武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
1 测量放大器的设计
1.1 基本要求
一、设计任务
设计并制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。参见图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。 二、要求 1)测量放大器
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 < 0.5％ ；
c. 在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，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 ；
f. 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）。 2)电源
设计并制作上述放大器所用的直流稳压电源。由单相220V交流电压供电。交流电压变化范围为＋10％～－15％。
3) 设计并制作一个信号变换放大器，参见图2。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。
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三、 发挥部分
（1）提高差模电压放大倍数至AVD＝1000，同时减小输出端噪声电压。
（2）在满足基本要求(1)中对输出端噪声电压和共模抑制比要求的条件下，将通频带展宽为0～100Hz以上。
（3）提高电路的共模抑制比。
（4）差模电压放大倍数AVD可预置并显示，预置范围1～1000，步距为1，同时应满足基本要求(1)中对共模抑制比和噪声电压的要求。 （5）其它（例如改善放大器性能的其它措施等）。 四、测试说明： 1 基本要求部分 1)测量放大器
a. 差模电压放大倍数的测量:通过改变R2的阻值产生差模输入电压信号。
b. 非线性误差的测量：在AVD=100的条件下，分别测量VI为± 25mV、± 50mV、± 75mV、± 100mV时的输出电压，求出非线性误差的最大值。 c. KCMR的测量：在AVD=500、VI＝0的条件下，分别测出VA＝＋15V、VB＝0和VA＝0、VB＝－15V时的共模电压放大倍数，取较大的一个计算KCMR。
d. 输出端噪声电压的测量：在R1＝R2＝R3＝R4、VI＝0的条件下，用示波器测量输出端噪声电压峰－峰值。 e. 通频带的测量：用信号变换放大器取代桥式测量电路，信号变换电路的输入信号由函数发生器或低频信号发生器给出。 f. 不测量电压放大器的输入阻抗，仅根据对电路的分析，判断它能否满足对输入阻抗的要求。 直流稳压电源的测量：
交流电压变化＋10％和－15％时，AVD和KCMR应保持不变。 2) 发挥部分：
第(3)、(4)项KCMR的测量：仍然在AVD=500的条件下,按前述方法进行。
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在第(5)项有特色分者，应对设计的特色加以明确、具体的说明。 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 < 0.5％ ；
c、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，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 ；
f、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）。
1.2 方案设计与论证
(1)方案一：
低噪声前置放大电路的设计，如图1。本电路结构简单，输入阻抗较高，放大倍数可调，但是共模抑制比较小。实测只达到104，所以我们放弃本方案。
低噪音前置放大电路最初方案（ 图1）
（2）方案二：如图2直接采用高精度OP放大器接成悬置电桥差动放大器：利用一个放大器将双端输入信号转变成单端输出，然后通过电阻与下一级反向比例放大器进行耦合，放大主要通过后一级的比例放大器获得，此电路的特点是简单，实现起来对结构工艺要求不高，但是其输入阻抗低，共模抑制比小。失调电压和失调电流等参数也受到放大器
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本身性能限制不易进一步提高，且无法抑制放大器本身的零漂及共模信号产生，虽然电路十分简单，元器件比较少，但仍将其舍弃。
图2
（3）如图三。该电路是由运放A1A2按同相输入法组成第一级差分放大电路.运放A3组成第二级差分放大电路.在第一级电路中,V1V2分别加到A1和A2的同相端,R1和两个R2组成的反馈网络,引入了负反馈,两运放A1,A2的输入端形成虚短和虚断,通过计算可以得到电路的电压增益.适当的选择电阻的阻值即可实现放大倍数的改变,并且可以将R1用一个适当值的电位器代替,通过调节电位器即可实现对放大倍数的控制.该电路的优点是,电路简单,原件较少,A1和A1两个放大器组成差分放大电路,可以有效地抑资共模信号,并且为双端输出,其共模放大倍数理论为0，因而可也大大的提高共模抑制比,并且由于输入信号V1和V2都是A1,A2的同相端输入,根据虚短和虚断,流入放大器的电流为0所以输入电阻Ri,并且要求两运放的性能完全相同,这样,线路除具有差摸,共模输入电阻大的特点外两运放的共模增益,失调及其漂移产生的误差也相互抵消,但由于本实验要求放大倍数可以调节,通过电位器调节放大倍数,电位器的阻值无法准确获得,因而放大数无法准确得到,因而,本方案不能完全满足实验要求,故舍弃本方案.
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图三
（4）如图四。此电路的优点在于输入电压接在两个运放的同相端，输入阻抗高，共模抑制比大，可满足要求。其中，直流信号的共模抑制比实测可达2.5×106，交流信号的共模抑制比可达 2×105。由电路的对称性可知共模信号被有效地抑制，而差模信号放大了10 倍，从而提高了共模抑制比。另外，温度在两个输入端引起的漂移是共模信号，对输出电压影响很小，无需另加补偿。
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