第2章_信號(hào)放大電路

1、第第2章章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 2.1 運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路 2.3 隔離放大電路隔離放大電路 2.4 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)(自學(xué)自學(xué)) 作用：作用：放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。2022-2-22.1.12.1.1實(shí)際運(yùn)算放大器及其特性實(shí)際運(yùn)算放大器及其特性 2.1 2.1 運(yùn)算放大器件的主要誤差源運(yùn)算放大器件的主要誤差源 序號(hào)序號(hào) 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 理想值理想值 實(shí)際值實(shí)際值 1 差模增益差模增益 90100dB以上以上 2 共模增益共模增益 0 0dB以上以上 3 輸入阻抗輸入阻抗

2、100k數(shù)兆歐數(shù)兆歐 4 輸出阻抗輸出阻抗 0 10數(shù)百歐數(shù)百歐 5 帶帶 寬寬 0 010Hz（或（或010kHz） 6 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 0供電電壓供電電壓 有限部分有限部分 7 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 0 納伏至毫伏納伏至毫伏 8 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 0 皮安至微安皮安至微安 9 噪噪 聲聲 0 納伏至微伏納伏至微伏+-+ N2.1.1 實(shí)際運(yùn)算放大器及其特性實(shí)際運(yùn)算放大器及其特性2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路n采用負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)放大器可以擴(kuò)大帶寬和線性范圍。n最主要的誤差因素是噪聲與失調(diào)漂移。 固定的失調(diào)可以通過(guò)調(diào)整來(lái)解決。 2.1 運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其

3、補(bǔ)償2.1.2 失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償 2.1.2 失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償2.1.2.1 輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓：零點(diǎn)漂移：零點(diǎn)漂移： 隨時(shí)間或溫度的變化而變化。隨時(shí)間或溫度的變化而變化。 引起的輸出失調(diào)電壓為：引起的輸出失調(diào)電壓為： 輸入電壓為零時(shí)的輸出，由于前置放大級(jí)不對(duì)稱造成。輸入電壓為零時(shí)的輸出，由于前置放大級(jí)不對(duì)稱造成。0sU0sU 0sUo1210s(1/)uRR U 0sb2b1III 0sIuI RRR I RIIRI Ro2b1221b23b2b120s2(1/)() 312/ /RRR 2.1.2.2 輸入失調(diào)電流：輸入失調(diào)電流： 引起的輸出失調(diào)電壓為：引起的輸出失

4、調(diào)電壓為： 2.1.2.3 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的測(cè)量輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的測(cè)量 1. 閉合時(shí)，輸出電壓為閉合時(shí)，輸出電壓為 S1U10s211/UURR 2. 打開(kāi)時(shí)，輸出電壓為打開(kāi)時(shí)，輸出電壓為 210s321(1/)UUIRRR S2U 2.1.2 失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償2.1.2.4 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整au1外部調(diào)整法外部調(diào)整法（1）把調(diào)整電壓）把調(diào)整電壓 (mV)加加 在運(yùn)放的反相輸入端在運(yùn)放的反相輸入端12a412/ / /RRuURRR 4121000/ /RRR 2.1.2 失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償PaRUu 調(diào)調(diào) 零

5、點(diǎn)調(diào)整。零點(diǎn)調(diào)整。 2.1.2 失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償au（2）把調(diào)整電壓）把調(diào)整電壓 (mV)加在運(yùn)放的同相輸入端加在運(yùn)放的同相輸入端5a45RuURR 451000RR PaRUu 調(diào)調(diào) 零點(diǎn)調(diào)整。零點(diǎn)調(diào)整。 2內(nèi)部調(diào)整法內(nèi)部調(diào)整法 通過(guò)運(yùn)放的調(diào)整端子，調(diào)通過(guò)運(yùn)放的調(diào)整端子，調(diào) 零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整(圖圖2-4)。 PR 2.1.3 轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率fmax SR 1轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率：uSRt （表示輸出電壓跟隨輸入電壓的能力）（表示輸出電壓跟隨輸入電壓的能力） 運(yùn)算放大器的輸入為正弦波，而輸出為三角波的斜率。運(yùn)算放大器的輸入為正弦波，而輸出為三角波的斜率。

6、2最大不失真頻率：最大不失真頻率：若若 ，則最大速率為：，則最大速率為：msinuUt maxmmmax/2SRdu dtUfU maxm2SRfU Ufmmax() 2.1.4 運(yùn)算放大器的振蕩與相位補(bǔ)償運(yùn)算放大器的振蕩與相位補(bǔ)償 在負(fù)反饋放大器中，若輸出與輸入相位移相在負(fù)反饋放大器中，若輸出與輸入相位移相 ，則，則負(fù)反饋負(fù)反饋正反饋，從而產(chǎn)生自激振蕩，故外加正反饋，從而產(chǎn)生自激振蕩，故外加RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。180 1加相位滯后加相位滯后RC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)p12fRC (0 90 ) 2.1.4 運(yùn)算放大器的振蕩與相位補(bǔ)償運(yùn)算放大器的振蕩與相位補(bǔ)償2加相位超前加相位超前RC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)p12fR

7、C 0 90 3常用的相位補(bǔ)償電路常用的相位補(bǔ)償電路 補(bǔ)償補(bǔ)償 或電容性負(fù)載或電容性負(fù)載 與運(yùn)放輸出電阻與運(yùn)放輸出電阻 引起的振蕩。引起的振蕩。2C1iRCLC0R 作用：作用：放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號(hào)。放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號(hào)。 類型：類型：由傳感器決定。如：應(yīng)變式傳感器采用電橋放大由傳感器決定。如：應(yīng)變式傳感器采用電橋放大 電路，壓電式傳感器采用電荷放大電路。電路，壓電式傳感器采用電荷放大電路。 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路 幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)：幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)：開(kāi)環(huán)增益開(kāi)環(huán)增益K：集成運(yùn)放在開(kāi)路狀態(tài)下的差模增益；：集成運(yùn)放在開(kāi)路狀態(tài)下的差模增益；閉環(huán)增益閉環(huán)增益

