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模电课程设计报告：测量放大器设计

演讲人：

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目录

02

设计条件与工具

01

设计任务与要求

03

电路设计

04

设计思路与实现

05

实验与测试

06

总结与改进

01

设计任务与要求

测量放大器设计

设计一个用于测量微弱信号的放大器，要求具有高灵敏度、低噪声和高输入阻抗等特点。

信号变换器设计

将放大后的信号进行转换，使其能够适应后续电路或设备的需求，如电压-电流转换、电压-频率转换等。

设计功能：测量放大器与信号变换器

设计指标：增益、通频带、输出电压等

增益

测量放大器的增益应满足设计要求，确保信号得到足够的放大。

通频带

放大器的通频带应与设计要求相匹配，以保证信号在所需频率范围内得到放大。

输出电压

放大器的输出电压应足够大，以满足后续电路或设备对信号幅度的需求。

偏置电路

为放大器提供适当的偏置电压，使其能够正常工作。

差分放大电路

将单电源信号转换为差模信号，以提高信号的抗干扰能力和共模抑制比。

附加电路：单电源信号转换为差模信号

02

设计条件与工具

使用芯片

μA741

一种高性能的通用运算放大器，具有低噪声、低失真、高输入阻抗等特点，适用于各种模拟电路。

μA747

LM324

与μA741相似的运算放大器，但具有更高的输入阻抗和更低的噪声电压，适用于高精度放大电路。

一种四路运算放大器，具有低功耗、高稳定性、宽工作电压范围等特点，适用于多种电路设计需求。

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面包板

用于电路的搭建和调试，方便电路的修改和测试。

工具清单：面包板、电阻、函数发生器等

电阻

用于设置电路的增益、偏置电流等参数，是电子电路中必不可少的元件。

函数发生器

用于产生各种波形的信号，作为电路的输入信号，测试电路的放大特性等。

双入差分输入

两个输入端分别接入信号源和地，形成差分输入，可以有效抑制共模干扰，提高电路的抗干扰能力。

单出输出

输出信号通过一个输出端输出，方便与其他电路的连接和测试。同时，单出输出结构也简化了电路的设计和调试过程。

电路结构：双入单出线路

03

电路设计

信号变换器

将传感器输出的微弱信号转换为电信号，通常包括电桥电路、热电偶等。

测量放大器

对信号进行放大，以提高测量精度和抗干扰能力。

信号滤波器

滤除干扰信号，保留有效信号。

信号输出电路

将放大后的信号转换为标准的电压或电流输出。

总体框图：信号变换器与测量放大器

使电压跟随器对信号源的影响尽可能小，从而提高测量精度。

使电压跟随器具有较强的驱动能力，以便后续电路进一步处理信号。

电压跟随器应具有较宽的频率响应范围，以适应不同频率的信号。

电压跟随器应具有良好的稳定性，以确保长时间测量的稳定性。

电压跟随器：获取同相电压信号

高输入阻抗

低输出阻抗

频率响应

稳定性

反向放大器：获取反向电压信号

反向输入

将输入信号反相接入放大器，从而得到与输入信号相反的输出信号。

增益调节

通过调节放大器的增益，可以实现对输出信号幅度的精确控制。

相位补偿

反向放大器会产生相位滞后，需要通过相位补偿电路进行补偿，以确保信号的相位一致性。

输入阻抗匹配

反向放大器的输入阻抗应与信号源内阻匹配，以减小信号损失。

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高共模抑制比

低噪声

失调调节

负载驱动能力

三运放测量放大器能够有效抑制共模信号，从而提取出微弱的差模信号。

由于采用了三个运放，三运放测量放大器具有较低的噪声水平，有利于提高测量精度。

三运放测量放大器具有较强的负载驱动能力，可以直接驱动后级电路或负载。

通过调节失调电压，可以实现对输出信号的精确调整，以满足不同的测量需求。

三运放测量放大器：差模信号放大

04

设计思路与实现

单电源信号输入

常用的电平转换电路包括同相放大器、差分放大器等，需根据具体信号特点选择。

转换电路选择

电路参数计算

根据输入信号电平和所需输出差模电压，计算转换电路所需电阻、电容等元件参数。

在信号源为单电源供电时，需通过电平转换电路将其转换为差模信号，以便后续放大器处理。

信号变换器设计：单电源信号转换为差模信号

增益调节

增益稳定性

在整个增益调节范围内，需保持增益的稳定性，避免出现增益漂移或非线性失真。

增益调节方式

可通过调节电路中电阻、电容等元件的数值来实现增益调节，也可采用可编程增益放大器进行数字调节。

增益测量与校准

需对增益进行精确测量和校准，确保在目标增益范围内满足设计要求。

通频带测试

通过测量放大器的频率响应特性，确定其通频带范围，需满足设计要求。

非线性误差测试

测量放大器输入与输出之间的非线性误差，评估其线性度，需控制在一定范围内。

输入电阻测试

测量放大器的输入电阻，以确保其与信号源内阻匹配，减少信号损失和反射。

稳定性测试

在长时间工作条件下，对放大器的稳定性进行测试，确保其性能稳定可靠。

性能测试：通频带、