同相放大器開環(huán)增益

1、2021/2/211檢測與控制電路基礎(chǔ)檢測與控制電路基礎(chǔ)第第4章章 信號調(diào)理信號調(diào)理第第1講（共講（共4講）講）2021/2/212第第1 1講講: :信號調(diào)理基本概念信號調(diào)理基本概念運放特性參數(shù)運放特性參數(shù)電平轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計電平轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計第第2 2講講: :調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)線性化的處理方法線性化的處理方法第第3 3講講: :信號變換電路設(shè)計信號變換電路設(shè)計第第4 4講講: :信號隔離信號隔離濾波器設(shè)計濾波器設(shè)計本講主要內(nèi)容2021/2/213 第一部分第一部分 信號調(diào)理基本概念信號調(diào)理基本概念2021/2/214信號調(diào)理在數(shù)字測控系統(tǒng)中的位置信號調(diào)理在數(shù)字測控系統(tǒng)中的位置數(shù)據(jù)采集單元

2、要求數(shù)據(jù)采集單元要求: :信噪比高、接口有要求信噪比高、接口有要求被測信號被測信號: :微弱、過大、有噪聲微弱、過大、有噪聲信號調(diào)理目的信號調(diào)理目的: :將被測信號轉(zhuǎn)換成可適合后續(xù)處理單將被測信號轉(zhuǎn)換成可適合后續(xù)處理單元接口的信號元接口的信號檢測電路與信號調(diào)理電路一般可以合二為一檢測電路與信號調(diào)理電路一般可以合二為一, ,關(guān)于電關(guān)于電阻抗檢測通常歸結(jié)為信號調(diào)理電路阻抗檢測通常歸結(jié)為信號調(diào)理電路2021/2/215典型信號獲取系統(tǒng)2021/2/216信號調(diào)理分類 電平調(diào)整:對電壓信號進行放大（或衰減） 線性化:非線性特性對于動態(tài)測量很不利,會導(dǎo)致信號波形發(fā)生畸變 線性化作用:擴大傳感器相應(yīng)特性的

3、線性范圍 信號形式變換:從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式 如V/I, I/V ,f/V, f/I, V/f等 電阻抗轉(zhuǎn)換 濾波和阻抗匹配 無源濾波、有源濾波 阻抗匹配,減小誤差2021/2/217電平調(diào)整 目的:得到所需的量程范圍、精度、分辨率2021/2/218無源電平調(diào)整 實際應(yīng)用中要考慮 作為前級（傳感器）電路的負載,要求輸入阻抗高,作為后級電路的輸入端,要求輸出阻抗小 大阻值電阻的精度、噪聲差適用于精度要求不高的場合2021/2/219有源電平調(diào)整2021/2/2110有源電平調(diào)整電路注意幾點: 供電電源的限制: 余量、軌到軌 帶寬的限制 噪聲抑制 放大器其他特性的影響2021/2/2111

4、理想放大器的要求開環(huán)增益共模抑制比輸入阻抗輸出阻抗頻帶寬度沒有溫度漂移vACMRRinR0RoutBW2021/2/2112實際運放有限開環(huán)增益輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流最大差模輸入電壓、最大共模輸入電壓差模輸入電阻、開環(huán)輸出電阻輸入失調(diào)電壓溫度漂移共模抑制比上升速率開環(huán)帶寬、單位增益帶寬2021/2/21132021/2/2114 （1 1）反相放大器的失調(diào)及漂移引入）反相放大器的失調(diào)及漂移引入的誤差的誤差 基本放大器的誤差分析2021/2/2115 根據(jù)實際運放的等效模型并對反相輸入點應(yīng)用KCL得:若取補償電阻Fopbposbnfpbposin.RVRIVIRRIVVFfp/ RRR 20

5、21/2/2116可得結(jié)果說明設(shè)置補償電阻后可消除由平均偏置電流及其漂移的 誤差影響,這也就是反相放大器要在同相輸入端設(shè)置補償電阻的原因。osFosfFinfFo)1 (IRVRRVRRVbI2021/2/2117輸出誤差電壓為折算到輸入端的誤差電壓 考慮最壞的情況將失調(diào)與漂移分別考慮有其中Vos、Ios分別是溫度、時間、正負電源的函數(shù)。 osFosfFoe)1 (IRVRRVosfosFFoeie)|11 (IRVAAVVosfosFosfosFie)|11 ()|11 (IRVAIRVAV2021/2/2118共模抑制比、失調(diào)及共模抑制比、失調(diào)及其漂移引入的誤差其漂移引入的誤差 2021/

