运放电路实现高增益电压放大设计
电路一点通 2024-12-13
基于集成运放设计一传感器信号采集电路。传感器输出信号为交流形式,峰峰值在100mV以内,频率为1000Hz以内,模数转换器允许输入电压在0~3V,要求设计传感器与模数转换器之间的信号采集电路,实现传感器输出信号与ADC范围的匹配(峰峰值在100mV与0~3V的线性映射)。模数转换器的输入电阻为1K,可使用1K电阻作为信号采集电路负载。

实具体要求如下:

(1)确定电路形式,说明电路输入输出的关系式。(2)确定电路中运放的型号,说明能够满足电路带宽要求的依据。(3)利用Altium Designer或Multisim绘制原理图,并进行仿真。
(4)选做:进行实际电路制作。


2. 实验结果(1)在下方列出所设计电路的原理图
图1 所设计电路的原理图


  1. 结合所设计的电路图说明该电路的工作原理。
工作原理:该电路由电压抬升电路和同相比例放大电路两部分构成。


输入信号v2 -50~50mv经过电压电路抬升后Ui为0~100mvUi进入同相比例放大电路放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui因为Ui为0~100mv放大30倍后为0~3v输入adc芯片。

(3)说明集成运放的选型依据,参考集成运放数据手册,给出相关指标,说明能够满足带宽要求的依据。

功放选择:AD827参数及优点:高速
单位增益稳定工作带宽:50 MHz
压摆率:300 V/µs
建立时间:120 ns
驱动无限大容性负载


出色的视频性能
差分增益误差:0.04% (4.4 MHz)
差分相位误差:0.19° (4.4 MHz)良好的直流性能
输入失调电压:最大2 mV
输入失调电压漂移:15 mV/°C
依据EIA-481A标准提供卷带和卷盘形式低功耗
内部两个放大器的总电源电流仅10 mA(±5 V至±15 V电源)单位增益带宽为50mhz,满足带宽要求。


(4)对电路输入输出关系进行仿真,给出与理论表达式的对比结果,并进行结果分析。理论计算:输入vpp100mv,峰值vpk=50mv有效值vrms=vpk/√2=35.36mv即Ui=35.36mv,同相比例放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui后Uo=70.72*15=1.06v。仿真结果Ui=0.035v,Uo=1.052与理论值基本一致。


Ui经抬升后峰峰值为0~100mv,经同相比例放大30倍后峰峰值为0~3v,符合题目所给模数转换器允许输入电压在0~3V的要求。

(5)给出当输入信号幅度为50mV,频率为1000Hz时的输出波形,并在图中标注输出波形的峰峰值、最大值和最小值,与输入波形进行对比,进行结果分析。
(抬升电路波形)图2 输出信号波形图(放大电路)
三、实验思考题1、电压放大电路的带宽主要取决于集成运放的哪个参数?答:主要取决于集成运放的带宽增益。
2、是否存在开环增益不受信号频率影响的集成运放?如果存在请说明该运放的类型。答:不存在开环增益不受信号频率影响的集成运放。

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原文链接:https://blog.csdn.net/qq_56902089/article/details/122513984


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