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模电课设——测量放大器.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.67M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要
    Abstract
    引言
    Pspice软件简介
    测量放大器的设计与制作
    1原理电路的设计
    1.1方案比较
    1.1.1方案一
    1.1.1.1方案原理及框图
    1.1.1.2方案优缺点分析
    1.1.2方案二
    1.1.2.1方案原理及框图
    1.1.2.2方案优缺点分析
    1.1.3方案三
    1.1.3.1方案原理及框图
    1.1.3.2方案优缺点分析
    1.1.4方案四
    1.1.4.1方案原理及框图
    1.1.4.2方案优缺点分析
    1.2单元电路的设计和元器件的选择
    1.2.1测量放大器部分
    1.2.1.1低噪声前置放大电路的设计
    1.2.1.2程控增益放大部分
    1.2.2直流稳压电源
    1.2.3信号变换放大电路
    1.3系统整体设计方案
    1.4电路的主要参数计算
    1.4.1前端放大电路
    第一级差模放大倍数Av1计算如下：
    1.4.2程控放大部分
    1.4.3通频带的计算
    1.4.4电源参数计算
    1.4.4.1 输出电流的计算
    2仿真和安装调试所遇问题及其解决
    2.1仿真设计
    2.2调试过程及结论
    3测试数据分析
    4课程设计收获、体会和建议
    5元器件清单
    6主要参考文献资料
    本科生课程设计成绩评定表
    课程设计任务书 学生姓名：严小军 指导教师： 刘雪冬 专业班级： 信息 sy0701 工作单位：信息工程学院 题 目: 测量放大器的设计与制作 初始条件： 模拟电子技术基础知识、电子技术实验室 要求完成的主要任务: ⑴ 基本要求 ① 测量放大器 a. 差模电压放大倍数 AVD=1～500，可手动调节； b. 最大输出电压为±10V，非线性误差<0.5％； c. 在输入共模电压+7.5 V～-7.5 V 范围内，共模抑制比 KCMR>105； d. 在 AVD=500 时，输出端噪声电压的峰-峰值小于 1 V； e. 通频带 0～10Hz f. 直流电压放大器的差模输入电阻≥2 MΩ(可不测试，由电路设计予以保证)。 ② 设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相 220V 交流电压供电。交流电压变化范围为+10％～-15％。 ③ 设计并制作一个信号变换放大器(参见图 2)。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失 真地转换为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。 ⑵ 发挥部分 ① 提高差模电压放大倍数至 AVD=1000，同时减小输出端噪声电压。 ② 在满足基本要求(I)中对输出端噪声电压和共模 抑制比要求的条件下，将通频带展宽为 0～100Hz 以上。 ③ 提高电路的共模抑制比。 ④ 差模电压放大倍数 AVD 可预置 并显示，预置范围 1~l000，步距为 1，同时应满足基本要求(1)中对共模抑制比和噪声电压的要求。 时间安排： 序号 阶段内容 所需时间 1 2 3 4 方案设计 电路安装调试 撰写报告 答辩 合 计 1 天 2 天 1 天 1 天 5 天 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
    目录 摘 要........................................................................................................................................................I Abstract......................................................................................................................................................I 引言 ...........................................................................................................................................................1 Pspice 软件简介 ......................................................................................................................................1 测量放大器的设计与制作.......................................................................................................................2 1 原理电路的设计...........................................................................................................................2 1.1 方案比较...........................................................................................................................2 1.2 单元电路的设计和元器件的选择...................................................................................5 1.3 系统整体设计方案.........................................................................................................11 1.4 电 路 的 主 要 参 数 计 算 ...............................................................................................13 2 仿 真 和 安 装 调 试 所 遇 问 题 及 其 解 决 ................................................................................16 2.1 仿 真 设 计 ......................................................................................................................16 2.2 调 试 过 程 及 结 论 ........................................................................................................18 3 测试数据分析.............................................................................................................................19 4 课程设计收获、体会和建议.....................................................................................................21 5 元器件清单.................................................................................................................................23 6 主要参考文献资料.....................................................................................................................24 本科生课程设计成绩评定表 ................................................................................................................ 25 ⅰ
