z信號放大電路

1、第2章 信號放大電路 2.1 運算放大器的誤差及其補償 2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識 2.3 典型測量放大電路 2.4 隔離放大電路 作用：在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器 輸出的微弱電壓、電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路。2發(fā)展趨勢 由分立元件組成的放大電路發(fā)展到由集成運算放大器組成的放大電路。 3應(yīng)用舉例 腦電圖腦電圖機（electroencephalograph）是用來測量腦電信號的生物電放大器。腦電信號的幅值范圍為10100V。由于信號太弱，同樣大小的共模電壓對腦電檢測將會造成更為嚴重的影響，因此它要求的放大增益很高（約100dB左右）。因此要求放大器有更高的共模抑制比。42.1 運

2、算放大器的誤差及其補償2.1.1 實際運算放大器及其特性序號參數(shù)名稱理想實際1差模增益90100dB以上2共模增益00dB以上3輸入阻抗100k數(shù)兆歐4輸出阻抗010數(shù)百歐5帶寬0010Hz（或010kHz ）5著名廠家AD 德州儀器(TI) 意法半導(dǎo)體（ST）CYPRESSMAXIM 美信國家半導(dǎo)體 2.1 運算放大器的誤差及其補償2.1.1 實際運算放大器及其特性(表2-1)2.1.2 失調(diào)及其補償 輸入失調(diào)電壓對于理想運放，輸入電壓為0，輸出電壓也應(yīng)為0，但實際運放中，前置級差動放大器并不一定完全對稱，必須在輸入端加上一定直流電壓后才能使輸出為0，這一直流電壓即是輸入失調(diào)電壓uos. 2

3、.1.2 失調(diào)及其補償 輸入失調(diào)電壓： ：輸入電壓為零時的輸出，由于前置放大級不對稱造成。零點漂移： 隨時間或溫度的變化而引起。當輸入為0，輸出不為0時，輸出端的電壓為輸出失調(diào)電壓u0 引起的輸出失調(diào)電壓為： 2.1.2 失調(diào)及其補償 輸入失調(diào)電流：運放內(nèi)部輸入端子都為晶體管基極，輸入端有偏置電流Ib1、Ib2,為使u02盡量小，所以R2不可取太大,10100K。它們在R2、R3兩端產(chǎn)生電壓降u1、u2, u1直接引起輸出電壓變化，u2相當于作用在同相端的輸入電壓，若 輸出端產(chǎn)生的失調(diào)電壓為： 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的測量 1. 閉合時，輸出電壓為 選取R1R3,認為U1是由輸入失調(diào)電壓產(chǎn)

4、生的 2.1.2 失調(diào)及其補償 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的測量2. 打開時，輸出電壓為 ，放大器的輸出端受到uos影響，以及輸入失調(diào)電流在R3上電壓降的影響。 2.1.2 失調(diào)及其補償兩只R3電阻值應(yīng)一致，必須采取高精度電阻嚴格挑選。 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整 2.1.2 失調(diào)及其補償調(diào)零的方法為：將運放的兩個輸入端對地短接， 輸出端接直流電壓表，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。（注意：當Rp的位置一旦確定，就不能改變。）1. 外部調(diào)整方法 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整1外部調(diào)整法（1）把調(diào)整電壓 (mV)加 在運放的反相輸入端 2.1.2 失調(diào)及其補償 調(diào) 零點調(diào)整。 2.1.

5、2 失調(diào)及其補償（2）把調(diào)整電壓 (mV)加在運放的同相輸入端為使R5端電壓不影響其他回路，R5的值盡量小調(diào) 零點調(diào)整。 2內(nèi)部調(diào)整法 通過運放的調(diào)整端子，調(diào) 零點調(diào)整(圖2-4)。 14輸入失調(diào)電壓的幾點說明輸入失調(diào)電壓一般是毫伏級手冊給出的是最大值調(diào)零電路可利用運放本身的調(diào)零端來實現(xiàn)在設(shè)計高精度前置放大器時，應(yīng)選擇低輸入 失調(diào)電壓值的運放，并設(shè)置相應(yīng)調(diào)零電路 2.1.3 轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率1轉(zhuǎn)換速率： (Slew Rate)（表示輸出電壓跟隨輸入電壓的能力） 運算放大器的輸入為正弦波，而輸出為三角波時，三角波的斜率。2最大不失真頻率：若 ，則最大速率為：162.1.4 運算放大器的振

