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测量放大器

使用运算放大器设计一套用于交流信号测量的放大器模块。

信号变换放大器
信号变换放大器主要功能是将函数发生器的单端输入 Vi1 变换成直流电压放大器的双端输出Vo。
设计并制作一个信号变换放大器,参见图四。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。
图四
设计要求将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真的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。为了使信号不失真,就需保证电路的对称性。
VO2
VO1
同相放大器A1的电压增益Vo1/ Vi=1,反相放大器A2的电压增益Vo2 / Vi=-1/2,则总增益
Vo / Vi=( Vo1 -Vo2)/ Vi =1
下面推导信号变换放大器的电压增益关系式:
对同相放大器(既电压跟随器),电压增益
Vo1 / Vi=R1/(R1+R3)=1/2
当R1 =0时:Vo1= Vi
对反相放大器,电压增益
Vo2 / Vi =-R2/R1
当R2=R5=10kΩ时:Vo2 =- Vi
反相放大器同相端对地电阻R4为平衡电阻。
总增益Vo/ Vi =1。

桥式电路如下图所示。桥式电路四臂由三个电阻和一个电位器构成,并有±15V 供电。改变电位器R2 就可以改变输出电压Vi,经1 米的屏蔽线,由开关K 接到直流电压放大器,作为直流电压放大器测试信号源。
图三
差动放大器

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< % ;
c. 在输入共模电压+~-,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1V;
e. 通频带0~10Hz

当R1=R2=R3=R4时,VI=0。R2改变时,产生VI ≠0的电压信号。测量电路与放大器之间有1米长的连接线。
图中K 置2 的位置,测直流电压放大器频率特性;K 置1 的位置,测直流电压放大器的其他性能指标。
测量放大器系统各个组成部分作用和指标:
桥式电路:提供差动电压用来测试直流电压放大器的主要性能指标。
信号变换放大器:把函数发生器单端输出信号经信号变换放大器变换为直流电压放大器的双端输入信号。
直流电压放大器:要求差动输入的直流电压放大器,具有高的差模电压增益,并具有低漂移,低噪声输出及高共模抑制比等特性。测试其差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、输出噪声电压峰峰值、通频带。
直流稳压电源:该电源由单相 220V 交流电压供电,输出±15V 直流电压,作为整个系统的电源。

差模电压增益:
Avd=(1+2 R2/R1)R7/ R4
若取 R1 =R2= R3= R4=