第4章 測(cè)量放大器

1、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器2微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器傳感器放大放大器器采采樣樣/保保持持器器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)顯示器顯示器打印機(jī)打印機(jī)繪圖機(jī)繪圖機(jī)定時(shí)與邏輯控制定時(shí)與邏輯控制傳感器傳感器傳感器傳感器接接口口被被測(cè)測(cè)物物理理量量數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)開(kāi)關(guān)信號(hào)開(kāi)關(guān)信號(hào)多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)3n4.1 概述概述n4.2 測(cè)量放大器的電路原理n4.3 測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n4.4 測(cè)量放大器集成芯片n4.5 測(cè)量放大器的使用n4.6 隔離放大器第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器51.運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器第一個(gè)使用真

2、空管第一個(gè)使用真空管設(shè)計(jì)的放大器在設(shè)計(jì)的放大器在1930年前后完成，年前后完成，可以執(zhí)行加與減的可以執(zhí)行加與減的工作。工作。60年代晚期，美國(guó)年代晚期，美國(guó)仙童半導(dǎo)體推出了仙童半導(dǎo)體推出了第一個(gè)被廣泛使用第一個(gè)被廣泛使用的的集成運(yùn)放集成運(yùn)放A709. . A741是仙童公司的第二代產(chǎn)品，性是仙童公司的第二代產(chǎn)品，性能完善，價(jià)格低廉，各國(guó)競(jìng)相生產(chǎn)，能完善，價(jià)格低廉，各國(guó)競(jìng)相生產(chǎn)，使用廣泛。使用廣泛。741集成運(yùn)放成了微電子工集成運(yùn)放成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的象征，業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的象征，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn)仍然沒(méi)有被取代，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn)仍然沒(méi)有被取代，至今仍在生產(chǎn)和使用。至

3、今仍在生產(chǎn)和使用。 +-運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器同向輸入同向輸入反向輸入反向輸入輸出輸出6影響運(yùn)算放大器精度的參數(shù)影響運(yùn)算放大器精度的參數(shù)u 失調(diào)電壓：失調(diào)電壓：當(dāng)運(yùn)放兩輸入為零時(shí)，輸出端存在的當(dāng)運(yùn)放兩輸入為零時(shí)，輸出端存在的 電壓。電壓。u 輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓：運(yùn)放輸出端電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸運(yùn)放輸出端電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸 入端之間所加的補(bǔ)償電壓。入端之間所加的補(bǔ)償電壓。 u 輸入偏置電流：輸入偏置電流：當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí)，當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí)， 其兩輸入端的偏置電流平均值。其兩輸入端的偏置電流平均值。 u 輸入失調(diào)電流：輸入失調(diào)電流：當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí)，當(dāng)運(yùn)放的輸出直流

4、電壓為零時(shí)， 其兩輸入端偏置電流的差值。其兩輸入端偏置電流的差值。 運(yùn)算放大器類(lèi)型運(yùn)算放大器類(lèi)型u 通用型：通用型：u 高阻型：高阻型：u 低溫漂型：低溫漂型：u 高速型：高速型：u 低功耗型：低功耗型：u 高壓大功率型：高壓大功率型：價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性?xún)r(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。能指標(biāo)能適合于一般性使用。差模輸入阻抗非常高，差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小。輸入偏置電流非常小。 失調(diào)電壓小且不隨失調(diào)電壓小且不隨溫度的變化而變化溫度的變化而變化 具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。 測(cè)量放測(cè)量放大器大器目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)目

5、前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)uW級(jí)。級(jí)。 不需附加任何電路，即不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流可輸出高電壓和大電流 89n4.1 概述概述n4.2 測(cè)量放大器的電路原理測(cè)量放大器的電路原理n4.3 測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n4.4 測(cè)量放大器集成芯片n4.5 測(cè)量放大器的使用n4.6 隔離放大器第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器測(cè)量放大器構(gòu)成測(cè)量放大器構(gòu)成由兩級(jí)放大器構(gòu)由兩級(jí)放大器構(gòu)成：成：1. 兩個(gè)同相放大兩個(gè)同相放大器器A1、A2輸輸入阻抗高。入阻抗高。2. 普通差動(dòng)放大普通差動(dòng)放大器器A3，將雙端，將雙端輸入變?yōu)閷?duì)地輸入變?yōu)閷?duì)地的單端輸入。的單端輸入。Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R

