儀用運(yùn)算放大器及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、-. z.學(xué)生序號(hào)6專業(yè)： *： *： 日期： 地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電路與模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：*冶沁成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱：儀用運(yùn)算放大器及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)類型：電路實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生*：_一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟊靥疃?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理必填三、主要儀器設(shè)備必填四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析必填七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?了解儀表放大器與運(yùn)算放大器的性能區(qū)別；2掌握儀表放大器的電路構(gòu)造及設(shè)計(jì)方法；3掌握儀表放大器的測(cè)試方法；4學(xué)習(xí)儀表放大器在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理1用通用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)儀表放大器用LM358芯片2用INA128 精細(xì)低功耗儀器放大器設(shè)計(jì)

2、一個(gè)儀表放大器儀表放大器是一種高增益放大器，其具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗及高共模抑制比等特點(diǎn)。儀表放大器采用運(yùn)算放大器構(gòu)成，但在性能上與運(yùn)算放大器有很大的差異。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益由反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)決定；而儀表放大器使用了一個(gè)與其信號(hào)輸入端隔離的內(nèi)部反應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)，因此具有很高的共模抑制比KCMR，在有共模信號(hào)的情況下也能放大很微弱的差分信號(hào)。當(dāng)前在數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療儀器、信號(hào)處理等電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍采用儀表放大器對(duì)弱信號(hào)進(jìn)展高精度處理。常用的儀表放大器可采用由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成，也可直接選用單片儀表放大器。單片儀表放大器具有高精度、低噪聲、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)以成為優(yōu)選器件。三、主要儀器設(shè)備LM35

3、8芯片INA128 精細(xì)低功耗儀器放大器四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟兩種儀表放大器的性能測(cè)量：電壓增益和最大不失真輸出，并計(jì)算出共模抑制比輸入正弦波，改變輸入信號(hào)幅度或頻率，用示波器監(jiān)測(cè)輸出波形，在不失真的情況下，測(cè)量輸入電壓為最大或最小時(shí)的電壓增益，及最大不失真輸出電壓，并計(jì)算共模抑制比。二、輸出端噪聲電壓輸入為0，用示波器測(cè)量峰峰值。三、通頻帶的測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器改變輸入信號(hào)頻率，在示波器上測(cè)量通頻帶寬度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1.INA128精細(xì)低功耗儀器放大器電壓放大倍數(shù)測(cè)量：端口VRMSVPPVs15.2mV43.2mVVout1.57V4.4VVout/2Vs51.6450.92最大不失真電壓

4、：端口VRMSVPPVs89.5mV256mVVout9.3V26.2VVout/2Vs51.9651.17零輸入電壓時(shí)輸出端噪聲最大值約為VPP=10.2mV通頻帶寬測(cè)量：fV0RMSfh0.707V0RMS1kHz1.57V470kHz1.11V2.LM324構(gòu)成的儀表放大器調(diào)節(jié)RP=5k電壓放大倍數(shù)測(cè)量：端口VRMSVPPVin15.4mV44.0mVVout466mV1.32VVout/2Vin15.1315.00最大不失真電壓：端口VRMSVPPVin298mV855mVVout9.01V25.8VVout/2Vin15.1115.08零輸入電壓時(shí)輸出端噪聲最大值約為VPP=12mV

5、通頻帶寬測(cè)量：fV0RMSfh0.707V0RMS1kHz458mV71kHz324mV六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析INA128是精細(xì)集成器件，有較高的共模抑制比和較穩(wěn)定的放大倍數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中INA128的1號(hào)和8號(hào)口接的是RG=1k，由此計(jì)算得理論電壓放大倍數(shù)為測(cè)得數(shù)據(jù)為非常接近理論值，最大不失真輸出電壓峰峰值為26.2V。查INA128技術(shù)參數(shù)得知其在電壓放大倍數(shù)為100的情況下，帶寬為200kHz，由通頻帶寬積得知當(dāng)放大倍數(shù)為51倍時(shí)，通頻帶寬應(yīng)該在400kHz左右，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得通頻帶寬約為470kHz，考慮測(cè)試環(huán)境溫度等因素不同，可以認(rèn)為符合指標(biāo)。零輸入時(shí)出現(xiàn)的最大噪聲電壓峰峰值為10.2mV，多數(shù)

