实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：实验名称：仪用放大器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目的二、实验内容与原理 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 五、实验心得一、实验目的1．了解仪表放大器与运算放大器的性能区别 2．掌握仪表放大器的电路结构及设计方法 3．掌握仪表放大器的测试方法4．学习仪表放大器在电子设计中的应用二、实验内容与原理仪表放大器时一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。
仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。
标准运算放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比CMR K ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。
当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对微弱信号进行高精度处理。
常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。
单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件仪表放大器电路的实现放大主要分为两大类：第一类由单运算放大器（例如集成运放LM424）组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下：由三运算放大器构成的仪表放大器具有以下特点：输入缓冲电路增加了输入阻抗，差分电压按[12*(/)]F G R R 的增益系数被放大，而共模信号讲义单位增益通过输入缓冲器，即不增加共模增益和误差；改变滑动变阻器的阻值即可调整差分增益；用实现了输出级点则比率匹配方式调节共模抑制比CMRR 。
因为调节电阻的比率比调整电阻的绝对值要容易；另外，由于仪表放大器在结构上的对称性，输入放大器的共模误差将被输出级的减法器消除。
因此，仪表放大器常被用来放大桥接传感器的差分输出以及维系哦啊的桥接器输出信号，并同时抑制较大的共模电压。
装订线利用右图简化图推导仪用放大器的差模电压放大倍数为13(12*)*fVDgRRAR R=+，所以实验过程中调节GR，即滑动变阻器的大小即可调整差模放大倍数另一类仪表放大器的实现方法的实现由单片集成芯片（例如：INA128）为核心，设计出不同的仪表放大器电路如下：INA128采用单个外部电阻可实现从1~10000的任一增益选择。
INA128提供工业标准的增益等式与AD620兼容。
具有最大为50μV的低偏置电压、0.5μV/℃的低温度漂移、5nA的低输入偏置电流，最小为120dB的高共模抑制比CMR，±2.25~±18V的宽电源电压范围，700μA的低静态电流等特点。
该电路增益计算公式为501VDGKARΩ=+。
INA128仪表放大器可广泛地应用于桥式放大器、热电偶放大器、RTD传感放大器、医疗仪器、数据获得等本实验过程中主要利用以上设计出的两种仪表放大器测量仪表放大器的如下性能：A、电压增益测量：从信号源SV输入正弦波，改变输入信号幅度或频率，用示波器监视输出波形，B、在不失真的情况下，测量输入电压iV为最大或最小时的电压增益，及最大不失真增益，并计算出共模抑制比C、通频带的测量：在保持输入电压不变的情况下，测量当电压放大倍数变为中频带的0.707倍时的频率大小三、主要仪器设备电路实验板、通用运算放大器、电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源。
装订线四、实验数据记录、处理与分析仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。
仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。
标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR ，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。
当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。
常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。
单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。
①【差模共模信号】实验仿真：（1）电桥输入电路：由电路图可知，改变滑动变阻器的阻值即可改变A点的电压。
左图中A与B点的共模电压为V1=VA+VB2=10+82=9V，差模电压为V2=V A−V B=10−8=2V。
同理右图中共模电压为V1=VA+VB2=8.571+82=8.285V，差模电压为V2=V A−V B=0.571V。
（2）信号源输入电路将信号源输出信号转化为差分信号的电路如下所示：共模电压峰峰值为V1=VA+VB2=49.99+49.982=49.985mV，差模为V2=V A−V B=0.01mV。
