測控電路第2章信號(hào)放大電路

1、測控電路12022-3-7 2. 信號(hào)放大電路本章將重點(diǎn)介紹各種放大電路的原理和電路22. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測量放大電路測量放大電路。 測量放大電路是測控電路的基本組成部分，本章討論以精為主線，將靈放在重要位置，同時(shí)考慮快與可靠。3基本要求基本要求： 低噪聲； 低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移； 高共模輸入范圍和高共模抑制比； 一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； 線性好； 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率。以上要求都是圍繞“精”提出來的，同時(shí)考慮快。2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路R

2、2ui+-+ NR1R34從靈和安全可靠出發(fā)，還需要： 可調(diào)閉環(huán)增益放大電路； 參量放大電路； 電荷放大電路； 隔離放大電路。也有利于提高精度。還需要考慮低成本。2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路測控電路52022-3-72. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償噪聲的基礎(chǔ)知識(shí) 隔離放大電路典型測量放大電路測控電路62022-3-7 2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.1 2.1 運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償 2.1 2.1 實(shí)際運(yùn)算放大器件及其特性實(shí)際運(yùn)算放大器件及其特性 序號(hào)序號(hào) 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 理想值理想值 實(shí)際值實(shí)際值 1 差模增益差模增益 90100dB

3、以上以上 2 共模增益共模增益 0 0dB以上以上 3 輸入阻抗輸入阻抗 100k數(shù)兆歐數(shù)兆歐 4 輸出阻抗輸出阻抗 0 10數(shù)百歐數(shù)百歐 5 帶帶 寬寬 0 010kHz （甚至（甚至010Hz） 6 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 0供電電壓供電電壓 有限部分有限部分 7 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 0 納伏至毫伏納伏至毫伏 8 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 0 皮安至微安皮安至微安 9 噪噪 聲聲 0 納伏至微伏納伏至微伏+-+ N72.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路運(yùn)算放大器在使用過程中需注意的事項(xiàng)n失調(diào)及其補(bǔ)償n轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率n振蕩和相位補(bǔ)償8

4、2.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償2.1.2失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償1、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓n理想情況下，輸入電壓為理想情況下，輸入電壓為0，輸出電壓亦，輸出電壓亦為為0n實(shí)際中，必須在輸入端加上一定的直流實(shí)際中，必須在輸入端加上一定的直流電壓，輸出電壓方為電壓，輸出電壓方為0，該直流電壓即為，該直流電壓即為輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓。n隨時(shí)間和溫度而變化，隨時(shí)間和溫度而變化，零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移9n輸出失調(diào)電壓輸出失調(diào)電壓：輸入為零時(shí)放大器的輸：輸入為零時(shí)放大器的輸出電壓。出電壓。n與輸入時(shí)調(diào)壓與輸入時(shí)調(diào)壓u0s和增益和增益R2/R1有關(guān)，增益有關(guān)，增益越大，輸出失調(diào)電壓

5、越大越大，輸出失調(diào)電壓越大n失調(diào)電壓的調(diào)整很重要。失調(diào)電壓的調(diào)整很重要。2.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償2.1.2失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償2101osuRR u102、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流2.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償2.1.2失調(diào)及其補(bǔ)償失調(diào)及其補(bǔ)償測控電路112022-3-72. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.2 2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)式中式中 k k 玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，k k =1.38=1.381010-23-23J/KJ/K； T T 導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（K K）；）； B B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬測

6、量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)(Hz)； R R 導(dǎo)體阻抗的實(shí)部導(dǎo)體阻抗的實(shí)部()()。 kTRBtU4)(t噪聲噪聲就是干擾有用信號(hào)的某種不希望的擾動(dòng)。通常，噪聲就是干擾有用信號(hào)的某種不希望的擾動(dòng)。通常，把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。12n熱噪聲熱噪聲n由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動(dòng)引起由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動(dòng)引起的噪聲的噪聲2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 2.2.1 噪聲的種類與性質(zhì)噪聲的種類與性質(zhì)式中式中 k k 玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，k k =1.38=1.381010-23-23J/KJ/K； T T 導(dǎo)體的

