Chapter-1: IN-AMP BASICS
第一章第一章：：仪表放大器基本原理
1. INTRODUCTION
简介
Instrumentation amplifiers (in-amps) are sometimes misunderstood. Not all amplifiers used in instrumentation applications are instrumentation amplifiers, and by no means are all in-amps used only in instrumentation applications. In-amps are used in many applications, from motor control to data acquisition to automotive. The intent of this guide is to explain the fundamentals of what an instrumentation amplifier is, how it operates, and how and where to use it. In addition, several different categories of instrumentation amplifiers are addressed in this guide.
仪表放大器经常被误解。并非所有用在仪器仪表应用中的放大器都是仪表放大器；也绝非所有仪表放大器只能应用于仪器仪表应用中。仪表放大器应用于多种应用领域，从马达控制到汽车业的数据采集，等等。本文目的就是解释什么是仪表放大器、仪表放大器如何工作、又如何应用，等等一系列基础知识。此外，本文附有不同种类的仪表放大器供查询。
2. IN-AMPS vs. OP AMPS: WHAT ARE THE DIFFERENCES?
仪表放大器 --- 运算放大器运算放大器：：区别何在区别何在？？
An instrumentation amplifier is a closed-loop gain block that has a differential input and an output that is single-ended with respect to a reference terminal. Most commonly, the impedances of the two input terminals are balanced and have high values, typically 109Ω, or greater. The input bias currents should also be low, typically 1 nA to 50 nA. As with op amps, output impedance is very low, nominally only a few milliohms, at low frequencies.
仪表放大器为闭环增益模块，为差动输入、单端输出（相对于参考端）。通常，两个输入端阻抗平衡，并且为高阻输入，典型值为 109Ω 甚至更高；输入偏置电流低，典型值 1nA ~ 50nA ；输出阻抗极低，如同运算放大器，在低频范围内一般只有数 m Ω。
Unlike an op amp, for which closed-loop gain is determined by external resistors connected between its inverting input and its output, an in-amp employs an internal feedback resistor network that is isolated from its signal input terminals. With the input signal applied across the two differential inputs, gain is either preset internally or is user set (via pins) by an internal or external gain resistor, which is also isolated from the signal inputs.
运算放大器，闭环增益由连接在反相输入端和输出端之间的外部电阻决定；仪表放大器则不同，利用内部电阻反馈网络，并且该电阻网络与输入端之间是电气隔离的。输入信号施加于两个差动输入
端之间。增益可内部预置，也可用户设置（引脚设置），即通过内部或外部增益电阻实施增益设置，增益电阻网络与输入端之间也是电气隔离的。
Figure 1-1 shows a bridge preamp circuit, a typical in-amp application. When sensing a signal, the bridge resistor values change, unbalancing the bridge and causing a change in differential voltage across the bridge. The signal output of the bridge is this differential voltage, which connects directly to the in-amp’s inputs. In addition, a constant dc voltage is also present on both lines. This dc voltage will normally be equal or common mode on both input lines. In its primary function, the in-amp will normally reject the common-mode dc voltage, or any other voltage common to both lines, while amplifying the differential signal voltage, the difference in voltage between the two lines.
图1-1 所示，为一电桥前置放大电路，也是典型的仪表放大器应用。信号检测过程，构成电桥的电阻值变化，使得电桥不平衡，电桥两端的差分电压发生变化。电桥的输出信号为一差分电压，直接连接到仪表放大器的输入端。此外，在两条输入线上，还存在一个恒定的直流电压，在两条输入线上，这个直流电压一般是相等的，或者说，对两条输入线为共模电压。仪表放大器的一个最基本的功能，就是抑制直流共模电压，以及两条输入线上的其它一切共模电压；同时放大差分信号，即两条输入线上的电压差。
In contrast, if a standard op amp amplifier circuit were used in this application, it would simply amplify both the signal voltage and any dc, noise, or other common-mode voltages. As a result, the signal would remain buried under the dc offset and noise. Because of this, even the best op amps are far less effective in extracting weak signals. Figure 1-2 contrasts the differences between op amp and in-amp input characteristics.
作为对比，本应用如果采用标准运算放大器电路，它将只是一个简单的放大作用，除了信号电压，还对直流、噪声及其它一切共模形式的电压进行放大。结果，信号被掩埋在直流失调电压和噪声中。由于这个原因，即使应用最好的运算放大器进行微弱信号提取，也远远不能奏效。图1-2，为运算
放大器、仪表放大器输入特性的比较。
1）Signal Amplification and Common-Mode Rejection
信号放大与共模抑制
An instrumentation amplifier is a device that amplifies the difference between two input signal voltages while rejecting any signals that are common to both inputs. The in-amp, therefore, provides the very important function of extracting small signals from transducers and other signal sources.
仪表放大器就是一种用来放大两个输入信号之间的的电压差、抑制两个输入端的一切共模信号的器件。因此，仪表放大器的一个非常重要的功能，就是从换能器或其它信号源提取微弱信号。
Common-mode rejection (CMR), the property of canceling out any signals that are common (the same potential on both inputs), while amplifying any signals that are differential (a potential difference between the inputs), is the most important function an instrumentation amplifier provides. Both dc and ac common-mode rejection are important in-amp specifications. Any errors due to dc common-mode voltage
(i.e., dc voltage present at both inputs) will be reduced 80 dB to 120 dB by any modern in-amp of decent
quality.
共模抑制（CMR），即在放大差模信号（即两个输入端之间的电势差）的同时，消减共模信号（两个输入端上相等的电势）的特性，是仪表放大器最重要的一个功能。直流共模抑制、交流共模抑制
是仪表放大器的两项重要指标。任选一款质量不错的现代仪表放大器，对直流共模电压（即同时出现在两个输入端的直流电压）造成的信号误差，都能提供 80 ~ 120 dB 衰减。
However, inadequate ac CMR causes a large, time-varying error that often changes greatly with frequency and, therefore, is difficult to remove at the IA’s output. Fortunately, most modern monolithic IC in-amps provide excellent ac and dc common-mode rejection.
然而，交流共模抑制能力不足，会导致随频率剧烈变化的、较大的时变误差，很难从仪表放大器输出端去除。但多数现代单片集成仪表放大器都具有极佳的交流、直流共模抑制能力。
Common-mode gain (ACM), the ratio of change in output voltage to change in common-mode input voltage, is related to common-mode rejection. It is the net gain (or attenuation) from input to output for voltages common to both inputs. For example, an in-amp with a common-mode gain of 1/1000 and a 10 V common mode voltage at its inputs will exhibit a 10 mV output change. The differential or normal mode gain (AD) is the gain between input and output for voltages applied differentially (or across) the two inputs. The common mode rejection ratio (CMRR ) is simply the ratio of the differential gain, AD, to the common-mode gain. Note that in an ideal in-amp, CMRR will increase in proportion to gain.
