張國雄版測控電路PPTChapter2-5

1、第二章第二章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路將微弱的傳感器信號(hào)放大將微弱的傳感器信號(hào)放大放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理，或推動(dòng)指示器、放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理，或推動(dòng)指示器、記錄器以及各種控制機(jī)構(gòu)記錄器以及各種控制機(jī)構(gòu)第二章第二章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路由于由于傳感器輸出的信號(hào)形式和信號(hào)大小各不相同傳感器輸出的信號(hào)形式和信號(hào)大小各不相同 傳感器所處的環(huán)境條件、噪聲對(duì)傳感器的影響傳感器所處的環(huán)境條件、噪聲對(duì)傳感器的影響也不一樣也不一樣因此所采用的放大電路的形式和性能指標(biāo)也因此所采用的放大電路的形式和性能指標(biāo)也不盡相同第二章第二章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路有的要求有的要求增益能程控增益能程控有的要求進(jìn)行

2、有的要求進(jìn)行線性化處理線性化處理有的傳感器與放大電路要實(shí)現(xiàn)有的傳感器與放大電路要實(shí)現(xiàn)電氣隔離電氣隔離通用運(yùn)放組成的放大電路通用運(yùn)放組成的放大電路專門設(shè)計(jì)的單片集成放大器專門設(shè)計(jì)的單片集成放大器在功率放大電路中，晶體管仍有相當(dāng)應(yīng)用在功率放大電路中，晶體管仍有相當(dāng)應(yīng)用第二章第二章 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路第一節(jié)第一節(jié) 運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償?shù)诙?jié)第二節(jié) 測量放大電路測量放大電路第三節(jié)第三節(jié) 增益的調(diào)整電路增益的調(diào)整電路第四節(jié)第四節(jié) 隔離放大電路隔離放大電路理想運(yùn)算放大器模型運(yùn)算放大器理想特性，5個(gè)基本規(guī)范 電壓增益無限大Avo = 輸入電阻無限大rin = 輸出電阻為零ro

3、= 0 帶寬無限大BW = 輸入失調(diào)電壓為零，如Ein = 0，則Eo = 03個(gè)基本準(zhǔn)則 差模輸入電壓為0 流入兩個(gè)輸入端的電流為0 在環(huán)路閉合情況下，反相輸入端(-)的電壓等于同相輸入端(+)或參考輸入端的電壓第一節(jié)第一節(jié) 運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償一、理想與實(shí)際運(yùn)放的簡單比較一、理想與實(shí)際運(yùn)放的簡單比較差模增益90-100dB以上共模增益00dB以上共模抑制比80-120dB以上輸入阻抗100k數(shù)兆歐輸出阻抗010數(shù)百歐帶寬010kHz功率，dB = 10*lg(A/B)對(duì)于電壓或電流，dB = 20*lg(A/B) 通用運(yùn)算放大器參數(shù)已有高帶寬運(yùn)算放大器第一節(jié)第一節(jié)

4、運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及補(bǔ)償二、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流二、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流1 1、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓理想：理想：輸入電壓為零，輸出電壓也為零輸入電壓為零，輸出電壓也為零實(shí)際：實(shí)際：輸入為零，輸出不為零輸入為零，輸出不為零原因：原因：運(yùn)算放大器中前置級(jí)的差動(dòng)放大器并不一定運(yùn)算放大器中前置級(jí)的差動(dòng)放大器并不一定完全對(duì)稱完全對(duì)稱 必須在輸入端加上某一直流電壓后才能使必須在輸入端加上某一直流電壓后才能使輸出為零，這一直流電壓稱為輸出為零，這一直流電壓稱為輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓uos這種失調(diào)隨時(shí)間和溫度而變化，即零點(diǎn)在變動(dòng)，常這種失調(diào)隨時(shí)間和溫度而變化，即零點(diǎn)在變

5、動(dòng)，常稱稱零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移R1RiR3u2R2u1uiuo-uosIb1Ib2+N當(dāng)輸入為零時(shí)當(dāng)輸入為零時(shí),這時(shí)輸出電壓稱為輸出失這時(shí)輸出電壓稱為輸出失調(diào)電壓調(diào)電壓uo: 2oos1u(1)uRR失調(diào)電壓相同的情況下，增益越大，輸出失調(diào)電壓越大，所以失調(diào)電壓的失調(diào)電壓相同的情況下，增益越大，輸出失調(diào)電壓越大，所以失調(diào)電壓的調(diào)整很重要調(diào)整很重要一、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流一、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流R2112()()0oiosRuuuRR使得輸出為0的輸入失調(diào)電壓uos2 2、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流l 普通運(yùn)算放大器的普通運(yùn)算放大器的輸入端子是晶體管輸入端子是晶體管的基極的基極l 輸入端

6、有直流偏置輸入端有直流偏置電流電流Ib1、Ib2流過流過l 無外加信號(hào)時(shí)無外加信號(hào)時(shí), Ib1、Ib2始終存在并且不始終存在并且不相等相等2 2、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流l 在在R2和和R3 兩端產(chǎn)兩端產(chǎn)生壓降生壓降u1和和u2,l u1直接引起輸出電直接引起輸出電壓的變化壓的變化l u2相當(dāng)于在同相端相當(dāng)于在同相端的輸入電壓的輸入電壓l 所以由所以由u1、u2在輸在輸出端產(chǎn)生的失調(diào)電出端產(chǎn)生的失調(diào)電壓壓uo2為：為：b2312b12o2IR)RR1(IRu u1u22 2、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流l 若取若取R3 = R1/R2 ，則則o22b2b12 osuR (I -I ) R IR

7、2越大，輸出失調(diào)電壓越大越大，輸出失調(diào)電壓越大因此，為了減小輸人失調(diào)電流對(duì)輸出失調(diào)電壓的影響，反饋電限因此，為了減小輸人失調(diào)電流對(duì)輸出失調(diào)電壓的影響，反饋電限R2不能取得太大，通常取不能取得太大，通常取10-100k 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流Ib2-Ib103 3、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整兩種方法：兩種方法：內(nèi)部調(diào)整、外部調(diào)整內(nèi)部調(diào)整、外部調(diào)整外部調(diào)整法：外部調(diào)整法：把調(diào)整電壓加到運(yùn)算放大器的某一輸把調(diào)整電壓加到運(yùn)算放大器的某一輸入端入端-反相端或同相端反相端或同相端3 3、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整l 把調(diào)整電