6、2R3-+A3R4UOU3U4R5R6測(cè)量放大器原理電路測(cè)量放大器原理電路IGU5高性能差動(dòng)放大器高性能差動(dòng)放大器1. 測(cè)量放大器的增益測(cè)量放大器的增益)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiii113RIUUGi224RIUUGiGiiGRUUI21Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6測(cè)量放大器原理電路測(cè)量放大器原理電路IGU51. 測(cè)量放大器的增益測(cè)量放大器的增益)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiiiGGiiRRRRUUUU212143Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6測(cè)

7、量放大器原理電路測(cè)量放大器原理電路IGU53353530RRRUUUU46465URRRU35335646401RRURRRRRUU)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiiiUi1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6測(cè)量放大器原理電路測(cè)量放大器原理電路IGU5為提高共模抑制比和降低溫漂影響，為提高共模抑制比和降低溫漂影響，測(cè)量放大器采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)：測(cè)量放大器采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)：R1=R2，R3=R4，R5=R635340)(RRUUU1. 測(cè)量放大器的增益測(cè)量放大器的增益)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiiiUi1Ui2+-A1

8、-+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6測(cè)量放大器原理電路測(cè)量放大器原理電路IGU5351)21 (RRRRG調(diào)節(jié)外接電阻調(diào)節(jié)外接電阻RG的大小，可以改變測(cè)量放大器的增益的大小，可以改變測(cè)量放大器的增益1. 測(cè)量放大器的增益測(cè)量放大器的增益2. 抗共模干擾能力抗共模干擾能力u 對(duì)直流共模信號(hào)：對(duì)直流共模信號(hào)： 由于由于Ui1=Ui2，所以，所以IG=0，U3=U4。 當(dāng)當(dāng)R3=R4，R5=R6時(shí)，時(shí)，U0=0。測(cè)量放大器對(duì)直流共模信號(hào)的抑制比為無(wú)窮大測(cè)量放大器對(duì)直流共模信號(hào)的抑制比為無(wú)窮大共模信號(hào)：作用在差分放大器同相、反相輸入端的相同信號(hào)共模信號(hào)：作用在差分放大器同相、反相輸

9、入端的相同信號(hào) 。2. 抗共模干擾能力抗共模干擾能力u 對(duì)交流共模信號(hào)：對(duì)交流共模信號(hào)：Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6交流共模干擾影響交流共模干擾影響IGU5Ri1Ri2C1C2由于輸入信號(hào)的傳輸線存在線阻由于輸入信號(hào)的傳輸線存在線阻Ri1、Ri2和分布電容和分布電容C1、C2， Ri1C1、 Ri2C2分別對(duì)地構(gòu)成回路。分別對(duì)地構(gòu)成回路。u 對(duì)交流共模信號(hào)：對(duì)交流共模信號(hào)：Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6交流共模干擾影響交流共模干擾影響IGU5Ri1Ri2C1C2當(dāng)當(dāng)Ri1C1Ri2C2時(shí)，交流共模

10、信號(hào)在時(shí)，交流共模信號(hào)在兩運(yùn)放輸入端產(chǎn)生分壓兩運(yùn)放輸入端產(chǎn)生分壓Ui1、Ui2，且且Ui1 Ui2，故，故IG 0，產(chǎn)生干擾產(chǎn)生干擾2. 抗共模干擾能力抗共模干擾能力 -+A4R1R2u 對(duì)交流共模信號(hào)：對(duì)交流共模信號(hào)：Ri1Ri2對(duì)交流共模干擾的抑制：在輸入對(duì)交流共模干擾的抑制：在輸入端加接一個(gè)端加接一個(gè)輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路。Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6交流共模干擾抑制方法交流共模干擾抑制方法U5C1C22. 抗共模干擾能力抗共模干擾能力輸入信輸入信號(hào)的共號(hào)的共模分量模分量傳給屏傳給屏蔽體蔽體 -+A4R1R2u 對(duì)交流共模信號(hào)：對(duì)交流共

