智能儀器儀表開發(fā)課件.ppt

1、智能儀器儀表開發(fā),中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 2009年8月 張明海,智能儀器儀表開發(fā),主要內(nèi)容： 第一章 DAS概述 第二章 信號調(diào)理電路 第三章 多路模擬開關(guān) 第四章 采樣/保持器 第五章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 第六章 數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A 第七章 接口電路設(shè)計(jì) 第八章 常用接口器件 第九章 can總線程序設(shè)計(jì),智能儀器=數(shù)據(jù)采集+MCU+網(wǎng)絡(luò)技術(shù),數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容： 一、前言 二、DAS的基本概念 三、DAS的組成部分 四、數(shù)據(jù)處理 五、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展 小結(jié),一、前言,隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，社會已進(jìn)入 信息時代。作為獲取信息重要工具的微機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，日益廣泛的深入到生產(chǎn)、 科研的各個

2、領(lǐng)域，形成了一種新興的產(chǎn)業(yè) ，它也就自然的成為自動化專業(yè)的學(xué)生或 其他專業(yè)的工程技術(shù)人員必須掌握的專業(yè) 知識。,自動化專業(yè)的學(xué)生與其它電類專業(yè)一樣，主要是分門別類的進(jìn)行。1、電路與信號系統(tǒng)：講的是一般電路的分析方法與信號及系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。 2、模擬與數(shù)字電子技術(shù)：著重介紹放大器、觸發(fā)器、震蕩器、計(jì)數(shù)器等各種功能的硬 件電路組成。3、程序語言與微機(jī)原理：介紹計(jì)算機(jī)原理與編程方法 4、數(shù)字信號與處理電路：則分別介紹軟件對信號過濾的方法.5、傳感器與電子測量：介紹檢測信號的方法與儀器設(shè)備。,這些課程的內(nèi)容都涉及到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的知識。但整個數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要的是綜合運(yùn)用所有關(guān) 的

3、知識從一門課到一門課的學(xué)，到綜合 運(yùn)用各門課的知識解決實(shí)際問題，尚存 一定的距離，為此目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這 門課程，已為很多院校本科生和研究生的必修課程。,這些課程的內(nèi)容都涉及到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的知識。但整個數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要的是綜合運(yùn)用所有關(guān) 的知識，從一門課到一門課的學(xué)，到綜 合運(yùn)用各門課的知識解決實(shí)際問題，尚 存一定的距離，為此目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 這門課程，已為很多院校本科生和研究 生的必修課程。而智能儀器儀表則是微 處理器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高度結(jié)合的一門 課程。,二、DAS的基本概念,隨著計(jì)算機(jī)、微型機(jī)及信息技術(shù)的高搜發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)、過程控制技術(shù)變得越來越重要。為了把需要

4、處理的信息輸入給計(jì)算機(jī)，把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果輸出到所需的場所，就需要一系列輸入、輸出設(shè)備來完成信息的調(diào)理、采樣、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、打印、顯示等工作。這些輸入輸出的設(shè)備 與計(jì)算機(jī)一起就構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS(data acquisitiong system).,1、數(shù)據(jù)采集:就是將生產(chǎn)過程或控制過程中要檢測或監(jiān)視的信號按一定時間間隔，通過信號處理變成計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)據(jù)形式，并存儲在計(jì)算機(jī)的存儲器中。 2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：處理信息的I/O設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟硬件的總稱。 3、數(shù)據(jù)處理：處理采集數(shù)據(jù)的過程。如：平滑、濾波、踢出奇異項(xiàng)、卷積頻譜分析等。 4、過程控制：就是將采集處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模擬