8、壓加至反相輸入端：把調(diào)整電壓加至反相輸入端：調(diào)整電壓調(diào)整電壓ua的大小由下式計(jì)算：的大小由下式計(jì)算：URRRRRRRRua21241421 NR1R3R2R4RPuiuo-15V+15VUua3 3、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整l 把調(diào)整電壓加至同相輸入端：把調(diào)整電壓加至同相輸入端：調(diào)整電壓調(diào)整電壓ua的大小由下式計(jì)算：的大小由下式計(jì)算：URRRua545 NR1R3R2R5RPuiuo-15V+15VR4Uua為了使為了使R5兩端產(chǎn)生的電壓不影響其他回路兩端產(chǎn)生的電壓不影響其他回路，R5盡可能取小些盡可能取小些3 3、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整、輸

9、入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流的調(diào)整內(nèi)部調(diào)整法：內(nèi)部調(diào)整法：許多線性集成運(yùn)算放大器有失調(diào)調(diào)整許多線性集成運(yùn)算放大器有失調(diào)調(diào)整的端子的端子內(nèi)部調(diào)整法：內(nèi)部調(diào)整法：許多線性集成運(yùn)算放大器有失調(diào)調(diào)整許多線性集成運(yùn)算放大器有失調(diào)調(diào)整的端子的端子LM741，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)第二節(jié) 測量放大電路測量放大電路測量放大電路：測量放大電路：l 在測量控制系統(tǒng)中，在測量控制系統(tǒng)中， 用來放大傳感器輸出的微弱電用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路l 也稱儀用放大電路也稱儀用放大電路( (儀表放大器儀表放大器) )測量放大電路的結(jié)構(gòu)形式測量放大電路的結(jié)構(gòu)形式l 由傳感器的類型決定

10、的由傳感器的類型決定的第二節(jié)第二節(jié) 測量放大電路測量放大電路例如，例如，電阻應(yīng)變式傳感器通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓信號(hào)，電阻應(yīng)變式傳感器通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓信號(hào)， 因此電橋放大電路就是其測量放大電路因此電橋放大電路就是其測量放大電路光電池、光敏電阻、蓋格粒子計(jì)數(shù)器，由于它們的光電池、光敏電阻、蓋格粒子計(jì)數(shù)器，由于它們的輸出電阻很高，可視為電流源，此時(shí)測量放大電路輸出電阻很高，可視為電流源，此時(shí)測量放大電路即為微電流放大電路即為微電流放大電路第二節(jié)第二節(jié) 測量放大電路測量放大電路測量放大電路的頻帶寬度由被測參數(shù)的頻率范圍及測量放大電路的頻帶寬度由被測參數(shù)的頻率范圍及其載波信號(hào)頻率決定其載波信號(hào)

11、頻率決定被測參數(shù)的頻率，可以是直流，也可以是超高頻被測參數(shù)的頻率，可以是直流，也可以是超高頻 被測信號(hào)的頻率范圍越寬，測量放大電路的頻被測信號(hào)的頻率范圍越寬，測量放大電路的頻帶也應(yīng)越寬帶也應(yīng)越寬一、基本要求與類型一、基本要求與類型1 1、基本要求、基本要求（1）輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配（2）穩(wěn)定的放大倍數(shù)（3）低噪聲（4）低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流，低的漂移（5）足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率(無奇變地放大瞬態(tài)信號(hào))（6）高共模輸入范圍(如達(dá)幾百伏)和高共模抑制比（7）可調(diào)的閉環(huán)增益（8）線性好、精度高（9）成本低一、基本要求與類型一、基本要求與類型測量放大電路是一種綜合指標(biāo)很好的高性能放大

12、電路 一、基本要求與類型一、基本要求與類型2 2、類型、類型l 按測量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為 差動(dòng)直接藕合式、調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類l 按元件的制造方式可分為 分立元件結(jié)構(gòu)形式、通用運(yùn)放組成形式和單片集成測量放大器三種二、基本放大電路二、基本放大電路1 1、反相放大電路、反相放大電路NR1R3R2 uiuol優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：輸入阻抗比較低輸入阻抗比較低l可滿足一般場合要求可滿足一般場合要求i12ouRRu uo反相放大電路改進(jìn)型反相放大電路改進(jìn)型i125uRRu 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：有較高的輸入阻抗，又可取得足夠的增益有較高的輸入阻抗，又可取得足夠的增益NR1R3R2 u

13、iuoR4R5 u55545250RuRuuRuo i245412ouRRRR1RRu)( 二、基本放大電路二、基本放大電路2 2、同相放大電路、同相放大電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入阻抗高，有較大共模輸入，易受干擾，精度不是很輸入阻抗高，有較大共模輸入，易受干擾，精度不是很高高i12o)uRR1(u NR3R1R2uiuo 3211iiKZZRRR式中：Zi 運(yùn)算放大器開環(huán)輸入阻抗 K 運(yùn)算放大器開環(huán)增益二、基本放大電路二、基本放大電路跟隨器跟隨器( (同相放大器，同相放大器，Kf=1)Kf=1)電阻電阻R1、R2是平衡電阻是平衡電阻目的是為了消除運(yùn)算放大器的輸入偏置電流的影響目的是為了消除運(yùn)算放大器

14、的輸入偏置電流的影響如果運(yùn)放本身的輸入限抗足夠高（輸入偏置電流足夠小）或?qū)﹄娐份敵龅牧泓c(diǎn)偏如果運(yùn)放本身的輸入限抗足夠高（輸入偏置電流足夠小）或?qū)﹄娐份敵龅牧泓c(diǎn)偏移要求不高時(shí)，可以省略這兩個(gè)電阻移要求不高時(shí)，可以省略這兩個(gè)電阻有現(xiàn)成的跟隨器，有現(xiàn)成的跟隨器，MAX4074，OPA2082等等等等NR1R2uiuo電流為0二、基本放大電路二、基本放大電路3 3、基本差動(dòng)放大電路、基本差動(dòng)放大電路2oA1Ai1Ru-uRu-u 特點(diǎn)：特點(diǎn)：有利于抑制共模干擾和減小溫度漂移有利于抑制共模干擾和減小溫度漂移NR1R3ui1uoR2R4ui2 UAi2434AuRRRu 二、基本放大電路二、基本放大電路3