11、模信號(hào)：Ri1Ri2Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6交流共模干擾抑制方法交流共模干擾抑制方法U5C1C2當(dāng)當(dāng)R1= R2時(shí)，由于屏蔽層和信號(hào)時(shí)，由于屏蔽層和信號(hào)線間對(duì)交流共模信號(hào)是等電位的，線間對(duì)交流共模信號(hào)是等電位的，故故C1、C2的分壓作用不存在，從而的分壓作用不存在，從而降低共模干擾的影響。降低共模干擾的影響。2. 抗共模干擾能力抗共模干擾能力20與基本差動(dòng)放大器相比，高性能差動(dòng)放大器與基本差動(dòng)放大器相比，高性能差動(dòng)放大器（測(cè)量放大器）有如下優(yōu)點(diǎn)：（測(cè)量放大器）有如下優(yōu)點(diǎn)：輸入電阻高（運(yùn)放輸入電阻高（運(yùn)放A1和和A2都是同相輸入，輸都是同相輸

12、入，輸入電阻非常高）；入電阻非常高）；增益調(diào)節(jié)方便（僅通過(guò)調(diào)節(jié)增益調(diào)節(jié)方便（僅通過(guò)調(diào)節(jié)RG一個(gè)電阻即可一個(gè)電阻即可調(diào)節(jié)增益）；調(diào)節(jié)增益）；低失調(diào)、低漂移（運(yùn)放低失調(diào)、低漂移（運(yùn)放A1和和A2配對(duì)，輸入失配對(duì)，輸入失調(diào)電壓大小和方向相同，相互抵消）。調(diào)電壓大小和方向相同，相互抵消）。 在弱信號(hào)、強(qiáng)干擾的環(huán)境中，普通的在弱信號(hào)、強(qiáng)干擾的環(huán)境中，普通的“高精度、低漂移高精度、低漂移”的運(yùn)放（如的運(yùn)放（如OP07，AD517等），仍然無(wú)法代替測(cè)量放大器。等），仍然無(wú)法代替測(cè)量放大器。普通運(yùn)放的輸入阻抗受反饋電阻影響不可能做得很高，普通運(yùn)放的輸入阻抗受反饋電阻影響不可能做得很高，因此不適于作為多點(diǎn)檢測(cè)的

13、前置放大器（因?yàn)樾盘?hào)源因此不適于作為多點(diǎn)檢測(cè)的前置放大器（因?yàn)樾盘?hào)源內(nèi)阻不同，放大器增益也不同）；內(nèi)阻不同，放大器增益也不同）；普通運(yùn)放調(diào)節(jié)增益不方便，因?yàn)橐ＷC兩輸入端電阻普通運(yùn)放調(diào)節(jié)增益不方便，因?yàn)橐ＷC兩輸入端電阻對(duì)稱(chēng)，必須在改變反饋量（調(diào)節(jié)增益）的同時(shí)，也要對(duì)稱(chēng)，必須在改變反饋量（調(diào)節(jié)增益）的同時(shí)，也要相應(yīng)調(diào)節(jié)另一輸入端等效輸入電阻；相應(yīng)調(diào)節(jié)另一輸入端等效輸入電阻；普通運(yùn)放抗共模干擾的能力低于測(cè)量放大器，尤其是普通運(yùn)放抗共模干擾的能力低于測(cè)量放大器，尤其是對(duì)交流共模信號(hào)，原因是無(wú)法接入對(duì)交流共模信號(hào)，原因是無(wú)法接入“輸入保護(hù)輸入保護(hù)”電路。電路。 22n4.1 概述概述n4.2 測(cè)量放

14、大器的電路原理測(cè)量放大器的電路原理n4.3 測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n4.4 測(cè)量放大器集成芯片n4.5 測(cè)量放大器的使用n4.6 隔離放大器第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器1. 非線性度非線性度 非線性度非線性度：放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線：放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線與理想直線的偏差。與理想直線的偏差。 非線性度與增益有關(guān)，且對(duì)數(shù)據(jù)采集精度影非線性度與增益有關(guān)，且對(duì)數(shù)據(jù)采集精度影響很大響很大。例如：例如：一個(gè)測(cè)量放大器，當(dāng)增益為一個(gè)測(cè)量放大器，當(dāng)增益為1時(shí)，非線性度為時(shí)，非線性度為0.025%；當(dāng)增益為當(dāng)增益為500時(shí)，非線性度有可能達(dá)到時(shí)，非線性度有可能達(dá)到0.1%

