长江大学：《模拟电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）3.前置放大器的设计与应用

3.前置放大器设计与应用1、实验目的1.1、复习前置放大器的相关概念，理解差模信号与共模信号学习前置放大器的设计技巧。1.2、实际进行差分信号产生、测试；用运放构成仪表放大器并进行性能测试；偏置电路设计及共模信号抑制的常用方法1.3、了解阻抗匹配、1*利用仪表放大器IC模块进行前置放大器设计与性能测试2、实验仪器及器件2.1、实验仪器设备：直流稳压电源、数字示波器函数信号发生器、数字万用表。2.2、可用元件清单：运放：LM324*1、UA741*3电阻：1M*2、20K*4、10K*3、5.1K*2、1K*1、2025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 1 1.1、复习前置放大器的相关概念，理解差模信号与共模信号， 学习前置放大器的设计技巧。 1.2、实际进行差分信号产生、测试；用运放构成仪表放大器， 并进行性能测试； 1.3、了解阻抗匹配、偏置电路设计及共模信号抑制的常用方法。 *利用仪表放大器IC模块进行前置放大器设计与性能测试。 3、前置放大器设计与应用 1、实验目的 2.1、实验仪器设备：直流稳压电源、数字示波器、 函数信号发生器、数字万用表。 2.2、可用元件清单：运放：LM324*1、UA741*3、 电阻：1M*2 、20K*4 、10K*3 、5.1K*2 、1K*1 、 2、实验仪器及器件

电阻：100K*12.3、扩展实验元件：仪表运放：AD623*110K*2、1K*1：电容：0.1uF*2、10uF*22.4.（简称运放）介绍集成运算放大器U1UA741运放的符号：102）！单运放UA741引脚排列：负电源①正电源85867③同相输入端；②反相输入端；UA741AD623?输出端①与③脚补偿调零端?2323*3）仪表运放AD623引脚排列：①+VS：①Vs：②反相输入端③同相输入端；③输出端：①RG+RG：③REF4）4运放LM324引脚排列：111081413129：正电源；(11)负电源②：反相输入端；③：同相输入端；LM324?：输出端另3个运放的输出端分别为、③、（14)。反相输入端分别为③、③、（13)同相输入端分别为③、(12)102025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 2 2.3、扩展实验元件：仪表运放：AD623*1、电阻：100K*1、 10K*2、1K*1； 电容：0. 1uF*2 、10uF*2。 1）运放的符号: 2.4、集成运算放大器（简称运放）介绍 2）单运放UA741引脚排列： ⑦正电源; ④负电源; ②反相输入端; ③同相输入端; ⑥输出端; ①与⑤脚补偿调零端。 4）4运放LM324引脚排列： 8 7 6 5 UA741 1 2 3 4 ④:正电源; ⑾:负电源; ②:反相输入端; ③:同相输入端; ①:输出端。 另3个运放的输出端分别为⑦、⑧、⒁。 反相输入端分别为⑥、⑨、⒀。 同相输入端分别为⑤、⑩、⑿。 3 2 6 7 4 1 5 U1 UA741 - + + - - + + - 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 V- LM324 V+ ） *3）仪表运放AD623引脚排列： 8 7 6 5 AD623 1 2 3 4 ⑦+VS; ④-VS； ②反相输入端; ③同相输入端; ⑥输出端；①-RG;⑧+RG；⑤REF

3、实验预习要求复习运放进行线性放大的相关理论知识，能对输入电阻输出电阻、共模抑制比CMRR及增益进行计算。主要相关概念及公式差模信号是两个输入电压之差：Vid=Vi1-Vi2共模信号是两个输入电压的算术平均值：Vic=（Vi1+Vi2)/2差模电压增益：AvD=Vod/Vid=Vod/(Vi1-Vi2）共模电压增益：Avc=Voc/Vic=2*Voc/(Vin+Vi2）根据线性放大电路叠加原理求出总的输出电压：V=AvD*Vid+Avc *Vic共模抑制比：KCMR=LAvD/Avc共模抑制比用分贝数（dB）表示：KCMR=20lglAvD/Avc/dB3长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 3 3、实验预习要求 复习运放进行线性放大的相关理论知识，能对输入电阻、 输出电阻、共模抑制比CMRR及增益进行计算。 差模信号是两个输入电压之差：Vid=Vi1-Vi2 共模信号是两个输入电压的算术平均值：Vic=(Vi1+Vi2)/2 差模电压增益：AVD=Vod /Vid =Vod /(Vi1-Vi2) 共模电压增益：AVC=Voc /Vic =2*Voc /(Vi1+Vi2 ) 根据线性放大电路叠加原理求出总的输出电压： Vo= AVD *Vid +AVC *Vic 共模抑制比：KCMR=| AVD / AVC| 共模抑制比用分贝数（dB）表示： KCMR=20lg| AVD/ AVC | dB 主要相关概念及公式