8、Kf：集成運(yùn)放在閉環(huán)狀態(tài)下的差模增益；：集成運(yùn)放在閉環(huán)狀態(tài)下的差模增益；差模信號(hào)：集成運(yùn)放兩輸入端同時(shí)輸入極性相反的信號(hào)；差模信號(hào)：集成運(yùn)放兩輸入端同時(shí)輸入極性相反的信號(hào)；共模信號(hào)：集成運(yùn)放兩輸入端同時(shí)輸入極性相同的信號(hào)；共模信號(hào)：集成運(yùn)放兩輸入端同時(shí)輸入極性相同的信號(hào)；差模增益差模增益Kd：差模信號(hào)輸入時(shí)的增益；：差模信號(hào)輸入時(shí)的增益；共模增益共模增益Kc：共模信號(hào)輸入時(shí)的增益；：共模信號(hào)輸入時(shí)的增益；共模抑制比：共模抑制比：CMRR=差模增益差模增益Kd/共模增益共模增益Kc。 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.1 測(cè)量放大電路的基本要求測(cè)量放大電路的基本要求 輸入阻抗應(yīng)與傳

9、感器輸出阻抗相匹配；輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 穩(wěn)定的放大倍數(shù)；穩(wěn)定的放大倍數(shù)； 低噪聲；低噪聲； 低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移； 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率； 高共模輸入范圍和高共模抑制比；高共模輸入范圍和高共模抑制比； 可調(diào)的閉環(huán)增益；可調(diào)的閉環(huán)增益； 線性好、精度高；線性好、精度高； 成本低。成本低。 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.2 反相放大電路反相放大電路2f1RKR 312/ /RRR 特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，輸入阻抗低。特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，輸入阻抗低。而且提高輸入阻抗與提高增益之間存在矛盾。而

10、且提高輸入阻抗與提高增益之間存在矛盾。1基本形式基本形式uoR3uiR1R2N- -+ + + 2.2.2 反相放大電路反相放大電路24f15(1)RRKRR 52oio145RRuuuRRR 2變形的反相放大電路：提高輸入阻抗和增益變形的反相放大電路：提高輸入阻抗和增益245,RRR 要求：要求：uoR3uiR1R2R5R4ou N- -+ + +24oi15(1)RRuuRR 增益提高了增益提高了 2.2.2 反相放大電路反相放大電路fR CH1112 fRR CL12112 () 3交流反相放大電路交流反相放大電路2f1RKR C2相位補(bǔ)償，防止振蕩。相位補(bǔ)償，防止振蕩。uoR3uiR1

11、R2C1C2N- -+ + +C1R1高通濾波器。高通濾波器。（?。ㄐ。ù螅ù螅┨攸c(diǎn)：輸入阻抗高，精度低，易受干擾。特點(diǎn)：輸入阻抗高，精度低，易受干擾。因而用于前置放大器，偶爾用做阻抗變換或隔離級(jí)因而用于前置放大器，偶爾用做阻抗變換或隔離級(jí)2f11RKR312/ /RRR ii3fKZZRK 1基本形式基本形式 2.2.3 同相放大電路同相放大電路 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路R2uoR3uiR1N- -+ + + 2.2.3 同相放大電路同相放大電路2交流同相放大電路交流同相放大電路3f41RKR1234,RRRR 要求：要求：C1R1高通濾波器。高通濾波器。3跟隨放大電路

12、跟隨放大電路f1K 特點(diǎn)：輸入阻抗很高。特點(diǎn)：輸入阻抗很高。uoR2R3uiR1R4C1N- -+ + +R2uouiR1N- -+ + +2.2.4 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 差動(dòng)放大電路：差動(dòng)放大電路：把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大的把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大的同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。成分，抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路uid= ui2ui1 , uic=(ui1+ ui2)/2取取 R1=R3，R2=R4，則，則特點(diǎn)：只有差模信號(hào)，特點(diǎn)

13、：只有差模信號(hào)，CMRR高，但高，但Zi較低，增益調(diào)節(jié)困難。較低，增益調(diào)節(jié)困難。224oi1i21134(1)RRRuuuRRRR RuuR2oid1 R3uoR4ui2R1R2ui1+ +- -+ +N2.信號(hào)放大電路實(shí)際上不可能完全做到實(shí)際上不可能完全做到R2/R1=R4/R3 i243412i112o2o1o1uRRRRRuRRuuuiddiccid12121434ic12121434o21uKuKuRRRRRRRRuRRRRRRRRu)()(211i2id2i1iciiuuuuuuidici2idici12121uuuuuu1212143412121434cd21RRRRRRRRRRR

14、RRRRRKKCMRR 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路 作用：作用：用來(lái)抑制傳感器輸出的共模電壓用來(lái)抑制傳感器輸出的共模電壓 (包括干擾電壓包括干擾電壓) ， 提高共模抑制比提高共模抑制比 。 應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：要求共模抑制比大于要求共模抑制比大于100dB的場(chǎng)合，例如人體的場(chǎng)合，例如人體 心電測(cè)量，信號(hào)很微弱，而干擾很大。心電測(cè)量，信號(hào)很微弱，而干擾很大。 方法方法：（1）采用多個(gè)集成運(yùn)放串聯(lián)組成的測(cè)量放大電路；）采用多個(gè)集成運(yùn)放串聯(lián)組成的測(cè)量放大電路； （2）采用差動(dòng)放大電路，使）采用差動(dòng)放大電路，使ui1和和ui2的共模電壓