15、 3、基本差動(dòng)放大電路、基本差動(dòng)放大電路i112i2144321ouRRuRRRRRRu NR1R3ui1uoR2R4ui2 UAKRRRRRRRR12144321 KRRRR3412 條件二、基本放大電路二、基本放大電路3 3、基本差動(dòng)放大電路、基本差動(dòng)放大電路)uu(RRui1i212o NR1R3ui1uoR2R4ui2 UAKRRRR3412 條件五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路傳感器的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓傳感器的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓( (包括包括干擾電壓干擾電壓) )共模電壓常采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來抑制共模電壓常采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來抑

16、制一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá)一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá)80dB80dB采用由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的測量放大電路，采用由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達(dá)共模抑制比可達(dá)100-120dB100-120dB五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (一一) )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 1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型兩路信號(hào)在此處疊加( (一一) )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 1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型2561461225614612)()(iiiiouRRuRRRRuRRuRRRRu564612

17、RRRRRR即即R2/R1=R4/R5，共模信號(hào)得到了抑制，共模信號(hào)得到了抑制當(dāng)時(shí)，共模電壓引起的輸出電壓為0五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (一一) )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 1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型由此可見：由此可見：這種電路的共模抑制能力只與外接電阻對(duì)稱精度有這種電路的共模抑制能力只與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，但電路的輸入阻抗低關(guān)，但電路的輸入阻抗低通常，為了使通常，為了使uiluil、ui2ui2負(fù)載相同，也取負(fù)載相同，也取R1=R5R1=R5，則，則R2=R4R2=R4五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (一一

18、) )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2 2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型312421121)1(RuuRuuuRRuoiioio 2 2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型13412234).(1()1(iiouRRRRuRRu可將上式改寫為可將上式改寫為:輸入共模電壓輸入共模電壓:輸入差模電壓輸入差模電壓:221iiicuuu 12iiiduuu idicouRRRRRRuRRRRu)21(21)1(3142343142 2 2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型RRRRRRf 3421idicouRRRRRRuRRRRu)21(21)1(3142343142 這種電路采用了

19、兩個(gè)同相輸入的運(yùn)算放大器，因而具有這種電路采用了兩個(gè)同相輸入的運(yùn)算放大器，因而具有極高的輸入阻抗極高的輸入阻抗為了獲得為了獲得“零零”共模增益，上式等號(hào)右邊第一項(xiàng)必須為零，共模增益，上式等號(hào)右邊第一項(xiàng)必須為零，一般可?。阂话憧扇。?此時(shí)，電路的差動(dòng)閉環(huán)增益為：此時(shí)，電路的差動(dòng)閉環(huán)增益為：RRKfd 1五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (二二) )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目前廣泛應(yīng)用的高共模抑制比放大電路目前廣泛應(yīng)用的高共模抑制比放大電路( (二二) )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11112222RuuRuuRuuIoiPii

20、ioR 2111112222)1()1(iPiPoiPiPouRRuRRuuRRuRRu)(1(122112iiPoouuRRRuu ( (二二) )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)(1()(1221351235iiPooouuRRRRRuuRRu 如設(shè)如設(shè)R5/R3=R6/R4，有：，有：ui1ui2uo1uo2R1RPR2R7RP1R8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (二二) )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l 當(dāng)當(dāng)N1N1、N2N2性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差性能一致時(shí)

21、，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，共模輸出、失調(diào)及模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，共模輸出、失調(diào)及漂移均在漂移均在RpRp兩端相互抵消。因此電路具有良好的兩端相互抵消。因此電路具有良好的共模抑制能力共模抑制能力l 為了消除為了消除N1N1、N2N2偏置電流等的影響，通常取偏置電流等的影響，通常取R1=R2R1=R2。調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)RpRp可改變?cè)鲆?，而不破壞電路的?duì)可改變?cè)鲆?，而不破壞電路的?duì)稱性稱性l 如果如果N1N1、N2N2的共模抑制比不相等，將會(huì)引入附加的共模抑制比不相等，將會(huì)引入附加的共模誤差，使電路共模抑制能力下降的共模誤差，使電路共模抑制能力下降五、高共模抑制比放大電路

22、五、高共模抑制比放大電路( (二二) )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l N3N3輸出級(jí)的輸入電阻不匹配，也會(huì)引起共模誤差。輸出級(jí)的輸入電阻不匹配，也會(huì)引起共模誤差。因此為了獲得高的共模抑制比，必須選取的因此為了獲得高的共模抑制比，必須選取的N3N3具具有高的共模抑制比有高的共模抑制比l 同時(shí)精選外接電阻，盡量使同時(shí)精選外接電阻，盡量使R3=R4R3=R4、R5=R6,R5=R6,精度精度應(yīng)控制在應(yīng)控制在0.1%0.1%內(nèi)內(nèi)l 通常將輸入級(jí)的增益通常將輸入級(jí)的增益KdKd設(shè)計(jì)得大些，輸出級(jí)的增設(shè)計(jì)得大些，輸出級(jí)的增益益Kd3Kd3設(shè)計(jì)得小些設(shè)計(jì)得小些l 這種電路由于這種電

23、路由于N1N1、N2N2的隔離作用，輸出級(jí)的外部的隔離作用，輸出級(jí)的外部電阻可以取得較小，有利于提高電阻的匹配精度，電阻可以取得較小，有利于提高電阻的匹配精度，提高整個(gè)電路的共模抑制比提高整個(gè)電路的共模抑制比五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路( (二二) )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l 電路的共模抑制比電路的共模抑制比CMRR120dBCMRR120dBl 共模輸入電壓范圍為共模輸入電壓范圍為+6+6-10V-10Vl 總增益總增益1 11000(Rp1000(Rp為幾十至幾百歐姆為幾十至幾百歐姆) )l 如果在如果在N3N3的兩輸入端之間接入的兩輸入端