7、絕對(duì)溫度（導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（K K）；）； B B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬測量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)(Hz)； R R 導(dǎo)體阻抗的實(shí)部導(dǎo)體阻抗的實(shí)部()()。 kTRBtU4)(t13n 低低頻噪聲頻噪聲n 與晶體管表面的狀態(tài)以及與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲的噪聲式中式中 k1 與材料有關(guān)的常量，其量綱與與材料有關(guān)的常量，其量綱與a、b有關(guān)；有關(guān)； I I 工作電流工作電流( (A) )； a、b 由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，對(duì)各種半導(dǎo)體，由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，對(duì)各種半導(dǎo)體，b=0.81.5，a 通常為通常為1 1； f 工作頻率工作頻率( (Hz) )。 baffIktU12)(

8、2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 2.2.1 噪聲的種類與性質(zhì)噪聲的種類與性質(zhì)14n散彈噪聲散彈噪聲 流過二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)流過二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)的，而是脈沖性質(zhì)的，的，而是脈沖性質(zhì)的，電流的方均值或方均根電流的方均值或方均根值不為零值不為零 式中式中 q 電子電荷，為電子電荷，為1.5910-19C； IDC 直流電流直流電流(A)； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬測量系統(tǒng)的噪聲帶寬 (Hz)。BqIIDCsh22.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 2.2.1 噪聲的種類與性質(zhì)噪聲的種類與性質(zhì)15n減小噪聲影響的主要措施減小噪聲影響的主要措

9、施（1 1）采用噪聲小的器件；）采用噪聲小的器件；（2 2）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3 3）采用屏蔽措施；）采用屏蔽措施；（4 4）采用高共模抑制比電路。）采用高共模抑制比電路。2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.2 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法16n噪聲系數(shù)與最佳源電阻噪聲系數(shù)與最佳源電阻n噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)F：n也稱噪聲因數(shù)，放大器輸入端信噪比和輸出也稱噪聲因數(shù)，放大器輸入端信噪比和輸出端信噪比的比值。端信噪比的比值。n度量放大器在放大過程中信噪比惡化程度的度量放大器在放大過程中信噪比惡化程度的指標(biāo)。指標(biāo)。n

10、理想理想F=1，應(yīng)采取一切措施，減小，應(yīng)采取一切措施，減小F2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.22.2.2處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法17n最佳源電阻最佳源電阻n等效噪聲電阻等效噪聲電阻r0=Un（t）/In,Un(t)為放大器為放大器噪聲等效電壓源，噪聲等效電壓源，In放大器噪聲等效電流。放大器噪聲等效電流。n當(dāng)信號(hào)源電阻當(dāng)信號(hào)源電阻Rs=r0時(shí)，噪聲系數(shù)最小，稱時(shí)，噪聲系數(shù)最小，稱之為之為最佳源電阻最佳源電阻。nRs由放大器的噪聲模型決定，與放大器的輸由放大器的噪聲模型決定，與放大器的輸入阻抗無直接關(guān)系。入阻抗無直接關(guān)系。2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.2

11、 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法18基本要求：基本要求：n輸入阻抗與傳感器輸出阻抗相匹配；輸入阻抗與傳感器輸出阻抗相匹配；n穩(wěn)定的放大倍數(shù)穩(wěn)定的放大倍數(shù)n低噪聲低噪聲n低輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流和漂移低輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流和漂移n足夠帶寬和轉(zhuǎn)換速率足夠帶寬和轉(zhuǎn)換速率n高共模輸入范圍和高共模抑制比高共模輸入范圍和高共模抑制比n閉環(huán)增益可調(diào)，線性好，精度高，成本低閉環(huán)增益可調(diào)，線性好，精度高，成本低2. 3典型測量放大電路典型測量放大電路2.3.1 2.3.1 基本要求和類型基本要求和類型精精19類型：類型：n按結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)直接耦合式、調(diào)制式和自動(dòng)按結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)直