15、抵的共模電壓抵 消，但要求外接電阻完全平衡對(duì)稱。消，但要求外接電阻完全平衡對(duì)稱。2.2.5.1 雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路1反相串聯(lián)型反相串聯(lián)型 2.2.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路取取 R1=R5，R2=R466oo1i245RRuuuRR 626i1i2415R RRuuR RRRuuuR6oi2i15() 只有差模信號(hào)，但輸入阻抗低。只有差模信號(hào)，但輸入阻抗低。ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1R2R7 =R4R5R6uo+ +- -+ +N2+ +- -+ +N1uo1 2.2.5.1 雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路雙運(yùn)放高共模抑制比放大電

16、路2同相串聯(lián)型同相串聯(lián)型2o1i11(1)RuuR 44oi2o133(1)RRuuuRR 424i2i1313(1)(1)RRRuuRRR取取 R1=R4，R2=R34oi2i13(1)()RuuuR只有差模信號(hào)，輸入阻抗很高。只有差模信號(hào)，輸入阻抗很高。uoui2ui1R4R3uo1R2R1+ +- -+ +N1+ +- -+ +N2 2.2.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路* * 2.2.5.2 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路三運(yùn)放高共模抑制比放大電路N1N2：性能一致，平衡對(duì)稱，構(gòu)成差動(dòng)放大輸入級(jí)。：性能一致，平衡對(duì)稱，構(gòu)成差動(dòng)放大輸入級(jí)。N3：雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，進(jìn)一步

17、抑制：雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，進(jìn)一步抑制N1N2 共模信號(hào)。共模信號(hào)。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+ +- -+ +N1IR- -+ + +N2- -+ + +N3ui1ui2uo211o1i1i200(1)RRuuuRR22o2i2i100(1)RRuuuRR 12o2o1i2i1d1i2i10(1)()()RRuuuuKuuR 55565oo2o1o2o1333463(1)(1)RRRRRuuuuuRRRRRR 取取 R3=R4，R5=R6，RuuuKuuR5oo2o1d2o2o13()() 差模增益：差模增益：512dd1d203(1)RRRKK

18、KRR 通常?。和ǔＨ。篟1=R2，R3=R4，R5=R6 外接電阻平衡對(duì)稱。外接電阻平衡對(duì)稱。 2.2.5.2 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路三運(yùn)放高共模抑制比放大電路KRd0150k INA114內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.2.5.2 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路三運(yùn)放高共模抑制比放大電路INA114集成運(yùn)放與測(cè)量電橋的連接：集成運(yùn)放與測(cè)量電橋的連接： 2.2.5.2 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路三運(yùn)放高共模抑制比放大電路R0uo350INA1143503503500.1F1832760.1F54+5V-5V1屏蔽電纜等效電路屏蔽電纜等效電路2.2.5.3 有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路Rs1Rs2傳

19、感器內(nèi)阻；傳感器內(nèi)阻；C1C2電纜輸入芯線電纜輸入芯線與屏蔽層之間的電容。與屏蔽層之間的電容。傳感器共模輸入信號(hào)傳感器共模輸入信號(hào)uic在在Rs1和和Rs2上產(chǎn)生的壓降分別為：上產(chǎn)生的壓降分別為：s1R1ics11 ics111/Ruuj R C uRj C s2R2ics22 ics221/Ruuj R C uRj C uicuicRS1C1uR1aRS2差差 動(dòng)動(dòng)放大器放大器uoabui1ui2RS1C1C2電纜屏蔽層接地電纜屏蔽層接地a和和b兩端的共模信號(hào)分別為：兩端的共模信號(hào)分別為：aicR1s11ic(1)uuuj R Cu bicR2s22ic(1)uuuj R Cu ababs2

20、2s11ic()uuujR CR C u uic對(duì)差動(dòng)運(yùn)放產(chǎn)生的差模輸入信號(hào)。對(duì)差動(dòng)運(yùn)放產(chǎn)生的差模輸入信號(hào)。dodciccocdabs22s11/1/KuuuuCRMMKuuuuR CR C 由于由于Rs1C1 Rs2C2，共模抑制比下降。共模抑制比下降。 2.2.5.3 有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路uicRS1C1uR1a2屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)電路屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)電路N1N2構(gòu)成同相比例差動(dòng)放大器，輸入端的共模電壓構(gòu)成同相比例差動(dòng)放大器，輸入端的共模電壓1:1輸出。輸出。由于電路對(duì)稱由于電路對(duì)稱uc=uic，即兩輸入電纜的屏蔽層由，即兩輸入電纜的屏蔽層由uic驅(qū)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)，而不是接地，相當(dāng)于屏蔽電纜

21、等效電路中不是接地，相當(dāng)于屏蔽電纜等效電路中C1C2公共端接公共端接uic。 2.2.5.3 有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路+ +- -+ +N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4- -+ + +N2- -+ + +N3電纜屏蔽層不接地，由共模電壓驅(qū)動(dòng)電纜屏蔽層不接地，由共模電壓驅(qū)動(dòng)什么是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路？什么是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路？ 將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓1 1地地輸出，并通過(guò)輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器輸出，并通過(guò)

22、輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，的兩個(gè)電纜屏蔽層上，即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合應(yīng)用于何種場(chǎng)合? 經(jīng)常使用于差動(dòng)式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳經(jīng)常使用于差動(dòng)式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳感器和電感傳感器等組成的高精度測(cè)控系統(tǒng)中。感器和電感傳感器等組成的高精度測(cè)控系統(tǒng)中。2.2.5.3 有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路 2.2 典型測(cè)量放大電

