高輸入阻抗放大器設計報告講解

課程設計任務書學生姓名: 專業(yè)班級:電信0902指導教師:劉運茍 工作單位:信息工程學院題目：高輸入阻抗放大器設計初始條件：具備模擬電子電路的理論知識；具備模擬電路基本電路的設計能力；具備模擬電路的基本調試手段；自選相關電子器件；可以使用實驗室儀器調試。要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 輸入電壓和輸出電壓函數(shù)關系為：v100vo i2、 輸入信號頻率不大于100HZ3、 在室溫下，若信號源內阻在100KQ至1MQ變化時，信號源開路電壓為50mv~100mv時，放大器誤差不大于1%4、 要求共模抑制比$60dB5、 設計電源；6、 焊接：采用實驗板完成，不得使用面包板。4、安裝調試并完成符合學校要求的設計說明書時間安排：十八周一周，其中3天硬件設計，2天硬件調試指導教師簽名： 年月日系主任（或責任教師）簽名： 年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"1原理與器件的選擇 1\o"CurrentDocument"LM7815、LM7915的簡介 1\o"CurrentDocument"0P07CP集成芯片的介紹 2\o"CurrentDocument"2工作原理及原理圖 3\o"CurrentDocument"2.1框圖 3\o"CurrentDocument"2.2直流電源的電路圖及原理 32.3高輸入阻抗差動放大器的電路圖及原理 5\o"CurrentDocument"3Protues仿真與結果分析 7\o"CurrentDocument"3.1仿真波形圖 7\o"CurrentDocument"3.2結果分析 7\o"CurrentDocument"4電路焊接 8\o"CurrentDocument"5心得體會 9\o"CurrentDocument"6致謝 10\o"CurrentDocument"參考文獻 11摘要要實現(xiàn)高輸入阻抗一個重要的任務就是要能夠抑制零點漂移，另一個重要的任務就是能夠放大偏差信號。抑制零點漂移的可以采用下面幾種方法：（1）利用直流負反饋，穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。（2）采用溫度特性較好的高性能器件。（3）采用溫度補償法，利用熱敏器件的參數(shù)隨溫度變化而變化的特性，抵消電路隨溫度變化而變化的影響。采用差分放大電路，利用特性相同的對管，使它們的溫度漂移互相抵消。本實驗是以集成芯片OPO7C設計的高輸入阻抗放大電路。為了提高輸入阻抗，電路采用同相輸入端加信號電壓的方法，同時為了保證兩個信號源都加到運放的同相輸入端，采用兩個同相放大電路組成第一級放大。電路結構對稱，除了具有高輸入阻抗外，還具有很高的共模抑制比性能，第二級為差動放大電路。該電路可用于信號源有公共地端和不接地兩種情況。直流電壓源采用的是LM7815、LM7915，型號的集成穩(wěn)壓芯片組成的具有同時輸出的+15V、-15V電壓的穩(wěn)壓電路。并用PROTUES仿真軟件對實驗電路進行仿真。關鍵字：0P07C；LM7815；LM7915；高輸入阻抗；高共模抑制1原理與器件的選擇1.1LM7815、LM7915的簡介D-FAK2TO-220GND外殼接地D-FAK2TO-220GND外殼接地131.Input輸入1.Input輸入1 23 2.GND接地3.Output輸出Para>eter參數(shù)Symbol符號Value數(shù)值單童InputVoltage輸人電壓(forVO=5Vto18V)VI35V(forVO=24V)VI40VThermalResistanceJunction-Cases熱陰(結到殼)(TO-220)R9JC5■C/WThermalResistanceJunction-Air^阻(結到空氣)(TO-220)R9JA65■C/WOperatingTemperatureRange工作溫度范圍TOPR0心+125■CStorageTemperatureRange儲存溫度范圍TSTG-652+150■C圖1.1LM7815的引腳圖三端穩(wěn)壓集成電路極限參數(shù):TO-220GND1.GND接地1 2 3 