    摘 要 本文主要介绍了测量放大器的设计，先写了几种备选方案，并分别用 Pspice 做了仿真， 分析比较之后选择了其中的方案二，根据此方案焊接好电路之后，又进行了调试，调试结果 表明本次课程设计达到了设计要求。 Abstract This paper mainly introduces the design of universal survey amplifier, first wrote a list of potential designing approaches ,which are stimulated by the Pspice respectively.After careful analysis and comparison ,the second designing approach is chosen. Commissioning process is included after the circuit is completed based on the second designing approach.The commissioning results indicate that this curriculum design can achieve the designing objectives. I
    引言 在数据采集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，往往是很微弱的微 在数据来集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，往往是很微弱的微伏级 信号（例如热电偶的输出信号），需要用放大器加以放大。 由于通用运算放大器一般都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温漂，因此，通用运 算放大器不能直接用于放大微弱信号，而测量放大器则能较好地实现此功能。 Pspice软件简介 用于模拟电路仿真的SPICE软件于1972年由美国加州大学伯克利分校开发而成，主 要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。在其多年的发展过程中，Pspice软件产生了。 现在Pspice软件的使用已经非常流行。如今已成为覆盖多学科的国际公认的通用电路模 拟程序中最优秀的软件。Pspice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、 图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图 表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用 于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用， 还可实现电子设计自动化。PSPICE是计算机辅助分析设计中的电路模拟软件。它主要用 于所设计的电路硬件实现之前，先对电路进行模拟分析，就如同对所设计的电路用各种 仪器进行组装、调试和测试一样，这些工作完全由计算机来完成。用户根据要求来设置 不同的参数，计算机就像扫描仪一样，分析电路的频率响应，像示波器一样，测试电路 的瞬态响应，还可以对电路进行交直流分析、噪声分析、Monte Carlo统计分析、最坏 情况分析等，使用户的设计更加清晰、简洁。 1
    武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 测量放大器的设计与制作 1 原理电路的设计 1.1 方案比较 1.1.1 方案一 1.1.1.1 方案原理及框图 本方案由三个模版电路构成：前级高共模抑制比仪器放大器、AD7520 衰减器和单片机键 盘显示处理模块。在前级高共模抑制比仪器放大器中还将输出共模电压反馈到正负电源的公 共端，使运放电源电压随共模输入电压浮动，各级偏置电压都跟踪共模输入电压，从而提高 了共模抑制比。AD7520 衰减器利用电阻网络的可编程性，实现衰减器衰减率的数字编程。单 片机键盘显示处理模块除可以对 8279 进行实时控制外，还可进行数字处理和对继电器及 AD7520 的控制。 其框图如下: 单片机 继电器组 高共模抑制仪用放大器 V1 V2 衰减器(DAC) Di/1024 Fout 10 倍 图 1 系统框图 1 1.1.1.2 方案优缺点分析 本设计方案根据预置的放大倍数合理地分配第一级和第二级的放大亮，实现了步距为一 的 1-1000 放大倍数预置功能，且能保证输出信号幅度。采用了多种措施提高共模抑制比，全 面满足了题目设计要求。但是该设计方案十分复杂，所用元器件较多，实现起来较困难，在 有限的时间内，不易做出实物。所以本课程设计中我没有采用这个设计方案。 2
    武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 1.1.2 方案二 1.1.2.1 方案原理及框图 本着准确、可靠、稳定的原则，采用了从上至下，分级设计，匹配互连的基本思想。系 统的特色在于：利用电路对称性设计，提高了系统的 CMRR；巧妙反置应用 D/A 变换器，使得 增益控制精确、操作方便；程控增益 1-1000 手动可调，步距为 1、10、100、1000 可任意选 择；LED 显示，可在线或断电预置；采用多种抗干扰措施，提高了系统各项性能指标。 系统框图如下所示： 拨码开关 8031 最 小 系统 输 出 程控增益放大 低噪声前置 放大电路 输入匹配网络 7218B 显示 图 2 系统框图 2 1.1.2.2 方案优缺点分析 本方案优点十分明显，其简便易行，以现有的知识水平，很容易实现，所以很适合我们 刚刚学完模电的学生来做。我这次课程设计就选用的这个方案。但是，它也有它自身的缺点， 从我在后面对这个方案的具体分析中，读者可以看出：这个方案中，采用固定放大倍数的前 置放大器对动态范围有影响。 1.1.3 方案三 1.1.3.1 方案原理及框图 利用集成运放、D/A 转换器和单片机应用技术，我设计出了一种可编程的低噪声、低漂 移、高输入阻抗和高共模抑制比的精密差动测量放大器。LCD 显示模块为控制提供有好的人机 界面、实时显示放大倍数，并提供 GAL 可编程逻辑器件构成键盘编码器的方法。 3
    武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 系统的框图如下： V1 + - LCD 模块 单片机 键盘 D/A 衰减器 D/A 衰减器 - + V2 + - Vo 增益 校准 图 3 系统框图 3 1.1.3.2 方案优缺点分析 本方案对于预置放大倍数的分析简要、明确。用双路 D/A 构成模拟电压衰减器作为差动 放大器负反馈的方案理论上是可行的，但用仿真软件仿真情况来看，放大倍数指标不够理想。 所以我没有采用这个方案。 1.1.4 方案四 1.1.4.1 方案原理及框图 考虑到信号经长线传输带来的较大的干扰及放大器高增益下要求输出噪声低的特点，本 设计采用了高共模抑制比、低增益的自制改进型仪表放大器作前置放大器，采用拨盘开关式 的可调增益放大器作末级，同时还自制了一个具有款交流电压变化范围的低纹波直流稳压电 源作保障，使整个电路经测试基本达到了所要求的各项性能指标。 4
    武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 本系统的框图如下： 手动 放大器 (1~500) 预置 放大器及电阻网络乘 1 放大器及电阻网络乘 10 放大器及电阻网络乘 100 加法器 放大器及电阻网络乘 1000 图 4 系统框图 4 输出 输出 1.1.4.2 方案优缺点分析 输入级采用自举方案，可提高共模抑制比。但是由于用分立的电阻元件构成反馈网络， 较难达到预置增益的精度要求。 综合以上四个预选方案的分析中，考虑到经济情况和知识水平，我最终选择了方案二作 为本次课程设计的方案。下面我将对这个方案作进一步的分析。 1.2 单元电路的设计和元器件的选择 根据题目要求，我们分以下三部分进行方案设计与论证： 1.2.1 测量放大器部分 由电路的具体要求可得，测量放大器部分是很重要的一部分，它是整个系统的前置放大 电路。因此对之一定要设计好。 5
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