shè) 備供電。放大器模塊：由三個(gè) OP07 構(gòu)成的三運(yùn)放儀表放大器，其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的抑制共 模信號(hào)的能力，并且能夠調(diào)節(jié)放大輸入信號(hào)至100到 200倍。2. 各模塊設(shè)計(jì)及參數(shù)運(yùn)算(1)由于電源需要向放大器提供 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 電壓，并且為放大器供電的電源需 低噪聲干擾，放大器對(duì)輸入電壓的純凈度要求嚴(yán)格。所以綜合考慮?。哄e(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤 !未找到引用源。電源濾波電路如圖 1-1-2 所示入輸V51的后流(2) 三運(yùn)放構(gòu)成儀表放大器的主要原理如圖 1-1-3 所

6、示，第一級(jí)電路由 U1 和 U2 組成， 第二級(jí)運(yùn)放由 U3 構(gòu)成，其放大倍數(shù)為 1。根據(jù)運(yùn)算電路的基本算法分析：即錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。所輸出的電壓：錯(cuò)誤 !未找到引用源。設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 - 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 ,則錯(cuò)誤 !未找到引用源。當(dāng)錯(cuò)誤!未找到引用源。 時(shí)，由于 錯(cuò)誤!未找到引用源。 =錯(cuò)誤!未找到引用源。 ，錯(cuò)誤! 未找到引用源。 中的電流為零， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，輸出電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。可 見，電路放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。差模放大倍數(shù)數(shù)值越大，共模抑制比越高。當(dāng)輸3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 （如圖 1-1-4 所示）12C5104+ C61000u

7、F5/ 0V2U212DNG Vin tuo91 VC8C7104+10uF/50V3 -12V三、調(diào)試根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，調(diào)試過(guò)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)試正常工作后再進(jìn)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(gè)電熔是否有過(guò)熱的 (實(shí)踐證明若 7805、 7812或 7812連接有錯(cuò)誤將在短時(shí)間發(fā)熱 )，如沒有明顯過(guò)熱現(xiàn)象說(shuō)明電 路連接正常。(2) 測(cè)得電路無(wú)連接從錯(cuò)誤后， 接通電源， 用萬(wàn)用表分別測(cè)量三路輸出端得電壓是否為 +12V、-12V、+5V 。2. 放

8、大器調(diào)試(1)用標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 直流電源給放大器供電， 穩(wěn)定的電源能減小電源 對(duì)放大電路的影響，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率設(shè)置成100 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，幅值為 15mV 的正弦波。觀察示波器的波形，計(jì)算放大倍數(shù)。(2)改變信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率 (錯(cuò)誤!未找到引用源。 )觀察示波器的波形計(jì)算出放大倍 數(shù)。3. 電源放大器聯(lián)調(diào)(1)將電源模塊的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 輸出與放大器相連，測(cè)試過(guò)程與放大器調(diào)試過(guò)程 相同，首先信號(hào)發(fā)生器輸出頻率設(shè)置成100錯(cuò)誤!未找到引用源。 ，幅值為 15mV 的正弦波。然后改變信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，觀察波形，計(jì)算放大倍數(shù)。四、指標(biāo)測(cè)試(1)測(cè)

9、試儀表示波器 信號(hào)發(fā)生器(2)指標(biāo)測(cè)試 電路電壓放大倍數(shù)公式上限頻率 ：將式中的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 用低頻電壓放大倍數(shù) 錯(cuò)誤!未找到引用源。的表達(dá)式帶入并去摸，得出多級(jí)放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為根據(jù)錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的定義，當(dāng) 錯(cuò)誤!未找到引用源。等式兩邊取平方，得由于錯(cuò)誤!未找到引用源。 小于 1，可將高次項(xiàng)忽略，得出如加上修正系數(shù)，則下限頻率： 將式中的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 用高頻電壓放大倍數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 的表達(dá)式帶入并去摸，得出多級(jí)放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為根據(jù)錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的定義，當(dāng) 錯(cuò)誤!未找到引用源。 時(shí)即等式兩邊取平方，得由于錯(cuò)誤!未找到引用源。 小于 1，可將高次項(xiàng)忽略，得出如加上修正系數(shù)，則根據(jù)以上分析可知，若兩級(jí)放大電路是由具有兩個(gè)相同頻率的單管放大電路組成， 則其上、下限頻率分別為對(duì)各級(jí)具有相同頻率特性的三級(jí)放大電路，其上、下限頻率分別為五、結(jié)論本系統(tǒng)完成了題目的基本功能、 基本指標(biāo)。 現(xiàn)將題目要求指標(biāo)及系統(tǒng)實(shí)際性能列表基本要求發(fā)揮要求實(shí)際性能制作一個(gè)電源， 要求輸出 +5V 、+12V 、 -12V 三路電壓實(shí)現(xiàn)，并且電源對(duì)放大器的干擾非常小用三個(gè) O