15、。如果將其。如果將其用于一個(gè)用于一個(gè)12位的位的A/D轉(zhuǎn)換器中，將會(huì)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)換器中，將會(huì)嚴(yán)重影響A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的精度，相當(dāng)于變成了器的精度，相當(dāng)于變成了10位以下的轉(zhuǎn)換器。位以下的轉(zhuǎn)換器。2. 溫漂溫漂溫漂溫漂：測(cè)量放大器輸出電壓隨溫度變化而：測(cè)量放大器輸出電壓隨溫度變化而 變化的程度。變化的程度。例如：例如：一個(gè)溫漂一個(gè)溫漂2 V/的測(cè)量放大器的測(cè)量放大器，當(dāng)增益為當(dāng)增益為1000時(shí)時(shí)，測(cè)測(cè)量放大器的輸出電壓產(chǎn)生約量放大器的輸出電壓產(chǎn)生約20mV的變化的變化。這個(gè)數(shù)字這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于相當(dāng)于12位位A/D轉(zhuǎn)換器在滿(mǎn)量程為轉(zhuǎn)換器在滿(mǎn)量程為10V的的8個(gè)個(gè)LSB值值。通常測(cè)量放大器的輸出電壓會(huì)隨

16、溫度的變通常測(cè)量放大器的輸出電壓會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生（化而發(fā)生（150） V/變化，這也與測(cè)變化，這也與測(cè)量放大器的增益有關(guān)。量放大器的增益有關(guān)。應(yīng)盡量選擇溫漂小的測(cè)量放大器。應(yīng)盡量選擇溫漂小的測(cè)量放大器。 3. 建立時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間：指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至測(cè)量：指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至測(cè)量 放大器輸出電壓達(dá)到并保持在放大器輸出電壓達(dá)到并保持在 給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 tUtU03. 建立時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間：指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至測(cè)量：指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至測(cè)量 放大器輸出電壓達(dá)到并保持在放大器輸出電壓達(dá)到并保持在 給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。給

17、定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 測(cè)量放大器的建立時(shí)間隨其增益的增加而測(cè)量放大器的建立時(shí)間隨其增益的增加而增加。增加。當(dāng)增益當(dāng)增益200時(shí)時(shí)，為達(dá)到誤差范圍為達(dá)到誤差范圍0.01%，往往建立往往建立時(shí)間達(dá)到時(shí)間達(dá)到50 s 100 s，有時(shí)甚至高達(dá)有時(shí)甚至高達(dá)350 s 。 例如：例如：4. 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間：指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放：指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放 大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所 需的時(shí)間。需的時(shí)間。放大器的建立時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間直接影響數(shù)據(jù)采放大器的建立時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。集系統(tǒng)的采樣速率。 5. 電源引起的失調(diào)電源

18、引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)：電源電壓：電源電壓每變化每變化1%，引引起起 放大器的漂移電壓值。放大器的漂移電壓值。 該指標(biāo)則是設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。該指標(biāo)則是設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。共模抑制比共模抑制比：放大器對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍：放大器對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍 數(shù)數(shù)Aud與對(duì)共模信號(hào)的電壓放大與對(duì)共模信號(hào)的電壓放大 倍數(shù)倍數(shù)Auc之比，稱(chēng)為共模抑制比之比，稱(chēng)為共模抑制比 (dB) ucudAACMRRlg206. 共模抑制比共模抑制比 u CMRR越大，此時(shí)差分放大電路抑制共模信越大，此時(shí)差分放大電路抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)，放大器的性能越好。號(hào)的能力越強(qiáng)，放大器

