數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)課件

1、1,教 學(xué) 內(nèi) 容,測量放大器,2,4.1 概述,4.2 測量放大器的電路原理,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),4.4 測量放大器集成芯片,第4章 測量放大器,本章教學(xué)內(nèi)容,3,第4章 測量放大器,4.1 概述,4,4.1 概 述,了解放大器的類型,了解在數(shù)據(jù)采集中使用測量放大器 的原因,本節(jié)教學(xué)目標(biāo),5,4.1 概 述,問題,在數(shù)據(jù)采集中, 經(jīng)常會遇到一些微弱 的微伏級信號（熱電偶的輸出信號）， 需要用放大器加以放大,放大器類型,通用運(yùn)算放大器,測量放大器,6,4.1 概 述,7,4.1 概 述,通用運(yùn)算放大器,具有mV級失調(diào)電壓、數(shù)V/的 溫飄，不能用于放大微弱信號,特點(diǎn),目前市場上的放

2、大器有以下特點(diǎn),測量放大器,具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強(qiáng) 抗共模干擾、低溫漂、低失調(diào)電壓， 廣泛用于放大微弱信號,8,第4章 測量放大器,4.2 測量放大器的電路原理,9,4.2 測量放大器的電路原理,了解測量放大器的電路原理,了解測量放大器使用中的兩個(gè)技術(shù)問題,本節(jié)教學(xué)目標(biāo),10,4.2 測量放大器的電路原理,有兩級運(yùn)放,第一級：兩個(gè)同相放大器A1、A2 輸入阻抗高,第二級：普通差動放大器A3,Ui1,Ui2,UO,U3,U4,圖4-1 測量放大器原理電路,11,使用測量放大器的兩個(gè)技術(shù)問題,測量放大器的增益,由上式可知，調(diào)節(jié)外接電阻的大小，可以改變測量放大器的增益,4.2 測量放大器的電

3、路原理,12,4.2 測量放大器的電路原理,抗共模干擾能力,對直流共模信號，其抑制比為無窮大,對交流共模信號,如圖4.2所示,13,4.2 測量放大器的電路原理,輸入信號 的共模分 量傳給屏 蔽體,輸入保護(hù)電路,Ui1,Ui2,UO,圖4-2 交流共模干擾影響及抑制方法,由于輸入信號的傳輸線存在線阻Ri1、Ri2和分布電容C1、C2,Ri1C1 、 Ri2 C2分別對地構(gòu)成回路,當(dāng)Ri1 C1 Ri2 C2時(shí)，交流共模信號在兩運(yùn) 放輸入端產(chǎn)生分壓 、 ， ， 所以 ，對輸入信號產(chǎn)生干擾,抑制干擾措施,在其輸入端接一個(gè)輸入保護(hù) 電路,當(dāng)R1 = R2 時(shí)，由于屏蔽層和信號線間 對交流共模信號是等

4、電位的，故C1 、 C2 的分 壓作用不存在，從而降低共模干擾的影響,14,第4章 測量放大器,4.3 測量放大器的 主要技術(shù)指標(biāo),15,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),了解測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),了解技術(shù)指標(biāo)對使用的影響,本節(jié)教學(xué)目標(biāo),16,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),1. 非線性度,非線性度,放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線與理想直線的偏差,17,非線性度與增益有關(guān)，且對數(shù)據(jù)采集精度 影響很大,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),12位AD 轉(zhuǎn)換器,增益為1,非線性偏差為0.025,增益為500,非線性偏差為 0.1,結(jié)果,相當(dāng)于把12位A/D轉(zhuǎn)換器變成10位以下 的轉(zhuǎn)換器,結(jié)論,一定要

5、選擇非線性度偏差小于0.024% 的放大器,18,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),2. 溫漂,溫漂,測量放大器輸出電壓隨溫度變化的程度,19,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),例如,一個(gè)溫漂2V/的測量放大器，當(dāng)增 益為1000時(shí)，測量放大器的輸出電壓 產(chǎn)生約20mV的變化。這個(gè)數(shù)字相當(dāng) 于12位AD轉(zhuǎn)換器在滿量程為10V的 8個(gè)LSB值,應(yīng)盡量選擇溫漂小的測量放大器,20,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),3. 建立時(shí)間,建立時(shí)間,指從階躍信號驅(qū)動瞬間至測量放 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,21,t,U,t,U,驅(qū)動信號,建立時(shí)間,上偏差,下偏差,當(dāng)增益200時(shí)，為達(dá)

6、到誤差范圍0.01%， 往往要求建立時(shí)間為50s 100s,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),22,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),4. 恢復(fù)時(shí)間,恢復(fù)時(shí)間,指放大器撤除驅(qū)動信號瞬間至放 大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所 需的時(shí)間,23,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),5. 電源引起的失調(diào),電源引起的失調(diào),電源電壓每變化1%，引起 放大器的漂移電壓值,24,4.3 測量放大器的主要技術(shù)指標(biāo),6. 共模抑制比,共模抑制比CMRR 可用下式計(jì)算,25,第4章 測量放大器,4.4 測量放大器集成芯片,26,4.4 測量放大器集成芯片,了解測量放大器集成芯片的外形構(gòu)造,了解測量放大器集成芯片的使用調(diào)整,本節(jié)教學(xué)目標(biāo),27,4.4 測量放大器集成芯片,1. AD521,AD521是集成測量放大器，采用14 腳雙列直插式封裝,圖4-3 AD521引腳功能,28,4.4 測量放大器集成芯片,引腳4，6用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，將4，6端接到10 K 電位器的兩個(gè) 固定端,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,IN,IN,10K,U,UOUT,100K,U,圖4-4 AD521基本連接方法,電位器滑 動端接負(fù)電源 U-（腳5,引腳10，13用于外接電阻RS，用于對放大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào),當(dāng)RS = 100 k15%時(shí)