南昌大学实验报告

学生姓名：        学  号：              专业班级：  生医091                     实验类型：□验证  □综合 □ 设计 □ 创新   实验日期： 20110608 实验成绩：            

实验十一基于Multisim的仪器放大器设计

一  实验目的

1、掌握仪器放大器的设计方法；

2、理解仪器放大器对共模信号的抑制能力；

3、熟悉仪器放大器的调试方法；

4、掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器、毫伏表、信号发生器等虚拟仪器的使用。

二  实验原理

仪器放大器是用来放大差模信号的高精密度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。如下图1所示，其中，集成运放U3组成差值放大器集成运放U1、U2组成对称的同相放大器，且

R1=R2=R，R3=R5，R4=R6。此时，仪器放大器的差模电压增益Avf=-R4/R3(1+2R/RG)。

仪器放大器的共模抑制比主要取决于第一级集成运放U1、U2的对称性和各电路电阻的匹配精度。如果U1、U2对称，且各电阻值得匹配误差为+0.001%，则仪器放大器的共模抑制比可达到100dB以上。

由于采用了对称的同相放大器，因而仪器放大器两端具有相同的输入电阻，且其值可达到几百MΩ以上。

三  实验仪器与设备

Multisim虚拟仪器库中的函数发生器、毫伏表、示波器、集成运放、电阻等。

四  实验内容

1、采用运算放大器设计并构建一仪器放大器，具体指标为：

（1） 输入信号Ui=2mV时，要求输出电压信号Uo=0.4V，Avd=200，f=1KHz；

（2） 输入阻抗Ri>1MΩ。

2、用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器，按设计指标进行调试。

实验步骤：①计算,由Avd=Avf=-R4/R3(1+2R/RG)=200确定各电阻阻值；

②按图1连接好电路；

③打开仿真开关，调节函数发生器使万用表2的示数为2mV；

④调节示波器使输入输出波形都能很好显示；

⑤观察万用表1的示数。

3、测量所构建放大器的共模抑制比。

实验步骤：①按下图2连接好电路，重复上面步骤的③④⑤。

五  实验总结

1、设计好的仪器放大器仿真结果如下图3

Avd=Uo/Ui=397.82÷2=198.91

2、测量共模抑制比的仿真结果如下图4

Avc=Uo/Ui=6.066uv/2mv=0.003033

KCMR= | (Avd/2)/Avc|=198.91÷2÷0.003033≈32790.97dB

图1 仪器放大器设计电路

图2  测试共模抑制比电路

图3 仪器放大器仿真结果

图4 测量共模抑制比仿真结果

第二篇：实验十一1实验十一 基于Multisim的仪器放大器的设计

实验十一  基于Multisim的仪器放大器的设计

一、实验目的：

1、  掌握仪器放大器的设计方法

2、  理解仪器放大器对共模信号的抑制能力

3、  熟悉仪器放大器的调试功能

4、  掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器，毫伏表信号发生器等虚拟仪器的使用

二、实验原理：

  在精密测量和控制系统中，需要将来自各种换能器的电信号进行放大，这种电信号往往为换能器之间或者换能器与基准信号之间的微弱差值信号。仪器放大器就是用来放大这种差值信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。

三运放仪器放大器

  图中所示是有三个运放构成的仪器放大器。其中，集成运放A3组成差值方法器，集成运放A₁和A₂组成对称的同相放大器，且R₇=R₂，R₃=R₅，R₄=R₆。

由于v_-v₊，因而加在RG两端的电压为（），相应通过RG的电流i_G=，由于i_-0，因而

当R₁=R₂=R时，

对于A₃而言，v_o1加在反相输入端，vo2加在同相输入端，利用叠加原理，合成的输出电压：

Vo=-R₄/R₃v_o1+R₆/(R₅+R₆)vo2(1+R₄/R₃)

由于R₃=R₅,R₄=R₆,因而

Vo=-R₄/R₃(v_o1-vo2)=-R₄/R₃[(1+2R/R_G)](v₁₁-v₁₂)

仪器放大器的差值电压增益：

A_vf=v_o/(v₁₁-v₁₂)=-R₄/R₃[(1+2R/R_G)]

三、实验内容

1、  采用运算放大器设计并构建一起放大器：

(1)    输入信号U_i=2mV时，要求输出电压信号U_o=0.4V，A_vd=200，f=1kHZ；

(2)    输入阻抗要求R_i>1MΩ。

2、  用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器，按设计指标进行调试。

主要虚拟仪器中的函数发生器、毫伏表、示波器。

四、实验仿真结果

差模电路图

共模电路图

共模参数设置与输入输出电压

共模波形图

共模信号电路图与差模信号电路图相比其它参数没变，只是把A1和A2两个集成运放的输入信号连接到同一个输入信号。

在公模输入信号作用下，两管输出电压不会严格等值相同，这样，两输出端电压中除了共模分量外，还还同时出现了差模分量。双端输出时，由由于输出端电压中的共模分量相销，因而输出电压仅有其中的差模分量组成，其值为

          V_o=A_v(d-d)v_id+A_v(c-d)v_ic=A_v(d-d)[(v_i1-v_i2)+1/K_CMR(v_i1+v_i2)/2]

式中，A_v(d-d)是差模输入电压转化为差模输出电压的增益，A_v(c-d)是共模输入电压转化为差模输出的增益。K_CMR为双端输出时的共模抑制比，定义为

K_CMR=|A_v(d-d)/A_v(c-d)|

显然，电路两边越对称，A_v(c-d)就越小，K_CMR就越大

又以上知识结合共模电路中的参数算得

K_CMR=|A_v(d-d)/A_v(c-d)|=217.41

五、实验心得

通过这个实验明显对Multisim这个软件的运用有了更深的了解，同时运用起来跟熟练了，通过这个实验的学习和设计，对差模和共模的理论知识有了更深刻的认识。特别是对共模抑制比的认识，在做这个实验之前，根本没有共模抑制比这个概念，实验之后，知道了共模抑制比是什么，做完实验之后，知道了共模抑制比的原理以及作用，此外对书上的其他知识也有了更深的理解，感觉收获挺多的！