I前置放大器的设计与应用.doc

前置放大器的设计与应用 一、 实验目的 1．理解前置放大器的相关概念，理解差模信号与共模信号，了解当前最新的一些前置放大器IC的类别及主要指标和特性，学习前置放大器的设计技巧。 2．实际进行差分信号产生、测试；用单运放构成仪表放大器，并进行性能测试； 3．利用前置放大器IC进行设计、测试与应用。 4．了解阻抗匹配、偏置电路设计及共模信号抑制的常用方法。 二、 实验仪器及器件 1．实验所需设备 序号 名 称 型号/规格 数 量 1 数字式万用表 1块 2 20MHz双通道数字示波器 1台 3 函数信号发生器 1台 4 双通道稳压电源 1台 2．实验所需元器件 基础实验部分所需器件 扩展实验部分所需器件 序号 名 称 型号 数量 1 运算放大器 LM324 1片 2 运算放大器 OP07或uA741 3片 3 电阻 50 1 4 电阻 1K 1 5 电阻 5.1K 2 6 电阻 10K 3 7 电阻 20K 4 8 电阻 1M 2 9 电位器 1K 1 10 电位器 2K 1 11 电位器 10K 1 序号 名 称 型号 数量 1 仪表放大器 AD623 1片 2 电阻 1K 1 3 电阻 100K 1 4 电位器 10K 2 5 瓷片电容 0.1uF 2 6 电解电容 10uF 2 7 小喇叭 1 三、 预习要求 1．根据提供的附件材料理解与前置放大器相关的一些概念，复习函数信号发生器、数字示波器等仪器的使用方法。理解文氏电桥振荡电路原理。 2．学会阅读IC的英文数据手册，理解运放各主要指标特性的含义。 3．复习运放进行线性放大的相关理论知识，能对输入电阻、输出电阻、共模抑制比CMRR及增益进行计算。主要相关概念及公式如下： 差模信号是两个输入电压之差：υid=υi1-υi2 共模信号是两个输入电压的算术平均值：υic=(υi1+υi2)/2 差模电压增益：AVD=υod/υid =υod/(υi1-υi2) 共模电压增益：AVc=υoc/υic =2*υoc/(υi1+υi2) 根据线性放大电路叠加原理求出总的输出电压：υo= AVDυid+ AVcυic 共模抑制比：KCMR=| AVD/ AVc | 共模抑制比用分贝数（dB）表示：KCMR=20lg| AVD/ AVc | dB 四、实验原理 通过传感器输入的信号，一般信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级)，且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。这个放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比，将需要的信号从噪声中分离出来；同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。 图1 典型三运放仪表放大器电路 仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要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R1和R3，R2和R4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R5=R6，R1=R3，R2=R4的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R5／Rg)(R2／R1)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。 运放作为模拟电路的主要器件之一，能处理双极性或单极性信号：双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”点，单极性不过“零”点，只在一边变化。在供电方式上有单电源和双电源两种，双电源供电运放的输入可以是在正负电源之间的双极性信号，而单电源供电的运放的输入信号只能是0~供电电压之内的单极性信号，其输出亦然。双电源供电的运放电路，可以有较大的动态范围；单电源供电的运放，可以节约一路电源。单电源供电的运放的输出是不能达到0V的，对接近0V的信号放大时误差很大，且容易引入干扰；而双电源供电的稳定性比单电源的要好。单电源供电对运放的指标要求要高一些，般需要用轨对轨(R-R)，运放的价格一般会贵点。单电源用V+，GND，一般还需生成一个与GND不同的模拟地AGND，因此放大电路的构成形式上有所不同，往往用单电源的电路较用双电源的要稍复杂一些，以达到同样的目的。随着器件水平的提高，有越来越多的用单电源供电代替双电源供电的应用，这