19、的性能越好。u CMRR也是放大器增益的函數(shù)，它隨增益的也是放大器增益的函數(shù)，它隨增益的增加而增大。增加而增大。 6. 共模抑制比共模抑制比 u 電路對(duì)稱(chēng)性電路對(duì)稱(chēng)性：電路的對(duì)稱(chēng)性決定了被放大：電路的對(duì)稱(chēng)性決定了被放大后的信號(hào)殘存共模干擾的幅度，電路對(duì)稱(chēng)后的信號(hào)殘存共模干擾的幅度，電路對(duì)稱(chēng)性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信號(hào)（干擾）的能力也就越差。信號(hào)（干擾）的能力也就越差。u 放大器本身的線性工作范圍放大器本身的線性工作范圍：測(cè)量放大器：測(cè)量放大器工作線性范圍不是無(wú)限大的，當(dāng)共模信號(hào)工作線性范圍不是無(wú)限大的，當(dāng)共模信號(hào)超出了其線性范圍時(shí)，即使正常信號(hào)也

20、不超出了其線性范圍時(shí)，即使正常信號(hào)也不能被正常放大，更談不上共模抑制能力。能被正常放大，更談不上共模抑制能力。影響共模抑制比的因素：影響共模抑制比的因素：30n4.1 概述概述n4.2 測(cè)量放大器的電路原理測(cè)量放大器的電路原理n4.3 測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n4.4 測(cè)量放大器集成芯片測(cè)量放大器集成芯片n4.5 測(cè)量放大器的使用n4.6 隔離放大器第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器1. AD521AD521美國(guó)模擬器件美國(guó)模擬器件(Analog Devices)公司推出。采用公司推出。采用14腳雙列直插式封裝。腳雙列直插式封裝。 1234567891011131214O

21、UTOFF SETVINRG+INSENSEREFRSCOMPOFF SETRSV+RGAD521引腳功引腳功能能1. AD521123456781011121314+IN-INRG10KU-UOUTRS100KU+AD521基本連接方法基本連接方法u 引腳引腳4，6用于調(diào)整放用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，將大器零點(diǎn)，將4，6端端接到接到10K電位器的電位器的兩個(gè)固定端。電位兩個(gè)固定端。電位器滑動(dòng)端接負(fù)電源器滑動(dòng)端接負(fù)電源U-U-（腳（腳5 5）。）。u 引腳引腳10，13用于外接用于外接電阻電阻RS，用于對(duì)放，用于對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào)。大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)當(dāng)RS=100k15% 時(shí)，可以得到比較時(shí)，可以得

22、到比較穩(wěn)定的放大倍數(shù)。穩(wěn)定的放大倍數(shù)。1. AD521123456781011121314+IN-INRG10KU-UOUTRS100KU+AD521基本連接方法基本連接方法u 引腳引腳2，14用于外接用于外接電阻電阻RG，用于調(diào)整放，用于調(diào)整放大倍數(shù)。大倍數(shù)。u 測(cè)量放大器的放大倍測(cè)量放大器的放大倍數(shù)：數(shù)：GSINOUTRRUUGu 其放大倍數(shù)可在其放大倍數(shù)可在11000的范圍內(nèi)調(diào)整。的范圍內(nèi)調(diào)整。1. AD521123456781011121314+IN-INRG10KU-UOUTRS100KU+AD521基本連接方法基本連接方法技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)：u 共模抑制比共模抑制比100dB 10

23、0dB ( (G=100時(shí)時(shí)) )；u 輸入阻抗輸入阻抗3 3 10109 9 ；u 增益帶寬大于增益帶寬大于2MHz；u 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)11000；u 電源電壓電源電壓(518)V；u 過(guò)載能力較強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特過(guò)載能力較強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性好。性好。354.5.1 AD521芯片的使用示例芯片的使用示例 當(dāng)使用當(dāng)使用AD521（或任何其他測(cè)量放大器）時(shí)，要特別注意（或任何其他測(cè)量放大器）時(shí)，要特別注意為偏置電流提供回路。如果沒(méi)有回路，偏置電流就會(huì)對(duì)雜為偏置電流提供回路。如果沒(méi)有回路，偏置電流就會(huì)對(duì)雜散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。a) 與熱電耦直接相

