测量放大器的设计

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。