6、蕩與相位補償閉環(huán)放大倍數(shù) 2.1.4 運算放大器的振蕩與相位補償在負反饋放大器中，若輸出與輸入相位移相 ，則負反饋正反饋，從而產(chǎn)生自激振蕩，故外加RC補償網(wǎng)絡(luò)。1加相位滯后RC網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)折頻率18電路中經(jīng)常存在的RC網(wǎng)絡(luò)，與運算放大器結(jié)合使用時會產(chǎn)生振蕩。192加相位超前RC網(wǎng)絡(luò) 2.1.4 運算放大器的振蕩與相位補償3常用的相位補償電路寄生電容Cs=輸入電容+布線分布電容;當輸入信號的頻率很高時，Cs的旁路作用使放大器的高頻響應(yīng)變差。解決辦法：在Rf上并接一個補償電容Cf，構(gòu)成相位補償。一般線性工作的放大器(即引入負反饋的放大電路)的輸入寄生電容Cs會影響電路的穩(wěn)定性，其補償措施見圖。放大器的輸

7、入端一般存在約幾皮法的寄生電容Cs，這個電容包括運放的輸入電容和布線分布電容，它與反饋電阻Rf組成一個滯后網(wǎng)絡(luò)，引起輸出電壓相位滯后，當輸入信號的頻率很高時，Cs的旁路作用使放大器的高頻響應(yīng)變差，其頻帶的上限頻率約為：h=1(2RfCs) Rf的阻值較大，放大器的上限頻率就將嚴重下降，同時Cs、Rf引入的附加滯后相位可能引起寄生振蕩，因而會引起嚴重的穩(wěn)定性問題。對此，一個簡單的解決方法是減小Rf的阻值，使h高出實際應(yīng)用的頻率范圍，但這種方法將使運算放大器的電壓放大倍數(shù)下降(因Av=-Rf/Rin)。為了保持放大電路的電壓放大倍數(shù)較高，更通用的方法是在Rf上并接一個補償電容Cf，使RinCf網(wǎng)絡(luò)

8、與RfCs網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成相位補償。RinCf將引起輸出電壓相位超前，由于不能準確知道Cs的值，所以相位超前量與滯后量不可能得到完全補償，一般是采用可變電容Cf，用實驗和調(diào)整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10k,Cf的典型值絲邊310pF。對于電壓跟隨器而言，其Cf值可以稍大一些。 2022/9/182.2 噪聲的基礎(chǔ)知識式中 k 玻耳茲曼常數(shù)，k =1.3810-23J/K； T 導(dǎo)體的絕對溫度（K）； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)； R 導(dǎo)體阻抗的實部()。 噪聲就是干擾有用信號的某種不希望的擾動。通常，把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。熱噪聲由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動引起的噪聲

9、 2. 信號放大電路 2.2 測量放大電路的主要誤差源低頻噪聲與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲式中 k1 與材料有關(guān)的常量，其量綱與a、b有關(guān)； I 工作電流(A)； a、b 由實驗確定的常數(shù)，對各種半導(dǎo)體，b=0.81.5，a通常為1； f 工作頻率(Hz)。 散彈噪聲 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，電流的方均值或方均根值不為零 式中 q 電子電荷，為1.5910-19C； IDC 直流電流(A)； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬 (Hz)。 2. 信號放大電路 2.2 測量放大電路的主要誤差源減小噪聲影響的主要措施（1）采用噪聲小的器件；（2）采用信號調(diào)

10、制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比電路。 2. 信號放大電路 2.2 測量放大電路的主要誤差源 作用：放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號。 類型：由傳感器決定。如：應(yīng)變式傳感器采用電橋放大 電路，壓電式傳感器采用電荷放大電路。 2.3 典型測量放大電路 幾個重要術(shù)語：開環(huán)增益K：集成運放在開路狀態(tài)下的差模增益；閉環(huán)增益Kf：集成運放在閉環(huán)狀態(tài)下的差模增益；差模信號：集成運放兩輸入端同時輸入極性相反的信號；共模信號：集成運放兩輸入端同時輸入極性相同的信號；差模增益Kd：差模信號輸入時的增益；共模增益Kc：共模信號輸入時的增益；共模抑制比：CMRR=差模增益Kd

11、/共模增益Kc。 2.3 典型測量放大電路2.3.1 測量放大電路的基本要求 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 穩(wěn)定的放大倍數(shù)； 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； 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。 2.3 典型測量放大電路2.3.2 反相放大電路特點：性能穩(wěn)定，輸入阻抗低。而且提高輸入阻抗與提高增益之間存在矛盾。1基本形式uoR3uiR1R2N-+ 2.3.2 反相放大電路2變形的反相放大電路：提高輸入阻抗和增益要求：uoR3uiR1R2R5R4N-+增益提高了 2.3.2 反相放大電路3交流反相放大電