5、量或直接通過I/O接口或網(wǎng)絡(luò)對控制對象進(jìn)行控制。,三、DAS的組成部分 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨其用途而具有不同的組成形式。一般的，一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)包括以下6個組成部分： 1、傳感器（sensor) 將非電量（如：壓力、溫度、流量）變成電信號。常稱為一次儀表，其輸出一般為模擬量，但也有的輸出數(shù)字量。,2、信號調(diào)理電路 信號調(diào)理電路的主要功能包括信號的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化。 （1）對模擬信號而言：mv-v;kv-v；交流直流；R-V等?？傊M(jìn)行濾波、衰減、放大、整形等，得到計(jì)算機(jī)索認(rèn)識的標(biāo)準(zhǔn)信號（4-20ma;1-5v;-5-+5v;-10-+10v). （2）對數(shù)字信號而言包括緩沖、所存、整形等。,

6、3、多路模擬開關(guān)（mux) 作用：使多路被測信號共享一路A/D. 當(dāng)被測量信號的通道比較多時，為了節(jié)省開支和減少電路的復(fù)雜程度，一般在信號調(diào)理電路后面，家多路模擬切換開關(guān)，從而使各路信號共享一路A/D通道。當(dāng)然這樣會影響采樣速度，因而對變化很快的被測信號，就需要對每一路單獨(dú)配置A/D，成本必然提高。實(shí)際設(shè)計(jì)時，可根據(jù)具體情況靈活掌握。,4、采樣保持器（S/H） S/H的基本功能是：獲取輸入信號并在其后A/D轉(zhuǎn)換期間是信號保持不變。特別是被測信號是高頻信號時，度應(yīng)該加采樣保持電路。 5、A/D轉(zhuǎn)換電路（ADC） DAS的核心器件是A/D轉(zhuǎn)換器。因?yàn)橹挥型ㄟ^它才能將模擬信號變成計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字

7、量。具體講，A/D轉(zhuǎn)換部分應(yīng)包括以下兩項(xiàng)功能： （1）將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 （2）能和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口。,一般采用工控機(jī)及打印機(jī)、繪圖儀等用于將采集處理后的數(shù)據(jù)打印或顯示出來（報表曲線等）。 根據(jù)以上分析，我們可以畫出一個DAS的一個基本的組成框圖如圖1.1所示：,若計(jì)算機(jī)的輸出還用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)過程參數(shù)，此時DAS就發(fā)展成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 如電磁閥的控制、PID控制，這相當(dāng)于在DAS的基礎(chǔ)上增加了自動調(diào)節(jié)（負(fù)反饋控制），使其成為完整的生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)。,當(dāng)然DAS的方案很多，每一路輸入有單獨(dú)的S/H和A/D轉(zhuǎn)換等。 DAS的變化框圖如下圖所示：,四 數(shù)據(jù)處理,1、零點(diǎn)、滿度調(diào)整 調(diào)A

8、/D轉(zhuǎn)換器，使其滿足系統(tǒng)要求。 2、校準(zhǔn)調(diào)試 進(jìn)行系數(shù)整定、定標(biāo)，用于恢復(fù)原物理量的量綱及表示形式。,例：某線性壓力傳感器測得下述一組數(shù)據(jù) 壓力(kpa) :0 10 50 100 200 300 400 500 輸出(v) : 0.0 0.1 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 則該壓力傳感的定標(biāo)系數(shù)為：100 kpa/v。每輸出1v電壓，傳感器需加壓100 kpa。 有了定標(biāo)系數(shù)，便可將A/D后的數(shù)字量變成相應(yīng)的物理量綱（具體大小）。如采用上述壓力傳感器，8bit的A/D,滿度為5v，單極性。若轉(zhuǎn)換結(jié)果為80H，則表示的電壓為：128*5/256=2.5v, 代表實(shí)際壓力2.5

