信号放大电路测试电路
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。
测试放大电路的幅频特性
测试放大电路的幅频特性
课程名称：测试放大电路的幅频特性
实验目的：掌握放大电路幅频特性的测量方法,总结和验证放大器的放大倍数与信号频率的关系;
实验器材：单管共射极放大电路板,模拟电路实验箱,万用表,交流毫伏表,信号源,示波器;实验地点：模拟电子技术实验室
实验步骤：电路如图
1、应用信号源、示波器和万用表,调节静态工作点至最大输出不失真;
2、应用交流毫伏表,调节信号频率、兼顾调节Us幅度,在Uo不失真前提下测量出Uom.
3、逐渐下调信号频率f至
Uo = ,测量出下限频率f
L
4、逐渐上调信号频率f至
Uo = ,测量出上限频率f
H
5、计算出通频带宽度f
BW = f
H
-f
L
6、画出所测单管共射极放大器的幅频特性曲线
实验总结：分析总结出放大器放大倍数与信号频率的关系,以及通频带的意义;。
单级放大电路的调试与测量
放大电路能够正常工作的频率范围， 通常用下限截止频率和上限截止频率
来表示。
输入电阻和输出电阻
输入电阻表示放大电路对输入信号的 阻碍程度，输出电阻表示放大电路对 输出信号的阻碍程度。
失真
放大电路输出信号与输入信号失真的 程度，包括线性失真和非线性失真。
03
单级放大电路的调试
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
单级放大电路广泛应用于通信、 音频处理、传感器信号采集、自 动控制系统等领域。
02
单级放大电路的基本原理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
放大电路的基本概念
放大电路是一种电子电路，通过改变 输入信号的幅度和相位，输出一个与 输入信号成比例的信号。
放大电路广泛应用于信号处理、通信 、音频、视频等领域，用于增强微弱 信号或驱动负载。
常见问题的解决方法
放大倍数不足
检查元件参数是否正确，特别是电阻和电容的值是否符 合设计要求。
稳定性问题
通过增加适当的补偿电容或调整元件参数，提高放大电 路的稳定性。
ABCD
噪声和失真
检查电路中是否存在干扰源，如电源纹波、电磁干扰等 。同时，调整元件参数以改善性能。
温漂问题
在放大电路中增加温度补偿元件，减小温度对放大性能 的影响。
在输入端加入测试信号，并测量放大 电路的输入电压和电流，根据欧姆定 律计算输入电阻。
输出电阻的测量
在输出端开路的情况下，测量放大电 路的输出电压和电流，根据欧姆定律 计算输出电阻。
通频带和失真度的测量
通频带的测量
使用扫频信号源，在放大电路的输入端加入不同频率的信号，观察输出信号的 变化，确定通频带的范围。
实验二 信号放大电路实验（测控电路实验指导书）
实验二 信号放大电路实验一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能；2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理 集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。
理想运算放大器的特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。
表2-1失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压O U 与输入电压之间满足关系式：)U U (U ud O -+-A = ，而O U 为有限值，因此，0U U ≈--+，即-+≈U U ，称为“虚短”。
（2）由于∞=i r ，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
1、基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图2-1所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO U R R U -=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻F 12R //R R =图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器电路如图2-2所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U += ，其中F 12R //R R =。
当∞→1R 时，i O U U =，即得到如图2-3所示的电压跟随器。
3）电压跟随器电路如图2-3所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i O U U =，图中F 1R R =，用以减少漂移和起保护作用。
运算放大器电压、电流检测电路分析
运算放大器电压、电流信号检测电路分析作者：linxiyiran 日期：09.09.13/ARM-A VR嵌入式开发论坛1、运放实现电流检测：原理：将电流信号转化为电压信号，然后送ADC处理。
很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。
如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。
由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。
故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b由虚短知： Vx = Vy ……c电流从0~20mA变化，则V1 = V2 + (0.4~2) ……d由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout = -(0.88~4.4)V，即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。
2、运放实现电压检测：原理：电压信号转化为电流信息，此处的运放没有比较器的功能。
电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。
图十就是这样一个电路。
上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。
只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！由虚断知，运放输入端没有电流流过，则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b由虚短知 V1 = V2 ……c如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得V3-V4=Vi上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。
微弱电流信号的检测和放大电路.doc
电压放大器结构合理，准确得实现了电压放大功能。
经I/V转换器后电压（通道B），经一级差分式放大电路后输出电压（通道C）,经二级差分式放大电路后输出电压(通道D)波形对比如图9所示：
图9运算放大电路输入输出电压波形对比
3.
