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单片机数控测量放大器的设计.doc
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单片机数控测量放大器的设计
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目录
1 概述...............................................................................................................................................2
2.测量放大器系统............................................................................................................................3
2.1 任务要求.......................................................................................................................................3
2.2 测量放大器系统框图 ...................................................................................................................3
3.3 设计方案及实现 .........................................................................................................................6
3.4 论证与比较....................................................................................................................................7
3.5 元器件的选取 ................................................................................................................................8
4.直流稳压源的设计.......................................................................................................................9
4.1 设计内容及要求 ...........................................................................................................................9
4.2 直流稳压电源设计思路 ...............................................................................................................9
4.3 直流稳压电源 ................................................................................................................................9
4.4 元件的选取.................................................................................................................................11
5.信号变换放大器设计 ..................................................................................................................14
5.1 设计要求.....................................................................................................................................14
5.2 设计原理及方案 ..........................................................................................................................14
6 单元电路原理图..........................................................................................................................16
1 按键电路图.....................................................................................................................................16
2 12864 显示设备电路图 ..................................................................................................................17
3 单片机最小系统电路 ....................................................................................................................18
4 电阻矩阵电路 ................................................................................................................................19
5 继电器驱动电路 ............................................................................................................................20
6 测量放大电路 ................................................................................................................................21
7 总体电路 ........................................................................................................................................22
7 电路仿真 .....................................................................................................................................23
1 测量放大器仿真 .............................................................................................................................23
2 直流稳压电源仿真 .........................................................................................................................23
附录 1.元件清单.............................................................................................................................24
附录 2.程序 ....................................................................................................................................25
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1 概述
随着电子技术的飞速发展,运算放大电路也得到广泛的应用。测
量放大器专门精密差分电压放大器,它源于运算放大器,且优于运算
放大器。测量放大器把关键元件集成在放大器内部,其独特的结构使
它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂
移增益设置灵活和使用方便等特点,使其在数据采集、传感器信号放
大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。测量
放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件,
具有差分输出和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运
算放大器的闭环增益是由反相输出端与输出端之间连接的外部电阻
决定,而测量放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。测量
放大器的 2 个差分输入端施加输入信号,其增益即可由内部预置,也
可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电
阻设置。
本次设计通过采用仪用放大器的改造来实现设计测量放大器,单
片机控制设备,增益显示设备,按键输入设备及其所用的稳压电源,
并满足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频带的要求。测量放大器
主要实现对微信号的测量,主要通过运用集成运放组成测量放大电路
实现对微弱信号的放大,要求有较高的共模抑制能力及较高的输入电
阻,减少测量的误差及对被测电路的影响,并要求放大器的放大倍数
可调已实现对比较大的范围的被测信号的测量。
测量放大器前级主要用差分输入,经过双端信号到单端信号的转
换,最终经比例放大进行放大。
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2.测量放大器系统
2.1 任务要求
如图 1。输入信号 VI 取自桥式测量电路的输出。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。
2.2 测量放大器系统框图
测量放大器系统组成的框图如 3 所示。系统包括信号变化放大器
电路、直流电压放大器和直流稳压电源。
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测 量
放大器系统各个组成部分的作用和指标:
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,具有高的电压差模增益,
并具有低漂移、低噪声输出及高共模抑制比等特性。测试器差模放大倍数、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:改电源由单向 220V 交流电压供电,输出正负 15V 直流电
压,作为整个系统的电源。
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3.测量放大器的设计
3.1 设计内容及要求
差模电压放大倍数 AVD=1~1000,可手动调节;
最大输出电压为± 10V,非线性误差 < 0.5% ;
在输入共模电压+7.5V~-7.5V 范围内,共模抑制比 KCMR >105 ;
在 AVD=500 时,输出端噪声电压的峰-峰值小于 1V;
通频带 0~10Hz ;
直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW (可不测试,由电路设计予以保
证)。
3.2 设计原理
测量放大器具有输入阻抗高、共模抑制比大等特点,因而得到了广泛的应用。
但由于电路的分析复杂,通常只给出理想情况下放大器的差模增益,而难以给出
其在非理想情况下的共模抑制比表达式。
用分离元件构建测量放大器需要花费很多的时间和精力,而采用集成运
放放大器或差分放大器则是一种简便而又可行的替换方案。
用集成运算放大器放大信号的主要优点:
(1) 电路设计简化,组装调试方便,只需适当配外接元件,便可实现输入输出
的各种放大关系.
(2) 由于运放得开环增益都很高,用其构成的防大电路一般工作的深度负反馈
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oligaga
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