24、之間接入R7R7、R8R8和和Rp1Rp1共模共模補(bǔ)償電路，如圖中虛線所示，通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償電路，如圖中虛線所示，通過調(diào)節(jié)Rp1Rp1則可補(bǔ)則可補(bǔ)償電阻的不對(duì)稱，獲得更高的共模抑制比償電阻的不對(duì)稱，獲得更高的共模抑制比3 運(yùn)放儀表放大器來歷先來看如下我們很熟悉的差分電路：如果R1=R3，R2=R4，則VOUT = (VIN2-VIN1)(R2/R1)這一電路提供了儀表放大器功能，即放大差分信號(hào)的同時(shí)抑制共模信號(hào), 但它也有些缺陷首先，同相輸入端和反相輸入端阻抗相當(dāng)?shù)投也幌嗟仍谶@一例子中VIN1反相輸入阻抗等于 100 k，而VIN2同相輸入阻抗等于反相輸入阻抗的兩倍，即200 k。因此，當(dāng)電壓施

25、加到一個(gè)輸入端而另一端接地時(shí)，差分電流將會(huì)根據(jù)輸入端接收的施加電壓而流入。(這種源阻抗的不平衡會(huì)降低電路的CMRR。)另外，這一電路要求電阻對(duì)R2/R1和R4/R3的比值匹配得非常精密否則，每個(gè)輸入端的增益會(huì)有差異，直接影響共模抑制例如，當(dāng)增益等于 1 時(shí)，所有電阻值必須相等，在這些電阻器中只要有一只電 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其CMR便下降到66 dB(2000:1)。同樣，如果源阻抗有 100 的不平衡將使CMR下降 6 dB輸入端增加跟隨器為解決上述問題，我們?cè)谶\(yùn)放的正負(fù)輸入端都加上電壓跟隨器以提高以提高輸入阻抗輸入阻抗 如下圖所示：將跟隨器改為同相放大器以上前置的兩個(gè)運(yùn)放作為

26、電壓跟隨器使用，我們現(xiàn)在改為同相放大器，電路如下所示： 輸出電壓表達(dá)式如右圖所示 右圖所示的電路增加增益(A1和 A2)時(shí)，它對(duì)差分信號(hào)增加相同的增益，也對(duì)共模信號(hào)增加相同的增益 也就是說，上述電路相對(duì)于原電路共模抑制比并沒有增加奇妙的變化開始最巧妙的變化了！看電路先：特點(diǎn)（1）這種標(biāo)準(zhǔn)的三運(yùn)放儀表放大器電路是對(duì)帶緩沖減法器電路巧妙的改進(jìn)像前面的電路一樣，上圖中A1和A2運(yùn)算放大器緩沖輸入電壓然而，在這種結(jié)構(gòu)中，單個(gè)增益電阻器RG連接在兩個(gè)輸入緩沖器的求和點(diǎn)之間，取代了帶緩沖減法器電路的R6和R7由于每個(gè)放大器求和點(diǎn)的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個(gè)差分輸入電壓現(xiàn)在都呈現(xiàn)在RG兩端

27、因?yàn)檩斎腚妷航?jīng)過放大后(在A1和A2的輸出端)的差分電壓呈現(xiàn)在R5，RG和R6這三只電阻上，所以差分增益可以通過僅改變RG進(jìn)行調(diào)整特點(diǎn)（2）一旦這個(gè)減法器電路的增益用比率匹配的電阻器設(shè)定后，在改變?cè)鲆鏁r(shí)不再對(duì)電阻匹配有任何要求 如果R5 R6，R1 R3和R2 R4，則VOUT = (VIN2VIN1)(12R5/RG)(R2/R1) 由于RG兩端的電壓等于VIN，所以流過RG的電流等于VIN/RG，因此輸入信號(hào)將通過A1和A2獲得增益并得到放大 然而須注意的是對(duì)加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，從而不會(huì)在RG上產(chǎn)生電流 由于沒有電流流過RG(也就無電流流過R5和R6)，放大

28、器A1和A2將作為單位增益跟隨器而工作 因此，共模信號(hào)將以單位增益通過輸入緩沖器，而差分電壓將按1(2 RF/RG)的增益系數(shù)被放大 這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了1(2 RF/RG)倍！特點(diǎn)（3）理論分析表明，用戶可以得到所要求的前端增益(由RG來決定)，而不增加共模增益和誤差，即差分信號(hào)將按增益成比例增加，而共模誤差則不然，所以比率增益(差分輸入電壓)/(共模誤差電壓)將增大 因此CMR理論上直接與增益成比例增加，這是一個(gè)非常有用的特性特點(diǎn)（4） 最后，由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，輸入放大級(jí)的共模誤差，將被輸出級(jí)的減法器消除 這包括諸如共模抑制比隨頻率變換的誤差 上述這些

29、特性便是這種三運(yùn)放結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用的解釋 到這里，我們導(dǎo)出了這個(gè)經(jīng)典電路的來龍去脈：差分放大器-前置電壓跟隨器-電壓跟隨器變?yōu)橥喾糯笃?三運(yùn)放組成的儀用放大器六、電橋放大電路六、電橋放大電路l 電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路而輸出電壓或電傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路而輸出電壓或電流信號(hào)流信號(hào)l 由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路 l 由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路電路l 電橋放大電路有單端輸入和差動(dòng)輸

30、入兩類電橋放大電路有單端輸入和差動(dòng)輸入兩類六、電橋放大電路六、電橋放大電路( (一一) )單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放大電路六、電橋放大電路六、電橋放大電路( (一一) )單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放大電路uZZZZZZuab)(313424 由于電橋電源由于電橋電源u是浮置的，所以是浮置的，所以u(píng)在在R1和和R2中無電流通過中無電流通過因因a點(diǎn)為虛地，故點(diǎn)為虛地，故uo反饋到反饋到R1二端的電壓也一定是二端的電壓也一定是-uab，即，即: 傳感器電橋接至運(yùn)算放大器的反相輸入端，傳感器電橋接至運(yùn)算放大器的反相輸入端，電橋?qū)蔷€電橋?qū)蔷€a,b兩端的開路輸出電壓兩端的開路輸出電壓ua