共模增益（ACM ），即输出电压的变化与共模输入电压的变化之比，与共模抑制能力有关。是两共模电压从输入端到输出端的净增益（或者净衰减）。比如，一个共模增益为 1/1000 的仪表放大器，那么，输入端的 10V 共模电压，会使输出端电压呈现 10mV 的变化。差模增益或者说常模增益（AD ），是施加在两个输入端的差模电压，从输入到输出的增益。共模抑制比（CMRR ）就是差模增益与共模增益的比值。请注意，一个理想的仪表放大器，共模抑制比随增益正比增加。 Common-mode rejection is usually specified for full range common-mode voltage (CMV) change at a given frequency and a specified imbalance of source impedance (e.g., 1k Ω source imbalance, at 60 Hz). 共模抑制比，通常是在给定频率、给定源阻抗不平衡度条件下（比如60Hz 、1K Ω），对满度共模电压的变化规定的。
Mathematically, common-mode rejection can be represented as
数学上，共模抑制比表示如下
OUT
CM D V V A CMRR = where:
A D is the differential gain of the amplifier;
V CM is the common-mode voltage present at the amplifier inputs;
V OUT is the output voltage present when a common-mode input signal is applied to the amplifier. 式中，A D 为放大器的差模增益；
V CM 为放大器输入端的共模电压；
V OUT 为放大器仅施加共模输入信号时，呈现的输出电压。
The term CMR is a logarithmic expression of the common-mode rejection ratio (CMRR). That is, CMR = 20 log10 CMRR.
术语 CMR 为共模抑制比（CMRR ）的对数表示，亦即 CMR = 20 log CMRR 。
To be effective, an in-amp needs to be able to amplify microvolt-level signals while rejecting common-mode voltage at its inputs. It is particularly important for the in-amp to be able to reject common-mode signals over the bandwidth of interest. This requires that instrumentation amplifiers have very high common-mode rejection over the main frequency of interest and its harmonics.
电路工作的有效性，要求仪表放大器能够在放大 uV 级信号的同时，还要抑制输入端的共模电压。特别重要的，仪表放大器必须能够在所关心的信号带宽内有效地抑制共模信号，（应用中）要求仪表放大器在所关心的信号主频及其谐波范围内，具有极高的共模抑制能力。
For techniques on reducing errors due to out-of-band signals that may appear as a dc output offset, please refer to the RFI section of this guide.
对带外信号导致的、呈现为直流输出偏差的误差信号的抑制技术，请参阅本文《射频干扰》一节。 At unity gain, typical dc values of CMR are 70 dB to more than 100 dB, with CMR usually improving at higher gains. While it is true that operational amplifiers connected as subtractors also provide common-mode rejection, the user must provide closely matched external resistors (to provide adequate CMRR ). On the other hand, monolithic in-amps, with their pretrimmed resistor networks, are far easier to apply.
单位增益时，CMR 典型值为 70dB 到 100dB 以上；高增益工作时，CMR 一般会更高。事实是，运算放大器连接为减法器电路时，也具有较好的共模抑制能力，但是，用户必须使用精密匹配的外部电阻（以得到足够高的 CMRR ）；另一方面，单片仪表放大器包含经过预校准的电阻网络，使之更便于使用。
2） Common-Mode Rejection: Op Amp vs. In-Amp
共模抑制能力共模抑制能力：：运算放大器与仪表放大器运算放大器与仪表放大器之比较之比较
Op amps, in-amps, and difference amps all provide common-mode rejection. However, in-amps and diff amps are designed to reject common-mode signals so that they do not appear at the amplifier’s output. In contrast, an op amp operated in the typical inverting or noninverting amplifier configuration will process common-mode signals, passing them through to the output, but will not normally reject them.
运算放大器、仪表放大器、差动放大器都具有共模抑制能力，然而，仪表放大器和差动放大器专为抑制共模信号而设计，使共模信号不出现在放大器输出端。作为对比，运算放大器配置为典型的反相放大器、同相放大器，可以处理（放大）共模信号，一般不会抑制共模信号，而让它们出现在输出端。
Figure 1-3a shows an op amp connected to an input source that is riding on a common-mode voltage. Because of feedback applied externally between the output and the summing junction, the voltage on the “–”input is forced to be the same as that on the “+”input voltage. Therefore, the op amp ideally will have zero volts across its input terminals. As a result, the voltage at the op amp output must equal VCM, for zero volts differential input.
图1-3a 所示，运算放大器电路连接到一个浮于共模电压之上的信号源。由于外部反馈，反相输入端的电压强被制等于同相输入端的电压，因此，运算放大器的两个输入端之间为电压零。结果，在零差动输入时，运算放大器输出端电压必定等于V CM。
Even though the op amp has common-mode rejection, the common-mode voltage is transferred to the output along with the signal. In practice, the signal is amplified by the op amp’s closed-loop gain, while the common-mode voltage receives only unity gain. This difference in gain does provide some reduction in common-mode voltage as a percentage of signal voltage. However, the common mode voltage still appears at the output, and its presence reduces the amplifier’s available output swing. For many reasons, any common-mode signals (dc or ac) appearing at the op amp’s output is highly undesirable.
即使运算放大器具有共模抑制能力，共模电压还是随信号一起被传送到输出端。实际情况是，信号以运算放大器的闭环增益放大，共模电压仅获得单位增益。这两个增益的差别，使得共模电压在信号电压中的百分比降低。但共模电压依然出现在输出端，共模电压的存在又减小了放大器的可用输出摆幅。由于种种原因，共模信号（包括交流、直流）是非常不希望出现在输出端的。
Figure 1-3b shows a 3-op amp in-amp operating under the same conditions. Note that, just like the op amp circuit, the input buffer amplifiers of the in-amp pass the common-mode signal through at unity gain. In contrast, the signal is amplified by both buffers. The output signals from the two buffers connect to the subtractor section of the IA. Here the differential signal is amplified (typically at low gain or unity) while
the common-mode voltage is attenuated (typically by 10,000:1 or more). Contrasting the two circuits, both provide signal amplification (and buffering), but because of its subtractor section, the inamp rejects the common-mode voltage.
图1-3b 所示，为同样工作条件下的三运算放大器型仪表放大器电路。请注意，仪表放大器内部的输入缓冲放大器，与运算放大器电路一样，允许共模信号以单位增益通过。不同的是，信号被两个缓冲器放大，两个缓冲器输出的信号连接到仪表放大器内部减法器单元，再此，差模信号被放大（一般为低增益或单位增益），共模信号却被衰减（典型衰减率10000:1 或更高）。比较这两个电路，二者均可实现信号放大（及缓冲），但由于减法器单元的存在，使仪表放大器可以抑制共模电压。
Figure 1-3c is an in-amp bridge circuit. The in-amp effectively rejects the dc common-mode voltage appearing at the two bridge outputs while amplifying the very weak bridge signal voltage. In addition, many modern in-amps provide a common-mode rejection approaching 80 dB, which allows powering of the bridge from an inexpensive, non-regulated dc power supply. In contrast, a self-constructed in-amp, using op amps and 0.1% resistors, typically only achieves 48 dB CMR, thus requiring a regulated dc supply for bridge power.
图1-3C 为仪表放大器电桥电路，在放大非常微弱的电桥输出信号电压时，对呈现在电桥两个输出端的直流共模电压进行有效抑制。许多现代仪表放大器可提供高达80dB 的共模抑制比，允许电桥采用廉价的非稳压电源供电。相比之下，应用0.1% 精度的外部电阻网络和运算放大器自行搭接的仪表放大器，所能达到的共模抑制比典型值为48dB，因而要求电桥必须采用稳压电源供电。
Figure 1-3d shows a difference (subtractor) amplifier being used to monitor the voltage of an individual cell that is part of a battery bank. Here the common-mode dc voltage can easily be much higher than the amplifier’s supply voltage. Some monolithic difference amplifiers, such as the AD629, can operate with common-mode voltages as high as ±270 V.
图1-3d 所示，为用于检测电池组中单节电池电压的差动放大器（减法器）。这里的共模电压很可能高于放大器的电源电压，一些单片差动放大器，比如AD629，可工作于高达±270 V 的共模电压。
Many difference amplifiers are designed to be used in applications where the common-mode and signal voltages may easily exceed the supply voltage. These diff amps typically use very high value input
resistors to attenuate both signal and common-mode input voltages.