12、接耦合式、調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式穩(wěn)定式n按元件制造方式：分立元件結(jié)構(gòu)形式、通用集按元件制造方式：分立元件結(jié)構(gòu)形式、通用集成運(yùn)算放大器、單片集成測量放大器成運(yùn)算放大器、單片集成測量放大器2. 3典型測量放大電路典型測量放大電路2.3.1 2.3.1 基本要求和類型基本要求和類型20優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定缺點(diǎn)：輸入阻抗低缺點(diǎn)：輸入阻抗低變形一：變形一：變形二：集成濾波器變形二：集成濾波器2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3.2 2.3.2 反相放大電路反相放大電路24f151RRkRR 21優(yōu)點(diǎn)：與反相放大電路比，優(yōu)點(diǎn)：與反相放大電路比， 輸入阻抗高輸入阻抗高缺點(diǎn)：易受干擾。缺點(diǎn)：易受干擾。變形

13、一：低頻交流放大電路變形一：低頻交流放大電路變形二：跟隨器變形二：跟隨器2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3.3 2.3.3 同相放大電路同相放大電路2f11RkR 3f41RkR 測控電路222022-3-7一、基本差動(dòng)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路2.信號(hào)放大電路uo+-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用時(shí)電路的輸出uo1 i112o1uRRuui2作用時(shí)電路的輸出uo2 i243412o21uRRRRRui243412i112o2o1o1uRRRRRuRRuuu2.3.4 2.3.4 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路獨(dú)立作用原理獨(dú)立作用原理232.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路i

14、243412i112o2o1o1uRRRRRuRRuuu取R2/R1=R4/R3 )(i1i212ouuRRu具有共模抑制能力。 2.2 高共模抑制比放大電路uo+-+Nui1R1R2R4ui2R3242.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路實(shí)際上不可能完全做到實(shí)際上不可能完全做到R2/R1=R4/R3 i243412i112o2o1o1uRRRRRuRRuuuiddiccid12121434ic12121434o21uKuKuRRRRRRRRuRRRRRRRRu)()(211i2id2i1iciiuuuuuuidici2idici12121uuuuuu2.2 2.2 高共模抑制比放大電路高共模抑

15、制比放大電路252.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路1212143412121434cd21RRRRRRRRRRRRRRRRKKCMRR電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。2.2 高共模抑制比放大電路262.信號(hào)放大電路一、雙運(yùn)放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特色：1. 共模抑制能力只與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)；2. 電路輸入阻抗低266oi1i2145R RRuuuRRR2.3.5 2.3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路基爾霍夫定理基爾霍夫定理反相串聯(lián)反相串聯(lián)272.信號(hào)放大電路同相串聯(lián)同相串聯(lián)uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1特

16、色：1. 同相輸入、高輸入阻抗；2. 對(duì)于N2仍然是差動(dòng)放大電路1 i121o)1 (uRRu4o2i32i1oRuuRuu1 i34122i34o)1 ()1 (uRRRRuRRu2.3.5 2.3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路基爾霍夫定理基爾霍夫定理282.信號(hào)放大電路同相串聯(lián)同相串聯(lián)id314234ic3142o)21 (21)1 (uRRRRRRuRRRRu3421RRRR取取34d1RRK424313241321121RR RRR RCMRRR RR R2. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2

17、+-+N1增益與共模抑制比牽連增益與共模抑制比牽連292.信號(hào)放大電路二、三運(yùn)放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ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N32. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路RP調(diào)整兩臂平衡302.信號(hào)放大電路0i12i11o1 i22i2oRuuRuuRuuIR2i011 i011o)1 (uRRuRRu1 i022i022o)1 (uRRuRRu)(1 (1 i2i0211o2ouuRRRuu0211 i2i1o2od1RRRuuuuK電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)： 輸入阻抗高；

18、輸入阻抗高； 增益調(diào)整方便；增益調(diào)整方便；1. 1. 對(duì)于理想運(yùn)放，共模對(duì)于理想運(yùn)放，共模抑制比趨向無限大。抑制比趨向無限大。R7RPR8R3R4R6uoR5-+N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2+-+N1IR-+N2二、三運(yùn)放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2. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路312.信號(hào)放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路uo+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4-+N2-+N3uo2uo1在信號(hào)傳輸