实验内容与实验步骤4.1.差模信号与共模信号的获取与测量，如下图-1（A）为一个电桥。表-1共模电压与差模电压的测量通过改变Rw1或Rw2可A点B点共模电压差模电压组数以使A、B两点的电压改VAVBVc=(VA+ VB)/2Vo=VA-VB变，测量A、B两点的共1模电压和差模电压23VCCAVALUE=12VAUI:AN+)VALUE=12VR2R1U1:A1M1M图-1B用运放构成电压ALM324B跟随器与反相器，将信号源输出信号转化为差VUI:ANA)RW2RW1AMP=10mOFFSET=02.2k1k分信号。FREO=1kU1:BPHASE=OTHETAROR1LM324图-1R2差模信号与共模信号测量电路2025/11/15长江大学龙从玉4

2025/11/15 长江大学 龙从玉 4 4、实验内容与实验步骤 4.1、差模信号与共模信号的获取与测量，如下图-1(A)为一个 电桥。 表-1 共模电压与差模电压的测量 组数 A点 VA B点 VB 共模电压 VC=(VA+VB)/2 差模电压 VD=VA-VB 1 2 3 A B R1 1M R2 1M 96% RW1 1k 98% RW2 2.2k VCC VALUE=12V A B 3 2 1 4 11 U1:A LM324 5 6 7 4 11 U1:B LM324 U1:A(V+) VALUE=12V U1:A(V-) us AMP=10m OFFSET=0 FREQ=1k PHASE=0 THETA=0 R1 10k R2 10k 图-1B 用运放构成电压 跟随器与反相器，将信 号源输出信号转化为差 分信号。 通过改变RW1或RW2可 以使A、B两点的电压改 变，测量A、B两点的共 模电压和差模电压。 图-1 差模信号与共模信号测量电路

分立运放构成典型仪表放大器电路的测试，（用三个运放uA741组成仪表放大电路如图-2）。理解共模信号与差模信号，测试共模与差模放大倍数，计算共模抑制比；理解单端输入、双端输入与差分输入方式，进行放大电路设计4.2、！单端输入信号的测试将图-2中的一个输入端接地，另一输入端接信号（接电桥B点）。用万用表测试B点输入信号电压（调节RW2）及输出信号电压（OUT端对地电压）。此种方式可用于作一般单极性信号放大。表2单端输入信号测试组数增益单输入电压（mV）输出电压（mV）1235长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 5 分立运放构成典型仪表放大器电路的测试， （用三个 运放uA741组成仪表放大电路如图-2 ）。理解共模信号与差 模信号，测试共模与差模放大倍数，计算共模抑制比；理解单 端输入、双端输入与差分输入方式，进行放大电路设计。 4.2、单端输入信号的测试 将图-2中的一个输入端接地，另一输入端接信号（接电桥B 点）。用万用表测试B点输入信号电压（调节RW2）及输出信 号电压（OUT端对地电压）。此种方式可用于作一般单极性 信号放大。 表2 单端输入信号测试 组数 单输入电压(mV) 输出电压(mV) 增益 1 2 3