有许多专门设计的差动放大器，目的就是用于共模电压、信号电压高于电源电压条件下。这些差动放大器一般采用非常大的输入电阻来衰减信号电压和共模输入电压。
3. Difference Amplifiers
差动放大器
Figure 1-4 is a block diagram of a difference amplifier. This type of IC is a special-purpose in-amp that normally consists of a subtractor amplifier followed by an output buffer, which may also be a gain stage. The four resistors used in the subtractor are normally internal to the IC, and, therefore, are closely matched for high CMR.
图 1-4 为一种差动放大器的方框图，此类集成电路为特种应用目的仪表放大器，一般由一个减法放大器后跟一个输出缓冲器构成，输出缓冲器也可以是增益级。减法器的四个电阻一般内置于集成电路内部，因而可以做到精确匹配，得到较高的共模抑制能力。
4. WHERE are in-amps and Difference amps used?
仪表放大器和差动放大器用在哪里仪表放大器和差动放大器用在哪里？？
1） Data Acquisition
数据采集 In-amps find their primary use amplifying signals from low level output transducers in noisy environments. The amplification of pressure or temperature transducer signals is a common in-amp application. Common bridge applications include strain and weight measurement using load cells and
temperature measurement using resistive temperature detectors, or RTDs.
仪表放大器的基本应用是放大来自在噪声环境中的低电平输出换能器的信号，仪表放大器普遍应用于压力、温度换能器信号的放大。通用电桥应用，包括应用荷重传感器的应力测量、重力测量，应用阻性温度传感器或温度遥测器的温度测量。
2）Medical Instrumentation
医学应用
In-amps are widely used in medical equipment such as EKG and EEG monitors, blood pressure monitors, and defibrillators.
仪表放大器广泛应用于医疗设备，比如心电图、脑电图监测，血压监测，电击除颤器等。
3）Monitor and Control Electronics
电子监控
Diff amps may be used to monitor voltage or current in a system and then trigger alarm systems when nominal operating levels are exceeded. Because of their ability to reject high common-mode voltages, diff amps are often used in these applications.
差动放大器可用于某个系统的电压或电流监控，超过正常工作电平时触发报警系统。以其对高共模电压的抑制能力，差动放大器经常应用在这些领域。
4）Software-Programmable Applications
软件可编程应用
An in-amp may be used with a software-programmable resistor chip to allow software control of hardware systems.
仪表放大器可结合软件可编程的电阻芯片应用，实现硬件系统的软件控制方式。
5）Audio Applications
音频应用
Because of their high common-mode rejection, instrumentation amplifiers are sometimes used for audio applications (as microphone preamps, for example), to extract a weak signal from a noisy environment, and to minimize offsets and noise due to ground loops. Refer to Table 6-4 (page 6-26), Specialty Products Available from Analog Devices.
以其优异的共模抑制能力，仪表放大器有时用于音频应用（比如麦克风前置放大器），从噪声环境中提取微弱信号，使接地环路造成的噪声、失调最小化。请参阅表6-4，AD公司（Analog Device）专业化产品。
6）High Speed Signal Conditioning
高速信号调理
Because the speed and accuracy of modern video data acquisition systems have improved, there is now a growing need for high bandwidth instrumentation amplifiers, particularly in the field of CC D imaging equipment where offset correction and input buffering are required. Double-correlated sampling techniques are often used in this area for offset correction of the CC D image. Two sample-and-hold amplifiers monitor the pixel and reference levels, and a dc-corrected output is provided by feeding their signals into an instrumentation amplifier.
由于现代视频数据采集系统在高速、高精度方面的发展，宽带仪表放大需求日益增长，特别是需要失调校正和输入缓冲的 CCD 成像设备领域。双相关采样技术经常用于该领域的 CCD 成像失调校正，两个采样保持放大器监测像素和参考电平，馈给仪表放大器，产生一个直流校正输出信号。
7） Video Applications
视频应用
High speed in-amps may be used in many video and cable RF systems to amplify or process high frequency signals.
高速仪表放大器可用于多种视频和有线射频系统，用于放大、处理高频信号。
8） Power Control Applications
功率控制应用
In-amps can also be used for motor monitoring (to monitor and control motor speed, torque, etc.) by measuring the voltages, currents, and phase relationships of a 3-phase ac-phase motor. Diff amps are used in applications where the input signal exceeds the supply voltages.
仪表放大器还可用于马达监控（速度、扭矩等的监测与控制），监测电压、电流、三相相位关系。差动放大器用于输入信号高于电源电压的应用。
5. IN-AMPS: AN EXTERNAL VIEW
仪表放大器仪表放大器：：外部外部特性特性
Figure 1-5 provides a functional block diagram of an instrumentation amplifier.
图 1-5 为仪表放大器功能方框图。
Since an ideal instrumentation amplifier detects only the difference in voltage between its inputs, any common mode signals (equal potentials for both inputs), such as noise or voltage drops in ground lines, are rejected at the input stage without being amplified.
由于仪表放大器只检测两个输入端之间的电压差；任何共模信号（相对于两个输入端等电势），比如噪声、地线上电压降，均被输入级抑制而不予放大。
Either internal or external resistors may be used to set the gain. Internal resistors are the most accurate and provide the lowest gain drift over temperature.
内部、外部电阻均可用于增益设置，内部电阻精度最高，增益的温度飘移最低。
One common approach is to use a single external resistor, working with two internal resistors, to set the gain. The user can calculate the required value of resistance for a given gain, using the gain equation listed in the in-amp’s spec sheet. This permits gain to be set anywhere within a very large range. However, the external resistor can seldom be exactly the correct value for the desired gain, and it will always be at a slightly different temperature than the IC’s internal resistors. These practical limitations always contribute additional gain error and gain drift.
增益设置的通用方法是：应用一个外部电阻，与两个内部电阻一起工作，设置仪表放大器的增益。用户依据仪表放大器指标数据表单给出的增益公式，计算相应于给定增益所需的电阻值，允许用户在相当大的范围内设置为任意增益值。然而，外部电阻的阻值极少绝对等于给定增益所要求的电阻值，而且，该电阻与内部电阻总是存在一个非常小的温差，这些实际限制往往导致额外的增益误差和增益温漂。
实际所需外部电阻值多数情况与计算得到的电阻值并不严格相等。这是实际应用中的一个限制，会导致。
Sometimes two external resistors are employed. In general, a 2-resistor solution will have lower drift than a single resistor as the ratio of the two resistors sets the gain, and these resistors can be within a single IC array for close matching and very similar temperature coefficients (TC). Conversely, a single external resistor will always be a TC mismatch for an on-chip resistor.
有时会应用两个外部电阻。一般地，二电阻方案比单电阻方案具有更低的温漂，增益是由因为两个电阻的阻值之比确定的，为得到精密匹配、非常接近的温度系数，这些电阻位于同一个集成电阻排
内。相反，单个外部电阻与片内电阻之间，温度系数总是失配的。
The output of an instrumentation amplifier often has its own reference terminal, which, among other uses, allows the in-amp to drive a load that may be at a distant location.
在一些其它应用中，仪表放大器的输出经常有自己的参考端，使仪表放大器可驱动远距离负载。
Figure 1-5 shows the input and output commons being returned to the same potential, in this case to power supply ground. This star ground connection is a very effective means of minimizing ground loops in the circuit; however, some residual common-mode ground currents will still remain. These currents flowing through RCM will develop a common-mode voltage error, VCM. The in-amp, by virtue of its high common-mode rejection, will amplify the differential signal while rejecting VCM and any common-mode noise.
