信號(hào)放大電路PPT精品文檔

1、1,第二章 信號(hào)放大電路,一、何謂測(cè)量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？ 1、在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。 2、對(duì)其基本要求： 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； 低噪聲,2,第二章 信號(hào)放大電路,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； 高共模輸入范圍和高共模抑制比； 可調(diào)的閉環(huán)增益； 線性好、精度高； 成本低。 3、測(cè)量放大電路的類型,3,第二章 信號(hào)放大電路,4、幾個(gè)重要術(shù)語 開環(huán)增益K 閉環(huán)增益Kf 差模增益Kd 共模增益Kc 輸入失調(diào)電壓u0s 輸入失

2、調(diào)電流I0s 零點(diǎn)漂移 共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc,4,輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流實(shí)測(cè),輸入失調(diào)電壓（S閉合） 輸入失調(diào)電流（S打開,5,第二章 信號(hào)放大電路,二、典型放大器的設(shè)計(jì) （一）反相放大器 Kf= uo / ui = R2 / R1 R3= R1 / R2,6,第二章 信號(hào)放大電路,二）同相放大器 Kf= uo / ui = 1+R2 / R1 R3= R1 / R2 Zi = K zin/(1+ R2 / R1)+R3,7,第二章 信號(hào)放大電路,三）交流放大器 1、交流反相放大電路 Kf= R2 / R1 R3= R2 C1：隔直電容 C3：旁路電容，防止振蕩

3、C3R3C1R1,8,交流放大器,2、同相交流放大電路 C1：隔直電容 R3：C1的放電回路 R3 必須有 zi =R3 使同相放大器失去高輸入阻抗的特點(diǎn),9,交流放大器,3、交流電壓跟隨電路 同相放大電路的特例 為減小失調(diào)電流，R3= R2,10,第二章 信號(hào)放大電路,四）差動(dòng)放大器 什么是差動(dòng)放大器？ 差動(dòng)放大器是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分,11,差動(dòng)放大器,基本電路 共模與差模輸入,12,差動(dòng)放大器,等效電路,ud= ui1ui2 , uic=(ui1+ ui2)/2 由等效電路可得 uo=R

4、4(1+R3/R1)/(R4+R2)ui2(R3/R1)ui1 若R1=R2，R3=R4，則uo=(R3/R1) ud 即只對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大 假設(shè)放大器只有共模信號(hào)作用時(shí) uoc=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)uic(R3/R1)uic 當(dāng)R1=R2，R3+R4時(shí)，uoc=0 即輸出信號(hào)中無共模信號(hào)成分,13,第二章 信號(hào)放大電路,四、高共模抑制比放大電路 什么是高共模抑制比放大電路？ 用來抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。 應(yīng)用于何種場(chǎng)合？ 應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場(chǎng)合，例如人體心電測(cè)量,分貝是兩個(gè)物理量之間的比較值，是兩個(gè)量之間

5、指數(shù)級(jí)別的比較。 20(dB)=10*lg(100mw/1mw,它的上級(jí)單位叫貝爾，貝爾是兩個(gè)值之間的（以10為底數(shù)）對(duì)數(shù)差。如果用貝爾表示則是 2B=lg(100mw/1mw,14,高共模抑制比放大電路,一）雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路 1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型 uo=(R2/R1)(R6/R4)ui1-(R6/R5)ui2 當(dāng)R2/R1=R4/R5，ui1=ui2時(shí)， uo=0 通常取R1=R5，R2=R4,15,高共模抑制比放大電路,2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型 uo1=(1+R2/R1) ui1 (uo1ui2)/R3= (ui2uo)/R4 uo=(1+R4/R3) ui2 -(1+R2/R1)(R4

6、/R3)ui1 為了獲得零共模增益，可取 R1/R2=R4/R3,16,高共模抑制比放大電路,二）三運(yùn)放高共模抑制比放大電路Instrumentation Amplifier IR=(uo2ui2)/R2=(ui1uo1)/R1=(ui2ui1)/Rp uo1=ui1(1+R1/Rp)ui2R1/Rp ，uo2=ui2(1+R2/Rp)ui1R2/Rp uo =(uo2uo1)R5 /R3,17,高共模抑制比放大電路,三）有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路,18,高共模抑制比放大電路,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)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓11地輸出，并通

