基于单片机的程控放大器.pdfVIP

基于单片机的程控放大器

摘要：程控放大器是一种放大倍数由程序控制的放大器，也称作是可编程放大器。

在这个数据信息的时代里，数据和信息的快速采集与分析很重要，而程控放大器

正好可以实现自动控制增益或量程自动切换，所以程控放大器得到广泛的应用。

这就涉及到如何通过程序去实现放大倍数的问题，也需要用到数字控制放大器，

并针对仪器的要解决的具体问题要求放大器的放大倍数在一定范围内变化，且放

大倍数如何达到精细。

关键词：程控；放大器；信号；单片机

1系统设计原理

程控放大器又称为数据放大器或仪表放大器，常用于热电偶、生物电测量以

及其他有较大共模干扰的支流缓变微弱信号的检测。

程控放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、

高输入阻抗和高共模抑制比等特点，因此得到广泛的应用。差分放大器和测量放

大器所采用的基础部件（运算放大器）基本相同，它们在性能上与标准运算放大

器有很大的不同。标准运算放大器是单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；

而差分放大器和测量放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号，因

而具有很高的共模抑制比（ＣＭＲ）。它们通常不需要外部反馈网络。

程控放大器的第一级只对差摸信号有一定的放大作用，而对共模信号几乎没

有抑制作用，对共模信号几乎没有抑制作用主要由第二级电路来完成,而且放大

器的共摸抑制比约为第一级电路的差摸电压增益和第二级电路的共摸抑制比的

乘积。

在工业自动控制等领域中，常需要对远离运放的多路信号进行测量，由于信

号远离运放，两者地电位不统一，不可避免地存在长线干扰和传输网络阻抗不对

称引人的误差。为了抑制干扰，运放通常采用差动输人方式。

2设计方案及实现

通常采用同相并联式高阻抗测量放大器电路（图1），具有输入阻抗高、增

益调节方便、漂移互相补偿、双端变单端以及输出不包括共模信号等优点。线路

前级为同相差动放大结构，要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模、

共模输人电阻大的特点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互

抵消，因而不需精密匹配电阻。后级的作用是抑制共模信号，并将双端输出转变

为单端放大输出，以适应接地负载的需要，后级的电阻精度则要求匹配。增益分

配一般前级取高值，后级取低值。

图1同相并联式高阻抗测量放大器电路

该测量放大器由运放U1和U2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，

运放U3组成第二级差分放大电路。

然而由于测量放大器常采用预置电阻的方法控制增益、其灵活性不能满足特

殊应用的需要。因此本文提出的方案在常规的放大器的基础上，增加了单片机控

制线性增益调节电路和抗干扰提高共模抑制比，电路增益最大预置为4095倍，

能实现闭环控制，线性度好，共模抑制比高。此方法能较好的应用于宽范围不平

衡电桥的动态监测中。

系统组成框图如图2所示。

输出电路

（数码管显示）

程控电路

单

拨码DA运

片

开关算放大器

机

传感器输

电源信号出信号

模块变换

图2系统组成框图

整个电路由信号变换电路、程控放大电路、信号输出电路三大模块组成。

信号变换电路主要实现对信号的调理。程控放大电路包括单片机控