23、路典型測(cè)量放大電路2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路 作用：作用：將電阻、電容、電感傳感器通過(guò)電橋后輸出的電將電阻、電容、電感傳感器通過(guò)電橋后輸出的電 壓或電流信號(hào)作進(jìn)一步放大。壓或電流信號(hào)作進(jìn)一步放大。 組成：組成：由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成，或由傳感器和由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成，或由傳感器和 運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路。運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路。 應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用于電參量式傳感器，如電阻應(yīng)變式、電應(yīng)用于電參量式傳感器，如電阻應(yīng)變式、電 容式傳感器、電感式傳感器等。容式傳感器、電感式傳感器等。 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路2.2.6.1 單端輸入電橋放大電路

24、單端輸入電橋放大電路1反相輸入型反相輸入型34ab2413()ZZuuZZZZ a0u (虛地虛地)1boab12RuuuRR (虛斷虛斷)231422o113241(1)(1)()()4 1/ 2Z ZZ ZRRuuuRZZZZR 特點(diǎn)：增益與橋臂電阻無(wú)關(guān)，增益穩(wěn)定，單臂電橋非線性。特點(diǎn)：增益與橋臂電阻無(wú)關(guān)，增益穩(wěn)定，單臂電橋非線性。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+ +- -+ +- -+ +N2同相輸入型同相輸入型a1()22RuuRR RuuRR2(2)4 1/ 2 22oa11(1)(1)4 1/ 2RRuuuRR 特點(diǎn)：輸出與反相輸入型符號(hào)相反，特點(diǎn)相同，輸入阻抗高。特點(diǎn)：輸出與

25、反相輸入型符號(hào)相反，特點(diǎn)相同，輸入阻抗高。 2.2.6.1 單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放大電路R+RR2R1uo+ +- -aRRRu+ +- -+ +N2.2.6.2 差動(dòng)輸入電橋放大電路差動(dòng)輸入電橋放大電路 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路12RRRao1122RuuuRR b(1)/ (2)uu 特點(diǎn)：增益與橋臂電阻有關(guān)，增益不穩(wěn)定，且非線性。特點(diǎn)：增益與橋臂電阻有關(guān)，增益不穩(wěn)定，且非線性。R2=R1R1uR (1+)uaubRRRuo+ +- -+ +NRuuR1o2(1)4 1/ 2 (ua=ub) 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路* * 2.2.6.3 線性電橋放大電

26、路線性電橋放大電路12ao1212RRuuuRRRR b313/ ()uuRRR 32o131RRRuuuRRRR 32,(1)RR RR 特點(diǎn)：傳感器接在反饋回路，線性好，量程大，但靈敏度低。特點(diǎn)：傳感器接在反饋回路，線性好，量程大，但靈敏度低。uoR3R2 = R(1+)R1uuaR1ub+ +- -+ +N 方法方法：（1）自動(dòng)調(diào)零放大電路；自動(dòng)調(diào)零放大電路； （2）低漂移單片集成運(yùn)算放大器；）低漂移單片集成運(yùn)算放大器； （3）由通用集成運(yùn)算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大）由通用集成運(yùn)算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大 電路。電路。 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.7 低漂移放大電路低

27、漂移放大電路 作用作用：減小輸入失調(diào)電壓減小輸入失調(diào)電壓U0s和低頻干擾引起的零點(diǎn)漂移和低頻干擾引起的零點(diǎn)漂移Uc 2.2.7 低漂移放大電路低漂移放大電路* * 2.2.7.1 自動(dòng)調(diào)零放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路由一塊四運(yùn)放由一塊四運(yùn)放和一塊四位模和一塊四位模擬開(kāi)關(guān)組成。擬開(kāi)關(guān)組成。N1：主運(yùn)放：主運(yùn)放N2：誤差保持電路：誤差保持電路N3：驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)：驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)Sa1、Sa2N4：驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)：驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)Sb1、Sb2- -+ + +N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1- -+ + +N1K2- -+ + +N2UiSb1R1- -+ + +N41誤差保持誤差保持 當(dāng)當(dāng)N3輸出高電平，輸出高電平，N4

28、輸出低電平時(shí)，輸出低電平時(shí)，Sa1Sa2閉合，閉合， Sb1Sb2斷開(kāi)，電路處于自動(dòng)調(diào)零狀態(tài)，其誤差保持電路如下：斷開(kāi)，電路處于自動(dòng)調(diào)零狀態(tài)，其誤差保持電路如下：UK UUo110s1c1() UK UUc12o10s2() UUUKUc10s10s210s1/ 121K K 11K ， U0s1寄存在寄存在C1上，誤差保持。上，誤差保持。 2.2.7.1 自動(dòng)調(diào)零放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路K2C1UC1Uo1R1R2K1- -+ + +N1- -+ + +N2U0s1U0s2UK KK K UK Uc112120s120s2(1) 2調(diào)零放大調(diào)零放大 當(dāng)當(dāng)N3輸出低電平，輸出低電平，N4輸出高

29、電平時(shí)，輸出高電平時(shí)，Sa1Sa2斷開(kāi)，斷開(kāi)， Sb1Sb2閉合，電路進(jìn)入放大狀態(tài)，其調(diào)零放大電路如下：閉合，電路進(jìn)入放大狀態(tài)，其調(diào)零放大電路如下：RUUK UK UR2oi10s11c11 實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的目的，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的目的，也起到了放大作用。輸出穩(wěn)定，起到了放大作用。輸出穩(wěn)定，U0s和和Uc降低，電路成本低。降低，電路成本低。2oi1RUUR 2.2.7.1 自動(dòng)調(diào)零放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路UoC1UiR1R2K1- -+ + +N1U0s12.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器 2.2.7 低漂移放大電路低漂移放

