电压抬升电路设计

一、实验目的

  1. 掌握集成运放电压放大电路设计基本方法。
  2. 掌握基本仪器使用方法(电源、信号发生器、示波器)。

二、实验内容及结果

  1. 实验内容
    基于集成运放设计一传感器信号采集电路。传感器输出信号在±50mV,频率为100Hz以内,模数转换器允许输入电压在0~5V,要求设计传感器与模数转换器之间的信号采集电路,实现传感器信号放大10倍,并适合模数转换器的输入。模数转换器的输入电阻为1KHz,设计电路时,可使用1KHz电阻作为信号采集电路负载,代替模数转换器。
    实验具体要求如下:
    (1)确定电路形式,说明电压转换的原理。
    (2)确定电路中运放的型号,简单说明能够满足信号带宽的依据。
    (3)确定电路其它元件参数。
    (4)利用Altium Designer绘制原理图。

2. 实验结果
(1)在下方列出所设计电路的原理图(Altium Designer完成,确定电路中所有器件的型号和参数)

在这里插入图片描述

图1 所设计电路的原理图(Altium Designer)

(2)结合所设计的电路图说明该电路的工作原理。(给出该电路输出电压与输入电压的表达式,说明输出是否满足设计要求) multisim仿真文件链接.

在这里插入图片描述

图2 所设计电路的原理图(Multisim)

由Multisim电路仿真得:
电路前半部分为电压抬升电路Vin1 = ±50mV,Vin2 = 50mV
抬升后的输入Ui = 0—100mV
后半部分为同相比例运算放大电路Uo = (1+Rf/R4) Ui = (1+9)Ui = 10Ui
所以最后输出Uo范围为0—1V

(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。
选择的集成运放为NE5532
理由:NE5532是高性能低噪声双运算放大器(双运放)集成电路。与很多标准运放相似,但它具有更好的噪声性能,优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽,其小信号带宽达到10MHz,功率带宽为140KHz,且具有电源电压范围大等特点。故NE5532运放能够满足带宽要求。

(4)当输入信号幅度为50mV,频率为100Hz时,分别给出电路输出信号和输入信号的波形,并指出输出信号的最大值、最小值和频率值。(用示波器波形截图,示波器屏幕中带有输出信号最大值、最小值和频率值的显示)
电路仿真如下图,可以看到电压抬升效果良好
在这里插入图片描述

图3 输出信号波形图

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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