2.Input輸人圖1.2LM7915的引腳圖3.Output圖1.2LM7915的引腳圖三端穩(wěn)壓集成電路極限卷數(shù):Parapeter參數(shù)Symbol符號Value數(shù)值單僅InputVoltage輸入電壓(forVO=5Vto18V)VI35V(forVO=24V)VI40VThermalResistanceJunction-Cases熱阻(結到殼)(TO-220)R9JC5■C/WThermalResistanceJunction-Air熱阻(結到空氣)(TO-220)R9JA65■C/WOperatingTemperatureRange工作溫度范圍TOPR0"+125■CStorageTemperatureRange儲存溫度范圍TSTG-65"+150■CLM7815輸出為+15V，最大電流為2.2A。LM7915輸出為-15V，最大電流為2.2A。三端集成穩(wěn)壓器LM7815、LM7915引腳及參數(shù)如圖所示。1.20P07CP集成芯片的介紹1.30P07CP的實物圖0P07CP共有八個引腳，引腳圖如圖1.4所示OffsetNull1 1 I"InvertingInput 2 |■Jon-invertingInput 3 |心4匚J/']8OffsetNull2J沁*]6Output/]5 N^-.1.4OP07CP的引腳圖0P07集成運算放大器屬于低溫度漂移型集成運放，0P07失調電壓小且不隨溫度變化而變化。0P07主要性能參數(shù)見表1.5所示，表1.5OP07集成運放特性VCC+=15V，VCC-=-15V,TA=25°C參數(shù)OP07CP型集成運放

失調電壓Vo(uV)150失調電流I[0(nA)6共模輸入電壓范圍VICR(V)±15開環(huán)差模增益AVD(dB)100共模抑制比Kcmr(dB)100單位增益帶寬BWg(MHZ)0.52工作原理及原理圖2.1框圖2.2直流電源的電路圖及原理集成穩(wěn)壓器構成的±15輸出電壓的穩(wěn)壓電源電路如圖2.1所示,5-圖2.1輸出正負電壓的直流電源電路圖直流電源的原理框圖及波形圖如圖2.2所示,圖2.2直流電壓源框圖及波形正負直流穩(wěn)壓電源原理1、電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換成為整流電路所需要的交流電壓u2。2、 整流和濾波電路。在穩(wěn)壓電源中用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動直流電壓u3。濾波電路一般是由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U1。U1與交流電壓u2的有效值U2的關系為U1二1.2U2在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為URM=dU2。穩(wěn)壓電路。由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負載和溫度變化時，濾波電路輸出的直流電壓U1會隨著變化。為了維持穩(wěn)定的輸出，采用穩(wěn)壓器LM7815、LM7915和一些外部元件構成穩(wěn)壓電路。元器件選擇1）集成穩(wěn)壓器選擇LM7815、LM7915其輸出電壓+15V和-15V，最大輸出電流I 二2.2A，omax濾波電容C=1000uF,C1=0.33uF，C2=0.1uF,C3=220uF。2） 選擇變壓器。計算可知，變壓器的功率選擇12W。3） 選用整流二極管和濾波電容，二極管選擇IN4001，濾波電容選擇1000uF的電解電容。

2.3高輸入阻抗差動放大器的電路圖及原理1、高輸入阻抗三運放放大電路原理，該電路常用于監(jiān)測信號的前置放大和各種數(shù)據(jù)放大,因而有時也稱數(shù)據(jù)放大電路。采用OPO7CP集成芯片，采用同相輸入端提高輸入阻抗，為了保證兩個信號源都加到運放的同相輸入端，采用兩個同相放大電路組成第一級放大。第一級電路結構對稱，除了具有高輸入阻抗外，還具有很高的共模抑制比性能，第二級為差動放大電路。電路圖如圖2.3.1所示,U1(V+)VALUE=15.U.1AMP=50m7ObFFSET=0'''FREQ=10'PHASE=0'''°'THETA=0?32coR4incv-)￡VALLE=-15^二OP07CR'2兮..R5-?IVALLz=-15200k-<TEXT>R1?10k?