实验目标

1. 掌握由集成运放组成的仪表放大电路原理和结构
2. 学习集成运放仪表放大电路的搭建，及其典型应用电路的调试

实验器材

LTspice

理论基础

由三运放组成的仪表放大电路如图1所示，A₁、A₂作为输入级，可看作第一级差分电路，由于它们均为同相输入放大电路，故有很高的输入阻抗。A₃组成第二级差分电路。通过两级差分电路，该电路具有很高的共模抑制能力。

其特点是高输入阻抗、低输出阻抗、高电压增益和高共模抑制比，并可通过改变一个电阻（R₁）的阻值就能够改变放大电路的增益。

图1

电路的输出电压为

根据图1，设计一个传感器放大电路，如图2所示，其中R代表传感器，当R相对于R¢的偏差为±1％时，放大器产生±5V的输出电压。

图2

实验步骤

1. 按照图2，在LTspice界面上搭建电路（电桥上的四个电阻为等值电阻，其中一个电阻为可变电阻）。
2. 用电压表测量电路的输出电压，调节可变电阻，使输出电压接近零。
3. 调节可变电阻，使其值改变1%，测量输出电压并记录。

附件

    设计参考

    由图2所示的电路可以看出，V₁为传感器所在的桥式电路提供一个稳定的电压。三个电阻R¢和传感器电阻R构成桥式电路，将R的变化转化为输出电压v_O1。A₁ 、A₂ 、A₃等组成仪用放大器，对桥式电路的输出电压v_O1进行放大。

    对于传感器所在的桥式电路，有

    当V₁＝7.5V，d＝1％时，桥式电路的最大输出电压v_O1max＝0.01875V。

    根据设计要求，v_O＝5V，则放大器增益为

根据仪用放大器增益公式，有

一般选择和具有相同的数量级。为了估计和的量级，可以近似地认为

故将认为是和的近似值。因为，若取R₃＝15kΩ，R₄＝180kΩ，

则＝12，＝10.6125。取R₂＝180kΩ，则R₁＝16.96kΩ。

     除R₁以外，其他电阻的阻值均为标称值。实验时，R₁可通过一个固定电阻和一个可调电阻串联的形式实现，以满足增益的要求。