9、*100=250kpa.,3、消除干擾 平滑、濾波、非線性校正、IIR、FIR、數(shù)字濾波。 4、數(shù)據(jù)變換運(yùn)算 卷積、濾波、PID、頻譜分析等。 5、數(shù)據(jù)輸出 制表、顯示、打印、繪圖、控制。 常用程序設(shè)計(jì)語言有： 匯編、basic、c、c+、vb、vc等。,數(shù)字濾波器分為兩類IIR和FIR。FIR和IIR的濾波原理都是進(jìn)行卷積，說白了就是對數(shù)字入信號進(jìn)行某種計(jì)算。FIR用處就在于對數(shù)字信號進(jìn)行必要的處理，得到所需的輸出信號。 IIR濾波器有以下幾個特點(diǎn)： 1IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。 2IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。IIR濾波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時、

10、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成，可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式，都具有反饋回路。由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時會產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。 3IIR數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計(jì)工作量比較小，對計(jì)算工具的要求不高。在設(shè)計(jì)一個IIR數(shù)字濾波器時，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 4IIR數(shù)字濾波器的相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。,五、DAS的應(yīng)用及發(fā)展,1、應(yīng)用 （1）工業(yè)過程控制：實(shí)時檢測控

11、制、DCS。 （2）遙測遙控：航天、航空、火箭。 （3）智能儀表測試儀器：微機(jī)控制、數(shù)顯。 （4）家用電器、民用電子產(chǎn)品：智能控制、電視、洗衣機(jī)、汽車電器等。 （5）計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)：汽車駕駛培訓(xùn)、鉆井仿真培訓(xùn)等都離不開DAS的應(yīng)用（數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場，輸出卻不對現(xiàn)場起作用）。,2、發(fā)展趨勢 （1）板卡模塊化。 數(shù)據(jù)采集板卡、數(shù)據(jù)采集模塊等。 （2）高速度： 速度越快越好，速度越快越貴。 （3）智能化： 采集器少配外設(shè)即可組成各種DAS系 統(tǒng)。,本章小結(jié)：,本章介紹了DAS的基本概念、組成部分、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢，對DAS有一個總體了解。由于電子技術(shù)的發(fā)展十分迅速，新器件層出不窮，為了適應(yīng)發(fā)展，學(xué)習(xí)中

12、應(yīng)注重學(xué)習(xí)DAS的基本概念、基本理論和設(shè)計(jì)方法，無論如何變化，基本理論和方法是相同的。,第二章 信號調(diào)理電路,主要內(nèi)容： 引言 第一節(jié) 運(yùn)算放大器 第二節(jié) 測量放大器 第三 節(jié) 低漂移放大器 第四節(jié) 電壓比較器 小結(jié),引言 信號調(diào)理電路的形式是各種各樣的，核心是運(yùn)算放大器。在DAS中大多數(shù)傳感器輸出的信號都需要放大、濾波、整形、電平轉(zhuǎn)換等調(diào)理措施，使之具有合適的帶寬及動態(tài)范圍以后，方可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換或送往數(shù)字系統(tǒng)。例如：傳感器輸出常常是非標(biāo)準(zhǔn)信號，如：mV、uV、，也有標(biāo)準(zhǔn)信號，如：4-20mA等，但A/D所需要的是：0-5V、0-10V,-5-+5V,-10-+10V等需要轉(zhuǎn)換。,引言 運(yùn)算

13、放大器是信號調(diào)理中最重要的部件之一，它可以用于放大、濾波、比較、積分微分、標(biāo)準(zhǔn)信號的產(chǎn)生等。首先，我們介紹一下有關(guān)放大器電路的功能及特點(diǎn)。,一、基本運(yùn)放電路 1、反相放大器 （1）電路如圖所示,（2）反相放大器的閉環(huán)增益（放大倍數(shù)）為 KF=V0/Vi-R1/R2 或 V0=-R1/R2*Vi (3)反相放大器的輸入阻抗：Rin=R2(輸入阻抗越大對信號源的影響越?。?(4)加 R=R1/R2的目的：保證運(yùn)算放大器的兩個輸入端平衡，避免輸入電流產(chǎn)生附加的差動輸入電壓,2、同相放大器 （1）電路 （b）同相,（2）通向放大器的閉環(huán)增益為 （3）通向放大器的輸入阻抗： 可以看出：同相RIN反相RI