本设计采用开关式相敏检波电路。相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。其结构如图10所示。
要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。
三、设计时间及进度安排
设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表：
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据指导意见，修改具体设计；仿真实现设计要求，指导、检查完成情况。
15.06.23-15.06.26
第二周
设计、仿真，撰写、完成专业模块设计报告,验收、考核
15.06.29-15.07.03
四、指导教师评语及成绩评定
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
第一章课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
经过相敏检波输出电压为4.327V，输入输出电压如图13所示。
图
经过相敏检波电路的波形如图14所示：
图14相敏检波电路输出波形
4.
为了给相敏检波电路提供同频方波信号，实现检波功能。其结构如图15所示。
图
其同向端接地，反向端接入高频正弦来自压信号（1KHZ），输出端为方波信号。当反向端正弦电压小于0时，输出高电平；当反向端输入的正弦电压大于0时，输出低电平。所以输入正弦波输出为反向的正弦波。输入信号和输出信号对比如图16所示。
微弱光信号的光电探测放大电路的设计
微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。
但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。
本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。
1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。
(1)光伏模式，如图1 (a)。
此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。
本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。
(2)光导模式，如图1(b)。
这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。
当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。
可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。
这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。
从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。
经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。
在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。
小信号放大和检波电路-概述说明以及解释
小信号放大和检波电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下编写：在电子工程学中，小信号放大和检波电路是两个非常重要的电路技术。
小信号放大电路被广泛应用于电子设备中，用于放大微弱的信号，使其能够被后续的电路部分处理。
而检波电路则用于将信号转换为可测量或可用于其他用途的形式。
小信号放大电路的作用在于将微弱的信号放大到可以进行后续处理的程度。
对于一些微弱的输入信号，如传感器输出、天线接收到的无线信号等，需要经过放大才能提供足够的幅度和信噪比。
小信号放大电路的基本原理是通过扩大信号的振幅，同时保持信号的形状不发生失真。
常见的小信号放大电路类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
检波电路则用于将信号转换为可以进行测量或其他用途的形式。
在无线通信系统中，检波电路常用于将调制信号解调出来，恢复原始的基带信息。
在音频领域，检波电路常用于音频信号的放大、录制和播放等。
