【文章內(nèi)容簡介】 100 KR9100 KR310KR410KR691K 12 V 12 V12V12V 12 V圖 方案二電路圖 圖 方案一電路 R410 0 K2347 1 86U1O P 07 C PX F G 1R310K2347 1 86U2O P 07 C PR120 0 KR590KR220 0 KR610K12VX S C 112V儀用放大電路的設(shè)計 8 方案 的比較 方案一中 電路的特點是 電路簡單，元器件較少， 實現(xiàn)起來對結(jié)構(gòu)工藝要求不高，但是其輸入阻抗低，共模抑制比．失調(diào)電壓和失調(diào)電流等參數(shù)亦受到放大器本身性能限制 ,不易進一步提高，且無法抑制放大器本身的零 漂及共模信號產(chǎn)生。而方案二的 電路 不僅 簡單，易于實現(xiàn)，所用元器件少，節(jié)約成本 還可以消除零漂的影響 。 通過以上兩種方案的比較選擇方案二。 器件選擇 元器件的選擇是高性能放大的保證，電路 中運放 U U2 和 U3 均選用集成運放 OP07。U1 和 U2 的參數(shù)必須盡可能相同其輸入阻抗、共模抑制比和開環(huán)增益一致，這樣，電路中除了具有差模、共模輸入電阻大的特點外，兩運放的共模增益、失調(diào)及漂移產(chǎn)生的誤差也相互抵消。同時，為提高共模抑制比，對稱的電阻必須精密 配置，通過調(diào)試電路，及在電路中用電位器代替電阻的方式，滿足本課程 設(shè)計要求的基本原則下，最終確定 RW 的電阻值及 R 的電阻值。 集成運放按供電方式可被分為雙電源供電和單電源供電，在雙電源供電中又分為單運放、雙運放和四運放。按制造工藝可將運放分為雙極性、 CMOS 型 和 BiFET 型，雙極性運放一般輸入偏置電流及器件功耗較大，但由于采用多種改進技術(shù)，所以種類多，功能強；CMOS 型運放輸入阻抗高、功耗小，可在低點源電壓下工作，初期產(chǎn)品精度低、增益小、速度慢，但目前已有低失調(diào)電壓、低噪聲、高速度、強驅(qū)動能力的產(chǎn)品； BiFET 型運放采用雙極型管和單級型管混合搭 配的生產(chǎn)工藝，以場效應(yīng)管作輸入級，使輸入電阻高達 1012Ω以上，目前有電參數(shù)各不相同的多種產(chǎn)品。 對于本次設(shè)計中的前級運放 U U2 兩個運放，要選擇兩個參數(shù)一樣，最好選擇雙差分對管，即在一個集成芯片上有兩個參數(shù)一樣的差分放 大器。且要求輸入阻抗（ Ri）大，至少大于 2MΩ，溫漂要小，差模放大倍數(shù)（ AVD）要大，共模抑制比（ KCMR）要大的場效應(yīng)管，而 OP07 則滿足以上要求 。 （一） OP07 芯片 引腳 功能說明： 1 和 8 為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端， 3 為正向輸入端， 4 接地， 5 空腳 6 為輸出，7 接電源 + 儀用放大電路的設(shè)計 9 （二 ） OP07 作為常用運放的功能 特點 OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。具有低失調(diào)、低漂移、低噪聲、偏置電流小等優(yōu)點。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A最大為 25μV），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為 177。2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 有如下特點： （ 1）低的輸入噪聲電壓幅度 （ ） （ 2）極低的輸入失調(diào)電壓 10uv （ 3）極低的輸入失調(diào)電壓溫漂 （ 4）具有長期的穩(wěn)定性 （ 5）低的輸入偏置電流 +1na～ 1na （ 6）高的共模抑制比 126db （ 7）寬的共模輸入電壓范圍 +14v～ 14v （ 8）寬的電源電壓范圍 177。