31、b為為:abouuRRR 211uZZZZZZZZRRuZZZZZZRRuo)()1()(1(423141321231342412 21.4).1(12uRRuo若令若令Z1=Z2=Z4=R， Z3=R(1+)，為傳感器電阻的相對(duì)變化率：為傳感器電阻的相對(duì)變化率： =R/R則有則有:同相輸入，輸出同相輸入，輸出uo的計(jì)算公式與式上式相同，只是同相輸出符號(hào)相反的計(jì)算公式與式上式相同，只是同相輸出符號(hào)相反六、電橋放大電路六、電橋放大電路單端輸入電橋放大電路一般總結(jié)：單端輸入電橋放大電路一般總結(jié)：單端輸入電橋放大電路的增益與橋臂電阻無關(guān)，單端輸入電橋放大電路的增益與橋臂電阻無關(guān)，增益比較穩(wěn)定增益比較

32、穩(wěn)定電橋電源一定要浮置電橋電源一定要浮置輸出電壓輸出電壓u uo o與橋臂電阻的相對(duì)變化率與橋臂電阻的相對(duì)變化率 是非線性是非線性關(guān)系關(guān)系只有當(dāng)只有當(dāng)1R時(shí)時(shí):10RuuRuRuuoaaa 22221111uuRRRuRRRuRRRuooa 2)1(RuRuRuubbb uRRuub 21122bauu 4)2/(1)21(1uRRuo 電路的非線性電路的非線性只有當(dāng)只有當(dāng)11, K1K21，所以所以1121212212111OSOSOSOSOSCUKUUKKUKUKKU 可見，電容可見，電容C1寄存了運(yùn)算放大器寄存了運(yùn)算放大器N1的失調(diào)電壓的失調(diào)電壓Uos1( (二二) )自動(dòng)調(diào)零放大電路自

33、動(dòng)調(diào)零放大電路(2)(2)當(dāng)時(shí)鐘發(fā)生器當(dāng)時(shí)鐘發(fā)生器N N3 3輸出低電平輸出低電平 S Salal、S Sa2a2斷開，斷開，S Sblbl、S Sb2b2接通，接通，電路處于信號(hào)放大狀態(tài)，電路處于信號(hào)放大狀態(tài)， 其其等效電路見圖等效電路見圖c c U Ui i經(jīng)經(jīng)N N1 1放大后，輸出放大后，輸出U Uo o為為: :UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出1211112)(RRUKUURRUUiOSCiO 該電路通過交替的調(diào)零該電路通過交替的調(diào)零/放大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的放大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的目的目的上一狀態(tài)寄存的Uos1( (二二

34、) )自動(dòng)調(diào)零放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：自動(dòng)調(diào)零放大電路的性能優(yōu)于斬波穩(wěn)零放大電路，自動(dòng)調(diào)零放大電路的性能優(yōu)于斬波穩(wěn)零放大電路，輸出電壓較穩(wěn)定，波動(dòng)小輸出電壓較穩(wěn)定，波動(dòng)小與普通放大電路相比，其失調(diào)和低頻干擾降低了與普通放大電路相比，其失調(diào)和低頻干擾降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)三個(gè)數(shù)量級(jí)這種電路用一塊四運(yùn)放這種電路用一塊四運(yùn)放( (如如LF347,LM324,5G14573LF347,LM324,5G14573等等) )和一塊和一塊4 4位模擬開位模擬開關(guān)關(guān)(CD4066)(CD4066)即可組成，電路成本低即可組成，電路成本低七、穩(wěn)零放大電路七、穩(wěn)零放大電路( (三三) )低漂移集成運(yùn)算放大器

35、低漂移集成運(yùn)算放大器1 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)算放大器簡稱簡稱CAZCAZ運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器， 是一種運(yùn)放組合器件是一種運(yùn)放組合器件p什么是什么是CAZ運(yùn)算放大器？運(yùn)算放大器？ CAZCAZ運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡稱，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個(gè)性能一簡稱，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個(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)兩種不同的狀態(tài)( (三三) )低漂移集成運(yùn)算放大器低漂移集成運(yùn)算放大器1 1、輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器、輪

36、換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器輸出C1G輸入 C2+輸入 輸出 R2-+N1-+N2R2C1GR2輸入 -+N1-+N2R2+輸入 a) N2處于自動(dòng)校零狀態(tài)b) N1處于自動(dòng)校零狀態(tài)C21 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 通過模擬開關(guān)通過模擬開關(guān)( (圖中未畫出圖中未畫出) )的切換，使內(nèi)部兩個(gè)性能一致的的切換，使內(nèi)部兩個(gè)性能一致的運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器N1N1、N2N2交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)不同的狀態(tài) 圖中圖中G G為自動(dòng)校零輸入端，必須接至系統(tǒng)的零線，使放大器為自動(dòng)校零輸入端，必須接至系統(tǒng)的零線，使放大器在自動(dòng)校

37、零時(shí)無信號(hào)輸入在自動(dòng)校零時(shí)無信號(hào)輸入1 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（1 1）若若N N1 1處于信號(hào)放大狀態(tài)，處于信號(hào)放大狀態(tài)，N N2 2則處于自動(dòng)校零狀態(tài)，如圖則處于自動(dòng)校零狀態(tài)，如圖a a所示。所示。 此時(shí)此時(shí)N N2 2的反相輸入端外接電容器的反相輸入端外接電容器C2C2，同相輸入端，同相輸入端接系統(tǒng)地，接系統(tǒng)地，N2N2無信號(hào)輸入，因此無信號(hào)輸入，因此C2C2寄存了寄存了N2N2的輸入失調(diào)和的輸入失調(diào)和低頻瞬時(shí)干擾電壓，稱為低頻瞬時(shí)干擾電壓，稱為校正電壓校正電壓（2 2）若若N2N2轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，N1N1則處于自動(dòng)校零狀態(tài)