30、大電路1輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器(CAZ運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器)a) N1調(diào)零放大，調(diào)零放大，N2誤差保持誤差保持輸出輸出C1GR輸入輸入 -+N1-+N2R+輸入輸入 C2b) N1誤差保持，誤差保持，N2調(diào)零放大調(diào)零放大C1G輸入輸入 C2+輸入輸入 輸出輸出 R-+N1-+N2R N1N2性能一致，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)使性能一致，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)使N1N2交替地工作在調(diào)交替地工作在調(diào)零放大和誤差保持兩種不同的狀態(tài)。零放大和誤差保持兩種不同的狀態(tài)。 G為自動(dòng)校零輸入端，必須接到系統(tǒng)的零線，使放大為自動(dòng)校零輸入端，必須接到系統(tǒng)的零線，使放大器在自動(dòng)校零時(shí)無(wú)信號(hào)輸入。器在自動(dòng)校零

31、時(shí)無(wú)信號(hào)輸入。 C1C2為外接電容，在校零狀態(tài)時(shí)寄存放大器的為外接電容，在校零狀態(tài)時(shí)寄存放大器的U0s和低和低頻瞬時(shí)干擾電壓頻瞬時(shí)干擾電壓Uc。當(dāng)轉(zhuǎn)換成放大狀態(tài)時(shí)，電容上寄存的。當(dāng)轉(zhuǎn)換成放大狀態(tài)時(shí)，電容上寄存的電壓正好抵消了放大器的電壓正好抵消了放大器的U0s和和Uc，達(dá)到自動(dòng)校零的目的，達(dá)到自動(dòng)校零的目的，且放大了輸入信號(hào)。且放大了輸入信號(hào)。 特點(diǎn)：輸出穩(wěn)定，性能好，但對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。特點(diǎn)：輸出穩(wěn)定，性能好，但對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。 2.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器n什么是CAZ運(yùn)算放大器？它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場(chǎng)合下采用較為合適？n CAZ

32、運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，它通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的切換，使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)性能一致的運(yùn)算放大器交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)。n 它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的自動(dòng)調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。n 應(yīng)用于傳感器輸出信號(hào)極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對(duì)共模電壓抑制要求不高的場(chǎng)合。2斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器(ICL7650)內(nèi)部調(diào)制內(nèi)部調(diào)制補(bǔ)償電路補(bǔ)償電路箝位電路箝位電路外時(shí)鐘輸入外時(shí)鐘輸入GSaSb時(shí)

33、鐘輸出時(shí)鐘輸出N1：主運(yùn)放：主運(yùn)放N2：調(diào)零放大器：調(diào)零放大器A1A2：N1N2側(cè)向輸入端側(cè)向輸入端C1C2：外接電容，寄存：外接電容，寄存U0s和和Uc 2.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2（1）誤差檢測(cè)和寄存階段）誤差檢測(cè)和寄存階段 時(shí)鐘為高電平時(shí)，時(shí)鐘為高電平時(shí)，Sa1Sa2閉合，閉合， Sb1Sb2斷開(kāi)，斷開(kāi)，N2兩輸入兩輸入 端被短接，只有輸入失調(diào)電壓端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s2和共模信號(hào)和共模信號(hào)Uc作用，其輸作用，其輸 出由電容出由電容C2寄存，并反饋到寄存，

34、并反饋到 N2的側(cè)向輸入端的側(cè)向輸入端A2，此時(shí)此時(shí)UUK UK UK Uc2o220s2c2c2o2 UK UK UKo220s2c2c21() 誤差項(xiàng)，寄存在誤差項(xiàng)，寄存在C2上。上。 2.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2 2.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器（2）校零和放大階段）校零和放大階段 時(shí)鐘為低電平時(shí)，時(shí)鐘為低電平時(shí)， Sa1Sa2斷開(kāi)，斷開(kāi)， Sb1Sb2閉合，輸入信號(hào)閉合，輸入信號(hào) Ui同時(shí)作用到同時(shí)作用到N1、N2的輸入端的輸入端，此時(shí)此時(shí) UKU +UK UK

35、Uo22i0s2c2c2c2() o22iUK U C2上寄存的電壓與上寄存的電壓與N2的的U0s2、 Uc抵消，達(dá)到穩(wěn)零目的。抵消，達(dá)到穩(wěn)零目的。UK UUK UK Uo11i0s1c1c1o2() UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2Uc2 2.2.7.2 低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器 ICL7650特點(diǎn)：具有失調(diào)電壓影響小，共模抑制比高，特點(diǎn)：具有失調(diào)電壓影響小，共模抑制比高，增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高。增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格高。UK K UK UK UK KUUUo112i10s1c1c12i0sc) （1121KKK

36、，KK KK K11212 UUK0s10s2 輸入失調(diào)電壓減小了輸入失調(diào)電壓減小了K2倍。倍。K UUUUK KK CMRRCMRRc1cccc1221 共模抑制比提高了共模抑制比提高了K2倍。倍。UKK KUK U+K Uo1112i10s1c1c() 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.8 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路 作用作用：提高反相提高反相(或差動(dòng)或差動(dòng))運(yùn)算放大器的輸入阻抗，與電運(yùn)算放大器的輸入阻抗，與電 容式、壓電式傳感器的高輸出阻抗相匹配。容式、壓電式傳感器的高輸出阻抗相匹配。 方法：方法：（1）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會(huì)）在放大電路輸入端加接電