12、路C2相位補償，防止振蕩。uoR3uiR1R2C1C2N-+C1R1高通濾波器。（?。ù螅┨攸c：輸入阻抗高，精度低，易受干擾。1基本形式 2.3.3 同相放大電路 2.3 典型測量放大電路R2uoR3uiR1N-+ 2.3.3 同相放大電路2交流同相放大電路要求：C1R1高通濾波器。3跟隨放大電路特點：輸入阻抗很高。uoR2R3uiR1R4C1N-+R2uouiR1N-+2.3.4 差動放大電路差動放大電路：把二個輸入信號分別輸入到運算放大的同相和反相二個輸入端，然后在輸出端取出二個信號的差模成分，抑制二個信號的共模成分。 2.3 典型測量放大電路uid= ui2ui1 , uic=(ui1

13、+ ui2)/2取 R1=R3，R2=R4，則特點：只有差模信號，CMRR高，但Zi較低，增益調(diào)節(jié)困難。R3uoR4ui2R1R2ui1+-+N 2.3 典型測量放大電路2.3.5 高共模抑制比放大電路 作用：用來抑制傳感器輸出的共模電壓 (包括干擾電壓) ， 提高共模抑制比 。 應(yīng)用場合：要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體 心電測量，信號很微弱，而干擾很大。 方法：（1）采用多個集成運放串聯(lián)組成的測量放大電路； （2）采用差動放大電路，使ui1和ui2的共模電壓抵 消，但要求外接電阻完全平衡對稱。 雙運放高共模抑制比放大電路1反相串聯(lián)型 2.3.5 高共模抑制比放大電路取 R1=R

14、5，R2=R4只有差模信號，但輸入阻抗低。ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1R2R7 =R4R5R6uo+-+N2+-+N1uo1 雙運放高共模抑制比放大電路2同相串聯(lián)型取 R1=R4，R2=R3只有差模信號，輸入阻抗很高。uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N1+-+N2內(nèi)容回顧什么叫輸入失調(diào)電壓？怎樣測量輸入失調(diào)電壓？通過右圖，講述如何運用外部調(diào)整法調(diào)整輸入失調(diào)電壓？運放在什么情況下會發(fā)生自激振蕩？如何避免自激振蕩？ 解釋專業(yè)名詞：開環(huán)增益、共模信號、CMRR. 高共模抑制比放大電路的主要作用是什么？適用于哪些場 合？典型的兩運放高共模抑制比放大電路有哪些結(jié)構(gòu)？ 2.3.5

15、 高共模抑制比放大電路* 三運放高共模抑制比放大電路N1N2：性能一致，平衡對稱，構(gòu)成差動放大輸入級。N3：雙端輸入單端輸出的輸出級，進一步抑制N1N2 共模信號。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2 三運放高共模抑制比放大電路可見：輸入級的差動輸出及差模增益只與差模輸出電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R0兩端相互抵消，電路具有良好的共模抑制能力，且不要求外部電阻匹配，但為了消除N1、N2輸入失調(diào)電流，取R1=R2，調(diào)節(jié)電位器Ro，可改變差模增益，即大范圍增益調(diào)整電路.ui1ui2uo1uo2R1RoR2R7

16、RPR8R3R4R6R5+-+N1IR-+N2-+N3大范圍增益調(diào)整電路差分放大取 R3=R4，R5=R6，差模增益：通常?。篟1=R2，R3=R4，R5=R6 外接電阻平衡對稱。 三運放高共模抑制比放大電路N3兩端的R7、R8和RP作為共模補償電路，調(diào)節(jié)RP，可補償電阻的不對稱。INA114內(nèi)部結(jié)構(gòu) 三運放高共模抑制比放大電路INA114集成運放與測量電橋的連接： 三運放高共模抑制比放大電路R0uoINA11418327654+5V-5V什么是有源屏蔽驅(qū)動電路？ 將差動式傳感器的兩個輸出經(jīng)兩個運算放大器構(gòu)成的同相比例差動放大后，使其輸入端的共模電壓11地輸出，并通過輸出端各自電阻（阻值相等）

17、加到傳感器的兩個電纜屏蔽層上，即兩個輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動，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)動電路。應(yīng)用于何種場合? 經(jīng)常使用于差動式傳感器，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控系統(tǒng)中。 有源屏蔽驅(qū)動電路1屏蔽電纜等效電路 有源屏蔽驅(qū)動電路Rs1Rs2 傳感器內(nèi)阻；C1 C2 電纜輸入芯線與屏蔽層之間的電容。傳感器共模輸入信號uic在Rs1和Rs2上產(chǎn)生的壓降分別為：uicuicRS1C1uR1aRS2差 動放大器uoabui1ui2RS1C1C2電纜屏蔽層接地a和b兩端的共模信號分別為： uic對差動運放產(chǎn)生的差模輸入信

