低噪声前置放大器的设计毕业设计(30页).doc

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1、-低噪声前置放大器的设计毕业设计-第 13 页学号：200607168 毕业论文（设计）题目名称： 低噪声前置放大器的设计 题目类型： 毕业设计 学生姓名： 徐 伟 院 （系）： 物理科学与技术学院 专业班级： 应用物理学10602班 指导教师： 李 林 辅导教师： 李 林 时 间： 2010年1月 至 2010年6月 目 录毕业设计(论文)任务书毕业设计（论文）开题报告毕业论文(设计)指导教师评审意见毕业论文(设计)评阅教师评语毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定中文摘要英文摘要1 前言11.1 课题意义11.2 低噪声前置放大器的发展现状及趋势22 低噪声前置放大器的设计32.1差分电路，场

2、效应管和三极管简介62.2第一级放大电路的设计72.3第二级放大电路设计103 仿真结果及分析153.1第一级放大电路仿真结果及分析153.2第二级放大电路仿真结果及分析164结束语16参考文献17致谢19长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系） 物理学院 专业 应用物理学 班级 10602 学生姓名 徐伟 指导教师/职称 李林/副教授 1. 毕业论文(设计)题目：低噪声前置放大器的设计2. 毕业论文(设计)起止时间：2010 年1月5日2010 年6月15 日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1Henry W.Ott著.电子系统中噪声的抑制与衰减技术M.第2版.王培清，

3、李迪译.北京:电子工业出版社.2张达.增益从 1 到 1000 倍可变的高精度低噪声放大器J.电子报,2004-06 (A08).3郭玉,鲁永康,陈波.分立元件设计的低噪声前置放大器实用电路J.电子器件,2005-12,28(4).4樊锡德.具有强抗干扰和低噪声的前置放大器J.仪器仪表.1997,(5):8-10.5江月松.光电技术与实验M.北京:北京理工大学出版社,2000:289-290.6Robert F.Pierret.半导体器件基础M.北京:电子工业出版社,2004,第一版.7W.O.Henry.电子系统噪声抑制技术M.北京:人民铁道出版社,1997. 8李永平,董欣主编,蒋宏宇编著

4、.PSpice 电路设计实用教程M.北京:国防工业出版社,2004,第一版:3-5.9康光华.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社,2006,第五版.10Behzad Razavi.模拟 CMOS 集成电路设计M.西安:西安交通大学出版社,2003.11A.D.埃文斯.场效应晶体管电路设计M.北京:人民邮电出版社,1988,第一版.12汪建民.PSpice 电路设计与应用M.北京:国防工业出版社,2007,第一版.4毕业论文(设计)应完成的主要内容查阅文献15篇以上，了解低噪声放大电路的发展动态。完成开题报告和外文资料翻译。掌握电路中各种噪声产生的机理，噪声的计算方法。掌握低噪声前置放

5、大器的设计方法。设计完整放大电路，并给出仿真结果。5毕业论文(设计)的目标及具体要求 完成电路的完整设计，理论计算及仿真。包括元器件的选择、器件参数的计算、电路的供电电源的设计。在完整电路的基础上对设计电路进行仿真，要求在1MHZ带宽的基础上完成1000倍的信号放大，输入噪声在纳伏量级。6完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求 上机80小时任务书批准日期 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 长江大学毕业设计开题报告题 目 名 称 : 低噪声前置放大器的设计 院 （系） : 物理科学与技术学院 专 业

6、班 级 : 应用物理10602班 学 生 姓 名 : 徐 伟 指 导 教 师 : 李 林 辅 导 教 师 : 李 林 开题报告日期: 2010年4月22日 低噪声前置放大器的设计 学 生：徐伟 物理科学与技术学院 指导老师：李林 物理科学与技术学院一、题目来源生产实际二、研究的目的和意义前置放大器一般处于接收机的前端，主要用于对微弱信号的放大，如雷达天线从空中接受的微弱电磁信号，传感器从生物组织上获取的微弱生物电信号，在放大信号的同时抑制噪声的干扰，得到最大信噪比的放大信号。如果在接受系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在低噪声放大器的增益满足要求的情况下，就能够抑制后级电路的噪声，则整个系统