37、壓跟隨器，但會(huì) 引入共模誤差；引入共模誤差； （2）采用高輸入阻抗的集成運(yùn)算放大器；）采用高輸入阻抗的集成運(yùn)算放大器； （3）采用通用集成運(yùn)算放大器組成的自舉電路。）采用通用集成運(yùn)算放大器組成的自舉電路。 2.2.8 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路610 M 2.2.8.1 高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器（1）輸入級(jí)采用）輸入級(jí)采用N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS-FET)， 如：如：CA3140、CA3260等，輸入阻抗高達(dá)等，輸入阻抗高達(dá) ；（2）輸入級(jí)采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管）輸入級(jí)采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)，如：，如：LF356、LF412、

38、 LM310、LF444等，輸入阻抗為等，輸入阻抗為 ；（3）輸入級(jí)采用）輸入級(jí)采用N溝道和溝道和P溝道兩管互補(bǔ)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道兩管互補(bǔ)型場(chǎng)效應(yīng)管(CMOS- FET)，如：，如：ICL7613、ICL7641B/C，輸入阻抗，輸入阻抗 。61.5 10 M610 M 2.2.8.1 高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器 使用時(shí)安裝在印刷電路板上，會(huì)有漏電流流入形成干擾。使用時(shí)安裝在印刷電路板上，會(huì)有漏電流流入形成干擾。故在運(yùn)放的高阻抗輸入端加屏蔽層，并接到低阻抗處。這樣，故在運(yùn)放的高阻抗輸入端加屏蔽層，并接到低阻抗處。這樣，屏蔽層與高阻抗之間幾乎無(wú)電位差，可防止漏電流的流入。屏蔽層

39、與高阻抗之間幾乎無(wú)電位差，可防止漏電流的流入。RuuR2oi1(1)RuuR2oi1 uiuo+-+Nuuoi a)電壓跟隨器電壓跟隨器b)同相放大器同相放大器c)反相放大器反相放大器+-+NuouiR1R2R3=R1/R2uo+-+NuiR1R22.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路 2.2.8 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路 何謂自舉電路何謂自舉電路? 自舉電路自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。 是不是所有情況

40、下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？ 高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高的測(cè)高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高的測(cè)量放大電路中。如量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器電容式、壓電式傳感器的測(cè)量放大電路。的測(cè)量放大電路。2.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路b)交流電壓跟隨電路交流電壓跟隨電路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大電路同相交流放大電路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用利用C2將運(yùn)放兩輸入端之間的交流電壓作用在將運(yùn)放兩輸入端之間的交流電壓作用在R1兩端。兩端。理想情況下兩輸

41、入端電位近似相等理想情況下兩輸入端電位近似相等(虛短虛短)，無(wú)電流流過(guò)，無(wú)電流流過(guò)R1 ，故對(duì)交流而言故對(duì)交流而言 。R1 要求：要求：R3=R1+R2 減小輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流。減小輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流。2.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路RuuR3o1i1 RuuuR1o2o1i322 uuuRRiuRRR Ro2i21i1212 i輸入電阻為：輸入電阻為：uR RRiRRi12i21 當(dāng)當(dāng)R2=R1時(shí)，時(shí)，Ri，i1 = i2 ，即即N1的輸入電流全部由的輸入電流全部由N2提提供，輸入回路無(wú)電流。供，輸入回路無(wú)電流。uo1uii1i2R1iuo22

42、R1R3R2- -+ + +N1- -+ + +R3N2c)自舉組合電路自舉組合電路 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路2.2.9 電荷放大電路電荷放大電路 作用：作用：將壓電或電容傳感器輸出的電荷信號(hào)放大為電壓將壓電或電容傳感器輸出的電荷信號(hào)放大為電壓 信號(hào)，并進(jìn)行阻抗變換。信號(hào)，并進(jìn)行阻抗變換。 電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷成正比，與反饋電電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷成正比，與反饋電容成反比，而與電路其他參數(shù)無(wú)關(guān)。容成反比，而與電路其他參數(shù)無(wú)關(guān)。2.2.9.1 基本原理基本原理1. 理想情況理想情況QuuCoc 傳感器輸出電荷對(duì)反饋電容充電，即傳感器輸出電荷對(duì)反饋電容充電，即Qu

43、o+- -+NC2. 實(shí)際等效電路實(shí)際等效電路R 電容電容C的放電回路，減小零漂、穩(wěn)定工作點(diǎn)。的放電回路，減小零漂、穩(wěn)定工作點(diǎn)。 2.2.9 電荷放大電路電荷放大電路CK C(1) 把把R和和C等效到等效到N的輸入端：的輸入端： ，RRK1 j KQj QRuKuj RCjCCCCRRRoiscisi1111() uo+- -+NCRQCsRsCcCiRiiui 2.2.9 電荷放大電路電荷放大電路當(dāng)當(dāng)Ci可忽略，且頻率較高可忽略，且頻率較高 ，K為有限值時(shí)：為有限值時(shí)：j CR(1/) KQuCCK Cosc(1) 2.2.9.2 電荷放大電路的特性電荷放大電路的特性1. 開(kāi)環(huán)電壓增益開(kāi)環(huán)電

44、壓增益K的影響的影響QuCo() uuCCCuCCK Cooscosc100%100%(1) 相對(duì)誤差：相對(duì)誤差： 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 與開(kāi)環(huán)電壓增益與開(kāi)環(huán)電壓增益K成反比。成反比。 2. 頻率特性頻率特性2.2.9.2 電荷放大電路的特性電荷放大電路的特性 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。因此電荷放大器增益下降。因此電荷放大器增益下降3dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的下限截止頻率為：時(shí)，對(duì)應(yīng)的下限截止頻率為： fRCL12 uQ Co/ 高頻響應(yīng)很好，低頻響應(yīng)差。且當(dāng)電纜較長(zhǎng)時(shí)，電纜高頻響應(yīng)很好，低頻響應(yīng)差。且當(dāng)電纜較長(zhǎng)時(shí)，電纜分布電容對(duì)相對(duì)誤差和上限頻率有關(guān)，故選低電容電纜。分布電容對(duì)相對(duì)誤差和上限頻率有關(guān)，故選低電容電纜