3v～ 177。22v （ 9）可替代 725， 108A， 741， AD510 等電路 儀用放大器放大的原理 現(xiàn)所設(shè)計的儀用放大器是三運放結(jié)構(gòu)，如圖 它是由運放 1A , 2A 按通向輸入接法組成第一級查分放大電路，運放 3A 組成第二級差分放大電路。在第一級電路中， i1V , i2V 分別加到 1A 和 2A 的同向端， gR 和 5R , 6R 組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，引入了負反饋。由 1A , 2A 虛短可得 i1 2 i2 3V =V 。V =V……………………… () 又由 1A , 2A 虛斷可得 表 OP07 最大額定值 符號 參數(shù) 數(shù)值 單位 VCC 電源電壓 177。22 V Vid 差分輸入電壓 177。30 V Vi 輸入電壓 177。22 V Toper 工作溫度 － 40～＋ 105 ℃ Tstg 貯藏溫度 － 65～＋ 150 ℃ 圖 OP07 管腳圖 1234 5678O f f s e t N ul l 1I nv e r t i ng I np u tN o n I nv e r t i ng I np u tV c c O f f s e t N ul l 2V c c +O u t pu tN .C .儀用放大電路的設(shè)計 10 圖 簡單放大器結(jié)構(gòu)圖 O P 07 C PO P 07 C PO P 07 C PR5R3RgR4R1R6R2I N I N +V o utV r e f g 5 61 4 2 3gR + R + RV V = ( V V )R ……………… () ref 6 46 4 3V V R=V V R 整理得 3 46 4 re f3 4 3R RV = ( V + V )R + R R……………… .() 又由 3A 虛斷可 得 out 5 25 1 1V V R=V V R 整理得 125 1 o u t1 2 1RR V = ( V + V )R + R R……………… .() 由 3A 虛短可得 56V=V ……………… () 則由 式、 式和 式可得 3 1 2 42o u t 4 r e f 11 3 4 3 1R ( R + R ) RRV = ( V + V ) VR ( R + R ) R R 整理后可得 out4432 2 24 1 r e f441 1 133RRRR R RR3V = ( + 1 ) ( ) V V + ( + 1 ) ( ) VRRR R R+ 1 + 1 在上式中，如果我們選取電阻滿足 2413RR= 的關(guān)系，則輸出電壓可化簡為 22o u t 4 1 re f11RRV = (V V )+ V… …………… ( 根據(jù)式 和 我們可以得到 g 5 622o u t 2 3 r e f1 g 1R + R + RRRV = [ ( V V ) ] + VR R R 儀用放大電路的設(shè)計 11 第三章 儀表放大電路主要性能指標 分析 儀表放大器電路參數(shù)計算 差模放大倍數(shù) 儀用放大 電路用 Multisim 2020 軟件進行仿真。 在實際仿真中，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過仿真可得表 ： 表 數(shù)據(jù)記錄表 編號 輸入（ V） 輸出 (V) 放大倍數(shù) 1 910 2 1153 3 1610 4 1674 5 2674 0iUA=U （放大倍數(shù)公式） 儀用放大電路主要性能指標 3.. 最大輸出電壓 如圖 所示，通過對電路仿真及對滑動變阻器的粗調(diào)和細調(diào)，在方案二的電路中再加入了 R7，其中 R7=15KΩ，再調(diào)節(jié)滑動變阻器 R5，通過一次次的仿真及參數(shù)對比，當圖 仿真波形圖 儀用放大電路的設(shè)計 12 R5=2KΩ 時 ,最終實現(xiàn)了最大輸出電壓為 10V 的伏值。