图2-典型3运放仪表放大电路ui1VCCU1(OP)U1ui2VCCAVALUE=12VRF26UA74120KAR2R1VSS15R11M1MVALUE=-12VvSs1KVSSR2RF1U3LO广820K10Kuor6RW1UA7413R2'RE1'0RW2RW110K20K0vSS1k2.2kVCC10KRP20KVALUE=12VU2VCC0UA741ui1仪表电路增益nG=(1+2RF1/RG)(RF2/R2)U2(OP)其中RG=R1+RW1 RF1=RF1VCCN2R2=R2'Rp=RF26长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 6 VCC VSS VCC VSS VSS VCC ui2 ui1 uo 3 2 6 7 4 1 5 U1 UA741 3 2 6 7 4 1 5 U2 UA741 R1 1K RF1 20K RF1' 20K 3 2 6 7 4 1 5 U3 UA741 R2 10K R2' 10K RF2 20K VCC VALUE=12V VSS VALUE=-12V ui1 ui2 U1(OP) U2(OP) uo 90% RW1 10K 图2 - 典型3运放仪表放大电路 仪表电路增益 G=(1+2RF1/RG)(RF2/R2) 其中RG=R1+RW1 RF1=RF1' R2=R2' RP=RF2 RP 20K A B R1 1M R2 1M 96% RW1 1k 98% RW2 2.2k VCC VALUE=12V

4.3、双端输入共模信号的测试（在两输入端输入同一个信号）将图-2中的两个信号输入端短接后共接到电桥B点，此时为双端输入的一个共模信号，调整RW2，用万用表测试输入信号（B点）电压Vic及输出信号电压Voc。计算共模放大增益Avc。记录在表-3中。表3共模双端输入信号测试表共模输入电压Vic共模增益输出电压Voc组数(mv)(mv)Avc=Voc/Vic123长江大学龙从玉2025/11/151

2025/11/15 长江大学 龙从玉 7 将图-2中的两个信号输入端短接后共接到电桥B点，此时为 双端输入的一个共模信号，调整RW2，用万用表测试输入信号 （B点）电压Vic 及输出信号电压Voc 。计算共模放大增益AVC 。记录在表-3中。 4.3、双端输入共模信号的测试 表3 共模 双端输入信号测试表 组数 共模输入电压Vic (mv) 输出电压Voc (mv) 共模增益 AVC=Voc /Vic 1 2 3 （在两输入端输入同一个信号）

4.3、双端输入差模信号测试（从两输入端输入二个信号）：将图-2中的两输入端分别接到A、B两点，调节Rw1或Rw2会导致电桥不平衡，在A、B两点得到一个差模信号，对仪表放大器而言还有共模输入信号。调节Rw1或Rw2，用万用表测试A、B点的输入电压Vi和Vi2，差模输入电压Vid=Vi1-Vi2OUT端输出信号电压Vod。计算差模增益，记录在表-4中。表4差模输入测试表(mV)VRW1电压VRW2电压输出电压差模增益差模输入电压组数Vi1VodViz2AvD=Vod/VidVid=Vi1 -Vi21234.4、扩展实验（见实验讲义）用仪表放大器AD623来对交流差分小信号进行放大（略）。82025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 8 将图-2中的两输入端分别接到A、B两点，调节RW1或RW2 会导致电桥不平衡，在A、B两点得到一个差模信号，对仪表 放大器而言还有共模输入信号。调节RW1或RW2，用万用表测 试A、B点的输入电压Vi1和Vi2 ，差模输入电压Vid =Vi1 -Vi2 ， OUT端输出信号电压Vod。计算差模增益，记录在表-4中。 4.3、双端输入差模信号测试（从两输入端输入二个信号）： 表4 差模输入测试表 (mV) 组数 VRW1电压 Vi1 VRW2电压 Vi2 差模输入电压 Vid =Vi1 -Vi2 输出电压 Vod 差模增益 AVD=Vod/Vid 1 2 3 4.4 、扩展实验（见实验讲义） 用仪表放大器AD623来对交流差分小信号进行放大（略）

实验操作注意事项535.1、注意供电电源的范围，注意正负电源一定要共地线5.2、在使用多个运放的电路中，各个电阻值不能接错；5.3、先对运放电路进行静态测试，确定电路正常工作无误后，再输入信号测试SUINGSS3323可跟除直流稳定电液J016.实验报告要求333330328324记录实验数据，记述实验操6.1.VOLTAGE与解决的办法CUHRENTVCLTAGECURREST双端输入6.2、分析单端输入、MASTESLAVETRAC单电源的接法、输入耦合、阻容抑制比的方法等+12V-12VGND6.3、实验过程中的其他收获与体会。6.4、有关实验改进的建议长江大学龙从玉92025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 9 5、实验操作注意事项 6、实验报告要求 5.1、注意供电电源的范围，注意正负电源一定要共地线。 5.2、在使用多个运放的电路中，各个电阻值不能接错； 5.3、先对运放电路进行静态测试，确定电路正常工作无误 后，再输入信号测试。 6.1、记录实验数据，记述实验操作过程、包括其中出现问题 与解决的办法。 6.2、分析单端输入、双端输入、差分输入、运放的双电源与 单电源的接法、输入耦合、阻容元件匹配、提高信噪比及共模 抑制比的方法等。 6.3、实验过程中的其他收获与体会。 6.4、有关实验改进的建议。 -12V GND +12V