38、，則處于自動(dòng)校零狀態(tài)，如圖如圖b b所示。所示。 此時(shí)電容器此時(shí)電容器C2C2串接于輸入信號(hào)與串接于輸入信號(hào)與N2N2同相輸入同相輸入端之間，寄存于端之間，寄存于C2C2的校正電壓就抵消了的校正電壓就抵消了N2N2的輸入失調(diào)和低的輸入失調(diào)和低頻瞬時(shí)干擾電壓，達(dá)到自動(dòng)校零目的，頻瞬時(shí)干擾電壓，達(dá)到自動(dòng)校零目的，N2N2輸出放大了的輸輸出放大了的輸入信號(hào)入信號(hào) 同時(shí)，同時(shí)，N1N1反相輸入端的外接電容器反相輸入端的外接電容器C1C1寄存了其輸入失調(diào)和寄存了其輸入失調(diào)和低頻瞬時(shí)干擾電壓。在低頻瞬時(shí)干擾電壓。在N1N1轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)( (見圖見圖a)a)，其校正電壓起自動(dòng)校零

39、作用，其校正電壓起自動(dòng)校零作用，N1N1輸出放大了的輸入信號(hào)輸出放大了的輸入信號(hào)1 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 由于集成電路中兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)由于集成電路中兩個(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，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的低漂移放輸出穩(wěn)定，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的低漂移放大電路大電路 它對(duì)共模電壓無抑制作用它對(duì)共模電壓無抑制作用八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路l 有些傳感器有些傳感器( (如電容式，壓電式如電容式，壓電式) )的輸出阻

40、抗很高，的輸出阻抗很高，可達(dá)可達(dá)10108 8 以上以上l 要求其測量放大電路具有很高的輸入阻抗要求其測量放大電路具有很高的輸入阻抗八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (一一) )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p采用采用MOS-FETMOS-FET作為輸入級(jí)的集成運(yùn)算放大作為輸入級(jí)的集成運(yùn)算放大器，器， 如如CA3140CA3140、CA3260CA3260等，它們的輸入等，它們的輸入阻抗高達(dá)阻抗高達(dá)l.5xl0l.5xl06 6MMp采用采用FETFET作為輸入級(jí)的，如作為輸入級(jí)的，如LF356/ALF356/A、LF4l2LF4l2、LM310LM310等集成

41、運(yùn)算放大器的輸入阻等集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗為抗為l0l06 6MM，它們與采用，它們與采用MOS-FETMOS-FET輸入級(jí)輸入級(jí)的放大器相比，性能穩(wěn)定且不易損壞的放大器相比，性能穩(wěn)定且不易損壞pCMOSCMOS型運(yùn)算放大器，型運(yùn)算放大器，ICL7613ICL7613、ICL7641B/CICL7641B/C輸入阻抗約為輸入阻抗約為l0l06 6M M 八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (一一) )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p高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器安裝在印制電路高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器安裝在印制電路板上時(shí)，會(huì)因周圍的漏電流流入高輸入阻抗板上時(shí)，會(huì)因周圍的

42、漏電流流入高輸入阻抗而形成干擾而形成干擾p通常采用屏蔽方法抗此干擾通常采用屏蔽方法抗此干擾即在運(yùn)算放大器的高阻抗輸入端周圍用導(dǎo)即在運(yùn)算放大器的高阻抗輸入端周圍用導(dǎo)體圍住，構(gòu)成屏蔽層，并把屏蔽層接到低體圍住，構(gòu)成屏蔽層，并把屏蔽層接到低阻抗處，如圖所示阻抗處，如圖所示八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (一一) )高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器屏蔽層與高阻抗之間幾乎無電位差，從而防止了漏電流的流入屏蔽層與高阻抗之間幾乎無電位差，從而防止了漏電流的流入八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路 a)a)

43、同相交流放大電路同相交流放大電路uoR1R2C2C1R3-+ui八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )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)b)交流電壓跟隨電路交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3-+八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路圖圖a a是交流放大電路，是交流放大電路， 圖圖b b是交流跟隨電路是交流跟隨電路由于它們的同相輸入端接有隔直電容由于它們的同相輸入端接有隔直電容C1C1的放電電阻的放電電阻R(R(圖中為圖中為R1+R2)R1+R2)，因此電路的輸入電阻在沒有接

44、入，因此電路的輸入電阻在沒有接入電容電容C2C2時(shí)將減為時(shí)將減為R R為了使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，可為了使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，可采用反饋的方法采用反饋的方法通過電容通過電容C2C2將運(yùn)算放大器兩輸入端之間的交流電壓將運(yùn)算放大器兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻作用于電阻R1R1的兩端的兩端運(yùn)算放大器兩輸入端是虛短的運(yùn)算放大器兩輸入端是虛短的( (即近似等電位即近似等電位) )， 因因此此R1R1兩端等電位，沒有信號(hào)電流流過兩端等電位，沒有信號(hào)電流流過R1, R1, 故對(duì)交流故對(duì)交流而言，而言，R1R1可看作無窮大可看作無窮大八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電

45、路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路自舉電路：自舉電路： l 利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小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向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路稱為自舉電路稱為自舉電路八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路 c)c)自舉組合電路自舉組合電路iooiouuRRuuRRu2231213 uouii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)iiiiioiuRRRRRuuRuRuuRuiii2112212

46、21212 八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路c)c)自舉組合電路自舉組合電路uouii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)1212RRRRiuRii 輸入電阻：輸入電阻： 當(dāng)當(dāng)R2=R1R2=R1時(shí)：輸入電阻無窮大時(shí)：輸入電阻無窮大 八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路當(dāng)當(dāng)R2=R1R2=R1時(shí)：時(shí)： l N1N1的輸入電流的輸入電流i1i1將全部由將全部由N2N2電路的電流電路的電流i2i2所提供，所提供， 輸入回路無電流，輸入阻抗為無窮大輸入回路無電流，輸入阻抗為無窮大l 實(shí)際上，實(shí)際上