14、N 其中： Rdi :運(yùn)算放大器的差模輸入阻抗：10E5 Rcm:運(yùn)算放大器的共模輸入阻抗：10E8,例1：某壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)如下： Kpa 0 100 200 300 400 Mv 0 53.27 105.36 157.25 210.84 試設(shè)計(jì)一電路，將此信號處理以后，轉(zhuǎn)化為A/D所接受的05v的標(biāo)準(zhǔn)信號。 解：（1）有數(shù)據(jù)可看出，傳感器基本上是現(xiàn)行的，應(yīng)先求定標(biāo)系數(shù)M： Kpa/mv （2）滿量程時，修正值： mv （3）放大倍數(shù)K：,（4）電路設(shè)計(jì)：通向放大器如圖所示：,（5）計(jì)算電阻值：令R2=10K,帶入同相放大器公式（KT=1+R1/R2）有：23.69=1+R1/10 ,

15、R1=(23.69-1)*10=226.9K （6）實(shí)際選電位器或電阻240K，210K。 即通過調(diào)整電位器，再用固定電阻湊齊。,3、差動放大器 （1）電路,（2）差動放大器的閉環(huán)增益為： 前提：通常 目的：降低共模增益。 （3）差動放大器的輸入阻抗： 若 則,4、總結(jié) （1）閉環(huán)增益K指V0與Vi之比，而不是V0與VS之比。 Vi與VS有差別，不相等。 當(dāng)ZinRS時，有Vi VS 即：只有放大器的輸入阻抗Zin RS時， V0 / VS不受信號源內(nèi)阻的影響。,（2）同相放大器的輸入阻抗為最大。 （3）各自的特點(diǎn)： 信號源的內(nèi)阻RS若較高，則第一級必須采用通向放大器，以減少誤差。 反相放大器

16、：極易組成加法器、積分器等。RS較小時可用。 差動放大器：有很好的共模干擾能力。,（4）跟隨器的作用：起阻抗變換的作用，減少信號源內(nèi)阻的影響；同時提高帶負(fù)載的能力。 跟隨器是一種特殊的同相放大器，是單位增益的同相放大器，即K=1.,5、應(yīng)用舉例 例2：設(shè)計(jì)以電平轉(zhuǎn)換電路，將-5V+5V雙極性變化的信號變成010V單極性變化的信號。 分析：-5V +5V變成010V 則 Vi(-5V) VO(0V); Vi(+5V) VO (10V); 顯然： VO =Vi-(-5V)= Vi+5V 下面我們用兩種方法設(shè)計(jì)該電平轉(zhuǎn)換電路,方法1、采用差動運(yùn)算放大器 滿足條件,方法2：用加法器實(shí)現(xiàn)：,二、運(yùn)算放大

17、器的特性參數(shù) (1)失調(diào) 在輸入為零時，輸出通常不為零（理論上為零），稱為零點(diǎn)漂移，這是由于運(yùn)算放大器本身存在的失調(diào)所引起的。 定義：輸入為零，為了使輸出為零，在輸入端所需加的補(bǔ)償電壓。 下面 分析一個運(yùn)放的失調(diào)模型 。,圖中： eos運(yùn)放本身的失調(diào)電壓 Ib1運(yùn)放反相端的偏置電流 Ib2運(yùn)放同相端的偏置電流 VOS放大器的失調(diào)電壓 Ios=Ib1-Ib2運(yùn)放的失調(diào)電流,運(yùn)算放大器（帶電阻后）的等效輸入電壓 若： 則：,由于失調(diào)電壓Vos的存在，就使Vo不為零，而有一輸出電壓，此電壓到底有多大呢？,（2）溫漂 若T=T1-T2為溫度變化，Tvos為溫漂引起的失調(diào)電壓，則又溫漂引起的輸入變化：,