7、的噪声取决于放大器的噪声。所以前置放大器的设计对接收机是至关重要的，它的好坏将直接影响接收机的灵敏度。在实际应用中，特别是在工业测量领域。由于经常工作于比较恶劣的电磁干扰环境中。因此要求放大器必须具有噪声小，信噪比高的特点。本文通过设计的不同的低噪声前置放大器进行对比，分析，总结。旨在设计一款和合理的前置放大器并且为放大器的设计提供基本的思路。本课题对低噪声前置放大器进行了研究，为电路的设计提供案例和方法，具有较高的理论和实际意义。三、阅读的主要参考文献及资料名称1康华光.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社,2006,第五版.2李永平,董欣主编,蒋宏宇编著.Pspice电路设计实用教

8、程M.北京:国防工业出版社,2004,第一版:3853983郭玉,鲁永康,陈波.分立元件设计的低噪声前置放大器实用电路J.电子器件,2005-12,28(4).4千奕,苏弘,李小刚,李勇,董成富,彭宇,李素琴,马晓莉.一种快前置放大电路的设计J.核电子学与探测技术,2006,20（26）:8428445王海洋,张重继.低频低噪声高增益放大器的设计与研究J.白城师范学院学,2005,19(3):136李洹.几种低噪声前置放大电路及应用J.电路与系,1993,1:1921.7江月松.光电技术与实验M.北京:北京理工大学出版社,2000:289-290.8张永军.超低噪声前置放大器设计中的几个问题J

9、.石油仪器,1997,11(3):21229HenryW.Ott著.电子系统中噪声抑制与衰减技术J.第2版.王培清,李迪,译.北京:电子工业出版社,2003:183184.10席德勋.现代电子技术M.北京:高等教育出版社,1999,第一版:2829.11张义芳,冯健华.高频电子线路M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002,第二版:2324 7579.12王为东,傅佑麟.高频电子线路M.北京:电子工业出版社,2004,第一版:78,2131.13 A.D.埃文斯.场效应晶体管M.北京:人民邮电出版社,1988,第一版.14郑宏军,黎昕,杨少卿,王立军.几种典型运算放大放大器的应用技术M.电子技

10、术应用，1999(8):565815蔡锦福.运算放大器原理与运用M.北京:科学出版社,2005,第一版:2270.16郭培源,付扬.光电检测技术与应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2005,第一版:94106.17汪建民.PSpice电路设计与应用M.北京:国防工业出版社,2007,第一版.18Behzad Razavi.模拟CMOS集成电路设计M.西安:西安交通大学出版社,2003.19尹辉.基于场效应管的低噪声前置放大器的研究和设计J .石油仪器,2009.四、国内外研究现状和发展趋势 低噪声宽频带噪声放大器随着现在通讯频带总体上移，射频放大器将会是模拟的主流。由系统天线馈入的无线信号

11、，在处理之前必须进行放大。低噪声放大器就是其中非常重要的部件。随着光刻技术和器件工艺水平的不断提高，近十年来，硅工艺晶体管的工作频率已经能够达到数十GHz以上。另外，随着工艺水平的大幅提升，RF低噪声放大器在采用双极晶体管制作的基础上，还衍生了一种新形式，即用MOSFET制作低噪声放大器。以美国Sirenza微波器件公司的产品为例。其LNA产品包含10余个产品系列，各个产品系列采用不同的半导体工艺制作(SiGe、InGaP、GaAs、pHEMT等工艺)和不同的晶体管形式(BJT、HBT或FET)，但产品水平大致相当。而LSI公司日前推出PA8800前置放大器采用LSI第二代硅锗(Si-Ge)工

12、艺制造成，不仅可提供3.3Gbps的业界最高运行速度，而且其功耗比面向同一市场领域的前代产品降低了近30%。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。 前置放大器作为接受设备中重要的一环正朝高速度，甚低噪声，高灵敏度，宽频带方向发展。在比如东芝设计的一款低噪声放大器，采用共源共栅结构。这种放大器的品质因素是310-25W/Hz，这比其他公司报道的放大器噪声差不多小了两个数量级。美国宇航局的航天飞机上的通信接收机使用的是S波段低噪声放大器，它