6、2/2119解之得inpbposicbnFofCMRRVRIVVVIRVVRVbnfFFfpbposicinfFoCMRR1IRRRRRIVVVRRV2021/2/2120令輸出誤差電壓為2)()(CMRRospfFfFbpfFfFosicinFoIRRRRRIRRRRRVVVAVosposicFinFoCMRRIRVVAVAV)CMRR(osposicFoeIRVVAVfFfFpRRRRR2021/2/2121折算到輸入端為 由于失調(diào)是可以調(diào)零的,因此考慮CMRR及失調(diào)漂移時的誤差電壓 顯然電壓跟隨器組態(tài)時若Rp=0,要求RF=0,這對減小定態(tài)誤差是有利的,但不利于堵塞時的輸入級保護。 os

7、posicieCMRRIRVVVosposicieCMRRIRVVV2021/2/21222021/2/2123根據(jù)圖可以得到方程組pidFooovoLoidFofin)(ZZVVVZVVZVVVAZVZVVZVVZVV2021/2/2124 解方程組得考慮開環(huán)增益、輸入阻抗、輸出阻抗時的閉環(huán)增益為 式中 )j ()j (111voFFFAAAfFFZZA)1 (/1)j (idpFoLFLFvovoZZZZZZZZZAAo)(11)j (FfFfpidZZZZZZFF2021/2/2125 （2）同相放大器開環(huán)增益、輸入阻抗和）同相放大器開環(huán)增益、輸入阻抗和輸出阻抗引入的誤差輸出阻抗引入的誤

8、差2021/2/2126可列出下列方程組cidpinLoFooovoFcfidoZVZVVZVVZVZVVZVVVAZVVZVZVZVV2021/2/2127解之得其中 )j ()j (111)j ()j (voFFFAAAFLovovo/1)j ()j (ZZZAAcpfFpid/11)j ()j (ZZZZZZFF2021/2/2128 結(jié)果說明:顯然Avo越大,輸入阻抗越大,輸出阻抗越小,誤差越小。 2021/2/2129 （1）反相放大器的動態(tài)誤差）反相放大器的動態(tài)誤差 頻域誤差 反相放大器在交流工作條件下,輸入信號為正弦波時,由于閉環(huán)帶寬的有限性將產(chǎn)生幅度誤差和相位誤差,這就是所謂的

9、頻域誤差。 2021/2/2130反相放大器的頻率特性 2FBWFF)(1|)(ffAA)(tg)(FBW1Fff2021/2/2131 當(dāng)ffFBW時,反相放大器的幅度絕對誤差為 相位絕對誤差為 |)()(FFFAAfA) 1)(11(2FBWFffA6FBW4FBW2FBWF)(642531)(4231)(21|ffffffA)(tg)()(FBW1FFfff2021/2/2132當(dāng)f4V（留0.5V余量） 零壓力輸出:0.5V 差動電壓轉(zhuǎn)換為對地電壓 高共模抑制比 高輸入阻抗 低輸出阻抗輸入信號:33mV58mV差動輸入（存在一個偏置電壓）DAQ:0.54.5V信號調(diào)理:58mV - 4

10、V33mV - 0.5V差動輸入-單端（零偏置）高輸入阻抗低輸出阻抗高CMRR2021/2/2164設(shè)計參數(shù)計算 增益: 33mV * 140 =4.62V 58mV * 140 =8.12V 需要加:-4.12V偏移 傳遞函數(shù): Vo=140*Vsensor - 4.1214033585.04mVmVVVVVAiov2021/2/2165雙運放構(gòu)成的電壓調(diào)整電路refiioVRRRRVRRVRRRRV123423411234)1()1(2134RRRR令:有:refiioVVVRRV)(1(21342021/2/2166Vref產(chǎn)生VccRRRVrefrefrefref212（1）Vcc必須

11、穩(wěn)定（2）等效電阻必須小于R1一個數(shù)量級（3）對R1的影響不僅改變Gain,而且降低CMRR2021/2/2167增益可調(diào)的雙運放電壓調(diào)整電路refiGGiGGoVRRRRVRRRRRRRRVRRRRRRRRRRRRV1234223443411234234434) 1()(令13214RRRR則refiiGoVVVRRRRV）（12434-)21 (2021/2/2168帶有負電壓調(diào)整項的電壓調(diào)整電路)() 1()(241234223443411234234434ccioffrefiGGiGGoVVRRVRRRRVRRRRRRRRVRRRRRRRRRRRRV令13214RRRR則)(-)21 (2412434ccioffrefiiGoVVRRVVVRRRRV）（2021/2/2169負零位調(diào)節(jié) Vcc穩(wěn)定 在調(diào)整時,要保證Roff為唯一可調(diào)電阻 調(diào)節(jié)順序 確定需調(diào)節(jié)的負電壓值 先調(diào)整好R4,保證增益 調(diào)節(jié)Roff Vi2的影響:因變化范圍很小,通?？珊雎圆挥嫞ǜ呔葧r需考慮其影響） 調(diào)整結(jié)束,最好用固定電阻取代可調(diào)電阻器 需注意:本電路CMRR低。)(24ccioffshiftVVRRV2021/2/2170三運放電壓調(diào)整電路shiftrefiGGiGGoVRRVRRRRVRRRRRRRRVRRRRRRRRRRRRRR