18、例：如圖所示反相放大器 已知：eos=1mv,Ios=0.1uA,輸入失調(diào)溫漂Tvos=0.5mv/，Vi=5mv 試求： 閉環(huán)增益K 閉環(huán)輸入阻抗Rin 等效的輸入失調(diào)電壓Vos 由Vos引起的輸出失調(diào) 溫度變化5時，由Tvos引起的輸出溫漂及此時的Vo。,解： （1）閉環(huán)增益 應(yīng)有 （2）輸入阻抗 （3）失調(diào)電壓 （4）由Vos引起的輸出失調(diào) 或,（5）由Tvos引起的輸出溫漂 此時總的輸出為： KVi是信號輸出，Vo是輸出失調(diào)，VoT是輸出溫漂。,可以看出： 當(dāng)輸入信號較小時，輸出往往會受到失調(diào)及溫漂的嚴(yán)重影響，因此在實(shí)際應(yīng)用時，應(yīng)盡量選用低失調(diào)及溫漂的運(yùn)算放大器。,第二節(jié) 測量放大器（

19、儀用放大器） 一、測量放大器的作用、原理和特點(diǎn) 二、測量放大器的輸入保護(hù)技術(shù) 三、單片測量放大器,1、作用 在許多實(shí)際應(yīng)用中，我們需要對信號源的兩端進(jìn)行測量。如電橋的輸入：,根據(jù)電橋的工作原理：V1-V2是有用的信號，而不是V1、V2本身的大小。 我們稱： VD=V1-V2 為差模電壓（有用信號） VC=(V1+V2)/2為共模電壓（干擾信號） 對于具有共模干擾的信號，只能用差動放大器放大。 測量放大器主要用于放大有共模干擾的信號。,2、測量放大器的基本原理,（1）第一級運(yùn)放（雙同相） （2）第二級運(yùn)放（差動）,（3）可推導(dǎo)出放大器的總增益 說明 為提高CMRR（共模抑制比），一般取 R1=R

20、2,R6=R4,R7=R5。 若已知R1R7,則可方便的通過調(diào)整RG來調(diào)整K值，即放大器的放大倍數(shù)。,3、測量放大器的特點(diǎn) （1）由于輸入V1、V2均為同相輸入，故測量放大器的輸入阻抗高。 （2）CMRR（Common Mode Rejection Ratio)共模抑制比高。 （3）低零漂。 （4）增益K調(diào)節(jié)容易。,二、測量放大器的輸入保護(hù)技術(shù) 當(dāng)共模干擾為交流電壓時，需要在放大器的輸入但把信號線屏蔽起來，并使屏蔽層具有信號線相同共模電壓。從而使分布電容失去作用（如下圖所示）。,三、單片測量放大器 1、AD612/614 AD612/614為測量放大器。廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動控制、精密測

21、量等系統(tǒng)中。對各種傳感器送來的緩慢變化信號加以放大。 AD612/614是美國Analog devices公司生產(chǎn)的產(chǎn)品（美國模擬器件公司），芯片采用24腳雙列直插封裝結(jié)構(gòu)。內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)采用三運(yùn)放結(jié)構(gòu)。,（1）封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,(2)AD612/614放大器的增益 (3)RG的計(jì)算 Pin1不接任何電阻：RG= k=1 Pin3與Pin1連接： RG=80K K=1+80/80=2 Pin4和pin1連接：RG=26.67 K=1+80/26.67=4 . Pin10和Pin1連接 RG=0.078 k=1+80/0.078=2e10,說明 腳15“GUARD”為保護(hù)端，輸出一共模電壓，可接一

