基于运放的传感器信号采集电路设计

基于集成运放设计一传感器信号采集电路。传感器输出信号为交流形式，峰峰值在100mV以内，频率为1000Hz以内，模数转换器允许输入电压在0 ~ 3V，要求设计传感器与模数转换器之间的信号采集电路，实现传感器输出信号与ADC范围的匹配（峰峰值在100mV与0~3V的线性映射）。模数转换器的输入电阻为1K，可使用1K电阻作为信号采集电路负载。

实验具体要求如下：

（1）确定电路形式，说明电路输入输出的关系式。

（2）确定电路中运放的型号，说明能够满足电路带宽要求的依据。

（3）利用Altium Designer或Multisim绘制原理图，并进行仿真。

（4）选做：进行实际电路制作。

实验结果

（1）在下方列出所设计电路的原理图

图1 所设计电路的原理图

结合所设计的电路图说明该电路的工作原理。

工作原理：该电路由电压抬升电路和同相比例放大电路两部分构成。

输入信号v2 -50 ~ 50mv经过电压电路抬升后Ui为0~100mv

Ui进入同相比例放大电路放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui

因为Ui为0 ~ 100mv放大30倍后为0~3v输入adc芯片。

（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。

功放选择：AD827

参数及优点：

高速

单位增益稳定工作带宽：50 MHz

压摆率：300 V/µs

建立时间：120 ns

驱动无限大容性负载

出色的视频性能

差分增益误差：0.04% (4.4 MHz)

差分相位误差：0.19° (4.4 MHz)

良好的直流性能

输入失调电压：最大2 mV

输入失调电压漂移：15 mV/°C

依据EIA-481A标准提供卷带和卷盘形式

低功耗

内部两个放大器的总电源电流仅10 mA(±5 V至±15 V电源)

单位增益带宽为50mhz，满足带宽要求。

（4）对电路输入输出关系进行仿真，给出与理论表达式的对比结果，并进行结果分析。

理论计算：输入vpp100mv，峰值vpk=50mv有效值vrms=vpk/√2=35.36mv

即Ui=35.36mv，同相比例放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui后Uo=70.72*15=1.06v。

仿真结果

Ui=0.035v,Uo=1.052与理论值基本一致。

Ui经抬升后峰峰值为0 ~ 100mv，经同相比例放大30倍后峰峰值为0 ~ 3v，符合题目所给模数转换器允许输入电压在0~3V的要求。

（5）给出当输入信号幅度为50mV，频率为1000Hz时的输出波形，并在图中标注输出波形的峰峰值、最大值和最小值，与输入波形进行对比，进行结果分析。

（抬升电路波形）

图2 输出信号波形图（放大电路）

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。