测量放大器得设计
测量微弱信号的放大电路设计要点与技巧
测量微弱信号的放大电路设计要点与技巧测量微弱信号是科研领域中常见的实验任务之一，而放大电路设计则是实现这一目标的关键。
在本文中，我将探讨一些测量微弱信号的放大电路设计要点和技巧，希望能为科研工作者提供有益的指导。
首先，了解信号的性质至关重要。
微弱信号通常在低频范围内，并且很容易受到环境干扰。
因此，在设计放大电路时，要考虑选择适当的频率带宽。
一般来说，带宽应该比信号频率的两倍高，这样能够有效地避免高频噪声的干扰。
其次，选择合适的放大器是成功设计放大电路的关键。
低噪声放大器是测量微弱信号的理想选择，因为它们能够增加信号的幅度同时减少噪声的干扰。
常见的低噪声放大器包括运算放大器和差动放大器。
运算放大器广泛应用于各种测量仪器中，而差动放大器则在抵抗共模噪声方面表现出色。
此外，合理设置放大器的增益也是非常重要的。
过高的增益可能会引入更多的噪声，因此需要在信号幅度和噪声干扰之间寻找一个平衡点。
经验表明，设置适当的增益可以确保信号得到放大，同时保持噪声干扰的最低程度。
在设计放大电路时，还需要注意地线的布局和连接。
地线是将电路与外界连接的重要通道，不良的地线布局可能导致干扰信号的引入。
因此，要确保地线布线短小粗直，尽量减少环路面积，以减少可能引入的噪声干扰。
此外，选择合适的滤波器也是测量微弱信号的成功关键之一。
滤波器能够消除信号中的杂散噪声，从而提高信噪比。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
不同的信号频率需要不同类型的滤波器，因此在设计放大电路时要仔细选择合适的滤波器。
最后，校准和调整放大电路也是设计过程中的关键环节。
由于不同的器件走线、元件容差等原因，放大电路可能存在一些偏差。
因此，需要通过校准和调整来保证放大电路的准确性和稳定性。
校准过程中需要使用特定的校准仪器和设备，例如示波器和信号发生器。
综上所述，设计测量微弱信号的放大电路需要特别关注信号性质、放大器选择、增益设置、地线布局、滤波器选择和校准调整等方面。
低频功率放大器实验报告
低频功率放大器实验报告一、实验目的本实验旨在通过设计和制作低频功率放大器，了解放大器的基本原理、特性和工作方式，掌握放大器电路的设计方法和调试技巧。
二、实验原理1. 放大器基本原理放大器是一种将输入信号增加到更高电平的电路。
它可以增加信号的幅度、功率或电压，使得信号能够被更远距离传输或被更多设备使用。
放大器通常由一个输入端、一个输出端和一个控制元件组成。
2. 低频功率放大器的特点低频功率放大器是指工作频率在几千赫兹以下，输出功率在几瓦以下的放大器。
它具有以下特点：（1）输入电阻高；（2）输出电阻低；（3）增益高；（4）线性好；（5）失真小。
3. 放大器电路设计方法（1）选择合适的管子：根据需要选择合适的管子，如双极晶体管或场效应管等。
（2）确定工作点：根据管子参数和负载要求确定工作点。
（3）设计偏置电路：根据所选管子类型和工作点需求设计偏置电路。
（4）确定放大器电路拓扑结构：根据需求选择合适的放大器电路拓扑结构。
（5）计算元件参数：根据所选拓扑结构和工作点计算元件参数。
（6）布局和布线：根据设计要求进行布局和布线。
三、实验步骤1. 放大器电路设计本次实验采用晶体管作为放大器管子，以共射极放大器为基础，设计低频功率放大器电路。
具体步骤如下：（1）选择晶体管型号；（2）根据晶体管参数和负载要求确定工作点；（3）设计偏置电路；（4）选择合适的耦合电容和旁路电容；（5）计算元件参数。
2. 低频功率放大器制作按照设计要求进行元件选配、布局和布线，制作低频功率放大器。
3. 低频功率放大器测试将信号源接入输入端，将示波器接入输出端，调节偏置电位器使得输出波形不失真。
测量并记录输入信号幅度、输出信号幅度、增益等数据，并对数据进行分析和比较。
四、实验结果与分析经过测试，本次实验制作的低频功率放大器实现了预期的功能。
在输入信号频率为1kHz、幅度为10mV的情况下，输出信号幅度为1.2V，增益为120倍。
在输入信号频率为10kHz、幅度为10mV的情况下，输出信号幅度为1.0V，增益为100倍。
放大电路设计与分析实验报告
放大电路设计与分析实验报告实验目的：1. 熟悉放大电路的设计和分析方法。
2. 掌握放大电路的参数计算和实验测量方法。
3. 理解各种放大电路的特点和应用场合。
实验原理：放大电路是电子电路的重要组成部分。
它可以将小信号放大到较大幅度，从而实现信号增强、波形整形、滤波等功能。
放大电路一般由一个放大器和其它元器件组成。
放大器的基本功能是将输入信号放大到一定程度，同时不改变其波形和频率。
