电路实验报告8仪用运算放大器的应用实验

实验报告课程名称：电路与电子技术实验II指导老师：沈连丰成绩：__________________实验名称：仪用运算放大器的应用实验实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1、了解仪表放大器与运算放大器的性能区别；2、掌握仪表放大器的电路结构及设计方法；3、掌握仪表放大器的测试方法；4、学习仪表放大器在电子设计中的应用。二、实验内容和原理1、实验内容（1）用通用运算放大器设计一个仪表放大器；（2）用INA128精密低功耗仪器放大器设计一个仪表放大器。2、仪用放大器的介绍（1）仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点；（2）仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。（3）当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。（4）常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。3、典型仪表放大器典型的仪表放大器电路由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信专业：电子信息工程姓名：彭嘉乔学号：3130104084日期：2015.04.30地点：东3-211号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，电路增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。4、典型仪表放大器的电路分析5、通用运放构成仪表放大器的电路仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由单运算放大器(例如：集成四运放LM324)组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下所示。6、专用芯片构成仪表放大器的电路仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第二类由单片集成芯片(例如：INA128)为核心，设计出不同的仪表放大器电路，INA128基本连接方案如下图所示。7、专用芯片构成仪表放大器的电路INA128精密低功耗仪器放大器可提供输入共模电流路径如下图所示。三、实验器材双踪示波器、信号源、万用表、INA128精密低功耗仪器放大器、LM358普通双运放。四、操作方法和实验步骤由单片集成仪用放大器芯片（实验用仪用放大器INA128)设计一个仪表放大器。1、零输入时零输出吗？(V—IN=V+IN=0V)将仪表放大器的二个输入端V—IN、V+IN均接0V（接地），用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量其直流电压（平均值、输出失调电压VOO）、有效值、峰峰值、频率。记录波形可用图片。（输出失调电压VOO+噪声(Noise)）。测量输入失调电压VIO2、最大共模输入电压VIcmax将仪表放大器的二个输入端V—IN、V+IN并联后接直流电压+15V~-15V，用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量输入直流电压、输出直流电压。记录波形可用图片（直流+噪声）。当输出失调电压VOO明显增大时，如增大了50%，记录此时的输入直流电压。3、应用实验:设计并制作一个基于压力传感器的测量放大器。输入信号取自桥式测量电路的输出[(或采用力传感器（700g）]。桥式测量电路与仪用放大器之间有1米长的连接线[等长、双线平行或双绞线]。噪声与干扰：手摸两根导线外皮、手摸单根导线外皮。用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量其直流电压（平均值）、有效值、峰峰值、频率。记录波形可用图片。五、实验数据记录和处理1、零输入时零输出吗？(V—IN=V+IN=0V)2、最大共模输入电压VIcmaxGOOOOIOkΩ501RVGVV3、应用实验:设计并制作一个基于压力传感器的测量放大器。噪声与干扰：手摸两根导线外皮、手摸单根导线外皮。用示波器监视输出电压波形。六、实验结果与分析1、测量输入失调电压VIO2、当输出失调电压VOO明显增大时，输入直流电压也增大。七、心得体会通过本次实验，我了解仪表放大器与运算放大器的性能区别，掌握仪表放大器的电路结构及设计方法和仪表放大器的测试方法，学习了仪表放大器在电子设计中的应用，再次强化了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，加深了对所学理论知识的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础，受益匪浅。2015.05.06