13、的噪声系数低达2.4分贝(包括开关与双工)。还有很多很多这样的例子，这里就不再一一列举。此外在低噪声前置放大器设计过程中，选用低噪声的器件和芯片也成为一种趋势。随着集成电路技术设计的完善和器件制作工艺的不断革新，将会有越来越多的性能优越的前置放大器出现。五、主要研究内容、需重点研究的问题及解决思路本文以前置放大电路为核心内容，着重分析了差分放大电路的设计方法和改进方案，给出了设计电路实例及仿真结果。完成电路的完整设计，理论计算及仿真。包括元器件的选择、器件参数的计算、电路的供电电源的设计。在完整电路的基础上对设计电路进行仿真，最终实现了在1MHZ带宽的基础上完成1000倍的信号放大，输入噪声在

14、纳伏量级。在整个课题中，理论设计和计算，仿真。我们通过反复修改设计的电路和挑选理想的器件，最终达到了目的。 解决思路：( 1) 建立第一级差分放大电路模型，第一级放大电路使用分立元件，通过软件仿真，得到第一级的放大倍数和对噪声的抑制程度，利用软件调整电路的元件参数，同时合理选用低噪声器件，抑制噪声。 ( 2) 建立第二级放大电路模型，其中第二级放大电路采用集成运放。( 3) 对设计的电路图进行仿真和分析( 4) 最后完成组合电路的设计。六、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决方法1需要一台计算机完成编辑工作2需要一台计算机及其安装相应的仿真软件进行模拟分析，上机时数约50学时3能够进

15、入期刊数据库查阅相关文献七、工作的主要阶段、进度与时间安排1 1月8日2月28日 完成英文翻译、论文写作提纲； 2 3月22日4月15日 根据写作提纲查阅参考文献50篇左右并作好阅读笔记，提出设计方案； 3 4月15日4月20日 完成开题报告；4 4月25日5月20日 学习仿真软件，并且设计电路；5 5月21日6月3日 修改根据指导老师意见，完成修改论文并定稿；6 6月4日6月10日 完成毕业论文，并且将PPT制作好八、 指导教师审查意见指导教师： 年 月 日 长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名徐伟专业班级应物10602班毕业论文(设计)题目低噪声前置放大器的设计指导教师李林职

16、称 副教授评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名徐伟专业班级应物10602班毕业论文(设计)题目低噪声前置放大器的设计评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知

17、识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名徐伟专业班级应物10602班毕业论文(设计)题目低噪声前置放大器的设计答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长

18、(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)低噪声前置放大器的设计学 生：徐伟，物理科学与技术学院指导教师：李林，物理科学与技术学院摘要前置放大器一般处于接收机的前端，主要用于放大弱信号，如天线从空中接收到的微弱信号，地质探测中的瞬变电磁信号，传感器输出的弱信号等，同时降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以前置放大器的设计对整个接收机是至关重要的，它性能的好坏直接影响整机性能，尤其是接收机的灵敏度。本文在对差分放大电路和场效应管的性能进行详细分析和理解的基础上，设计了一款低噪声前置放大器。设计的主体电路部分由两级放大电路构成，第一级是利用

19、场效应管组成的差分放大电路，对输入信号进行处理，包括滤除噪声，放大信号，同时考虑对电路元件的保护措施。第二级是由三块集成芯片组成的仪表放大电路。通过两级放大，最终实现对弱信号的放大。在对电路进行详细分析、设计基础上，最终设计了一款低噪声前置放大器。该放大器在1MHz带宽范围内实现对弱信号的1000倍放大，同时抑制噪声，实现了设计要求。关键词差分放大电路；低噪声；运算放大器 The design of low noise preamplifierB.S Candidate: Xu Wei School of Physical Science and TechnologySupervisor:Li

20、 Lin School of Physical Science and TechnologyAbstract Pre-amplifier at receiver front-end general，mainly for weak signal amplification，such as the antenna from the air received signal，the geological exploration of transient electromagnetic signals，weak signals，etcsensor output while reducing noise，

21、 for system，the information needed to demodulate the data，so the design of preamplifier is crucial to the entire receiver，which directly affects the performance of machine performance，in particular the sensitivity of the receiverIn this paper，differential FET amplifier circuit，and the performance of

22、 detailed analysis and understanding based on the design of a low noise ，preamplifier.Design of the main amplifier circuit constituted in part by the two first being the use of FET differential amplifier composed of the input signal processing,including filtering noise，amplified signal，taking into a