滿足設(shè)計要求。如圖 ，通過仿真，可得出：最大輸出電壓為 177。10V 共模抑制能力分析 如圖 所示，當雙端輸入時，對 u1 及 u2 輸入共模信號即兩信號大小相等，極性相同，由仿真波形可看出，電路對輸入的共模信號有抑制作用，基本滿足本次課程設(shè)計要求。 通頻帶分析 通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力，由于放大電路中電容、電感及半導體器件結(jié)電容等電抗元件存在，在輸入信號頻率較低或較高時，放大倍數(shù)的數(shù)值會下降并產(chǎn)生相移。一般情況下，放大電路只適用于放大某一個特定頻率范圍內(nèi)的信號。在本次課程設(shè)計中，需滿足通頻帶為 0～ 10Hz。 圖 最大輸出電壓 圖 共模信號波形 儀用放大電路的設(shè)計 13 當為 0Hz 時，仿真圖如下： 當為 10Hz 時，仿真圖如下： 圖 通頻帶 0Hz 仿真圖 圖 通頻帶 10Hz 仿真圖 儀用放大電路的設(shè)計 14 第四章 儀用放大電路印制電路板設(shè)計制作 印制板設(shè)計要求 一、正確 這是印制板設(shè)計最基本、最重要的要求，準確實現(xiàn)電原理圖的連接關(guān)系，避免出現(xiàn) “短路 ”和 “斷 路 ”這兩個簡單而致命的錯誤。這一基本要求在手工設(shè)計和用簡單 CAD 軟件設(shè)計的 PCB 中并不容易做到，一般的產(chǎn)品都要經(jīng)過兩輪以上試制修改，功能較強的 CAD 軟件則有檢驗功能，可以保證電氣連接的正確性。 二、可靠 這是 PCB 設(shè)計中較高一層的要求。連接正確的 電路板不一定可靠性好，例如板材選擇不合理，板厚及安裝固定不正確，元器件布局布線不當?shù)榷伎赡軐е?PCB 不能可靠地工 作，早期失效甚至根本不能正確工作。再如多層板和單、雙面板相比，設(shè)計時要容易得多，但就可靠而言卻不如單、雙面板。從可靠性的角度講，結(jié)構(gòu)越簡單，使用面越小，板子層數(shù)越少，可靠性越高。 三、合理 這是 PCB 設(shè)計中更深一層，更不容易達到的要求。一個印制板組件，從印制板的制造、檢驗、裝配、調(diào)試到整機裝配、調(diào)試，直到使用維修，無不與印制板的合理與否息息相關(guān)，例如板子形狀選得不好加工困難，引線孔太小裝配困難 ，沒留試點高度困難，板外連接選擇不當維修困難等等。每一個困難都可能導致成本增加，工時延長。而 每一個造成困難的原因都源于設(shè)計者的失誤。沒有絕對合理的設(shè)計，只有不斷合理化的過程。它需要設(shè)計者的責任心和嚴謹?shù)淖黠L，以及實踐中為斷總結(jié)、提高的經(jīng)驗。 四、經(jīng)濟 這是一個不難達到、又不易達到，但必須達到的目標。說 “不難 ”，板材選低價，板子尺寸盡量小，連接用直焊導線，表面涂覆用最便宜的，選擇價格最低的加工廠等等，印制板制造價格就會下降。但是不要忘記，這些廉價的選擇可能造成工藝性，可靠性變 差，使制造費用、維修費用上升， 總體經(jīng)濟性不一定分理處，因此說 “不易 ”。 “必須 ”則是市場競爭的原則。競爭是無情的，一個原理先進，技術(shù)高新的產(chǎn)品可能 因為經(jīng)濟性原因夭折。 五、體會 要有合理的走向：如輸入 /輸出，交流 /直流，強 /弱信號，高頻 /低頻，高壓 /低壓等，它 們的走向應(yīng)該是呈線形的 (或分離 )，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是儀用放大電路的設(shè)計 15 按直線，但一般不易實現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形，所幸的是可以設(shè)隔離 帶來改善。對于是直流，小信號，低電壓 PCB 設(shè)計的要求可以低些。所以 “合理 ”是相對的。 選擇好接地點：小小的接地點不知有多少工程 技術(shù)人員對它做過多少論述，足見其重要性。一般情況下要求共點地，如：