47、，R2R2與與R1R1之間總有一定的偏差。當(dāng)偏差不大之間總有一定的偏差。當(dāng)偏差不大時(shí)，若時(shí)，若(R2-R1)/R2(R2-R1)/R2為為0.01%0.01%、R1=10kR1=10k時(shí)，則輸入時(shí)，則輸入電阻仍可高達(dá)電阻仍可高達(dá)100M100Ml 如運(yùn)算放大器偏離理想放大器，也會(huì)使輸入阻抗有如運(yùn)算放大器偏離理想放大器，也會(huì)使輸入阻抗有所下降所下降八、高輸入阻抗放大電路八、高輸入阻抗放大電路( (二二) )自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路應(yīng)該指出的是，測量放大電路的輸入阻抗越高，輸應(yīng)該指出的是，測量放大電路的輸入阻抗越高，輸入端的噪聲也越大入端的噪聲也越大因此，不是所有情況下都要

48、求放大電路具有高的輸因此，不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗，而是應(yīng)該與傳感器輸出阻抗相匹配，使測入阻抗，而是應(yīng)該與傳感器輸出阻抗相匹配，使測量放大電路的輸出信噪比達(dá)到最大值量放大電路的輸出信噪比達(dá)到最大值八、單片集成測量放大器八、單片集成測量放大器l 如如AD521、AD522、LH0038、LM363、INA101 l 使用方便，體積小，無需為組裝而精確挑選性能匹使用方便，體積小，無需為組裝而精確挑選性能匹配良好的幾個(gè)集成運(yùn)算放大器，綜合性能指標(biāo)好配良好的幾個(gè)集成運(yùn)算放大器，綜合性能指標(biāo)好八、單片集成測量放大器八、單片集成測量放大器AD521l 共模抑制比為共模抑制比為120dB

49、l 輸入阻抗為輸入阻抗為3109l 輸入端可承受輸入端可承受30V的差動(dòng)輸入電壓的差動(dòng)輸入電壓l 有較強(qiáng)的過載能力，不需要精密匹配外接電阻，有有較強(qiáng)的過載能力，不需要精密匹配外接電阻，有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性l 增益帶寬達(dá)增益帶寬達(dá)40MHz八、單片集成測量放大器八、單片集成測量放大器LH0038(美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品)l 精密測量放大器，能放大熱電偶和低阻抗應(yīng)變電橋精密測量放大器，能放大熱電偶和低阻抗應(yīng)變電橋等輸出的極低電平信號(hào)等輸出的極低電平信號(hào)l 低失調(diào)，約低失調(diào)，約25uVl 低漂移低漂移, 0.25uV/l 高共模抑制比高共模抑制比八、單片集成測量放大器

50、八、單片集成測量放大器AD612 l 高精度、高速度的測量放大器，能在惡劣的環(huán)境條 件下工作l 具有很好的交直流特性。內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下頁圖l 有兩種增益狀態(tài)，即二進(jìn)制增益狀態(tài)和通常增益狀態(tài)l 圖a二進(jìn)制增益是利用內(nèi)部精密薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的， 增益溫漂范圍為10-6/八、單片集成測量放大器八、單片集成測量放大器AD612 AD612 l 當(dāng)當(dāng)N2的反相端的反相端(引腳引腳 2)和精密電阻網(wǎng)絡(luò)的各引出端和精密電阻網(wǎng)絡(luò)的各引出端(引腳引腳3-12)與與N1反相端反相端(引腳引腳1)彼此互不相連時(shí)彼此互不相連時(shí),相當(dāng)于相當(dāng)于Rp為無窮大，為無窮大，電路總增益電路總增益Kf = 1l 當(dāng)精密電阻網(wǎng)絡(luò)引出

51、腳當(dāng)精密電阻網(wǎng)絡(luò)引出腳3-10分別與引腳分別與引腳1相連時(shí)，根據(jù)前式相連時(shí)，根據(jù)前式可得，增益從可得，增益從21-28按二進(jìn)制改變按二進(jìn)制改變l 引腳引腳10、11、1互相連接時(shí)，增益為互相連接時(shí)，增益為29l 引腳引腳10、11、12、1互相連接時(shí)，增益為互相連接時(shí)，增益為210l 如果在引腳如果在引腳1、2 與引腳與引腳3-12之間加上多路模擬開關(guān)，就成之間加上多路模擬開關(guān)，就成為可編程增益放大電路為可編程增益放大電路l 其引腳其引腳15通過跟隨器接傳感器電纜的屏蔽層，即在屏蔽層通過跟隨器接傳感器電纜的屏蔽層，即在屏蔽層上加共模電壓，可提高共模抑制比，降低輸入噪聲上加共模電壓，可提高共模抑

52、制比，降低輸入噪聲AD612 l 圖圖b是是AD612集成測量放大器與傳感器電橋連接的接線圖集成測量放大器與傳感器電橋連接的接線圖l 圖圖b 信號(hào)地需和電源地相連，使放大器的偏置電流形成通信號(hào)地需和電源地相連，使放大器的偏置電流形成通路。引腳路。引腳1、3 短接時(shí)，電路增益為短接時(shí)，電路增益為2。引腳。引腳21和和 22外接外接100k電位器，用來調(diào)整失調(diào)。電容電位器，用來調(diào)整失調(diào)。電容C用來防止電路產(chǎn)生自用來防止電路產(chǎn)生自激振蕩激振蕩AD612 第四節(jié)第四節(jié) 隔離放大電路隔離放大電路隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端主要用于便攜式測量

53、儀器和某些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過程控制系統(tǒng)等）中，能在有安全與要求、高噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)一、基本原理一、基本原理1 1、組成及符號(hào)、組成及符號(hào)輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸 出放大器uducuiso2 2、原理框圖、原理框圖a) 變壓器耦合浮置電源輸入調(diào)制放 大 器耦合變壓器輸出解調(diào)放 大 器輸出輸入b) 光電耦合浮置電源線性光耦合器輸 入放大器輸 出放大器輸出輸入LEDV二、通用隔離放大電路二、通用隔離放大電路1 1、AD277AD277變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器隔離電源振蕩器調(diào)制器輸入屏蔽解調(diào)器輸出