按照输出信号的特点，放大电路可以分为音频放大电路、射频放大电路、功率放大电路等。
在放大电路中，放大器是核心部件。
一般来说，放大器的增益和频率响应是其最重要的特性。
增益是指输出电压和输入电压之比，通常用分贝(dB)表示。
频率响应是指输出信号的幅度和频率之间的关系。
在一定频率范围内，放大器的增益和频率响应应该保持稳定。
在放大电路设计中，需要注意以下几个方面：1. 输入阻抗和输出阻抗的匹配。
2. 偏置电路的设计，确保放大器的工作状态稳定。
3. 常用的放大电路拓扑结构，如共射放大电路、共基放大电路、共集放大电路等。
实验仪器：1. 双踪示波器。
2. 函数信号发生器。
3. 直流稳压电源。
4. 万用表。
5. 电阻箱、电容箱。
实验步骤：1. 搭建共射放大电路。
将三极管(NPN型)作为放大器核心部件，外加偏置电路和输入、输出电容等元器件。
其中，偏置电路应该满足三极管工作状态的要求，即基极电压为正，发射级和集电级处于正向偏置状态。
输入电容应该滤除输入信号中的直流分量，输出电容应该防止信号向下级传播时对下级线路产生影响。
将电路连接到直流稳压电源、函数信号发生器和示波器上，调整函数信号发生器的幅度和频率，记录电路的输入信号与输出信号的波形和幅度，计算电路的增益和频率响应曲线。
2. 搭建共基放大电路。
将三极管(PNP型)的基极接到地电平上，集电级接到负电源电平，发射级接到输入电源，外加输出电容和输入电容等元器件。
其中，输出电容应该防止信号向下级传播时对下级线路产生影响，输入电容应该滤除输入信号中的直流分量。
场效应管放大器实验报告
一、实验目的1. 了解场效应管的基本特性和工作原理。
2. 掌握场效应管放大器的设计与调试方法。
3. 学习测量场效应管放大器的各项性能参数。
二、实验原理场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种电压控制器件，具有输入阻抗高、动态范围大、热稳定性好、抗辐射能力强等优点。
根据结构，场效应管可分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。
1. 结型场效应管（JFET）：JFET是一种三端器件，包括源极（S）、漏极（D）和栅极（G）。
其工作原理是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流。
2. 绝缘栅型场效应管（IGFET）：IGFET是一种四端器件，包括源极（S）、漏极（D）、栅极（G）和衬底。
其工作原理是利用感应电荷的多少来控制导电沟道的宽窄，从而控制电流的大小。
场效应管放大器主要由输入级、中间级和输出级组成。
输入级主要起信号放大作用，中间级主要起信号传递作用，输出级主要起功率放大作用。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：包含电源、示波器、信号发生器等。
2. 场效应管：JFET、IGFET各一只。
3. 电阻、电容、电感等电子元件。
4. 接线板、导线等。
四、实验步骤1. 搭建场效应管放大电路，包括输入级、中间级和输出级。
2. 调整电路参数，使放大器处于正常工作状态。
3. 使用示波器观察放大器的输出波形，分析放大器的性能。
4. 测量放大器的各项性能参数，如增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗等。
五、实验结果与分析1. 放大器输出波形通过示波器观察，放大器输出波形基本符合预期，说明放大器能够正常工作。
2. 放大器性能参数（1）增益：通过测量输入信号和输出信号的幅度，计算得到放大器的增益为20dB。
（2）带宽：通过测量放大器的-3dB带宽，得到放大器的带宽为1MHz。
（3）输入阻抗：通过测量放大器输入端电压和电流，计算得到放大器的输入阻抗为1kΩ。
（4）输出阻抗：通过测量放大器输出端电压和电流，计算得到放大器的输出阻抗为50Ω。
心电图用放大器的设计注意事项
心电图用放大器的设计注意事项心电图是一种测量心脏电活动的重要工具，而放大器的设计对于心电图的准确性和可靠性起着至关重要的作用。
以下是心电图用放大器设计时需要注意的几个关键方面：1.噪声控制：心电图信号较小且容易受到噪声的干扰，因此放大器设计应具备良好的噪声控制能力。
首先，需要选择低噪声运算放大器作为信号放大的核心。
此外，还可采取隔离、滤波和屏蔽等措施来减少噪声的干扰。
2.带宽要求：心电图信号的带宽通常在0.05Hz至100Hz之间，因此放大器必须具备足够的带宽来传输这些信号。