19、中常采用屏蔽電纜在信號(hào)傳輸中常采用屏蔽電纜32 當(dāng)傳感器與測量放大電路間有一定距離時(shí)，常用屏當(dāng)傳感器與測量放大電路間有一定距離時(shí)，常用屏蔽電纜連接，屏蔽層一般接地。電纜輸入芯線與其屏蔽蔽電纜連接，屏蔽層一般接地。電纜輸入芯線與其屏蔽層之間的電容層之間的電容C1和和C2 ，以及傳感器和傳輸電纜內(nèi)阻，以及傳感器和傳輸電纜內(nèi)阻RS1和和RS2將在放大器輸入端形成兩個(gè)積分電路。共模輸入將在放大器輸入端形成兩個(gè)積分電路。共模輸入信號(hào)信號(hào)uic 在在RS1、RS2上產(chǎn)生上產(chǎn)生jRS1C1uic、jRS2C2uic的壓降的壓降 2.信號(hào)放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大

20、電路差 動(dòng)放大器abuicui1ui2RS1RS2C1C2uo2. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路33n引起輸出端差模電壓引起輸出端差模電壓2.信號(hào)放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路三、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路coc2oc1icS22S11uuuuR CR Cn對(duì)于原來 的電路CMRR 11S22S1CRCRCMRR2. 3.5 2. 3.5 高共模抑制比放高共模抑制比放大電路大電路uo+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4-+N2-+N3uo2uo134n引入有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，屏蔽電纜芯線與屏蔽層共引入有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，屏蔽電纜芯線與

21、屏蔽層共模電壓為零，模電壓為零，消除了屏蔽電纜電容的影響。消除了屏蔽電纜電容的影響。 2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2.2 2.2 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路+-+N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucR4R3R3R4-+N2-+N3uo35（1）差動(dòng)放大器件特性不一致共模電壓產(chǎn)生差動(dòng)電壓引起共模抑制比變化1212111CMRRCMRRCMRR2.信號(hào)放大電路ccc1c2uu KK五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響121212CMRR CMRRCMRRCMRRCMRR2.2 2.2 高共模抑制比放大

22、電路高共模抑制比放大電路cd1KCMRRKR7RPR8R3R4R6uoR5-+N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2+-+N1IR-+N236（2）差動(dòng)放大器特性不理想共模增益同時(shí)受阻抗不匹配和運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比影響，由阻抗不匹配引起附加共模增益運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比引起的附加共模增益2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響dRKCMRRd3KCMRR2.2 2.2 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路cd1KCMRRK372.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響（2）差動(dòng)放大器特性不理想總附加共

23、模增益比總共模抑制比311RCMRRCMRR333RRCMRR CMRRCMMRCMRRCMRR 2.2 2.2 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路cd1KCMRRK38n某些傳感器某些傳感器輸出的信號(hào)電壓常在在微伏級(jí)，且為直輸出的信號(hào)電壓常在在微伏級(jí)，且為直流緩變信號(hào)，漂移是一個(gè)關(guān)鍵難題。常用措施包括流緩變信號(hào)，漂移是一個(gè)關(guān)鍵難題。常用措施包括(1)盡早調(diào)制；盡早調(diào)制；(2)共模抑制；共模抑制；(3)采用采用低漂移信號(hào)放低漂移信號(hào)放大電路。大電路。n許多情況下難以在傳感器內(nèi)直接調(diào)制，減小測量放許多情況下難以在傳感器內(nèi)直接調(diào)制，減小測量放大電路的電壓漂移，實(shí)現(xiàn)低漂移信號(hào)放大至關(guān)重要。大電

24、路的電壓漂移，實(shí)現(xiàn)低漂移信號(hào)放大至關(guān)重要。n集成電路中放大器通過模擬開關(guān)切換輪換工作，半集成電路中放大器通過模擬開關(guān)切換輪換工作，半個(gè)周期測量保存、失調(diào)電壓，另半個(gè)周期放大輸出，個(gè)周期測量保存、失調(diào)電壓，另半個(gè)周期放大輸出，對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。 2.3 低漂移放大電路低漂移放大電路2. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路精精392. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路低漂移放大電路Uo-+N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4時(shí)鐘402. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路低漂移放大電路-+N3