54、屏蔽26873419515V15V13121016U100k100k1M141115U -+N1-+N2二、通用隔離放大電路二、通用隔離放大電路1 1、AD277AD277變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器235L電源904510增益微調(diào)用100k277JUoRLUi100kR21M9.9k100限幅電路10k10k1k235L電源 15V15V10010F10010F100220V50Hz23495161N41481N753A121116141510R3R4R1-+C0.1F2 2、互補(bǔ)式光電耦合放大電路、互補(bǔ)式光電耦合放大電路i1=10V/R2+ui/R1i2=10V/R3+uo/(

55、R5+ Rp)uo=(R5+ Rp) ui/R1-+N1C10VVLC1i1R210V10VVLC2i2R3R1ui10VuoR5-+N2R43.9kRp二、通用隔離放大電路二、通用隔離放大電路三、程控增益隔離放大電路三、程控增益隔離放大電路R4D1D2RRAD27715VV1V2Uo514169101123輸入放大器15V12R190901191021414CD405312136853R2R390990.910.1167輸出R15V15VFD333FD33324k7.5V24k5107.5V1547k47k7.5V7.5V5107.5VR(1+)2k1N7557.5V1N7552k7.5V7

56、.5Vthe end第三節(jié)第三節(jié) 增益調(diào)整以及線性化電路增益調(diào)整以及線性化電路增益調(diào)整電路：增益調(diào)整電路：既能方便地調(diào)整增益和切換量程既能方便地調(diào)整增益和切換量程又不降低放大電路共模抑制比的專門電路又不降低放大電路共模抑制比的專門電路有手動(dòng)、自動(dòng)和程控三種方法有手動(dòng)、自動(dòng)和程控三種方法 線性化電路線性化電路: :將傳感器或通過轉(zhuǎn)換放大電路后的輸入輸出非線性將傳感器或通過轉(zhuǎn)換放大電路后的輸入輸出非線性關(guān)系進(jìn)行線性化關(guān)系進(jìn)行線性化并將非線性誤差限制在一定范圍內(nèi)的專門電路并將非線性誤差限制在一定范圍內(nèi)的專門電路一、增益調(diào)整電路一、增益調(diào)整電路1 1、手動(dòng)增益調(diào)整電路圖、手動(dòng)增益調(diào)整電路圖1 1、手動(dòng)

57、增益調(diào)整電路圖、手動(dòng)增益調(diào)整電路圖21uu 24342421220RuRuuRuuRuuPi )(1(212212iiPouuRRRRu 2343231111RuuRuuRuuRuuoPi 一、增益調(diào)整電路一、增益調(diào)整電路1 1、手動(dòng)增益調(diào)整電路圖、手動(dòng)增益調(diào)整電路圖只要改變只要改變RPRP就能改變電路增益，且不破壞原有的就能改變電路增益，且不破壞原有的共模抑制比共模抑制比RPRP與增益之間是非線性函數(shù)關(guān)系，因此僅用于調(diào)與增益之間是非線性函數(shù)關(guān)系，因此僅用于調(diào)整范圍小于整范圍小于10%10%的場合的場合一、增益調(diào)整電路一、增益調(diào)整電路2 2、自動(dòng)增益切換電路、自動(dòng)增益切換電路l 增益自動(dòng)切換是

58、根據(jù)輸入信號(hào)的大小，增益自動(dòng)切換是根據(jù)輸入信號(hào)的大小， 自動(dòng)改變自動(dòng)改變放大器反饋電阻或輸入回路衰減電阻的方法來實(shí)現(xiàn)放大器反饋電阻或輸入回路衰減電阻的方法來實(shí)現(xiàn)的的2 2、自動(dòng)增益切換電路、自動(dòng)增益切換電路2 2、自動(dòng)增益切換電路、自動(dòng)增益切換電路二、可編程增益放大電路二、可編程增益放大電路 l 增益通過數(shù)字邏輯電路由程序來控制增益通過數(shù)字邏輯電路由程序來控制 l 這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路放大電路l 簡稱簡稱PGA PGA l 分類分類按所采用的放大器可分為單運(yùn)放、多運(yùn)放以及測按所采用的放大器可分為單運(yùn)放、多運(yùn)放以及測量放

59、大器可編程增益放大電路和單片集成可編程量放大器可編程增益放大電路和單片集成可編程增益放大器增益放大器按輸出信號(hào)可分為模擬式和數(shù)字式可編程增益放按輸出信號(hào)可分為模擬式和數(shù)字式可編程增益放大電路大電路二、可編程增益放大電路二、可編程增益放大電路 ( (一一) )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 由多路模擬開關(guān)和通用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成由多路模擬開關(guān)和通用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成 通過開關(guān)的通斷改變通過開關(guān)的通斷改變N N的并聯(lián)反饋電阻，來的并聯(lián)反饋電阻，來實(shí)現(xiàn)增益程控實(shí)現(xiàn)增益程控 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 開關(guān)導(dǎo)通電阻將影響開關(guān)導(dǎo)通電阻將影響電路的精度電路的精度 開關(guān)分布電容形成的開關(guān)分布電容

60、形成的切換尖峰影響電路的切換尖峰影響電路的穩(wěn)定可靠和工作速度穩(wěn)定可靠和工作速度 僅用于低增益和低精僅用于低增益和低精度的場合度的場合通過控制開關(guān)將不同通過控制開關(guān)將不同增益的放大單元接增益的放大單元接到輸出線上到輸出線上 開關(guān)導(dǎo)通電阻開關(guān)導(dǎo)通電阻 和分布和分布電容對(duì)放大電路的電容對(duì)放大電路的精度和工作速度無精度和工作速度無影響影響放大單元多，成本高，放大單元多，成本高，調(diào)試?yán)щy調(diào)試?yán)щy通過控制開關(guān)通過控制開關(guān) 串接入不同個(gè)數(shù)的放大單元以得到串接入不同個(gè)數(shù)的放大單元以得到 不同的增益，不同的增益，各放大單元的增益可以相同也可以不同各放大單元的增益可以相同也可以不同二、可編程增益放大電路二、可編程