22、個跟隨器，然后再接入信號線的屏蔽層。 腳21、22之間可接一個100K的電位器，可動端接15V，作調(diào)零用。 腳14為輸出端，腳13為輸出的參考點(diǎn)，一般接地。 腳14合腳16之間，常接一個電容器作相位校正和濾波用。,（4）應(yīng)用電路,2、AD521/522 AD521/522也是美國模擬器件公司的產(chǎn)品，電路相對簡單。 （1）引腳圖,（2）增益大小 K=VOUT/VIN=RS/RG RS一般取100K，改變RG可使增益在11000范圍內(nèi)改變。 （3）性能指標(biāo)： 單位增益帶寬：2MHz 失調(diào)電壓：2mv 溫度系數(shù)：7uv/ 偏置電流：Ib=80na 輸入阻抗：310E9歐 CMRR(G=100):10

23、4db 工作電壓：518V 工作溫度：-2585,(4)應(yīng)用電路 （5）AD522和AD521少有不同 增益為：K=1+（200*10E3）/RG歐,無RS電阻，13腳作GUARD,10腳不用。,第三節(jié)：低漂移放大器,引言： 一、動態(tài)校零放大器 二、單片自動穩(wěn)零放大器,引言 當(dāng)運(yùn)放用于放大直流或緩慢變化的信號時，放大器的本身的失調(diào)和溫漂將會影響放大器的精度，甚至無法放大有用的信號。因此放大微弱信號時，應(yīng)采取專門的措施，抑制零漂、溫漂、以保證放大器的精度和線性度。 低漂移放大器的分類： 1、斬波穩(wěn)零 2、動態(tài)校零,一、動態(tài)校零放大器 1、工作原理 又稱自動穩(wěn)零放大器，將放大器的失調(diào)電壓記憶在一個

24、電容上，然后會送到輸入端，以抵消放大器本身的失調(diào)電壓,2、原理圖,3、工作原理說明 （1）S1、S2為模擬開關(guān)，由斬波驅(qū)動器產(chǎn)生的方波驅(qū)動它們交替通斷。C1、C2為記憶電容。 （2）當(dāng)S1斷開，S2閉合時，放大器處于調(diào)零階段，此時A3組成的跟隨器保持在 VC2上。,VC1=（VO1-eos2）A2 Vo1=（eos1-VC1)A1 代入得： VC1eos1 代得： Vo1eos2 即在電容C1上得到的充電電壓VC1eos1 ，使A1總失調(diào)電壓接近于零，輸出電壓Vo1eos2 ，相當(dāng)于放大器輸入失調(diào)電壓eos= Vo1/A1,（3）當(dāng)S1閉合，s2斷開時，放大器處于跟蹤狀態(tài) 此時C1電壓保持為V

25、C1eos1,以維持調(diào)好的零點(diǎn)。電容c2上的電壓跟隨Vi的變化。為再輸入調(diào)零時維持輸出做準(zhǔn)備。,二、單片自動穩(wěn)零放大器 1、OP37 (OP)系列的OP07/OP17/27/37等都是高速度低漂移的放大器。 （1）技術(shù)指標(biāo) 共模抑制比：110-126db;輸入阻抗：30-80M歐姆；偏置電流：1-2nA;電壓：15V；輸入失調(diào)電壓：VOS=55uv；溫漂：TVOs=0.4uv/ 時漂：Tvos=0.2uv/日 單位增益帶寬：B=63MHZ,（2）引腳圖 常用的封裝形式有雙列直插式和原型封裝兩種。,（3）應(yīng)用電路,2、ICL7650（國產(chǎn)型號為5G7650） （1）技術(shù)指標(biāo) ICL7650是一種