图1-5 所示，输入、输出的公共端均返回同一电位，本例返回电源地。这种星形接地方法是一种接地环路最小化的有效地方法。但是，残留共模地电流依然存在，残留的共地电流流过R CM时形成共模误差电压V CM。仪表放大器就是依靠其特长------高共模抑制能力，放大差模信号，而抑制V CM及其它共模噪声。
Of course, power must be supplied to the in-amp. As with op amps, the power would normally be provided by a dual-supply voltage that operates the in-amp over a specified range. Alternatively, an in-amp specified for single-supply (rail-to-rail) operation may be used.
必不可少地，仪表放大器需要电源供电。和运算放大器一样，仪表放大器一般采用双电源供电，使其具有在规定的动态范围；也可选用单电源轨至轨仪表放大器。
An instrumentation amplifier may be assembled using one or more operational amplifiers, or it may be of monolithic construction. Both technologies have their advantages and limitations.
仪表放大器可以用一个或多个运算放大器搭建，也可以选用单片集成结构。两种技术各有优势和限制。
In general, discrete (op amp) in-amps offer design flexibility at low cost and can sometimes provide performance unattainable with monolithic designs, such as very high bandwidth. In contrast, monolithic designs provide complete in-amp functionality and are fully specified and usually factory trimmed, often to higher dc precision than discrete designs. Monolithic in-amps are also much smaller, lower in cost, and easier to apply
一般地，分立式仪表放大器（运算放大器搭建的）具有设计灵活性、低成本优势，甚至达到单片方案所无法达到的性能，比如宽带特性。相比之下，单片方案具有完善的仪表放大器功能，符合完备的指标体系，并且经过工厂精密微调，比分立方案具有更高的直流精度，同时体积小、成本低、便于应用。
6. WHAT OTHER PROPERTIES DEFINE A HIGH QUALITY IN-AMP?
高质量仪表放大器还需要定义哪些特性高质量仪表放大器还需要定义哪些特性？？
Possessing a high common-mode rejection ratio, an instrumentation amplifier requires the properties described below.
为获得高共模抑制比，仪表放大器需要强调下属特性：
1) High AC (and DC) Common-Mode Rejection
高共模抑制能力高共模抑制能力（（交流 / 直流直流））
At a minimum, an in-amp’s CMR should be high over the range of input frequencies that need to be rejected. This includes high CMR at power line frequencies and at the second harmonic of the power line frequency.
至少，仪表放大器应在需要抑制的输入信号频率范围内，具有高共模抑制能力。包括电力线频率及其二次谐波频率上具有高共模抑制能力。
2) Low Offset Voltage and Offset Voltage Drift
低失调失调电压和低电压和低电压和低失调失调失调电压漂移电压漂移
As with an operational amplifier, an in-amp must have low offset voltage. Since an instrumentation amplifier consists of two independent sections, an input stage and an output amplifier, total output offset will equal the sum of the gain times the input offset plus the offset of the output amplifier (within the in-amp). Typical values for input and output offset drift are 1uV/℃ and 10 uV/℃, respectively. Although the initial offset voltage may be nulled with external trimming, offset voltage drift cannot be adjusted out. As with initial offset, offset drift has two components, with the input and output section of the in-amp each contributing its portion of error to the total. As gain is increased, the offset drift of the input stage becomes the dominant source of offset error.
与运算放大器一样，仪表放大器必须具有低失调电压。因为仪表放大器有两个独立部分构成，输入级和输出级，总的输出失调，等于增益乘以输入失调再加上输出级失调。输入级、输出级失调漂移典型值分别为1uV/℃、10 uV/℃。尽管初始失调电压可通过外部校准归零，但失调电压漂移无法调整。与初始失调一样，失调漂移也包括两部分，仪表放大器的输入级和输出级依据一定比例贡献于总误差漂移。随着增益提高，输入级失调漂移逐渐成为主导作用的失调误差源。
3) A Matched, High Input Impedance
匹配的匹配的、、高输入阻抗
The impedances of the inverting and non-inverting input terminals of an in-amp must be high and closely matched to one another. High input impedance is necessary to avoid loading down the input signal source, which could also lower the input signal voltage.
仪表放大器同相、反相输入端必须是高阻，并且两个阻抗值彼此高度匹配（相等）。免加重输入信
号源的负载而拉低信号源输出电压，仪表放大器必须为高阻抗输入。
Values of input impedance from 109Ω to 1012Ω are typical. Difference amplifiers, such as the AD629, have lower input impedances, but can be very effective in high common-mode voltage applications.
输入阻抗典型值为109 ~ 1012 Ω。差动放大器，比如AD629，输入阻抗较低，但是在存在高共模电压的应用中非常有效。
4) Low Input Bias and Offset Current Errors
低输入偏置低输入偏置电流电流电流、、低失调电流误差
Again, as with an op amp, an instrumentation amplifier has bias currents that flow into, or out of, its input terminals; bipolar in-amps have base currents and FET amplifiers have gate leakage currents. This bias current flowing through an imbalance in the signal source resistance will create an offset error. Note that if the input source resistance becomes infinite, as with ac (capacitive) input coupling, without a resistive return to power supply ground, the input common-mode voltage will climb until the amplifier saturates. A high value resistor connected between each input and ground is normally used to prevent this problem. Typically, the input bias current multiplied by the resistor ’s value in ohms should be less than 10 mV (see Chapter V). Input offset current errors are defined as the mismatch between the bias currents flowing into the two inputs. Typical values of input bias current for a bipolar in-amp range from 1 nA to 50 nA; for a FET input device, values of 1 pA to 50 pA are typical at room temperature.
与运算放大器一样，仪表放大器也有偏置电流流入或流出输入端，双极性仪表放大器具有偏置电流、场效应管放大器具有漏电流。偏置电流流经信号源内阻，电阻不平衡即产生失调误差。注意，如果输入信号源内阻为无穷大，比如采用隔直电容的交流耦合方式，电源不存在阻性返回通路，输入共模电压将持续爬升，直至放大器饱和。为防止这种现象发生，通常在放大器的每个输入端与地之间连接一个高阻值的电阻。典型情况，输入偏执电流与所加电阻阻值的乘积，应低于10mV （请阅读
第5章）。输入失调电流误差定义为，失调电流流入两个输入端的差值。双极性仪表放大器输入偏置电流典型值范围 1nA ~ 50nA ；场效应管输入的仪表放大器，室温下典型值为1pA ~ 50PA 。
5) Low Noise
低噪声
Because it must be able to handle very low level input voltages, an in-amp must not add its own noise to that of the signal. A minimum input noise level of 10 nV/√Hz @1 kHz (gain > 100) referred to input (RTI) is desirable. Micropower in-amps are optimized for the lowest possible input stage current and, therefore, typically have higher noise levels than their higher current cousins.
仪表放大器必须能够处理电压非常低的输入信号，因而不允许放大器把自身噪声信号混入被放大的信号中。增益大于100 时，折合到输入端的10 nV/√Hz @1 kHz 的最低噪声电平是可以接受的。微
功耗仪表放大器的优化准则是尽可能低的输入级工作电流，因而噪声电平也比常规系列更高。
6)Low Nonlinearity
低非线性
Input offset and scale factor errors can be corrected by external trimming, but nonlinearity is an nherent performance limitation of the device and cannot be removed by external adjustment. Low nonlinearity must be designed in by the manufacturer. Nonlinearity is normally specified as a percentage of full scale, whereas the manufacturer measures the in-amp’s error at the plus and minus full scale voltage and at zero.