24、連與熱電耦直接相連負(fù)載1312711AD521RSRGb) 與變壓器相連與變壓器相連負(fù)載1312711AD521RSRG364.5.1 AD521芯片的使用示例芯片的使用示例 當(dāng)使用當(dāng)使用AD521（或任何其他測(cè)量放大器）時(shí)，要特別注意（或任何其他測(cè)量放大器）時(shí)，要特別注意為偏置電流提供回路。如果沒(méi)有回路，偏置電流就會(huì)對(duì)雜為偏置電流提供回路。如果沒(méi)有回路，偏置電流就會(huì)對(duì)雜散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。c) 與交流信號(hào)通過(guò)電容相連與交流信號(hào)通過(guò)電容相連負(fù)載1312711AD521RSRGCCRAD521輸入端輸入端1或或3直接或通過(guò)直接或通過(guò)電阻與電

25、源的地電阻與電源的地線構(gòu)成回路。線構(gòu)成回路。2. AD522AD522可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)采集。采用的數(shù)據(jù)采集。采用14腳雙列直插式封裝。腳雙列直插式封裝。 1234567891011131214OUTOFF SETVINRG+INSENSEREFNCGNDOFF SETDATA GUARDV+RGAD522引腳功能引腳功能2. AD522u 引腳引腳4，6用于調(diào)整放用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，將大器零點(diǎn)，將4，6端端接到接到10K電位器的電位器的兩個(gè)固定端。電位兩個(gè)固定端。電位器滑動(dòng)端接正電源器滑動(dòng)端接正電源U+U+（腳（腳8 8）。）。u

26、引腳引腳13用于連接信號(hào)用于連接信號(hào)傳輸導(dǎo)線的屏蔽網(wǎng)，傳輸導(dǎo)線的屏蔽網(wǎng)，以減少外電場(chǎng)對(duì)輸以減少外電場(chǎng)對(duì)輸入信號(hào)的干擾。入信號(hào)的干擾。12341367591112814+IN-INRG10KUOUTU-AD522基本連接方法基本連接方法U+2. AD522u 引腳引腳2，14用于外接用于外接電阻電阻RG，用于調(diào)整放，用于調(diào)整放大倍數(shù)。大倍數(shù)。u 測(cè)量放大器的放大倍測(cè)量放大器的放大倍數(shù)數(shù): :G5INOUT1021RUUGu 其放大倍數(shù)可在其放大倍數(shù)可在11000的范圍內(nèi)調(diào)整。的范圍內(nèi)調(diào)整。12341367591112814+IN-INRG10KUOUTU-AD522基本連接方法基本連接方法U+2

27、. AD522u 共模抑制比共模抑制比100dB 100dB ( (G=100時(shí)時(shí)) )；u 輸入阻抗輸入阻抗10109 9 ；u 非線性度低：非線性度低：0.005% ( (G=100時(shí)時(shí)) )；u 電源電壓電源電壓(58)V；u 低漂移：低漂移：2.0uV/。u 低噪聲：低噪聲：1.5mVp-p ( (0.1100Hz) )。u 使用了自動(dòng)激光調(diào)整的使用了自動(dòng)激光調(diào)整的薄膜電阻，因而公差小、薄膜電阻，因而公差小、損耗低、體積小、性能損耗低、體積小、性能可靠?？煽?。 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)：12341367591112814+IN-INRG10KUOUTU-AD522基本連接方法基本連接方法U+

28、4.5.2 AD522芯片的使用示例芯片的使用示例 12341367591112814+IN-INRG10KUOU-AD522用于測(cè)量電橋的電路用于測(cè)量電橋的電路U+U+負(fù)負(fù)載載AD522E1E2信號(hào)地信號(hào)地測(cè)量電橋測(cè)量電橋負(fù)載地負(fù)載地信號(hào)回路信號(hào)回路負(fù)載回路負(fù)載回路+ + +10uf 10uf信號(hào)地與電源地連信號(hào)地與電源地連接，為放大器的偏接，為放大器的偏置電流構(gòu)成回路。置電流構(gòu)成回路。參考端參考端11接地，接地，使負(fù)載電流流回使負(fù)載電流流回電源地。電源地。4.5.2 AD522芯片的使用示例芯片的使用示例 12341367591112814+IN-INRG10KUOU-AD522用于測(cè)量電