检波电路的基本原理是通过对输入信号进行非线性操作，将其转换为包络信号或直流成分。
常见的检波电路类型包括整流器、解调器和鉴频器等。
小信号放大和检波电路在各个领域都有广泛的应用。
在通信技术中，小信号放大电路在无线传输、射频电路和调制解调等方面起着重要作用。
检波电路则在无线通信、音频处理和数据采集等领域具有重要应用。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，对小信号放大和检波电路的研究和应用也将不断深入，为各个领域的发展提供强有力的支持。
文章结构部分的内容应该包含有关整篇文章的结构和内容安排的说明。
可以参考以下内容撰写文章1.2的内容：1.2 文章结构本文主要讨论小信号放大和检波电路的原理、类型及其应用前景。
为了使读者更好地理解文章内容，本文按照以下结构组织：引言部分将首先对文章的主题进行概述，介绍小信号放大和检波电路的基本概念和作用。
然后，详细阐述本文的目的和意义，以引起读者的兴趣和阅读动力。
正文部分分为两个主要部分：小信号放大电路和检波电路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、基本差动放大电路
R2
uo
uo1
uo2
R2 R1
ui1
1
R2 R1
R4 R3 R4
ui2
ui1
R1
∞ -
取R2/R1=R4/R3
+
ui2
+N
R3
uo
uo
R2 R1
(ui2
ui1 )
R4
具有共模抑制能力。
2.信号放大电路
2.2 高共模抑制比放大电路
一、基本差动放大电路
实际上不可能完全做到R2/R1=R4/R3
以分贝表示为KCMR＝20lg（AVD/AVC）
理想运放KCMR无穷大，实际KCMR为有限值 设计高精度放大器时应选用高KCMR的运
放
2. 信号放大电路
2.1 测量放大电路的主要误差源
减小漂移影响的主要措施
（1）采用低漂移放大电路；
（2）合理设计偏置电路； （R3= R1 // R2 ）
（3）采用信号调制解调。
∞
ui1
+
+ uo1
R3
R5
- N1
R1
R7
IR
∞ -
R0
RP
+
+ N3
uo
∞ -
R2
R8
R6
+
ui2
+ N2
uo2 R4
电路特点： 1. 输入阻抗高； 2. 增益调整方便； 3. 对于理想运放，共模
抑制比趋向无限大。
IR
uo2 ui2 R2
ui1 uo1 R1
ui2 ui1 R0
uo1
(1
ui1
+ +
- N1
uo1 R1
R4
R3
∞
-
R5
+
+ N3
uo
∞ -
R2
R3 R4
ui2
+
+ N2
uo2
2.信号放大电路
2.2 高共模抑制比放大电路
四、带有源屏蔽的共模抑制比放大电路
当传感器与测量放大电路间有一定距离时，常用屏 蔽电缆连接，屏蔽层一般接地。电缆输入芯线与其屏蔽
可以通过调零电路消除。 一般说来，运算放大器的偏置电流越大
，其输入失调电流也越大。
测控电路
9
转换速率SR,最大不失真频率fmax
转换速率SR表示输出电压能够跟踪输入电压的能力
SR u t
当输出为正弦波 u Um sin t
为使输出信号不失真
fmax
SR
2U m
测控电路
10
运放的闭环放大倍数
c.同相放大器的变形形式 （2）同相放大器的极端形式——射极跟随器
平衡输入偏置电流
d.同相放大器的设计
1)选择一种同相放大器的结构； 2)为同相放大器选择元器件;
集成运算放大器 电阻、电容
2.2.2 反相放大器
a.基本设计公式
Av R2 R1
ri R1
2.2.2 反相放大器
b.特点
（1）低输入阻抗，稳定性好 （2）无共模信号，共模误差小
电路与同相放大电路的组合
R2
uo1
R2 R1
u i1
ui1
R1
∞ -
+
ui2
+N
R3
ui2作用时电路的输出uo2
uo
uo2
1
R2 R1
R4 R3 R4
ui2
R4
uo
uo1
uo2
R2 R1
ui1
1
R2 R1
R4 R3 R4
ui2
测控电路
2020/4/6 32
2.信号放大电路
2.2 高共模抑制比放大电路
R1 R0
)ui1
R1 R0
ui2
uo2
(1
R2 R0
)ui2
R2 R0
ui1
uo2
uo1
(1
R1 R2 R0
)(ui2
ui1 )
Kd
uo2 ui2
uo1 ui1
1
R1 R2 R0
2.信号放大电路
2.2 高共模抑制比放大电路
四、带有源屏蔽的共模抑制比放大电路
∞
在信号传输中常采用屏蔽电缆
+N
2.1 运算放大器件的主要误差源（实际特性）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
