利用高增益运放实现测量放大器的设计和提高性能指标

利用高增益运放实现测量放大器的设计和提高性能指标

1 方案设计

从整体系统框图可以分析，系统对输入信号的放大倍数为：

其中，Ac是前级放大器的放大倍数，ADAC是衰减器的衰减率。

1．1 前级放大器

由此，改变Rw获得3个控制等级的前级电压放大倍数，分别对1～10 V，0．1～1 V以及小于O．1 V的3个不同电压段的信号进行控制，通过继电器切换的方式实现不同的放大倍数，如表1所示。

1．2 单片机与衰减器部分

单片机部分实现总体控制与显示，由51单片机和8279键盘显示芯片主体构成。置数可由0～9数字键和加、减、预置数等控制键实现。任一输入信号在前级放大的基础上再经后级程控衰减器乘上10倍以后获得最终的电压放大倍数。单片机与衰减器原理图如图3所示。

在单片机的算法控制下进行前级放大器放大倍数的适当选取，使得继电器动作的原则为：选择最小的前级放大倍数和相适应的最小的后级衰减率，使得由前级放大器的衰减器引起的误差尽量小。

可变增益的衰减器AD7533也由单片机控制，输入不同的10位数字量就获得不同的输出输入电压比。调整相应的衰减率就得到相应的放大倍数。10位的AD7533，数字量每改变1位，衰减就会变动1／1 024，实现步距为1的1 000倍电压放大倍数。譬如当要得到205的电压放大倍数时，只要给AD7533置数OCDH（205D），同时选择前级放大倍数为102．4，这样就得到：102．4×10×205／1 024=205的放大倍数；当要得到60的电压放大倍数时，只要作600／1 024的衰减，同时选择前级放大倍数为10．24，这样就得到：10．24×10×600／1 024=60的放大倍数；当要得到6的电压放大倍数时，只要作600／1 024的衰减，同时选择前级放大倍数为1．024，这样就得到：1．024×10×600／1 024=6的放大倍数。

根据以上思路，对实际制作的测量放大器进行了放大倍数的测试。输入相应的直流信号，结果如表2所示。

3 结 语

从测试结果可以分析看出，该测量放大器差模电压放大倍数大，可以对放大倍数预置，并实现显示，直观方便。可在10 V范围内高精度满足小信号测量的要求。可以根据预置的电压放大倍数合理分配第一级、第二级的放大量，实现了步进为1的1～1 000的放大倍数预置功能，同时采用多种改进措施提高了放大器的共模抑制比。