29、橋的電路用于測(cè)量電橋的電路U+U+負(fù)負(fù)載載AD522E1E2信號(hào)地信號(hào)地測(cè)量電橋測(cè)量電橋負(fù)載地負(fù)載地信號(hào)回路信號(hào)回路負(fù)載回路負(fù)載回路+ + +10uf 10uf引腳引腳13為數(shù)據(jù)護(hù)衛(wèi)輸出端，為數(shù)據(jù)護(hù)衛(wèi)輸出端，可以提供輸入信號(hào)的共?？梢蕴峁┹斎胄盘?hào)的共模分量，此共模分量傳給屏分量，此共模分量傳給屏蔽電纜的屏蔽體，從而提蔽電纜的屏蔽體，從而提高了交流高了交流CMRR。如果不。如果不用時(shí)，此腳應(yīng)空著。用時(shí)，此腳應(yīng)空著。43n4.1 概述概述n4.2 測(cè)量放大器的電路原理測(cè)量放大器的電路原理n4.3 測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量放大器的主要技術(shù)指標(biāo)n4.4 測(cè)量放大器集成芯片測(cè)量放大器集成芯片n4.5

30、 測(cè)量放大器的使用測(cè)量放大器的使用n4.6 隔離放大器隔離放大器第第4章章 測(cè)量放大器測(cè)量放大器如果輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào)，如果輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào)，而測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大，對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求而測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大，對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求又高，這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔又高，這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離，以保證系統(tǒng)的可靠性。離放大器進(jìn)行隔離，以保證系統(tǒng)的可靠性。隔離放大器的特點(diǎn)：隔離放大器的特點(diǎn)：輸入回路與輸出回路之間是電絕緣的。輸入回路與輸出回路之間是電絕緣的。信號(hào)傳遞的主要方式：信號(hào)傳遞的主要方式：1. 電磁耦合；電磁

31、耦合；2. 光電耦合。光電耦合。45二極管二極管 二極管型二極管型二極管二極管 三極管型三極管型1. 光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器光敏二極管光敏二極管IoIiIiIo發(fā)發(fā)光光二二極極管管發(fā)光二極管發(fā)光二極管光光敏敏三三極極管管461. 光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器光電耦合器的特點(diǎn)：光電耦合器的特點(diǎn)：u 耦合器中的發(fā)光和光敏元件都是非線耦合器中的發(fā)光和光敏元件都是非線性器件；性器件；u 非線性器件傳輸模擬信號(hào)將會(huì)導(dǎo)致信非線性器件傳輸模擬信號(hào)將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。號(hào)失真?？朔蔷€性失真通常采取的措施克服非線性失真通常采取的措施: :u 給非線性器件施加合適的直流偏置，給非線性器件施加合

32、適的直流偏置，在小范圍內(nèi)線性傳輸信息。在小范圍內(nèi)線性傳輸信息。u 采用負(fù)反饋技術(shù)。采用負(fù)反饋技術(shù)。2. 變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器輸入端與輸出端之間（包括它們所使用的電源之間）輸入端與輸出端之間（包括它們所使用的電源之間）無(wú)直接耦合通路，其信息傳送通過(guò)磁路來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)直接耦合通路，其信息傳送通過(guò)磁路來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸入、輸出側(cè)輸入、輸出側(cè)間電氣絕緣間電氣絕緣+- -1A調(diào)制器調(diào)制器隔隔 離離電電 源源解調(diào)器解調(diào)器逆變器逆變器+- -2A輸入屏蔽輸入屏蔽輸出屏蔽輸出屏蔽uOuI100kCCV 調(diào)調(diào) 制制解解 調(diào)調(diào)兩側(cè)電源獨(dú)立兩側(cè)電源獨(dú)立給輸入側(cè)提供能量給輸入側(cè)提供能量2. 變壓器隔離放大器變壓器隔離