25、UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4高低412. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路b)誤差保持K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2U0s1U0s21o10 22()CsUUUK o10 111()sCUUUK 120s120s20s210s10s11211CK K UK UUUUUK KK422. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路低漂移放大電路Uo-+N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4時(shí)鐘高低432. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路低漂移放大電路i121111s012i

26、oURRKUKURRUUCc) 調(diào)零放大輸出UoC1UiR1R2K1-+N1U0s1442. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路問題提出：電路的接入不應(yīng)該影響原系統(tǒng)工作狀態(tài)有些傳感器（如電容式、壓電式）的輸出阻抗很高，可達(dá)108以上，這就要求其測量放大電路具有很高的輸入阻抗，不至于因?yàn)榉糯箅娐返慕尤胧箓鞲衅鬏敵鲂盘?hào)大幅度下降。開環(huán)集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗通常都很高，但反相運(yùn)算放大電路等，其輸入阻抗遠(yuǎn)低于同相運(yùn)算放大電路。 R2ui+-+ NR1R3精精452. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路uoui+-NR1R2R3+-NuiuoR1R2b) 跟隨電路a) 同相放大電路 采用同相輸

27、入具有很高輸入阻抗 測控電路462022-3-72. 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路uo+-NuiR1R2R3R4C12.4 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路對(duì)于交流放大器需要為電容提供放電通道，它使輸入阻抗大幅度下降交流放大電路交流放大電路測控電路472022-3-7c)自舉式高輸入阻抗放大電路uoR1R2C2C1R3-+ui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。2. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路測控電路482022-3-7d)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3-+2. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路

28、測控電路492022-3-7e)電流補(bǔ)償型電路輸入電阻為Ri=(R1R2)/(R2-R1)當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri， i2 = i1 uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N22. 信號(hào)放大電路i13o1uRRuio1312o22uuRRui21122i2o1iuRRRRRuuRui2.4 高輸入阻抗放大電路13RR502. 信號(hào)放大電路2.5 電橋放大電路電橋放大電路P應(yīng)變片測量力應(yīng)變片測量力uuo靈靈512. 信號(hào)放大電路2.5 電橋放大電路電橋放大電路uuousucx線圈線圈測桿測桿工件工件銜鐵銜鐵測控電路522022-3-7何謂電橋放大電路？何謂電橋放大電路？由傳感器

29、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)用于何種場合？應(yīng)用于何種場合？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)。 2.5 電橋放大電路電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路測控電路532022-3-7（一）反相輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou-+Na點(diǎn)為虛地，故uo反饋到R1兩端的電壓定是-uab2.5 電橋放大電路電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路uZZZZZZuab)(313424uZZZ

30、ZZZRRRu)()()(313424211ouZZZZZZZZRRu)()1 (4231413212o)2(14)1 (12ouRRuZ1=Z2=Z4=R, Z3=R(1+), =R/R 542. 信號(hào)放大電路R+RR2R1uo-+NRRRu2.5 電橋放大電路電橋放大電路n（二）同相輸入電橋放大電路)2(14)1 (12ouRRu測控電路552022-3-7（三）差動(dòng)輸入電橋放大電路2.5 電橋放大電路電橋放大電路R1=R2 R 221ouRRRuua)2()1 (uubua=ub 4)2(1)21 (1ouRRu2. 信號(hào)放大電路-+NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR測控電

31、路562022-3-7（四）線性電橋放大電路（四）線性電橋放大電路2.5 電橋放大電路電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路uoR3R2 =R(1+)R1uuaR1ub-+N)()()()(1221o121oRRuRRuuRRRuuua)(313RRRuubuRRRRuRRRRRRRu31231231312o)(1 (RRRuu1oua = ub 當(dāng)R3 =R時(shí) 量程較大，但靈敏度較低 57 電荷放大電路是一種輸出電壓與輸入電荷成比電荷放大電路是一種輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系的測量放大電路。例如，壓電式傳感器例關(guān)系的測量放大電路。例如，壓電式傳感器或電容式傳感器可將某些被測量（如力、壓力或電容式傳感