23、ccount the protection of the circuit elementsThe second level is formed by the three integrated chip instrumentation amplifier. Amplified by two，and ultimately weak signal amplificationIn a detailed analysis of the circuit design based on the final design of a low noise preamplifier.1MHz bandwidth o

24、f the amplifier within the scope of the 1000 times of the weak signal amplification,while noise suppression of the design requirements Keywords Differential amplifier；low noise ；operational amplifier 低噪声前置放大器的设计1 前言1.1 课题意义低噪声前置放大器是信号检测，接收系统中一个非常重要的部分，常用于接受系统的前端。在放大有用信号的同时抑制噪声，提高系统灵敏度。如果在接受系统的前端连接低噪

25、声前置放大器，在放大器的增益满足系统的要求的情况下，那么整个接受系统的噪声取决于放大器的噪声。如果放大器的噪声系数降低，接受机的噪声系数也会减小，信噪比得到改善，系统的灵敏度得到提高。由此可见低噪声的前置放大器的性能制约着整个系统的性能，对于整个接受系统技术水平的提高，也起到决定性的作用。据Friis公式可知，系统的总噪声系数取决于第一级的噪声系数或者损耗，所以前置放大器的噪声系数对系统总的噪声系数影响最大。故要求前置放大器必须具有噪声小、增益稳定、抗干扰能力强的特点。随着微电子技术不断发展，在设计前置放大器电路的时候，选用低噪声的器件和芯片成为一种重要的趋势。1.2 低噪声前置放大器的发展现

26、状和趋势低噪声宽频带噪声放大器随着现在通讯频带总体上移，射频放大器将会是模拟的主流。由系统天线馈入的无线信号，在处理之前必须进行放大。低噪声放大器就是其中非常重要的部件。随着光刻技术和器件工艺水平的不断提高，近十年来，硅工艺晶体管的工作频率已经能够达到数十GHz以上。另外，随着工艺水平的大幅提升，RF低噪声放大器在采用双极晶体管制作的基础上，还衍生了一种新形式，即用MOSFET制作低噪声放大器。以美国Sirenza微波器件公司的产品为例。其LNA产品包含10余个产品系列，各个产品系列采用不同的半导体工艺制作(SiGe、InGaP、GaAs、pHEMT等工艺)和不同的晶体管形式(BJT、HBT或

27、FET)，但产品水平大致相当。而LSI公司日前推出PA8800 前置放大器采用LSI第二代硅锗(Si-Ge)工艺制造成，不仅提供3.3Gbps的业界最高运行速度，而且其功耗比面向同一市场领域的前代产品降低了近30%。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。前置放大器作为接受设备中重要的一环正朝高速度，甚低噪声，高灵敏度，宽频带方向发展。在比如东芝设计的一款低噪声放大器，采用共源共栅结构。这种放大器的品质因素是310-25W/Hz，这比其他

28、公司报道的放大器噪声差不多小了两个数量级。美国宇航局的航天飞机上的通信接收机使用的是S波段低噪声放大器，它的噪声系数低达2.4分贝（包括开关与双工）。还有很多很多这样的例子，这里就不再一一列举。此外在低噪声前置放大器设计过程中，选用低噪声的器件和芯片也成为一种趋势。随着集成电路技术设计的完善和器件制作工艺的不断革新，将会有越来越多的性能优越的前置放大器出现。2 低噪声前置放大器的设计2.1 差分电路，场效应管2.1.1 差分电路差模输入的一般概念：差模信号= 共模信号 差模电压增益 共模电压增益总输出电压根据差模信号，共模信号的表达式又有共模抑制比，反应抑制零漂能力的指标，其定义为放大电路对差

29、模信号的电压增益与对共模信号的电压之比的绝对值如图所示图1为差分放大电路双端输入，双端输出交流简图。当集电极两端空载时差模电压增益 (1)共模电压增益 (2)共模抑制比 (3)当集电极两端接入负载电阻R2时差模电压增益 (4) 共模电压增益 (5)共模抑制比 (6)单端输入情况基本一样，仅是差模电压增益是双端输入的一半在电路完全对称，双端输入，双端输出的情况下，图1所示的电路与单边电路的电压增益相等。所以该电路是用双倍的期间换取抑制共模信号的能力。 如图2所示为双端输入，单端输出交流简图。共模电压增益 (7)共模抑制比 (8)图1 差分电路 图2 差分电路单端输出2.1.2 场效应管场效应管是