<TEXT>20k?<TEXT>10k??AMP=50m7ObFFSET=0'''FREQ=10'PHASE=0'''°'THETA=0?32coR4incv-)￡VALLE=-15^二OP07CR'2兮..R5-?IVALLz=-15200k-<TEXT>R1?10k?<TEXT>20k?<TEXT>10k??<TEXT>;63'r-U3■■I|2(V-iVALL：=-15??R6??OP07C?u吒燈汶罷#2一3OP07C<TEX-T>-■■10k■?“<TEXT>R7.200k-<TEXT>圖2.3.1高輸入阻抗放大電路圖第一級放大主要用來提高整個放大電路的輸入阻抗，第二級采用差動電路用以提高共模抑制比。電路優(yōu)點是差模信號按差模增益放大，遠高于共模成分。決定增益的電阻R1，R2，R5,R4理論上對共模抑制沒有影響。運放差分放大電路的特點:1）高輸入阻抗。被提取的信號時不穩(wěn)定的高內阻源的微弱信號，為了減少信號源內阻的影響，必須提高放大器的輸入阻抗。若信號源的內阻為100K，則放大器的輸入阻抗應大于1MQ。2）高共模抑制比。信號工頻干擾以及所測量的參數(shù)以外信號的干擾一般為共模干擾，前置級必須采用kcm較高的差動放大形式，減小共模信號的干擾。低漂移、低噪聲。組要作用是對信號源影響小，獲得信號能力強，以及能夠使輸出穩(wěn)定。運放差分放大電路放大倍數(shù)計算。設輸入電壓：VI二匕廠V2則VI=[R1/(R1+R2+R3)](V01-V02)所以第一級放大倍數(shù)AV1=(V01-V02)/VI=[1+(R2+R3)/R1]第二級輸出電壓放大倍數(shù)為VO=(1+R6/R4)(R7/R5+R2)V02-(R6/R4)V01當R7=R6,R4=R5日寸VO=-R6/R4(V01-V02)所以第二級電壓放大倍數(shù)為AV2二-R6/R4當R4=R5,R7=R6,R2=R3時，第一級和兩級總的電壓放大倍數(shù)為AV1二1+2R2/R1AV=AV1?AV2=-R6/R4(1+2R2/R2)輸入信號為共模信號時VI1=VI2=VIC,AVC=VO/(VI1-VI2)=0kcmR=|AVD/AVC|=^本實驗取R5=R6=10K,R4=R7=200K,R2=R3=20K,R1=1OK。兩級放大的總增益為兩個差模增益的乘積Avd=-(R4/R5)(1+2R2/R1)=100所以此電路具有輸入阻抗高，共模抑制比高的特點。

3Protues仿真與結果分析3.1仿真波形圖在protues仿真軟件中運行如2.3.1所示的電路圖，得到的波形圖如圖3.1所示圖3.1電路圖輸入輸出波形仿真時輸入信號幅值為50mV,頻率為50Hz的正弦信號，輸出波形的幅值為5V的正弦信號,放大倍數(shù)為100倍。3.2結果分析由仿真波形知，高輸入阻抗放大電路輸入幅值為50mV的正弦信號時，由于放大電路的輸入阻抗很高，拾取信號能力強，所以輸如信號電壓經放大后，輸出幅值為5V的正弦波形，達到實驗要求。在輸入共模信號時，輸出波形幾乎是一條直線，則共模放大倍數(shù)AyC0。所以本放大電路具有高輸入阻抗和高共模抑制特點。4電路焊接焊接工具電烙鐵，焊錫，烙鐵架，導線，松香，鉗子，電路板焊接步驟第一，先對電路圖中各個的器件要完全了解它們的極性和每個引腳的作用;第二，對照電路圖在電路板上放上元器件，大概了解各器件布局和位置；第三，根據(jù)器件位置，設計焊接路線走向，適當用鉛筆做記號；第四，對照電路圖焊接實物；第五，檢查電路及連線。5心得體會通過本次設計，加強了自己的理論水平，提高了自己的動手能力。在制作電路的過程中更是學到了許多實踐經驗，如電路板的布線、元器件的識別和整機的調試等各方面的經驗。學到了許多課本上沒有的知識，得到了很大的鍛煉。實習了兩個星期的，我們學會了很多東西，培養(yǎng)了動手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這兩周的課程設計，先不說其他，就天氣而言，確實很艱苦。受副熱帶高氣壓影響，江南大部這兩周都被高溫籠罩著。人在高溫下的反應是很遲鈍的，簡言之，就是很難靜坐下來動腦子做事。天氣本身炎熱，加之機房里又沒有電扇、空調，故在上機仿真時，真是艱熬，坐下來才一會會，就全身濕