通常情况下，放大器的带宽应大于信号最高频率的两倍。
3.阻抗匹配：放大器的输入和输出阻抗必须能够与心电图采集设备相匹配，以避免信号损失和阻抗不匹配引起的偏差。
一般来说，输入阻抗应大于10MΩ，输出阻抗应小于100Ω。
4.增益控制：放大器的增益应具备一定的可调节范围，以便根据实际需要选择适当的放大倍数。
增益过高可能导致信号饱和和失真，增益过低则会使信号变得难以辨识。
5.安全考虑：心电图放大器设计时必须注意电源和地线的绝缘，以防止电击等安全问题发生。
此外，在输入端和输出端都应添加适当的保护电路，以避免静电、电压过载和电流过大等问题。
6.线性度和准确性：心电图信号的准确性对于诊断和分析非常重要，因此放大器设计应具备良好的线性度和准确性。
线性度方面，放大器应具备宽动态范围和低非线性失真。
准确性方面，应尽可能减小系统误差，如偏移电压、漂移和失调。
7.低功耗：心电图放大器通常需要长时间连续工作，因此低功耗设计至关重要。
采用低功耗的运算放大器和设计合理的电源管理措施，可延长电池寿命、减少能源消耗，同时降低设备温升和噪声。
8.抗干扰能力：心电图信号容易受到外界的干扰，如电源噪声、高频干扰和交叉干扰等。
放大器设计时应添加合适的抗干扰电路，如滤波器、隔离器和屏蔽，以分离并抑制这些干扰源。
总之，心电图用放大器的设计需要充分考虑信号质量、噪声控制、带宽要求、阻抗匹配、增益控制、安全和可靠性等因素。
温度测量放大电路的设计
温度测量放大电路的设计概述：温度测量是工业生产、实验研究和日常生活中常见的一项任务。
温度测量放大电路是用来增强传感器输出信号的弱电流和电压的放大器电路。
本文将对温度测量放大电路的设计进行详细的介绍。
设计目标：设计一个温度测量放大电路，实现以下目标：1.准确测量温度，并将温度信号放大到合适的幅度。
2.提供稳定、可靠的放大功能，同时保持低噪声3.能够适应不同类型的温度传感器4.电路设计简单，成本低廉5.能够工作在较宽的温度范围内温度传感器：温度传感器是测量温度的核心设备。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻和半导体温度传感器。
本设计将以热敏电阻为例进行介绍。
电路设计：为了准确测量温度，我们需要将热敏电阻的变化转换为电压信号。
热敏电阻的电阻值随温度的变化而改变，这样可以通过将热敏电阻串联在一个已知电阻上，利用电阻分压原理将电阻值转换为电压信号，然后将该信号放大。
在这里，我们选择了运算放大器（Op Amp）作为放大电路的关键元件。
运算放大器具有高放大度、低噪声和稳定性好的特点，非常适合温度测量放大电路的设计。
具体的电路设计步骤如下：1.选择适当的运算放大器：根据设计要求选择适合的运算放大器。
常见的运算放大器有：LM741、LM358、TL071等。
选择时需要考虑输入和输出电压范围、增益带宽积、噪声等参数。
2.确定电源电压：根据运算放大器的工作电压范围确定电源电压。
一般地，运算放大器的电源电压为正负15V，也有一些运算放大器可以在单电源供电下工作。
3.设计电阻分压网络：根据热敏电阻的特性和测量范围选择合适的电阻值。
通过将热敏电阻串联在一个已知电阻上，利用电阻分压原理将电阻值转换为电压信号。
根据设计要求确定电阻值，并进行串联连接。
4.设计反馈电阻：为了放大电路中的信号，需要设计一个反馈电阻。
反馈电阻的值决定了放大倍数。
一般地，反馈电阻的值越大，放大倍数越高。
通过选择合适的反馈电阻可以实现所需要的放大倍数。
5.添加输入和输出保护：为了保护运算放大器和其他部件，可以添加输入和输出保护电路。
仪表放大器的原理
仪表放大器的原理
仪表放大器是一种电子放大器，它的作用是将输入信号放大到一定的程度并输出给仪表进行测量。
仪表放大器的原理基于放大器的工作原理和电路设计。
在仪表放大器的工作中，常见的放大器电路包括晶体管放大器、运算放大器等。
晶体管放大器是一种常用的放大器，它采用晶体管作为放大极，通过控制晶体管的工作状态，将输入信号放大到所需的程度。
运算放大器是一种高增益放大器，具有输入阻抗高、输出阻抗低、增益稳定等特点。
仪表放大器的电路设计是为了满足仪表的精确测量要求。
在设计中，需要考虑放大器的增益、带宽、输出电流、输入和输出阻抗等参数。
其中，增益是仪表放大器最重要的指标之一，它表示输出信号与输入信号之间的比例关系。
带宽是指放大器能够放大的频率范围，一般要根据仪表的测量范围选择合适的带宽。
输出电流是指放大器输出信号的电流大小，需要根据仪表的灵敏度来确定。
输入和输出阻抗是指放大器输入端和输出端的电阻大小，设计时需要考虑与仪表的匹配情况。