26、CMOS單片集成自動穩(wěn)零運(yùn)算放大器。 失調(diào)電壓1uv CMRR=130db 溫漂0.01uv/ Zin=10E12歐姆,（2）引腳圖 ICL7650的封裝形式,（3）應(yīng)用電路 由ICL7650構(gòu)成的通向放大器,（4）說明 ICL7650是一種低壓CMOS器件，所用電源電壓6V，一般CA、CB記憶電容接兩個0.1uF的漏電小的膽電容。 在接線與調(diào)試時應(yīng)特別注意防止由于接地不良在輸入端引入過高壓而使器件損壞，因此在設(shè)計(jì)電路板時，應(yīng)用短路環(huán)把輸入端包圍起來，再把該短路環(huán)與具有共模輸入電壓的端點(diǎn)連接，或接“保護(hù)”腳3或6.,第四節(jié) 電壓比較器 一、電壓比較器的工作原理 二、LMX39系列比較器 三、基

27、本比較器,一、電壓比較器的工作原理 1、電路符號,2、功能 電壓比較器的功能是比較兩個模擬電壓的大小，并根據(jù)比較大小，在V0端反映高電平或低電平。 3、靜態(tài)傳輸特性 （1）理想傳輸特性 （2）實(shí)際傳輸特性,在V1接近V2時，Vo達(dá)不到規(guī)定的電平，不穩(wěn)定，這個區(qū)域稱為“死區(qū)”或稱為“線性過度”，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量避免使用這一區(qū)域。,4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理,原理說明 （1）差動放大器為一高增益直接耦合差動放大器。 （2）輸出級功能：產(chǎn)生和某一特定邏輯形式相容的邏輯電平，以便使比較器的輸出可以直接驅(qū)動邏輯電路。 （3）比較器的輸出一般設(shè)計(jì)成集電極開路形式，所以輸出級必須接上拉電阻，否則不能工作。 （4）

28、有些比較器還有選通、鎖存功能。,二、LMX39系列比較器 1、特點(diǎn) （1）LM139系列由四個獨(dú)立的精密比較器集成在一塊芯片上。 （2）低功耗，失調(diào)電壓小，失調(diào)電流小。 （3）輸出可與任何形式的邏輯電平兼容。 （4）單、雙電源都可工作（0-36V，18V,2、特性參數(shù) （1）電壓增益：指在線性 過渡區(qū)輸出電壓與輸入差 動電壓的比值（210E5) (2)失調(diào)電壓VOS典型值 1mv (3)失調(diào)電流Ios典型值為 2nA (4)響應(yīng)時間 ts是反映比 較器對輸入脈沖反應(yīng)速度的 參數(shù)。 小信號時：ts=1.3us 大信號時：ts=300ns,3、LM139管腳排列圖,1、電平檢測器,（1）特點(diǎn) 簡單

29、、應(yīng)用廣泛。 （2）閾值電壓的概念VTH 定義：當(dāng)輸出電壓發(fā)生電平跳變時，所對應(yīng)的比較器輸入電壓稱為閾值電壓。 理想情況：VTH=Vref 實(shí)際上：由于存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流，閾值電壓會有差異，即偏差。 （3）應(yīng)用中應(yīng)盡量避免使用VTH 這一區(qū)域。,2、遲滯比較器,（1）工作原理 當(dāng)某時刻VO為正時（VOH），V+有過電壓VTH： 當(dāng)Vi增至大于VTH時，VO翻轉(zhuǎn)（VOL） Vi輸出 VO一直在VOL上保持； Vi至VTL時， VO再次翻轉(zhuǎn)為VOH 。 形成了兩個閾值點(diǎn)：,(2)特性 滯后特性有助于提高比較器的抗干擾能力，使比較器免于在輸入接近閾值時迭加噪聲，使輸出產(chǎn)生不規(guī)則的振蕩現(xiàn)象。 例：

