測量放大器也稱為儀表放大器或數(shù)據(jù)放大器，它是一種可以用來放大微弱差值信號的高放大器，在測量控制等領(lǐng)域具有廣泛的用途。通常，測量放大器多采用專用集成模塊來實現(xiàn)，雖然有很高的性能指標(biāo)，但不便于實現(xiàn)增益的預(yù)置與數(shù)字控制，同時價格較高。為此，結(jié)合應(yīng)用實際，利用高增益運放，設(shè)計了一種具有高共模抑制比，高增益數(shù)控可顯的測量放大器。提高了測量放大器的性能指標(biāo)，并實現(xiàn)放大器增益較大范圍的步進(jìn)調(diào)節(jié)。

　　1 方案設(shè)計

　　采用固定放大倍數(shù)的測量放大器必然會對整體放大器的動態(tài)性能有很大影響，所以本設(shè)計主要由三個模塊電路構(gòu)成：前級高共模抑制比測量放大器、AD7533衰減器和單片機鍵盤顯示處理模塊。在前級高共模抑制比放大器中將輸出共模電壓反饋到正負(fù)電源的公共端提高共模抑制比。衰減器實現(xiàn)衰減率的數(shù)字編程。單片機鍵盤顯示處理模塊一方面對8279進(jìn)行實時控制，還對AD7533進(jìn)行數(shù)字控制。整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　從整體系統(tǒng)框圖可以分析，系統(tǒng)對輸入信號的放大倍數(shù)為：

　　其中，Ac是前級放大器的放大倍數(shù)，ADAC是衰減器的衰減率。

　　1．1 前級放大器

　　在此采用儀用放大器組成高共模抑制比測量放大器如圖2所示，運放A4實現(xiàn)輸出共模電壓反饋至電源公共端，使運放電源電壓隨共模輸入電壓浮動，從而使各級偏置電壓都跟蹤共模輸入電壓，這樣各級的共模信號就被大大削弱了，共模輸入電壓在放大器輸出端產(chǎn)生的誤差電壓就大幅度減少，提高了放大器的共模抑制比。圖中Rw由3條并列的固定電阻通路構(gòu)成，3條電阻通路由單片機控制的3個繼電器來分別接通實現(xiàn)。很容易分析得到此放大器的放大倍數(shù)為：

　　由此，改變Rw獲得3個控制等級的前級電壓放大倍數(shù)，分別對1～10 V，0．1～1 V以及小于O．1 V的3個不同電壓段的信號進(jìn)行控制，通過繼電器切換的方式實現(xiàn)不同的放大倍數(shù)，如表1所示。

　　1．2 單片機與衰減器部分

　　單片機部分實現(xiàn)總體控制與顯示，由51單片機和8279鍵盤顯示芯片主體構(gòu)成。置數(shù)可由0～9數(shù)字鍵和加、減、預(yù)置數(shù)等控制鍵實現(xiàn)。任一輸入信號在前級放大的基礎(chǔ)上再經(jīng)后級程控衰減器乘上10倍以后獲得終的電壓放大倍數(shù)。單片機與衰減器原理圖如圖3所示。

　　在單片機的算法控制下進(jìn)行前級放大器放大倍數(shù)的適當(dāng)選取，使得繼電器動作的原則為：選擇的前級放大倍數(shù)和相適應(yīng)的的后級衰減率，使得由前級放大器的衰減器引起的誤差盡量小。

　　可變增益的衰減器AD7533也由單片機控制，輸入不同的10位數(shù)字量就獲得不同的輸出輸入電壓比。調(diào)整相應(yīng)的衰減率就得到相應(yīng)的放大倍數(shù)。10位的AD7533，數(shù)字量每改變1位，衰減就會變動1／1 024，實現(xiàn)步距為1的1 000倍電壓放大倍數(shù)。譬如當(dāng)要得到205的電壓放大倍數(shù)時，只要給AD7533置數(shù)OCDH(205D)，同時選擇前級放大倍數(shù)為102．4，這樣就得到：102．4×10×205／1 024=205的放大倍數(shù)；當(dāng)要得到60的電壓放大倍數(shù)時，只要作600／1 024的衰減，同時選擇前級放大倍數(shù)為10．24，這樣就得到：10．24×10×600／1 024=60的放大倍數(shù)；當(dāng)要得到6的電壓放大倍數(shù)時，只要作600／1 024的衰減，同時選擇前級放大倍數(shù)為1．024，這樣就得到：1．024×10×600／1 024=6的放大倍數(shù)。

　　2 測試結(jié)果

　　根據(jù)以上思路，對實際制作的測量放大器進(jìn)行了放大倍數(shù)的測試。輸入相應(yīng)的直流信號，結(jié)果如表2所示。

　　3 結(jié) 語

　　從測試結(jié)果可以分析看出，該測量放大器差模電壓放大倍數(shù)大，可以對放大倍數(shù)預(yù)置，并實現(xiàn)顯示，直觀方便?？稍?0 V范圍內(nèi)高滿足小信號測量的要求?？梢愿鶕?jù)預(yù)置的電壓放大倍數(shù)合理分配級、第二級的放大量，實現(xiàn)了步進(jìn)為1的1～1 000的放大倍數(shù)預(yù)置功能，同時采用多種改進(jìn)措施提高了放大器的共模抑制比。