装订线②【单运放仪用放大器】实验仿真（电压增益）仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由单运算放大器(例如：集成四运放LM324)组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一的仿真如下所示（波形反向）：由电路可得理论电路增益G1=-（1+2R1/Rg）×(Rf/R3)=-15.3倍。
而由仿真可得电路增益G2=-782.3/50.53=-15.48倍装订线实验记录（由于在做实验时发现若输入的电压过大，则在测量该电路通频带时输出电压会出现严重的失真，所以为了得到较好的输出波形，在仿真与实验时都用了较小的电压值）实验电路如仿真电路，由此得到示波器波形如下：由实验记录可得电压增益G3=780mV/46.9Mv=16.63倍。
绘制成表格如下：实验仿真（通频带）装订线而当保持输入电压大小不变而改变其频率时，记录下输出电压减小到原来0.707时的频率即可得该电路的通频带。
先仿真如下，则可得其带宽为220kHz。
实验记录如下：由此可得该电路的通频带为294kHz。
（实验时虽然保持了输入电压大小不变，但实际上随着频率的增大，输入电压的值会由此而改变，由下图中的输入电压值与先前不同变可得知。
）与仿真值相比，结果比较接近。
实验仿真（最大不失真电压）当set=0.5，即滑动变阻器的阻值为5kΩ时的最大不失真：装订线当输入电压最大值Vampl=330mV 350mV 时输出为标准正弦波，当Vampl=370mV 时输出电压已表现出一定的非线性失真，当Vampl=390mV 时输出电压明显失真；所以最大不失真输入电压最大值为350mV~370mV ，最大不失真输出电压最大值为11V 左右实验记录（最大不失真输出电压）将滑动变阻器调至正中间使R 5p k =Ω，增大信号源电压，当输出电压恰好不失真时，用示波器双踪差模输入电压与输出电压（通道一为输入电压，通道二为输出电压）Time2.0ms2.2ms 2.4ms 2.6ms 2.8ms3.0ms 3.2ms 3.4ms 3.6ms 3.8ms4.0msV(Vo)-20V-10V0V10V20V装订线在达到最大不失真输出电压后，当输入电压进一步增大时，输出波形会出现非线性失真，用示波器双踪波形如下：③【单片集成芯片仪用放大器】实验仿真（电压增益）仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第二类由单片集成芯片(例如：INA128) 为核心，设计出不同的仪表放大器电路，INA128基本连接方案的仿真如下：由仿真可得电压增益G1=2.514V/12.494mV=201倍（电压幅值）。
根据仿真做出实验如下所示，则可得电压增益G2=4.242V/53.9mV=78.7倍（峰峰值）。
很显然，实验值与仿真值差距较大，究其原因，主要还是对小信号的测量有较大的偏差。
由实验记录可知小信号的波形存在较多的毛刺，就算取平均也不能将其变得平整。
因此，仿真与实验存在较大的差距。
通频带实验仿真如下：装订线所以可得仿真的通频带宽为223.7kHz。
而实验时测得输出电压降为原来的0.707时的频率为234.7kHz，所以可知该电路的通频带为234.7kHz。
装订线实验仿真（最大不失真电压）放大倍数为100倍时最大不失真电压的仿真测量：装订线当输入电压最大值Vampl=130mV时，输出标准正弦波，当vampl=140mV时，输出波形恰好不失真，当vampl=150mv 、160mv时，输出波形明显失真；所以当电压放大倍数为100倍时最大不失真输入电压为140mV，最大不失真输出电压最大值为12V左右实验记录（最大不失真输出电压）将滑动变阻器调至正中间使R5pk=Ω，增大信号源电压，当输出电压恰好不失真时，用示波器双踪差模输入电压与输出电压（通道一为输入电压，通道二为输出电压）在达到最大不失真输出电压后，当输入电压进一步增大时，输出波形会出现非线性失真，用示波器双踪波形如下：Time2.0ms 2.2ms 2.4ms 2.6ms 2.8ms3.0ms 3.2ms 3.4ms 3.6ms 3.8ms4.0msV(Vo)-20V-10V0V10V20V装订线五、实验心得【实验主要误差分析】1. 信号源输出电压太小导致示波器波形不稳定产生的误差2. 测量仪器本身具有的系统误差3. 示波器测量电压，频率时测量值是跳跃的，很难读出准确值产生的误差4. 稳压源输出电压不恒定，且不完全等于输出值而引起的误差5. 导线的电阻以及导线连接造成的接触电阻6. 探头的老化误差7. 信号源的频率在实验时产生波动，不稳定产生的误差8. 实验器件实际值与标称值不同引起的误差【实验心得】（一）对于集成运放基本运算电路实验，在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。
这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期，不但可以提高做实验的效率，而且也是减小实验失误的有效方法之一。
（二）在做运放实验时，接线需要小心谨慎，特别是对于偏置电压的接入，一定要判断清楚恒压源的正负极才能接入。
否则一旦出现线路接错，很容易就会烧掉运放。
（三）此实验中正确使用示波器又是一大难点。
但经过第一个学期的使用训练，可以说现在对示波器的调节已经相对来说比较娴熟。
但实验时仍需注意示波器共地问题以及两个通道之间的干扰问题。
（四）实际用的运放器件肯定不是理想运放，会有很多参数的限制，所以要合理选择并核算；。