32、器可將某些被測量（如力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出，再通過電荷放大電等）轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出，再通過電荷放大電路輸出放大了的電壓信號(hào)。因此，電荷放大電路輸出放大了的電壓信號(hào)。因此，電荷放大電路亦稱為電荷路亦稱為電荷- -電壓變換電路。電壓變換電路。2. 信號(hào)放大電路2.6 2.6 電荷放大電路電荷放大電路 靈靈582. 信號(hào)放大電路2.6 2.6 電荷放大電路電荷放大電路 QCRRiCiCcRsCs-+Nuob) 實(shí)際等效電路圖實(shí)際等效電路圖QCuo-+Na) 基本原理圖基本原理圖Cs傳感器等效電容， Rs傳感器泄漏電阻，Cc 電纜電容，Ri 運(yùn)算放大器的輸入電阻，Ci 運(yùn)算放大器的輸入電容。R

33、 電荷泄放電阻。 592. 信號(hào)放大電路2.6 2.6 電荷放大電路電荷放大電路 把C、R等效到N的輸入端時(shí)，等效電阻R/(1+K)，等效電容C= C(1+K)， K足夠大 )1 (j)1 ()1 ()1(jicsisoCKCCCRKRRQKURCRQUj1jo602. 信號(hào)放大電路2.6 2.6 電荷放大電路電荷放大電路 )1 (j)1 ()1 ()1(jicsisoCKCCCRKRRQKUcsicsi(1)CCCCCCCK CRCf21L 足夠大,相對(duì)運(yùn)算誤差頻率特性 ,下限截止頻率高頻特性由運(yùn)放器件特性決定 61 增益可控放大電路可以根據(jù)被測量值自動(dòng)調(diào)整增益，增益可控放大電路可以根據(jù)被測

34、量值自動(dòng)調(diào)整增益，以適應(yīng)測量不同范圍量值需要，使用靈活，有利于以適應(yīng)測量不同范圍量值需要，使用靈活，有利于提高測量精度。提高測量精度。(1)改變反饋電阻的自動(dòng)改變反饋電阻的自動(dòng) 增益調(diào)整電路增益調(diào)整電路 Rx=R3+r V飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，r很小，電路增益最大很小，電路增益最大; ; V截止，截止，r，電路增益最小。，電路增益最小。 2. 信號(hào)放大電路2.7 2.7 增益可控放大電路增益可控放大電路 2424oi1xRRR RRuuR uoR2R4R1ui控制信號(hào)R3-+NV靈靈62(2)(2)可編程增益放大電路可編程增益放大電路 根據(jù)需要將根據(jù)需要將R3R6與與 R2并聯(lián)，使增益減并聯(lián)，使

35、增益減小。小。2. 信號(hào)放大電路2.7 2.7 增益可控放大電路增益可控放大電路 增益 A B C D100 1 1 1 150 0 1 1 110 1 0 1 12 1 1 0 11 1 1 1 0UoUi1M110k20.4k10.1kABCDR21MR110k10k-+NR3R4R5R663（3）LH0084集集成可編程增益成可編程增益差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器 2. 信號(hào)放大電路2.7 2.7 增益可控放大電路增益可控放大電路 譯碼器和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路Ui1R6Sa110kU1Sa2Sa3Sa4Sb4Sb3Sb2Sb19R46kR22kR14kR32kR56kR710kR910kR1330kR1560kR1460kR810kR1230kR1010kR1110kD0D1數(shù)字地810746110Uo131612151114+-+N1-+N3#U23Ui2-+N264（3）LH0084集成可編程增益差動(dòng)放大器集成可編程增益差動(dòng)放大器 改變改變R0、R1、R2改變差動(dòng)級(jí)增益。改變改變差動(dòng)級(jí)增益。改變R5、R6改變末級(jí)增益。改變末級(jí)增益。2. 信號(hào)放大電路2.7 2.7 增益可控放大電路增益可控放大電路 ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3652. 信號(hào)放大電路2.7 2.7 增益可控放大電路增益可控放