30、一种利用电场效应的电压控制电流器件。根据结构不同，场效应管可以分为两大类：结型场效应管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)。每一类又可以分为N沟道和P沟道两种类型，每一种类型又可以分成增强型和耗尽型。N沟道JFET工作时，在栅极(g)与源极(s)间需加一负电压，使栅极，沟道间的PN结反偏，栅极电流几乎为零，场效应8管呈现高达以上的输入电阻。在漏极与源极加一正电压(0)，是N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流，大小受控制。图3所示为N沟道的JFET。图4为小信号的FET模型图3 场效应管符号图4 FET的小信号模型现在我们用FET的小信号模型来

31、分析图5所示的共源极放大电路。其中由于通常在几百千欧的数量级，一般负载电阻比小很多，所以近似认为开路。电压增益 (9) 输入电阻 (10) 输出电阻 (11) 图5 共源极放大电路2.2 第一级放大电路的设计通过前面的简介，我们对基本电路元件和电路构成有了基本了解。而本次的低噪声前置放大器将有两级电路构成，其中第一级就是差分放大电路。2.2.1 限幅电路 信号从电路的输入端输入，先通过一个聚丙烯电容。聚丙烯电容用于将从信号源中流出的直流信号和交流信号隔离开，既保证了后面的电路不被直流大信号烧坏，同时也防止直流信号影响后面电路的静态工作点。而4个二极管连接成保护电路，防止大信号进入后面的电路从而

32、烧毁电路。但如果加大信号的话，则二极管导通，相当于在电路上串联一个很小的电阻，使得电流直接从二极管流到地，大信号无法进入后继电路，从而保护芯片，以防止芯片烧毁。所以输入电压应控制在0.6V之内。图6 限幅电路2.2.2 差分电路 经过前面的电路滤除直流信号，限制了输入信号的幅度以后，最后的待放大信号进入差分电路。差分电路可以抑制零点漂移和共模信号，放大信号。差分放大电路由两个特性相同的结型场效应管构成对称电路，电路的参数也对称，即R2，R4都为32。两管的源极连接在一起，然后再接一个恒流源。电路采用场效应管MGF1402B组成。由于场效应管栅源之间处于绝缘或者反向偏置，所以输入电阻很高。又由于

33、场效应管是一种多数载流子控制器件，因此热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数小，制造工艺简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。本次设计所使用MGF1402B型，它在=10V，=0V时，V，45 ms.现在分两种情况计算：(1) (11) (12)把V，45 ms.代入上式 解得 V, 61mA(2) 同样把V，45 ms.代入上式 解得 V , 43mA由上面的计算可知，也就是说流经每个场效应管的电流是在43m与61mA之间，而前面提供的是12V的直流电源。场效应管的电压是6V，所以电源必须经过分压之后才能接到场效应管上。现在取43mA，则总电流为86mA，所以分压电阻现在用FET组成我

34、们第一级放大电路的共源电路7。共源电路有很多优点：输入电阻高输入电容小。而输出电阻主要由R3决定，。电压增益图7 共源电路2.2.3 三极管放大电路从差分放大电路输出的信号经过三极管2N5087再次进行放大，我们利用共射极放大电路进行第二次放大，最后通过共集电极放大电路将信号输出去。差分放大电信号相位与原信号相差一个，因此通过共射极放大电路将信号相位在翻转一个。经过两次倒相，此时的信号与原信号的相位就相同了，如图8所示。最后通过一个RC滤波器滤去直流。最后我们将前面设计的电路组合起来，就形成了图9。 图8 三极管放大电路图9 第一级放大电路2.3 第二级放大电路的设计2.3.1 运算放大器的简

35、介 通过第一级差分放大电路放大的信号进入第二级放大电路。第二级放大电路是由四块集成芯片组成的仪表放大器。仪表放大器由两个运放A1，A2按同相输入接法组成第一次放大电路，运放A3组成第二次放大电路。由电路理论知识可知，我们可以将运算放大器看作一个简化的具有端口特性的标准器件。一次可以用一个包含输入端口，输出端口和供电电源端口的电路模型来表示。如图10所示输入端口用输入电阻来模拟，输出端口用输出电阻和与它串联的受控电压源来模拟。电压的中间接点作为参考点位点，即0电位点。运算放大器整个放大电路引入了负反馈，在两个输入端形成了虚短和虚断。理想的仪表放大器脂肪大两输入信号的差值，因而两输入端之间及每个输