A nonlinearity error of 0.01% is typical for a high quality in-amp; some devices have levels as low as
0.0001%.
输入失调和比例系数误差可通过外部校准校正，但非线性是器件固有的性能限制，无法通过外部调节去除。低的非线性是制造商必须要追求的。非线性一般用满量程的百分率表示，因而，制造商一般在同相、反相输入端施加满度输入信号、零输入条件下测试仪表放大器的误差。高质量仪表放大器非线性典型值为0.01%，有些器件甚至达到0.0001%。
7)Simple Gain Selection
增益选择
Gain selection should be easy. The use of a single external gain resistor is common, but an external resistor will affect the circuit’s accuracy and gain drift with temperature. In-amps, such as the AD621, provide a choice of internally preset gains that are pin-selectable, with very low gain TC.
增益选择应该比较容易，通用做法是调节外部的增益电阻。但外部电阻会影响电路精度和增益温漂。
仪表放大器，比如AD621，可以通过引脚编程实现内部增益设置，增益温度系数极低。
8)Adequate Bandwidth
足够的带宽
An instrumentation amplifier must provide bandwidth sufficient for the particular application. Since typical unity gain, small-signal bandwidths fall between 500 kHz and 4 MHz, performance at low gains is easily achieved, but at higher gains bandwidth becomes much more of an issue. Micropower in-amps typically have lower bandwidth than comparable standard in-amps, as micropower input stages are operated at much lower current levels.
对特定应用，仪表放大器必须具有足够的带宽，在典型的单位增益工作时，小信号带宽一般在500KHz ~ 4MHz，在低增益时，比较容易达到指定的性能要求。但在高增益条件下，带宽会成为问题。与标准型仪表放大器相比，微功耗仪表放大器的带宽更窄，因为低功耗型，输入级工作电流较低。
9)Differential to Single-Ended Conversion
差动---单端变换
Differential to single-ended conversion is, of course, an integral part of an in-amp’s function: A differential input voltage is amplified and a buffered, single-ended output voltage is provided. There are many in-amp applications that require amplifying a differential voltage that is riding on top of a much larger common-mode voltage. This common-mode voltage may be noise, or ADC offset, or both. The use of an op amp rather than an in-amp would simply amplify both the common mode and the signal by equal amounts. The great benefit provided by an in-amp is that it selectively amplifies the (differential) signal while rejecting the common-mode signal.
差动---单端变换，理应是仪表放大器功能的主要部分：差模信号放大、缓冲、单端输出。在许多仪表放大器应用中，被放大的差模信号，是叠加在一个非常大的共模电压之上的，这个共模电压可能是噪声、模数转换器失调电压、或二者叠加。如果用运算放大器代替仪表放大器，共模信号、有用信号被同等程度放大。而仪表放大器的优势就在于，它是一个选择性放大器，放大差模信号而抑制共模信号。
10) Rail-to-Rail Input and Output Swing
轨至轨输入轨至轨输入、、输出摆幅
Modern in-amps often need to operate on single-supply voltages of 5 V or less. In many of these applications, a rail-to-rail input ADC is often used. So-called rail-to-rail operation means that an amplifier ’s maximum input or output swing is essentially equal to the power supply voltage. In fact, the input swing can sometimes exceed the supply voltage slightly, while the output swing is often within 100 mV of the supply voltage or ground. Careful attention to the data sheet specifications is advised.
现代仪表放大器需要工作在5V 甚至更低电压的单电源条件，轨至轨输入型模数转化器广泛应用。所谓轨至轨工作，就是放大器的最大输入或输出摆幅等于电源电压。事实上，输入摆幅有时可以轻微超过电源电压，输出摆幅经常位于电源电压 100mV 以下、地电压100mV 以上，应特别注意器件数据表单给出的指标。
11) Power vs. Bandwidth, Slew Rate, and Noise
功率------带宽带宽、、摆率摆率、、噪声
As a general rule, the higher the operating current of the in-amp’s input section, the greater the bandwidth and slew rate and the lower the noise. But higher operating current means higher power dissipation and heat. Battery operated equipment needs to use low power devices, and densely packed printed circuit boards must be able to dissipate the collective heat of all their active components. Device heating also increases offset drift and other temperature-related errors. IC designers often must trade off some specifications to keep power dissipation and drift to acceptable levels.
作为一般性规律，仪表放大器输入级工作电流越大，带宽、电压摆率越大，噪声越低。但同时意味着较高的功率损耗并伴随发热。对于电池供电的设备，应选用低功耗器件，高密度印制电路板必须能够散失有源器件产生的热量。器件温升也可以加剧温漂，并导致与温度相关的其它误差。集成电
路设计者，必须要折衷考虑一些指标，以保证功耗、漂移均达到可接受的水平。
三运放仪表放大器 摘要 本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成，可输出+5V、+12V、-12V三路电压。 一、方案论证与比较 1.放大器电源的制作方法 方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07，由于OP07是双电源放大器，典型电源电压为，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电源 输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。 方案二：采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源，使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。 2.电源方案论证 本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。 3.放大器制作方法 方案一：题目要求使输入信号放大100至200倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压，此放大电路可以达到预定的放大 倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。 方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出电压。 4.放大器方案论证 在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理量的变化而变。这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器输入电阻加大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 此外，传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模部分，期数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器具有较强的共模信号抑制能力。 综上所述，采用方案二仪表放大器方案，仪表放大器除了具有足够的放大倍数外，还具有高输入电阻和高共模抑制比。 二、系统设计
电子线路CAD与电子工艺实训报告 第七组 仪表放大器的设计与制作 班级：电本0501 学号：0532110661 姓名：王德权 序号：16 指导教师：姜李张娟 2008年 1 月 16日