33、放大器變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器AD277原理圖和引腳原理圖和引腳 1A調(diào)制器調(diào)制器隔隔 離離電電 源源解調(diào)器解調(diào)器逆變器逆變器 2A輸入屏蔽輸入屏蔽輸出屏蔽輸出屏蔽 k100 k100 M116151114101213126873495(+15V)(-15V)(+VEE)(-VCC)2. 變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器AD277隔離放大器的主要技術(shù)指標(biāo)：隔離放大器的主要技術(shù)指標(biāo)：輸入回路輸出回路u開(kāi)環(huán)增益：106dB；u失調(diào)電壓：1.5uV；u溫漂系數(shù)：3uV/；u偏置電流：60nA；u差動(dòng)輸入阻抗：4M ；u共模輸入阻抗：100M 。u隔離電阻： 1012 ；u小信號(hào)帶寬：2.5k

34、Hz；u滿(mǎn)功率帶寬：1.5kHz；u供電電源電壓：14V 16V；u供電電源電流：35mA；u工作溫度范圍：-25+85 。習(xí)題：習(xí)題：設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知R1=R2=5k，RG=100k，R3=R4=10k，R5=R6=20k，求：，求：1. 此測(cè)量放大器的增益。此測(cè)量放大器的增益。2. 什么是測(cè)量放大器的共模抑制比什么是測(cè)量放大器的共模抑制比CMRR？若？若R4的實(shí)際測(cè)的實(shí)際測(cè)量值為量值為10.01 k，R5的實(shí)際測(cè)量值為的實(shí)際測(cè)量值為20.02 k，其他電阻以，其他電阻以及運(yùn)放都假設(shè)為理想精度，求此測(cè)量放大器的及運(yùn)放都假設(shè)為理想精度，求此測(cè)量放大器

35、的CMRR。答答: : (1) 測(cè)量放大器的增益為：測(cè)量放大器的增益為：2 . 210000200001000005000212135121RRRRUUUKGiiO理想狀態(tài)下，一個(gè)差分放大器兩個(gè)輸入端分別輸入V+和V-，輸出其中 Aud為差模增益。然而，現(xiàn)實(shí)中的差分放大器用下式表示更佳：其中Auc是共模增益，通常情況遠(yuǎn)小于差模增益。共模抑制比（共模抑制比（common-mode rejection ratio, CMRR）是模擬電路中一個(gè)用于衡量其抑制兩端輸入信號(hào)共模部分的一個(gè)參數(shù)。1()()2ouducVAVVAVV()oudVAVV52答答: :(2) 放大器的差模電壓增益與共模電壓增益之

36、比放大器的差模電壓增益與共模電壓增益之比稱(chēng)為共模抑制比，表示為：稱(chēng)為共模抑制比，表示為：ucudOncmOncmAAUUUUUUCMRRlg20lg20lg20其中，其中，Ucm是共模干擾電壓，是共模干擾電壓，Un是由是由Ucm轉(zhuǎn)化成的差模干轉(zhuǎn)化成的差模干擾電壓。擾電壓。UO是輸出電壓，是輸出電壓，Aud是差模信號(hào)放大倍率，是差模信號(hào)放大倍率，Auc是是共模信號(hào)放大倍率。共模信號(hào)放大倍率。習(xí)題：習(xí)題：設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知R1=R2=5k，RG=100k，R3=R4=10k，R5=R6=20k，求：，求：2. 什么是測(cè)量放大器的共模抑制比什么是測(cè)量放大器的共模抑制比CMRR？若？若R4的實(shí)際測(cè)的實(shí)際測(cè)量值為量值為10.01 k，R5的實(shí)際測(cè)量值為的實(shí)際測(cè)量值為20.02 k，其他電阻以，其他電阻以及運(yùn)放都假設(shè)為理想精度，求此測(cè)量放大器的及運(yùn)放都假設(shè)為理想精度，求此測(cè)量放大器的CMRR。答答: : 對(duì)于該測(cè)量放大器，已經(jīng)求得對(duì)于該測(cè)量放大器，已經(jīng)求得Aud=K=-2.2。下面求。下面求Auc：224RIUUGi113RIUUGi所以：所以： 341212iiGGUUUUI RI R習(xí)題：習(xí)題：設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知設(shè)有一測(cè)量放大器如圖所示，已知R1=R2=5k，RG=100k，R3=R4=10k，R5=R6=