36、入端对地之间均有极高的阻抗。由于开环电压增益的值较高，至少为，通常可达甚至更高。两输入端之间的输入电阻较大，通常为或者更高。与此相反，输出电阻的值较小，通常为100或者更低。，三个参数的值是由运放内部电路所确定的。电路模型中的输出电压，不可能超越正、负电源电压值，换言之，和是的正负饱和极限值。实际运放的输出电压的变化范围，我往往是低于而又高于的值，只有在理想情况下，的饱和范围才有可能扩展到正、负饱和极限值。根据上述情况，可以用下列公式来描述： 设，若，则= ， = (14)， = (15)图10 运放模型2.3.2 仪表放大器简介仪表放大器是一种闭环、差分输入的增益单元，用来精确地放大输入信号

37、电压。理想的仪表放大器只放大两输入信号的差值，因而两输入端之间及每个输入端对地之间均有极高的阻抗。放大器的输出对地呈单端状态，且精确等于放大器增益乘两电阻电压差。理想的仪表放大器应具有无限大的输入阻抗且输出阻抗等于零，增益已知可在外部设定，没有非线性问题，带宽无限宽，完全共模抑制，无直流漂移。鉴于上述性能，仪表放大器往往用来精确放大加载于高共模电压上的小差分信号，这样，仪表放大器可以作为各类传感器的传感放大器应用，例如应变桥、有载电池、热敏电路网络、热电偶、分流器、生物探针及气压计等的传感放大器。另外，仪表放大器还可以用作记录器的前置放大器、多路缓冲器、电流传感器、伺服误差放大器，以及过程控制

38、和数据获取系统中的信号调节器。仪表放大器原理：如图11所示，该放大器由运放A1，A2组成第一级差分电路，A3组成第二级差分电路。在第一级电路中，V1，V2分别加到A1和A2的同相段，R1和两个R2组成的反馈网络，引入深度的电压负反馈，两运放A1和A2的输入端形成虚短，虚断，因而有 (16) (17) (18) (19) (20)该放大器第一级是具有深度电压串联负反馈的电路，所以它的输入电阻很高。A1，A2选用相同特性的运放，则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等，在通过A3组成的差分电路，可以互相抵消，故它有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压，同时该电路有较高的差模电压增益。但为了进一部提

39、高电路性能，应严格挑选几个外接电阻R1，R2，R3和R4。R1，R2，R3，R4的电阻大小和精度对仪表放大器的放大倍数和精度有决定性的影响。图11 仪表放大器原理图2.3.3 电路的初步设计在整个后级放大电路中，选用OP275G作为第一级的运算放大器，AD847JN作为第二级的运算放大器。在集成芯片OP275G中，由两个运放构成，使用共同的电源引脚，接地引脚，可以作为仪表放大器的第一级，作为图(11)中的在OP275G的两个输出端OUTA(1脚)和OUTB(7脚)后接AD847JN。在集成芯片AD847JN中，只有一个运放，作为仪表放大器的第二级，作为图11中的A3。按照设计要求，后级放大电路

40、应该在1MHz的工作带宽下放大信号20倍。OP275G的增益带宽积是9MHz，作为仪表放大器的第一级，AD847JN的增益带宽积是12.7MHz，作为仪表放大器的第二级。既要保证工作带宽，又要考虑级联放大任务，所以在OP275G这一级放大2倍到4倍，在AD847JN这一级放大5倍到10倍，以此保证级联放大倍数，组成电路如图11。根据公式有 (21) 现在要求，并且第一级电路是单端输出，则应使等于前级差分放大后的信号，而0V。在电路中让A2的同向输入端接地。所以根据公式有 (22)于是 (23)由上式可知，电阻取值必须满足上式，所以有 R1=6.67K R2=10K R3=2K R4=10K设两块OP-275/AD的输出分别为和，AD847J/AD的输出为，而输入信号为，则有 (24) (25)