一．实训目的： 1掌握仪表放大器的结构原理： 2 熟练应用Protel99se设计电路原理图；并生成电路板图； 3 熟练掌握印制电路板的生成，了解如何刻板； 4 掌握基本焊接技术。 二．实训工具： Protel99se CircuitCAM 电烙铁 万用表 模拟电子试验箱（含有+12V电源，+0V---+0.5V电源） 其他必要检测设备 三．仪表放大器原理： 本仪器放大器是由三个OP27集成运算放大器组成，OP27的特点是低噪声，高速，低输入失调电压和卓越的共模抑制比。仪表放大器电路连接成比例运算的电路形式，因此具有很高的输入电阻。由于电路的结构对称，他们的漂移和失调都具有互相抵消的作用。后一个运算放大器组成差分放大器，将差分输入转换为单端输出。电容C用于除抖动和抗干扰。 工作原理： 由于v—→v+，因而加在R7两端的电压为(vI1—vI2)，相应通过R7的电流i7＝(vI1-vI2)／R7，由于i→0，因而vo1＝i7R1+vI1，vo2＝i7R2+vI2，当，R1＝R2＝R时，vo1-vo2＝(1+2R／R7)(vI1-vI2)对U2而言，vo1加在反相输入端，vo2加在同相输入端，利用叠加原理的输出电压。vo＝—(R5／R3)vo1+R6／(R4+R6)vo2(1+R5／R3)由于R3＝R4，R5＝R6因而 vo＝—(R5／R3)(vo1-vo2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）(vI1-vI2) 仪器放大器的差值电压增益：Avf＝vo／(vI1-vI2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）上式表明，改变R7可设定不同的Avf值。 仪器放大器的共模抑制比主要取决于第—级集成运放U1和U3的对称性和各电阻值的匹配精度。如果U1和U3对称，且各电阻值的匹配误差为→±0．001％，则仪器放大器的共模抑制比可达到100dB以上。 由于采用了对称的同相放大器，因而仪器放大器两输入端具有相同的输入电阻，且其值可达到几百MΩ以上。利用仪表放大对他的特性进行了实际的测量和具体数据进行了记录最大放大倍数为Av=100。经计算，本设计中仪表放大器的电压放大倍数A U=R5/R3(1+2R1/R2)=100，结果将在仿真中验证。 仪表放大器的结构特点：使仪表放大器成为一种高输入电阻，高共模抑制比，具有较低的失调电压，失调电流，噪声及飘移的放大器。在使用时R4,R5,R6,R7四个电阻要精密且匹配，否则将给放大器带来误差，而其将降低电路的共模抑制比。 四．实训步骤： （一）在Protel99se环境中绘制原理图、印制板图，生成CAM文件 1 、绘制电路原理图： 进入Protel99se SCH界面，绘制电路原理图，绘制原理图过程中注意元件的封装和名称，还有元件的布局，力求美观，完成之后，经电气检查无误后即可生成网络表。
运算放大器的电路仿真设计 一、电路课程设计目的 错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。 二、实验原理说明 （1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电 压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。 （b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。
理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、 电路设计内容与步骤 如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：
V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,， 与理论结果相同． 但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结 果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。 四、 实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。
三运放组成的仪表放大器电路分析 仪表放大器与运算放大器的区别是什么？ 仪表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单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 ?。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低， 在低频段通常仅有几毫欧（m?）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输 出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施 加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。 专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。 使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示： 输出电压表达式如图中所示。 看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路： 如果R1 ＝ R3，R2 ＝ R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 k?，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 k?。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接
地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。）另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。例如，当增益等于 1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有 0.1% 失配，其CMR便下降到 66 dB（2000:1）。同样，如果源阻抗有 100 ?的不平衡将使CMR下降 6 dB。 为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示： 以上前置的两个运放作为电压跟随器使用，我们现在改为同相放大器，电路如下所示： 输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益（A1 和 A2）时， 它对差分信号增加相同的增益，也对共模信号增加相同的增益。也就是说，上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。 下面，要开始最巧妙的变化了！看电路先：
目录 一、绪言 (7) 二、电路设计 (8) 设计要求 (8) 设计方案 (8) 1、电路原理 (8) 2、主要器件选择 (9) 3、电路仿真 (10) 三、电路焊接 (13) 四、电路调试 (14) 1、仪表放大电路的调试 (14) 2、误差分析 (15) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (19)
绪言 智能仪表仪器通过传感器输入的信号，一般都具有“小”信号的特征：信号幅度很小(毫伏甚至微伏量级)，且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，电路处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比；同时仪表放大器电路能够分辨的输入信号越小越好，动态范围越宽越好。仪表放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。本文从仪表放大器电路的结构、原理出发，设计出仪表放大器电路实现方案，通过分析，为以后进行电子电路实验提供一定的参考。 在同组成员张帅威、张智越的共同努力下，大家集思广益，深入探讨了实验过程中可能出现的各种问题，然后分工负责个部分的工作，我和张帅威负责前期的电路设计和器件的采购，后期的焊接由张智越完成，最后的调试由我们三个人共同完成。本报告在做实验以及其他同学提出的富有建设性意见的基础上由我编写，报告中难免会有不足或疏漏之处，还望大家指正为谢！
第一章电路设计 一、设计要求 1、电路放大倍数>3000倍 2、输入电阻>3000kΩ 3、输出电阻＜300Ω 二、设计方案 1、电路原理 仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，RF和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1／Rg)(Rf／R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
三运放仪表放大器工作原理分析 图1 所示的三运放仪表放大器看似为一种简单的结构，因为它使用已经存在了几十年的基本运算放大器(op amp)来获得差动输入信号。运算放大器的输入失调电压误差不难理解。运算放大器开环增益的定义没有改变。运算放大器共模抑制(CMR)的简单方法自运算放大器时代之初就已经有了。那么，问题出在哪里呢？ 图1：三运放仪表放大器，其VCM 为共模电压，而VDIFF 为相同仪表放大器的差动输入。 单运算放大器和仪表放大器的共享CMR 方程式如下：本方程式中，G 相当于系统增益，VCM 为相对于接地电压同样施加于系统输入端的变化电压，而VOUT 为相对于变化VCM 值的系统输出电压变化。 在CMR 方面，运算放大器的内部活动很简单，其失调电压变化是唯一的问题。就仪表放大器而言，有两个影响器件CMR 的因素。第一个也是最重要的 因素是，涉及第三个放大器（图1，A3）电阻比率的平衡问题。例如，如果R1 等于R3，R2 等于R4，则理想状况下的三运放仪表放大器CMR 为无穷大。然而，我们还是要回到现实世界中来，研究R1、R2、R3 和R4 与仪表放大器CMR 的关系。 具体而言，将R1：R2 同R3：R4 匹配至关重要。结合A3，这4 个电阻从 A1 和A2 的输出减去并增益信号。电阻比之间的错配会在A3 输出端形成误差。方程式2 在这些电阻关系方面会形成CMR 误差：例如，如果R1、R2、R3 和R4 接近相同值，且R3：R4 等于R1/R2 的1.001，则该0.1%错配会带来仪表放大器CMR 的降低，从理想水平降至66dB 级别。 根据方程式1，仪表放大器CMR 随系统增益的增加而增加。这是一个非常
IC课程设计论文题目：运算放大器电路的设计
2012/1/5 摘要 本次课程设计主要内容为：利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。首先从放大器理论参数及结构下手，然后经过Hspice网表的生成及仿真调整最后得到满足参数要求的MOS管设定。 关键词：运算放大器，共模电压，电压摆幅，功耗电流 Hspice仿真，增益带宽