45、。3. 噪聲與漂移噪聲與漂移噪聲：增大噪聲：增大Cc、減小、減小C時(shí)，時(shí)，輸出電壓噪聲增大輸出電壓噪聲增大。零漂：增大零漂：增大R、減小電纜絕緣電阻、減小電纜絕緣電阻Rc和和Ri時(shí)，漂移增大。時(shí)，漂移增大。綜合考慮：綜合考慮： ，R10M C4100 10 pF 2.2.9 電荷放大電路電荷放大電路90k 2.2.9.3 電荷放大電路實(shí)例電荷放大電路實(shí)例+- -+N2uo+- -+N1CRQ+15VR12VD14558VD2-15V3A74161 8 74RPu1R2S2S1aS1b20k 實(shí)例實(shí)例123674 2.2.9 電荷放大電路電荷放大電路30k 150k 890k 2.2.9.3 電

46、荷放大電路實(shí)例電荷放大電路實(shí)例+- -+N2uo+- -+N12000pFAD544L實(shí)例實(shí)例2QCsCcRCRP1RP2100k 130k R1PV-9647F100k A766-E81 5R1 限流電阻；限流電阻；RP1 調(diào)整增益；調(diào)整增益；RP2 調(diào)節(jié)失調(diào)；調(diào)節(jié)失調(diào)；N2 電壓放大。電壓放大。N1 電荷電荷/電壓轉(zhuǎn)換；電壓轉(zhuǎn)換；236 2.2 典型測(cè)量放大電路典型測(cè)量放大電路uu12 2.2.10 增益調(diào)整放大電路增益調(diào)整放大電路 作用：作用：由輸入信號(hào)的大小，調(diào)整閉環(huán)增益，使輸出信號(hào)由輸入信號(hào)的大小，調(diào)整閉環(huán)增益，使輸出信號(hào) 固定在一定范圍。固定在一定范圍。iiii1234 2.2.1

47、0.1 手動(dòng)增益調(diào)整放大電路手動(dòng)增益調(diào)整放大電路uo+- -+NR1u1u2ui1ui2R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R2.2.10.1 手動(dòng)增益調(diào)整放大電路手動(dòng)增益調(diào)整放大電路uuuuuuuuRRRR13343oi11122 uuuuuuuRRRR43i22244122 uu12 RRuuuRR22oi2i112(1)() RRKRR22f12(1) uo+- -+NR1u1u2ui1ui2R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R2.2.10 增益調(diào)整放大電路增益調(diào)整放大電路2.2.10.2 自動(dòng)增益調(diào)整放大電路自動(dòng)增益調(diào)整放大電路1. 改變反饋電阻改變反饋電阻RuuR2

48、i1 uuuuuRRRRoi12x4 iiii1234 VN溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，高電溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，高電 平平(0)導(dǎo)通，低電平導(dǎo)通，低電平(負(fù)負(fù))夾斷。夾斷。RrRx3uo+- -+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信號(hào)控制信號(hào)R4VRR RRRRR RRuuuuuRR RRR42422424xoiiii1x111/ 當(dāng)當(dāng)ui較小時(shí)，控制較小時(shí)，控制信號(hào)為高電平信號(hào)為高電平(0)，V導(dǎo)導(dǎo)通，通，r 很小，很小，Kf=max； 當(dāng)當(dāng)ui較大時(shí)較大時(shí)(超過(guò)某界限超過(guò)某界限)，控制信號(hào)為低電平控制信號(hào)為低電平(負(fù)負(fù))， V夾夾斷，斷，r 很大，很大，Kf=min；2.2.10.2 自動(dòng)增益

49、調(diào)整放大電路自動(dòng)增益調(diào)整放大電路uo+- -+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信號(hào)控制信號(hào)R4VRRR RRKR2424xf1/ 2. 改變輸入電阻改變輸入電阻2.2.10.2 自動(dòng)增益調(diào)整放大電路自動(dòng)增益調(diào)整放大電路RuuRrR3oi21(1)/ / 當(dāng)當(dāng)ui較小時(shí)，控制信較小時(shí)，控制信號(hào)為低電平號(hào)為低電平(0)，V1和和V2都導(dǎo)通，都導(dǎo)通，r 很小，很小，Kf=max； 當(dāng)當(dāng)ui超過(guò)某界限時(shí)，超過(guò)某界限時(shí)，控制信號(hào)為高電平控制信號(hào)為高電平(正正)， V1截止，截止，V2夾斷，夾斷，r 很很大，大，Kf=min；uo+- -+N+9V控制控制信號(hào)信號(hào)uiR2R3V2R1-6VV1r

50、RKRrR3f211/ / 2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)2.2.10 增益調(diào)整放大電路增益調(diào)整放大電路* * 1. 通用運(yùn)放可編程增益放大電路通用運(yùn)放可編程增益放大電路多路模擬開(kāi)關(guān)：采用多路模擬開(kāi)關(guān)：采用P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)陣列，高陣列，高 電平電平(正正)夾斷，低電平夾斷，低電平(0)導(dǎo)通。導(dǎo)通。二極管：提高開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的抗干擾能力。即開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，二極管：提高開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的抗干擾能力。即開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)， Ui使使Uo高于柵極電位，二極管正向偏置，則開(kāi)關(guān)高于柵極電位，二極管正向偏置，則開(kāi)關(guān) 的源極被箝位到的源極被箝位到0.6V左右，確保開(kāi)關(guān)