6、時(shí)候在3mV以下，在精度要求不高的場(chǎng)合可以忽略。使用通用運(yùn)放搭建而成的儀表放大器接線較為繁雜，很容易出現(xiàn)接線失誤。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置RG=6k，則由理論計(jì)算得放大倍數(shù)為測(cè)得數(shù)據(jù)比擬接近理論值，但略小于理論值，最大不失真輸出電壓峰峰值為3.20V，說(shuō)明通用運(yùn)放搭建的電路性能上要次于INA128。零輸入電壓噪聲出現(xiàn)的最大峰峰值為12mV，多數(shù)時(shí)候也小于3mV，造成的影響相對(duì)于INA128更大，因?yàn)橥ㄓ眠\(yùn)放電路搭建的儀用放大電路工作*圍較窄，其最大輸入峰峰值僅為106mV，遠(yuǎn)小于INA128。通頻帶寬為77kHz，也是明顯小于INA128。比照兩種儀用放大電路，根本上可以說(shuō)明INA128在各方面均優(yōu)于通用運(yùn)

7、放搭建的電路。關(guān)于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中要求的計(jì)算共模抑制比，我認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理的地方。共模抑制比的定義是差模放大倍數(shù)和共模放大倍數(shù)之比，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的電壓放大倍數(shù)，實(shí)際上是兩者的綜合，不過(guò)因?yàn)楣材７糯蟊稊?shù)通常遠(yuǎn)小于1，根本上可以認(rèn)為是差模放大的結(jié)果。假設(shè)要測(cè)量共模放大倍數(shù)，應(yīng)該首先測(cè)量共模輸入電壓，而實(shí)驗(yàn)中我們所測(cè)的僅是兩個(gè)輸入端的電位差差模輸入大小，要得到共模輸入信號(hào)，就應(yīng)該分開(kāi)測(cè)量?jī)蓚€(gè)輸入端的對(duì)地電位，再進(jìn)展相加，而且如果信號(hào)源性能足夠好，得到的共模信號(hào)本身就應(yīng)該為0。而本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的零輸入噪聲，與共模放大倍數(shù)根本無(wú)關(guān)。因此無(wú)法通過(guò)本實(shí)驗(yàn)測(cè)得共模抑制比。如果真的要測(cè)共模增益，測(cè)量方法我附在了后面的仿

8、真當(dāng)中。討論、心得通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我熟悉了多種放大電路的工作原理和放大倍數(shù)的計(jì)算方法，更體會(huì)到了精細(xì)儀器和自己手動(dòng)用通用元件搭建電路的差距，盡管原理一樣，精細(xì)儀器卻能夠更為穩(wěn)定地工作。但用簡(jiǎn)單的元件來(lái)完成復(fù)雜的功能也是非常有挑戰(zhàn)性的。前段時(shí)間我一直使用Pspice進(jìn)展仿真，感到非常方便，但本次實(shí)驗(yàn)的仿真我發(fā)現(xiàn)了它的一個(gè)局限性，亦即當(dāng)我搭建好通用運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大電路后，因?yàn)殡娐分械狞c(diǎn)數(shù)過(guò)多，無(wú)法得到仿真結(jié)果，白費(fèi)了一些時(shí)間。然后我又使用了Multisim仿真，可以順利運(yùn)行仿真，而且Multisim在分析功能上有比Pspice方便的地方，比方后面我附上的頻率特性圖，在Multisim中可以直接設(shè)置觀

9、察變量為兩個(gè)交流量之比Vout/Vin，但Pspice中并不允許，因?yàn)樗乃矐B(tài)和頻率掃描所使用的參數(shù)并不一樣，而Multisim是統(tǒng)一的，而且默認(rèn)為是交流信號(hào)的幅值，Pspice中必須手動(dòng)輸入表達(dá)式為ma*(vo)/ma*(vi)，較為麻煩。差分放大電路的差模輸出電壓是與輸入電壓的差還是和成正比？答：差模輸出電壓與輸入電壓之差成正比，故稱差模測(cè)量差模放大倍數(shù)和共模放大倍數(shù)應(yīng)選用什么測(cè)量?jī)x器？為什么？答：假設(shè)輸入為交流信號(hào)，則可以使用示波器或交流毫伏表測(cè)量；假設(shè)輸入為直流信號(hào)，不能使用交流毫伏表，因?yàn)榻涣骱练韮?nèi)的電容會(huì)阻斷直流信號(hào)，示波器仍然可以使用Multisim仿真輸入一定幅值正弦信號(hào)所得輸入和輸出波形：輸入為幅值15mV正常放大輸入幅值為1V輸出已失真用直流掃描觀測(cè)輸出電壓和差模增益對(duì)輸入電壓的