ABSTRACT The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier has put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set. K eywords: operational amplifier ，common-mode voltage ，voltage swing current consumption ，Hspice simulation ，Gain bandwidth
成绩评定表
课程设计任务书
摘要 本设计是根据要求进行的集成运算放大器的设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。并根据通信电子线路所学的知识，掌握电路设计，熟悉电路的制作，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。根据相关课题的具体要求，按照指导老师的指导，进行具体项目的设计，提高自己的动手能力和综合水平。 本设计采用LM324芯片，它是一个四运算放大器的基本电路，在四运算放大器电路中起到了至关重要的作用。通过LM324芯片与其他相关电子元件的组合，画出调制与解调电路图，并完成PCB电路的绘制，完成课题的设计，可以算是对自我综合能力的一次有益尝试。 关键字：Protel、PCB、LM324、四运算放大器
目录 1 Protel的简要介绍 (5) 1.1 Protel的发展历史 (5) 1.2 Protel99SE简介 (5) 2 设计任务及要求 (6) 2.1设计任务 (6) 2.2设计要求 (6) 3 电路原理介绍 (7) 3.1 反向运算放大器 (7) 3.2 反向加法器 (7) 3.3 差动运算放大器 (7) 3.4积分器电路 (8) 4 原理图设计 (10) 4.1电路元件明细表 (10) 4.2 绘制原理图 (10) 4.3 元件生成清单 (12) 5 印刷版图的绘制 (12) 5.1 准备电路原理图和网络表 (12) 5.2 创建PCB文件以及网络表的装入 (15) 5.3 元件的布局以及印刷板的布线 (15) 6收获和体会 (16) 7 主要参考文献 (17)
《集成电路CAD》课程设计报告 课题：基于Spectre运算放大器的设计 一：课程设计目标及任务 利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。 二：运算放大器概况 运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示： 图1.1运放示意图 运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 三：原理图的绘制及仿真
3.1原理图的绘制 首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下： 图3.1电路原理图 原理图中MOS管的参数如下表： Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol
仪表放大器电路设计技巧 Charles Kitchin，Lew Counts 美国模拟器件公司 长期以来，为仪表放大器供电的传统方法是采用双电源或双极性电源，这具有允许正负输入摆幅和输出摆幅的明显优势。随著元器件技术的发展，单电源工作已经成为现代仪表放大器一个越来越有用的特性。现在许多数据采集系统都是采用低电压单电源供电。对于单电源系统，有两个至关重要的特性。首先，仪表放大器的输入范围应当在正电源和负电源之间(或接地电压)扩展。其次，放大器的输出摆幅也应当接近电源电压的两端(R-R)，提供一个与电源电压的任一端或地电位相差100mV(或小于100mV)以内的输出摆幅(V-+0.1V～V+-0.1V)。比较起来，一个标准的双电源仪表放大器的输出摆幅只能与电源电压的任一端或地电位相差1V或2V以内。当采用5V 单电源工作时，这些仪表放大器仅具有1V或2V输出电压摆幅，而真正的R-R输出仪表放大器能提供几乎与电源电压一样高的峰峰输出摆幅。另一个重要点是单电源或R-R仪表放大器采用双电源仍能工作(甚至更好)并且通常其工作电源电压比传统的双电源器件低。 电源解耦是一个经常被工程师忽视的重要细节。通常，旁路电容器(典型值为0.1μF)连接在每个IC的电源引脚和地之间。尽管通常情况适合，但是这在实际应用中可能无效或甚至产生比根本没有旁路电容器更坏的瞬态电压。因此考虑电路中的电流在何处产生，从何处返回和通过什麽路径返回是很重要的问题。一旦确定，应当在地周围和其他信号路径周围旁路这些电流。 通常，像运算放大器一样，大多数单片仪表放大器都有其以电源的一端或两端为参考端的积分器并且应当相对输出参考端解耦。这意味著对于每颗晶片在每个电源引脚与仪表放大器的参考端在PCB上的连接点之间应连接一个旁路电容器，如图1所示。 图1、电源旁路的推荐方法 1.输入接地返回的重要性 当使用仪表放大器电路时出现的一个最常见的应用问题是缺乏为仪表放大器的输入偏置电流提供一个DC返回路径。这通常发生在当仪表放大器的输入是容性耦合时。图2示出这样一个电路。
目录 第1章摘要 (2) 第2章设计目的及设计要求 (2) 第3章基本原理 (2) 3.1 基本文氏振荡器 (2) 3.2 振荡条件 (3) 3.3 振荡频率与振荡波形 (5) 第4章参数设计及运算 (6) 4.1 器件选择 (6) 4.2 参数计算 (6) 4.3 波形仿真图 (9) 第5章结论及误差分析 (13) 心得体会 (14) 参考文献 (15)
第1章摘要 本文中介绍了一种基于运算放大器的文氏电桥正弦波发生器。经测试，该发生器能产生频率为100-1000Hz的正弦波，且能在较小的误差范围内将振幅限制在2.5V以内，通过电位器的调节使频率在100HZ-1000HZ内变化。 无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器与正交振荡器,本文将对文氏桥振荡器进行讨论。 第2章设计目的及要求 2.1、设计目的： （1）.掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法； （2）.熟悉集成电路：集成运算放大器LN356N。并掌握其工作原理，组成文氏电桥振路。 2.2、设计要求： （1）设计波形产生电路。 （2)信号频率范围：100Hz——1000Hz。 (3)信号波形：正弦波。 (4)画出波形产生电路原理图，写出终结报告。 第3章基本原理 3.1正弦振荡器的组成 （1)放大电路：放大信号 （2)反馈网络：必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号 （3)选频网络：保证输出为单一频率的正弦波，即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
智能化传感器中应用仪表放大器时应注意的问题 1 序言 仪表放大器（IA）由于其本身所具有的低漂移、低功耗、高共模抑制比、宽电源供电范围及小体积等一系列优点，在数据采集系统、电桥、热电偶及温度传感器的放大电路中得到了广泛的应用，它既能对单端信号又能对差分信号进行放大。在数据采集系统中，一般需要实现对多路信号进行数据采集，这主要是通过多路开关来实现对多路信号的切换。实际应用中，针对不同的测量对象可以分别选择单端信号或差分信号的输入方式来实现对信号的获取，一般市场上所有的多路信号采集系统基本上都具备这种功能。 差分仪表放大器具有对差分信号进行放大，对共模信号加以抑制的功能，但是并非所有差分信号输出的场合可以直接使用仪表放大器作为前置信号放大级，具体来说必须考虑到共模信号的大小、差分信号的大小、放大倍数的选择、输入信号的频率范围等因素，同时针对输入信号的具体情况可以选择单端信号输入方式或者差分信号输入方式。下面对仪表放大器在实际应用中所涉及到的这些问题分别加以阐述。 2 仪表放大器的结构 仪表放大器一般是由三个放大器和经过激光调阻修正的电阻网络构成，如图1所示。在传统的三片运放方式的基础上做一些改进，内部阻值的校准保证用户只需要外接一个电阻即可实现由1到上万倍的增益精确设定，减少了由于增益相关误差带来的数据采集误差，同时这种结构保证其具有高输入阻抗和低输出阻抗，
且每一路输入都有输入保护电路以避免损坏器件。由于采用激光调阻，使其具有低失调电压、高共模抑制比和低温漂。 图1 仪表放大器的结构原理框图 图1所示为BB（Burr Brown）公司的INA114、INA118等仪表放大器的结构原理框图及引脚。在实际应用时，正负电源引脚处应接滤波电容C，以消除电源带来的干扰。5脚为输出参考端，一般接地。实际应用中即使5脚对地之间存在很小的电阻值，也将对器件的共模抑制比产生很大的影响，如5欧姆的阻值将导致共模抑制比衰减到80dB。 3 应用中应考虑的问题 3.1 输入偏置电流回路 一般来说，选择差分信号测量的工作方式时，后面的信号放大电路一般直接采用仪表放大器构成。仪表放大器的输入阻抗非常高,大约达到1010Ω数量级，相应对于差分输入的每个输入端都需要输入偏置电流通道，以提供共模电流反馈回路，例如仪表放大器IN118输入偏置电流大约为±5nA。由于仪表放大器的输入
课程设计说明书课程名称：音响放大器的设计 专业名称： 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师：
课程设计任务书 设计目的 1)了解集成功率放大器内部电路工作原理 2)掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法 3)掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术 设计要求和技术指标 1)技术指标 额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。 2）设计要求 （1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级； （2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图； （3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测； （4）测试输出功率； （5）测试输入阻抗； （6）撰写设计报告。 3）设计扩展要求 （1）能驱动额定功率P≥8W的扬声器； （2）电路电压放大级输出阻抗低，能带500Ω负载。
目录 第1章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 音频功率放大器概述 (1) 1.3 音频功率放大器概述 (2) 第2章音响放大器设计 (3) 2.1 音响放大器简介 (3) 2.2 单元电路的设计 (3) 2.2.1 话音放大器 (3) 2.2.2 混响前置放大器............................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.3 电子混响器....................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 音调控制器 (5) 2.2.5 功率放大器 (9) 2.3 总电路设计 (9) 第3章电路仿真结果 (13) 3.1 话放与混合级仿真 (13) 3.2 音调控制器的电路仿真 (13) 3.3 功率放大器的电路仿真 (15) 第4章音响放大器的安装与调试 (16) 4.1 电路安装 (16) 4.2 电路调试技术 (16) 4.3 整机功能试听 (17) 第5章心得体会 (18) 参考文献 (19) 附录A 音响放大器元件清单 (19) 附录B PCB板图 (20)