仪表放大器的工作原理可以简单描述为：输入信号进入放大器电路，经过放大电路的放大作用，输出信号被放大到一定程度后传输给仪表进行测量。
放大器的输入和输出信号之间存在一定的线性关系，可以通过调节放大器电路的参数来实现欲测量信号的放大和精确测量。
总之，仪表放大器是一种能够将输入信号放大并输出给仪表进
行测量的电子放大器。
它的原理基于放大器的工作原理和电路设计，通过控制放大器的参数来达到放大和精确测量信号的目的。
心电信号放大器设计
心电信号放大器设计一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下：1、输入阻抗≥10MΩ。
2、共模抑制比≥80dB。
3、电压放大倍数1000倍。
4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。
5、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。
二、设计方案分析1、心电信号的特点及检测人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。
心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。
一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。
在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。
对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。
目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。
标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
其具体联接方法如图。
LAⅠ导联Ⅱ导联Ⅲ导联图1 标准导联联线方法2、心电信号放大器设计要求及组成根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。
典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等电路。
图2 心电信号放大器组成框图三、 主要单元电路参考设计 1、 心电信号输入电极电极（导联）对心电信号放大器的质量影响很大，采用的电极应该具有贴附力强、透 气性好、吸汗、电极导电性能好、极化电压低的优质电极。
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测量放大器能够将微弱得电信号进行放大,在生活中应用也十分广泛,如在自动控制领域,往往需要用电压信号进行控制,也就必然离不开电压测量放大器,由于测量放大器应用十分广泛,因而现在已经有集成得测量放大器供使用了。
本次设计就就是围绕测量放大器展开得,测量放大器主要就是通过运用集成运放将所测量得信号进行不失真
得放大,并且不对所测量得电路产生影响,这就就是需要放大器有较高
得输入电阻与较高得共模抑制比。
一、实验目得
学习测量放大器得设计方法,掌握测量放大器得调试方法。
二、实验要求
在许多测试场合,传感器输出得信号往往很微弱,而且伴随有很大得共模电压(包括干扰电压),一般对这种信号需要采用测量放大器。
测量放大器就是一种高增益、直流耦合放大器,它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗与高共模抑制比等特点。
请设计一个测量放大器: 指标要求:
a、当输入信号峰峰值uip-p=1mV时,输出电压信号峰峰值
uop-p=1V。
b、输入阻抗:Ri>1MΩ
c、频带宽度: Δf(-3dB)=1Hz~1kHz
d、共模抑制比: CMRR > 70dB
三、实验内容
1、前端后端放大电路设计与论证
测量放大器部分
(1)低噪声前端放大电路得设计最初方案如图1。
本电路结构简单,输入阻抗较高,放大倍数可调,但就是共模抑制比较小。
实测只达到104,所以我们放弃本方案,选择了第二个方案,如图2。
此电路得优点在于输入电压接在两个运放得同相端,输入阻抗高,共模抑制比大,可满足要求。
其中,直流信号得共模抑制比实测可达2、5×106,交流信
号得共模抑制比可达 2×105。
由电路得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得漂移就是共模信号,对输出电压影响很小,无需另加补偿。