51、斷開(kāi)。左右，確保開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。運(yùn)放：運(yùn)放： (單運(yùn)放單運(yùn)放)， LM353(三運(yùn)放三運(yùn)放) ，LM324(四運(yùn)放四運(yùn)放)A741Uo+- -+NUiR1R21M 110M 1M 20.4k 10.1k 10k ABCD（1）單運(yùn)放式）單運(yùn)放式2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)開(kāi)關(guān)的通斷改開(kāi)關(guān)的通斷改變了運(yùn)放的并變了運(yùn)放的并聯(lián)反饋電阻聯(lián)反饋電阻Rx (24種增益種增益)RRKR2xf1/ / KfA B C D-100 -50 -10 -2 -1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 Rx1M 110M 20.4k 10.1k

52、2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)KfABC0 1 1 1 1 0 1 1 0 RR211/ （2）多運(yùn)放并聯(lián)式）多運(yùn)放并聯(lián)式RR431/ RR651/ 開(kāi)關(guān)的通斷，取決于開(kāi)關(guān)的通斷，取決于從哪個(gè)運(yùn)放取輸出。從哪個(gè)運(yùn)放取輸出。放大單元多，成本高，放大單元多，成本高，較少采用。較少采用。Uo+- -+N1R2AR1+- -+N2R4BR3+- -+N3R6CR5Ui2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)（3）多運(yùn)放串聯(lián)式）多運(yùn)放串聯(lián)式開(kāi)關(guān)的通斷，取決于放大單元的個(gè)數(shù)開(kāi)關(guān)的通斷，取決于放大單元的個(gè)數(shù)(AD521、AD522等等)。放大單元多，

53、成本高，但可提高增益。放大單元多，成本高，但可提高增益。RKRffi1UoUiCBA+- -+N2R4R3+- -+N1R2R1+- -+N3R6R5DKfA B C D1 Kf1 Kf1Kf2 Kf1Kf2Kf3 0 1 1 1 1 1 0 11 0 1 11 1 0 1Uo+- -+NR1R210k 20k 40k 80k ABCD2. 數(shù)字式可編程增益放大電路數(shù)字式可編程增益放大電路2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)Kf-15 -14-13 -12 -11 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 RKABCDR2f1(

54、842) UiAB CD80k 開(kāi)關(guān)的通斷改開(kāi)關(guān)的通斷改變了運(yùn)放的反變了運(yùn)放的反相輸入端電阻相輸入端電阻(24種增益種增益)（1）改變輸入電阻）改變輸入電阻2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)開(kāi)關(guān)的通斷，同時(shí)改變開(kāi)關(guān)的通斷，同時(shí)改變了輸入電阻和反饋電阻。了輸入電阻和反饋電阻。RKABCDRffi1248 Kf1 24 8 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 AB CDUiUoCBARR+- -+ND2R4R（2）改變輸入電阻和反饋電阻）改變輸入電阻和反饋電阻2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA) 開(kāi)關(guān)的通斷，同時(shí)

55、改變了輸入電阻和反饋電阻。開(kāi)關(guān)的通斷，同時(shí)改變了輸入電阻和反饋電阻。N個(gè)個(gè)電阻可得到電阻可得到1N正整數(shù)的正整數(shù)的N種增益。種增益。RRKRRaffib11UoR1+- -+NRN-1RNUiR2N 路路 模模 擬擬 開(kāi)開(kāi) 關(guān)關(guān)NN-1321（3）任意正整數(shù)增益）任意正整數(shù)增益2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)UoR1+- -+NRN-1RNUiR2N 路路 模模 擬擬 開(kāi)開(kāi) 關(guān)關(guān)NN-1321開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)1閉合，閉合，Kf=1，Ra=0，Rb=R1+R2+ +RN，跟隨器，跟隨器開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)2閉合，閉合，Kf=2，Ra=RN，Rb=R1+R2+ +RN-1，Ra=Rb開(kāi)

56、關(guān)開(kāi)關(guān)3閉合，閉合，Kf=3，Ra=RN+RN-1，Rb=R1+R2+ +RN-2，Ra=2Rb開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)N閉合，閉合，Kf=N，Ra=RN+RN-1+ +R2，Rb=R1，Ra=(N-1)RbRKRafb1* * 3. 集成可編程集成可編程 增益放大電路增益放大電路2.2.10.3 可編程增益放大電路可編程增益放大電路(PGA)UoSa1+- -+N3Ui1+- -+N1+- -+N2譯譯碼碼器器和和開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路Ui2數(shù)字地?cái)?shù)字地151614D1D0Sa2Sa4Sb1Sb2Sb3Sb410k 10k 10k 60k 6k 6k 2k 4k 2k 10k 10k 10k 60k 30

57、k 30k 8761011121393Sa3Sa3Kf11 25 10 0 0 01 0 1 1 1 D1D0閉合開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)Sa1Sb1Sa2Sb2Sb3Sa4Sb4RRKRf3f3f2810k =1，4，10RRKRf1f2f101 R8 2.3 隔離放大電路隔離放大電路 作用：作用：將輸入、輸出和電源電路進(jìn)行隔離，使他們之間將輸入、輸出和電源電路進(jìn)行隔離，使他們之間 沒(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有沒(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有 公共的接地端。公共的接地端。 方法：方法：采用電磁耦合采用電磁耦合(變壓器變壓器)和光電耦合。和光電耦合。 應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)(如如 生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)程生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)程 控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)等)中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共 模抑制能力傳送信號(hào)。模抑制能力傳送信號(hào)。 第第2章章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路1. 組成及符號(hào)組成及符號(hào)2.3 隔離放大電路隔離放大電路2.3.1 基本原理基本原理Cis