如何选择仪表放大器_仪表放大器的选择分析 什么是仪表放大器这是一个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的CMRR，低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的信号。 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。仪表放大器是一种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。仪表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。仪表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，具有差分输入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入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的 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预置。 仪表放大器构成原理仪表放大器电路的典型结构如图1所示。它主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比（即共模抑制比CMRR）得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR 要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=（1+2R1/Rg）Rf/R3。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。 仪表放大器特点●高共模抑制比 共模抑制比（CMRR）则是差模增益（A d）与共模增益（Ac）之比，即：CMRR = 20lg
基于仪表放大器的传感器信号采集电路设计
2010-2-5 20:10:00 来源：中国自动化网
1 引言 传感器及其相关电路被用来测量各种不同的物理特性，例如温度、力、压力、流 量、 位置、 光强等。 这些特性对传感器起激励的作用。 传感器的输出经过调理和处理， 以对物理特性提供相应的测量。 数字信号处理是利用计算机或专用的处理设备， 以数值计算的方式对信号进行采 集、变换、估计与识别等加工处理，从而达到提取信息和便于应用的目的。仪表放大 器具有非常优越的特性，能将传感器非常微弱的信号不失真的放大以便于信号采集。 本文介绍在一个智能隔振系统中，传感器数据采集系统具有非常多的传感器，而且信 号类型都有很大的差别的情况下如何使用仪表放大器将传感器信号进行调理以符合 模数转换器件的工作范围。 2 仪表放大器在传感器信号调理电路中的应用 仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，他具有差分输入、单端输出、高输 入阻抗和高共模抑制比等特点。差分放大器和仪表放大器所采用的基础部件（运算放 大器）基本相同，他们在性能上与标准运算放大器有很大的不同。标准运算放大器是 单端器件，其传输函数主要由反馈网络决定；而差分放大器和 仪表放大器在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号， 因而具有很高的共模抑 制比（CMR）。他们通常不需要外部反馈网络。 仪表放大器是一种具有差分输入和其输出相对于参考端为单端输出的闭环增益 单元。输入阻抗呈现为对称阻抗且具有大的数值（通常为 109 或更大）。与由接在反 向输入端和输出端之间的外部电阻决定的闭环增益运算放大器不同， 仪表放大器使用 了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络。 利用加到两个差分输入端的输入信 号，增益或是从内部预置，或是通过也与信号输入端隔离的内部或外部增益电阻器由 用户设置。典型仪表放大器的增益设置范围为 1～1000。 仪表放大器的特点： （1）高共模抑制比 共模抑制比 （CMRR） 则是差模增益 （Ad） 与共模增益 （Ac） 之比， CMRR=20lg 即： （Ad/Ac）dB；仪表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR 典型值为 70～100 dB 以 上。 （2）高输入阻抗 要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗， 仪表放大器的同相和反相输入端的阻 抗都很高而且相互十分平衡， 其典型值为 109～1012 低噪声由于仪表放大器必须能 够处理非常低的输入电压，因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上，在 1 kHz 条件下，折合到输入端的输入噪声要求小于 10 nV/Hz。 （3）低线性误差 输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正， 但是线性误差是器件固有缺 陷，他不能由外部调整来消除。一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为 0.01%， 有的甚至低于 0.0001%。 （4）低失调电压和失调电压漂移 仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成， 输入和输出失调电压典型值 分别为 100 uV 和 2 mV。
透解放大器 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。
辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：集成运算放大器简易测试仪 院（系）：电气工程及其自动化 专业班级：电气092 学号：09030305 学生姓名：李新 指导教师： 起止时间：1111111111111111111
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 集成运算放大器简易测试仪由四部分组成：直流稳压电源、正弦波产生电路、被测运放电路和毫伏表电路。用于判断集成运算放大器放大功能的好坏。直流稳压电源使正弦波电路和毫伏表电路工作，为集成运放提供偏置电流。本实验涉及集成电路运算放大器的内部组成单元，带有源负载的射极耦合差分式放大电路，利用二极管进行偏置的互补对称电路.正弦波信号经集成运放放大后，放大A倍，毫伏表测出其电压最大值并与正弦波产生的信号最大值比较，若他们满足A倍的关系，则能测试出此集成运放能正常工作，否则不能 关键词：偏置电流；恒流源；毫伏表电路；反馈。
目录 第1章绪论 (4) 1.1集成运算放大器的应用意义 (4) 1.2课程技术要求 (4) 第2章总体设计方案框图及其方案论证 (5) 2.1方案论证 (5) 2.2 总体设计方案及分析 (5) 第3章单元电路设计 (7) 3.1正弦波产生电路 (7) 3.2 集成电路放大器 (8) 3.3直流稳压电源 (8) 第4章集成运算放大器简易测试仪整体电路设计 (10) 4.1 整体电路及原理 (10) 4.2电路参数设计 (10) 第5章设计总结 (12) 参考文献 (13) 附录1原理图 (14) 附录2元件表 (14)
南昌大学实验报告 学生姓名： 学 号: 专业班级： 实验类型： □ 验证 □ 综合设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 实验十一 基于multisim 的仪器放大器设计 实验目的 1.掌握仪器放大器的设计方法； 2.理解仪器放大器对共模信号的抑制能力； 3.掌握仪器放大器的调试方法； 4.掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器、信号发生器等虚拟仪器的使用； 实验原理 仪表放大器电路的典型结构如右图所 示。它主要由两级差分放大器电路构成。 其中，运放A1，A2为同相差分输入方式， 同相输入可以大幅度提高电路的输入阻 抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差 分输入可以使电路只对差模信号放大，而 对共模输入信号只起跟随作用，使得送到 后级的差模信号与共模信号的幅值之比 (即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以 运放A3为核心部件组成的差分放大电路 中，在CMRR 要求不变情况下，可明显降 低对电阻R3和R4，Rf 和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg 阻值实现。 实验器材 741三片、电阻8只、万用表、示波器、函数信号发生器等 实验内容 1.采用运算放大器设计并构建一仪器放大器，指标如下： （1）.输入信号i u =2mv 时，要求输出电压信号o u =0.4V ，Vd A =200，f=1kHz; （2）要求输入阻抗Ω>M R i 1; （3）共模抑制比的测量； 2.用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器，按设计指标进行调试。 实验步骤 1.计算,由Vd A =vf A =-)/21(/4113R R R R f f +=200确定各电阻阻值(R=1f R 或2f R )； 2.按下图一和图二连接好电路图并设置各个元件的参数；
《模拟电路》课程设计报告运算放大器组成函数信号发生器 设计时间2008年1月
目录 一、设计任务与要求 (2) 二、方案设计 (3) 三、各部分电路设计 (4) 四、总原理图 (9) 五、安装与调试 (10) 六、电路的实验结果 (12) 七、实验心得 (14) 八、参考文献 (14)
一、设计任务与要求 1.1.设计目的 1．掌握电子系统的一般设计方法 2．掌握模拟IC器件的应用 3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力 4．掌握常用元器件的识别和测试 5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 1.2.设计任务 运算放大器设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器1.3.课程设计的要求及技术指标 1．设计、组装、调试函数发生器 2．输出波形：正弦波、方波、三角波； 3．频率范围：在10－10000Hz范围内可调； 4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U Ｐ－Ｐ ＝8V，正弦波U Ｐ－Ｐ >1V；
二、方案设计 2.1. 原理框图 2.2.函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。