参数名称 差模增益 共模增益 输入阻抗 输出阻抗 带宽 动态范围 输入失调电压 输入失调电流 噪声
理想值 ∞ 0 ∞ 0
0～∞ 0～供电电压
0 0 0
实际值 90～100dB以上
0dB以上 100kΩ～数兆欧
10Ω～数百欧 0～10Hz（或0～10kHz）
一、基本放大电路
反相放大电路 R2
∞
ui
R1
+
+N
同相放大电路
R3 ui
uo R1
R3
Kf
R2 R1
∞
+
+ -N
uo
R2
Kf
1 R2 R1
理想运算放大器的条件
开环电压放大倍数AVD→∞（虚短）
差模输入电阻RID →∞（虚断）
开环输出电阻RO →0
共模抑制比KCMRR →∞
+
-
2.2.1 同相放大器
测控电路
7
输入失调电压U0S
概念
集成运算放大器输出直流电压为零时，所加 的补偿电压，mV级参数（双极型：1－ 10mv；场效应管型：大一些）
多在前置放大器中产生误差，可消除。
设计时注意选用低U0S的运放和设计相应 调零电路。
测控电路
8
输入失调电流I0S
概念
当运算放大器输出直流电压为零时，两输入 端偏置电流的差值，即I0S＝IIB1－IIB2
测控电路
2. 信号放大电路
测量放大电路的主要误差源 高共模抑制比放大电路 低漂移放大电路 高输入阻抗放大电路 电桥放大电路
测控电路
2020/4/6 3
2. 信号放大电路
电荷放大电路 增益可控放大电路 隔离放大电路
测控电路
2020/4/6 4
2. 信号放大电路
∞
-
+
2.1 运算放大器的误差及其补偿
R2
∞
ui
-
R1
+ +N
uo
R3
2. 信号放大电路
2.2 高共模抑制比放大电路
在许多情况下需要测量的参数是差值 形状误差、位置误差、差压、温差 有许多参数表面上看不是差值，实际还是差值
在多数情况下外界干扰主要是共模干扰 在集成电路制造中，比较容易保证的是参数的一致
性
2. 信号放大电路
2.3 典型测量放大电路
2. 信号放大电路
信号放大电路是为了将微弱的传感器信号放大到足以进行各 种转换处理或驱动指示器、记录器以及各种控制机构。
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电 压、电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路。
测控电路
2020/4/6
要求：
阻抗匹配 有一定的放大倍数和稳定的增益 低噪声 低输入失调电压和失调电流及低温漂 足够的带宽和转换速率 高共模输入范围和高共模抑制比 可调的闭环增益 线性度好，精度高
有限部分 纳伏至毫伏 皮安至微安 纳伏至微伏
测控电路
2020/4/6 5
2. 信号放大电路
2.1 测量放大电路的主要误差源
采用负反馈构成闭环放大器可以扩大带宽和 线性范围。
最主要的误差因素是噪声与失调漂移。 固定的失调可以通过调整来解决。
§2.1.2 集成运放的主要直流参数
1、输入失调电压Uos 2、输入失调电流I0S 3、转换速率SR,最大不失真频率fmax 4、闭环放大倍数Kf 5、共模抑制比KCMR
uo
uo1
uo2
R2 R1
ui1
1
R2 R1
R3
R4
R4
ui2
uic
1 2 (ui1
ui2 )
uid (ui2 ui1 )
ui1
u
i2
uic uic
1 2 uid 1 2 uid
uo
R3
R4
R4
R1 R2 R1
R2 R1
uic
1 2
R3
R4
R4
R1 R2 R1
R2 R1
2. 信号放大电路
2.1 测量放大电路的主要误差源
散弹噪声 流过二极管、三极管位垒层的载流子不是连续 的，而是脉冲性质的，电流的方均值或方均根 值不为零 Ish 2qIDCB
式中 q —— 电子电荷，为1.59×10-19C； IDC —— 直流电流(A)； B —— 测量系统的噪声带宽 (Hz)。
Kf
K
1 K
运放振荡产生的原因及消除方法
增加RC补偿网络
测控电路
11
2. 信号放大电路
2.1 测量放大电路的主要误差源
噪声 噪声就是干扰有用信号的某种不希望的扰动。通常， 把外部来的称为干扰，把内部产生的称为噪声。 热噪声 由导体中的电荷载流子的热激振动引起的噪声
Ut (t) 4kTRB
式中 k —— 玻耳兹曼常数，k =1.38×10-23J/K； T —— 导体的绝对温度（K）； B —— 测量系统的噪声带宽(Hz)； R —— 导体阻抗的实部(Ω)。
R1
2 1 R2R4 R1R3
增益与共模抑制比牵连
2.信号放大电路