(2)程控增益放大部分:为了改变放大器得增益,一般有两条途径:
图2低噪声前置放大电路得设计
图1低噪声前置放大电路得设计
一就是改变反相端得输入电阻阻值,二就是改变负反馈电阻阻值。
最终我们选择在负反馈网络上添加滑动变阻器来改变负反馈电阻阻值,从而改变放大器得增益。
最终我们在考虑方案二得基础上,并结合一些集成运放器得选择,我们前端放大器我们采取如下方案:
该电路实现|50|得放大增益
同理集成运放得放大特性,
可推出后端放大电路,其实现|20|倍得放大增益
这样便可以实现20*50=1000得放大增益
2、 总体电路图
R2
100k¦¸
R3
100k¦¸
R4
10k¦¸
R5
10k¦¸
R6
100k¦¸
R7
91k¦¸
V1
0.5mVpk
100 Hz 0¡ã
15V
-15V
VEE
VCC
15V VCC
-15V
VEE
-15V
VEE
15V
VCC -15V
VEE
15V
VCC
R8
5.95k¦¸R9
5.95k¦¸
R10
4.3M¦¸R11
4.3M¦¸
R1210k¦¸
R13
10k¦
¸R15
30k¦¸
C1
10nF
C2
10nF
C3100nF
C4100nF
-15V
VEE
R1
50k¦
¸R16
10¦¸
Key=A 50%
U5A
TL084MJ 3
2
11
4
1
U4A
TL084MJ
3
2
11
4
1
U1A
TL084MJ 3
2
11
4
1
U3A
TL084MJ 3
2
11
4
1
U2A
TL084MJ 3
2
11
4
1
C51nF R14
100k¦¸
Key=A 50%
3、主要电路得参数计算
(1)、放大倍数1000倍;
第一级差模放大倍数Av1计算如下: V 02-V 01=(1+2R 2/R 1)(V i(+)-V i(-)) =(1+200/50)(V i(+)-V i(-))
=(1+200/50)(V i(+)-V i(-))
即差模增益Av1=5
第二级差模放大倍数Av2计算如下:
Av2=-R6/R4=-10
此级放大倍数Av2=-10
所以前端放大倍数Av=Av1×Av2=-50
同理可推出后端放大倍数
第三级差模放大倍数Av3计算如下:
Av3=1+R15/R12=4
第4级差模放大倍数Av4计算如下:
Av4=1+R14/R13=5;
其中R14调为40k
(2)、频带宽度:
第二级与第三级间加入二阶低通滤波器,根2*pi*fH=0、37/RC,其中fH=1kHz,可取值算出R、C
第三级与第四级加入二阶高通滤波器,对于二阶高通滤波器,
由于其参数很难设定,我们可以先固定C=100nF,然后根据一阶高通滤波器得通带截止频率公式w。
=1/RC,大概得出R得值,再在这个值得基础上,不断改变R得值,并观察波特图仪,当波特图仪得下限达到1Hz时,即达到设定要求,这部分很难操作,必须要有足够耐心,最后得出R=4、3M。
根据低通得Wp=0、37/RC,我们可以近似推出高通得频带公式为Wp=1/(0、37RC)、
(3)、共模抑制比
共模抑制比主要由前端放大电路(第一第二级)得设计来决定。
在实际测量中,我们可以分别测量直流与交流情况下得共模抑制比,方法:在输入两端先输入若干差模信号,记下差模放大倍数,再输
入若干共模信号,记下共模放大倍数,然后任取两值,即可算出共模抑制比。
在直流信号得共模抑制比实测可达2、5×106,交流信号得共模抑制比可达 2×105,从而达到了设计要求。
由电路得对称性可知共
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得漂移就是共模信号,对输出电压影响很小,无需另加补偿。
(4)、输入阻抗
输入阻抗并不需要实际去测量,实际运用中,我们都采用同相输入,有利于提高输入阻抗,再加之TL084具有高输入阻抗,因此输入阻抗趋于无穷,肯定满足设计要求。
四、放大器性能测试
放大器性能测试:
输入信号加入0、1mv,100Hz得交流电源,示波器置双通道观察测量放大器得输入输出波形。
对于测量放大器放大倍数得测量,读出示波器双通道显示得输入输出信号波形得峰峰值,求出实际电压放大倍数,然后与设置得电压放大倍数比较。
测量放大器得频率响应测试:
在放大器得输出端加入波特图仪,通过观察波特图得幅度图可以得出放大器得同频带。
仿真图如下:由图我们可以瞧出放大器得放大倍数近似为100倍,频带宽度近似为1Hz~1KHz、
五、实验心得
本系统为一放大倍数1000得测量放大器,该放大器有前、后端高共模抑制比放大器两大模块组成。
较好地完成了设计要求,该设计最大得创新在于后端放大电路得设计,经测试后共模抑制比很高,但部分电路仍有待提高,指标也仍需改进。