200u1四运放仪表放大电路龙t00uunui2BUOCUSAOalDAMP=12VCCFREQ=1k2OFFSEF-0SW1U1SW-1U1(OP)PHASE=OuilTHETA-O11RF2SW1-36UA741RZ1RZ2SW-ROT-31M1MoR1-12ALUEVSS1kVSSXUARF1R2L13UC210KRV20kUEUO1A74R2RF1'RV2DRV120k10kvssVCCRP10k20VALUE-12U2R3CCSW2SW2-1Fui2UA74110kU2RF3U2(OP)SA2-3SWLROT310kR5VCCVSSA桥式电路输出信号UAUB5.1KOUTRV4U41:SW-1-1UASW2-1UB(UA-UB)仪表电路增益OUTR172:SW-1-2UBSW2-2UA(UB-UA)R4tG=(1+2RF1/RG)(RF2/R2)HJA7443:SW-1-1UASW2-2UA(UA-UA)C1其中RG=R1+RVRF1=RF15.1kaSW-1-3GNDSW2-2UA(GND-UA)4:R6R2=R2'RP=RF2VCC5:SW-1-1UASW2-3GND(UA-GND)5.1kRW4运放参考调零，输出调零。反相输出与调零8DATE:FILENAME:4运放仪表放大电路龙DSNH:13前量放大器运放仪表放39电赠SNDESIGN TILE:PAGEPATH:H:13电信模电3.前置放大器4送放仪表放术电龙PSNBY: REWNONE>15:02:19CHK长江大学龙从玉102025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 10 FILE NAME: BY: DATE: PAGE: 4运放仪表放大电路龙.DSN 2012-4-22 A B C D E F G H J K A B C D E F G H J K 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PATH: H:\3电信模电\3.前置放大器\4运放仪表放大电路龙.DSN 1 of 1 REV: TIME: 15:02:19 DESIGN TITLE: H:\3 前置放大器运放仪表放大电路龙DSN VCC VSS VCC VSS VSS VCC uo ui1 ui1 ui2 ui2 SW1-3 SW2-3 SW1-1 ui1 ui2 uo VSS VCC out SW2-1 3 2 6 7 4 1 5 U1 UA741 3 2 6 7 4 1 5 U2 UA741 R1 1k RF1 20k RF1' 20k 3 2 6 7 4 1 5 U3 UA741 R2 10k R2' 10k RF2 20k VCC VALUE=12 VSS VALUE=-12v U1(OP) U2(OP) uo 四运放仪表放大电路 龙 仪表电路增益 G=(1+2RF1/RG)(RF2/R2） 其中RG=R1+RV RF1=RF1' R2=R2' RP=RF2 RP 20k RZ1 1M RZ2 1M 0% RV1 1k 0% RV2 2k US AMP=12 FREQ=1k OFFSET=0 PHASE=0 THETA=0 SW1 SW-ROT-3 SW2 SW-ROT-3 10% RV 10k 桥式电路输出信号UA UB 1：SW-1-1 UA SW2-1 UB (UA-UB) 2：SW-1-2 UB SW2-2 UA (UB-UA) 3：SW-1-1 UA SW2-2 UA (UA-UA) 4：SW-1-3 GND SW2-2 UA (GND-UA) 5：SW-1-1 UA SW2-3 GND (UA-GND) UA A B C D UB 3 2 6 7 4 1 5 U4 UA741 R3 10k RF3 10k R17 2k C1 1u OUT R5 5.1k R6 5.1k R4 5.1k 50% RV4 1k OUT RW4运放参考调零，输出调零。 反相输出与调零