30、某D/A板輸出（-5+5V），要控制3個電磁閥動作。 1號：-3-5V動作 2號：12V動作 3號：35V動作,第三章 多路模擬開關(guān) 主要內(nèi)容： 引言 第一節(jié) 電器機(jī)械式多路開關(guān) 第二節(jié) 半導(dǎo)體式多路開關(guān) 第三節(jié) 多路開關(guān)的集成芯片 第四節(jié) 多路開關(guān)的電路特性 小結(jié),引言 多路開關(guān)的功能：使多路模擬量的輸入共享一路S/H和A/D,以改善DAS的性能，降低成本。 多路開關(guān)的分類及特點(diǎn) 1、半導(dǎo)體式多路開關(guān) 優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、動作速度快 缺點(diǎn)：開關(guān)打開時電阻較大，斷開時有漏電流，芯片之間有串?dāng)_。 2、電氣機(jī)械式多路開關(guān) 優(yōu)點(diǎn)：直接接通、無漏電流、電阻小。 缺點(diǎn)：體積大、動作速度慢。,第一節(jié) 電

31、氣機(jī)械式多路開關(guān) 一、步進(jìn)選擇器 二、舌簧繼電器,一、步進(jìn)選擇器 1、工作原理 在圓周上有一系列互相絕緣、導(dǎo)電性良好的固定觸頭分別與輸入通道接通，而在中心位置有一個滑動觸頭，用步進(jìn)電機(jī)帶動作圓周運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)一步，動觸頭就依次接到下一個固定觸頭，即接通下一個通道。,2、特點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：步進(jìn)選擇器是所有開關(guān)中性能最接近理想的一種（接通電阻為零，而斷開電阻為無窮大）。 （2）缺點(diǎn)轉(zhuǎn)換速率低，且只能依次順序接通（而不能按需要從一通道接到任意通道上）。 特性參數(shù) （1）換線速率：1-2 S/CH （2）接通電阻：20-200 豪歐 （3）斷開電阻：不低于100M （4）通道數(shù)：一般為24或48

32、（5）壽命：每運(yùn)行1000小時需要清洗，減少接觸電阻。,二、舌簧繼電器 包括干簧和濕簧繼電器 1、干簧繼電器的工作原理 （1）組成：玻璃殼、惰性氣體、繼電器線圈,（2）工作原理 在充有惰性氣體的玻璃管內(nèi)，裝有一對由金、銀等重金屬材料制成的舌簧觸頭，使其免受氧化，簧片在彈力作用下是分開的，但當(dāng)繞在玻璃管外的繼電器線圈通電時，簧片被磁化，呼吸而閉合。,2、驅(qū)動電路 說明： （1）驅(qū)動電壓一般為6、12或24V。 （2）當(dāng)VB0晶體管T導(dǎo)通線圈通電開關(guān)K接通。 （3） VB 0T截至線圈斷電開關(guān)K斷開。 （4）二極管D的作用：D為續(xù)流二極管。T截至?xí)r，電感線圈的電流不能突變，D提供一個放電回路，以釋

33、放線圈中的電磁能。,3、技術(shù)參數(shù) （1）換線速率：200500 ch/s （2）激勵時間：7001000us （3）釋放時間：50700us （4）接通電阻：10150歐 （5）斷開電阻：500G歐 （6）出頭電流：1ma,10V （7）壽命：10億次,4、濕簧繼電器 （1）特點(diǎn)：觸頭功率大 、但速度較低。 （2）結(jié)構(gòu)：在底部加有 水銀。 優(yōu)點(diǎn)：減少觸頭磨損， 使觸頭負(fù)載能力增大。 缺點(diǎn)：動作速度慢，安 裝必須垂直，使用不便。,（3）主要技術(shù)指標(biāo) （1）換線速率：100通道/s （2）動作時間：激勵和釋放時間均為2ms （3）接通電阻：2050豪歐 （4）斷開電阻：500兆歐 （5）觸頭定額：10ma,10V （6）壽命200億次,第二節(jié) 半導(dǎo)體式多路開關(guān) 一、結(jié)型場效應(yīng)管（J-FET）模擬開關(guān) 二、PMOS和NMOS場效應(yīng)管開關(guān) 三、二極管橋開關(guān)（略） 四、CMOS模擬開關(guān)（略）,一、結(jié)型場效應(yīng)管（J-