7、過輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，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? 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,19,高共模抑制比放大電路,四）浮動(dòng)電源共模自舉式放大電路,20,第二章 信號(hào)放大電路,五、電橋放大電路 何謂電橋放大電路？ 由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。 應(yīng)用于何種場(chǎng)合？ 應(yīng)用于電參量式傳感器，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

8、電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào),21,電橋放大電路,一）單端輸入電橋放大電路,22,電橋放大電路,二）差動(dòng)輸入電橋放大電路,23,電橋放大電路,三）線性電橋放大電路,24,第二章 信號(hào)放大電路,三、穩(wěn)零放大電路 三種常用電路： （一）由通用集成運(yùn)算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大電路（自學(xué)） （二）自動(dòng)調(diào)零放大電路 （三）低漂移單片集成運(yùn)算放大器,25,第二章 信號(hào)放大電路,二）自動(dòng)調(diào)零放大電路,26,自動(dòng)調(diào)零放大電路,由圖a，當(dāng)N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b?？赏瞥觯?Uc1（Uo

9、1U0s2）K2 Uo1（U0s1Uc1）K1 Uc1U0s1 電容C1寄存了運(yùn)算放大器N1的失調(diào)電壓U0s1。 當(dāng)N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進(jìn)入信號(hào)放大狀態(tài)，見圖c?？赏瞥觯?Uo(R2/R1)Ui 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,27,自動(dòng)調(diào)零放大電路,電路特點(diǎn)： 性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)放組成的斬波穩(wěn)零放大電路； 輸出電壓較穩(wěn)定； 波動(dòng)?。?電路成本低（用一塊四運(yùn)放LF347和一塊4位模擬開關(guān)CD4066即可組成）； 適用于毫伏級(jí)的低電平放大,28,第二章 信號(hào)放大電路,三）低漂移單片集成運(yùn)算放大器 1、輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器（CAZ運(yùn)算放大器） 什么是CAZ

10、運(yùn)算放大器？ CAZ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，它通過模擬開關(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),29,問題：該電路與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別何在？ 什么場(chǎng)合下采用較為合適,CAZ運(yùn)算放大器,30,第二章 信號(hào)放大電路,2、斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器（ICL7650,31,斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器,誤差檢測(cè)和寄存階段：時(shí)鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，N2兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s2和共模信號(hào)Uc作用并輸出，由電容C2寄存，同時(shí)反饋到N2的側(cè)向輸入端A2，此時(shí)Uc2Uo2(K2U0s2+Kc2Uc)/K2。 校零和放大階

11、段：時(shí)鐘為低電平，Sb1、Sb2閉合，輸入信號(hào)Ui同時(shí)作用到N1、N2的輸入端。N2除輸入U(xiǎn)i、U0s2和Uc外，在側(cè)向端A2還作用著Uc2，此時(shí)N2的輸出為Uo2=K2Ui 。N2的失調(diào)電壓U0s2和共模電壓Uc全部被消除，達(dá)到穩(wěn)零目的,32,斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器,此時(shí)， Uo=(K1+ K1K2) Ui +K1U0s1+Kc1Uc 。 問題： 該電路的增益是如何提高的？ 該電路的輸入失調(diào)電壓是如何減小的？ 該電路的共模抑制比是如何提高的？ 該電路有哪些優(yōu)點(diǎn),33,交流放大器,4、自舉式高輸入阻抗放大電路 a)同相交流放大電路,34,自舉電路,b)交流電壓跟隨電路,35,自舉電路,c)自舉

12、組合電路 輸入電阻為 Ri=(R1R2)/(R2-R1) 當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri i2 = i1,36,自舉電路,何謂自舉電路? 自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，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)量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器的測(cè)量放大電路,37,第二章 信號(hào)放大電路,六、隔離放大電路 什么是隔離放大電路？ 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。 應(yīng)用于何種場(chǎng)合？ 隔離放大電路主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)（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)過程控制系統(tǒng)等）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),3