18、號。 由于Rs1C1 Rs2C2，共模抑制比下降。 有源屏蔽驅(qū)動電路uicRS1C1uR1a2屏蔽電纜驅(qū)動電路N1N2構(gòu)成同相比例差動放大器，輸入端的共模電壓1:1輸出。由于電路對稱uc=uic，即兩輸入電纜的屏蔽層由uic驅(qū)動，而不是接地，相當于屏蔽電纜等效電路中C1C2公共端接uic。 有源屏蔽驅(qū)動電路+-+N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4-+N2-+N3電纜屏蔽層不接地，由共模電壓驅(qū)動AD612典型的三運放結(jié)構(gòu) 方法：（1）自動調(diào)零放大電路； （2）低漂移單片集成運算放大器； （3）由通用集成運算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大 電路。 2.3 典型測量放大電路2.3

19、.6 低漂移放大電路 作用：減小輸入失調(diào)電壓U0s和低頻干擾引起的零點漂移Uc 2.3.6 低漂移放大電路* 自動調(diào)零放大電路由一塊四運放和一塊四位模擬開關(guān)組成。-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4N1主放N2誤差保持N3時鐘發(fā)生器（方波發(fā)生器）N4N3的反相器Sa1、Sa2、Sb1、Sb2模擬開關(guān)N3驅(qū)動Sa1、Sa2，高電平導(dǎo)通 2.3.6 低漂移放大電路 自動調(diào)零放大電路-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4高低1誤差保持當N3輸出高電平，N4輸出低電平時，Sa1Sa2閉合， Sb1Sb2斷開，

20、電路處于自動調(diào)零狀態(tài)。 U0s1寄存在C1上，誤差保持。 自動調(diào)零放大電路K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2U0s1U0s2誤差保持等效電路如下圖：Uo-+N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4時鐘高低2.3.6 低漂移放大電路 自動調(diào)零放大電路2調(diào)零放大當N3輸出低電平，N4輸出高電平時，Sa1Sa2斷開， Sb1Sb2閉合，電路進入放大狀態(tài)。其調(diào)零放大電路如下：實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的，也起到了放大作用；輸出穩(wěn)定；電路成本低（用一塊四運放LF347和CD4066即可組成）；適合毫伏級低電平放大。性能優(yōu)于通用集成運放組成

21、的斬波穩(wěn)零放大電路。作業(yè)：2-6 自動調(diào)零放大電路UoC1UiR1R2K1-+N1U0s1 低漂移集成運算放大器 2.3.6 低漂移放大電路1輪換自動校零集成運算放大器(CAZ運算放大器)a) N1調(diào)零放大，N2誤差保持輸出C1GR輸入 -+N1-+N2R+輸入 C2b) N1誤差保持，N2調(diào)零放大C1G輸入 C2+輸入 輸出 R-+N1-+N2R N1N2性能一致，通過模擬開關(guān)使N1N2交替地工作在調(diào)零放大和誤差保持兩種不同的狀態(tài)。 G為自動校零輸入端，必須接到系統(tǒng)的零線，使放大器在自動校零時無信號輸入。 C1C2為外接電容，在校零狀態(tài)時寄存放大器的U0s和低頻瞬時干擾電壓Uc。當轉(zhuǎn)換成放大

22、狀態(tài)時，電容上寄存的電壓正好抵消了放大器的U0s和Uc，達到自動校零的目的，且放大了輸入信號。 特點：輸出穩(wěn)定，性能好，但對共模電壓無抑制作用。作業(yè) ：2-7 低漂移集成運算放大器2斬波穩(wěn)零集成運算放大器(ICL7650)內(nèi)部調(diào)制補償電路箝位電路外時鐘輸入GSaSb時鐘輸出N1：主運放N2：調(diào)零放大器A1A2：N1N2側(cè)向輸入端C1C2：外接電容，寄存U0s和Uc 低漂移集成運算放大器UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2（1）誤差檢測和寄存階段 時鐘為高電平時，Sa1Sa2閉合， Sb1Sb2斷開，N2兩輸入 端被短接，只有輸入失調(diào)電

23、壓U0s2和共模信號Uc作用，其輸 出由電容C2寄存，并反饋到 N2的側(cè)向輸入端A2，此時 誤差項，寄存在C2上。 低漂移集成運算放大器UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2 低漂移集成運算放大器（2）校零和放大階段 時鐘為低電平時， Sa1Sa2斷開， Sb1Sb2閉合，輸入信號 Ui同時作用到N1、N2的輸入端，此時 C2上寄存的電壓與N2的U0s2、 Uc抵消，達到穩(wěn)零目的。UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2Uc2 低漂移集成運算放大器 ICL7650特點：具有失調(diào)電壓影響小，共模抑制比高，增益高、輸入阻抗高等優(yōu)點，

24、但價格高。 輸入失調(diào)電壓減小了K2倍。 共模抑制比提高了K2倍。 2.3 典型測量放大電路2.3.7 高輸入阻抗放大電路 作用： 提高反相(或差動)運算放大器的輸入阻抗，與電 容式、壓電式傳感器的高輸出阻抗（108以上） 相匹配。 方法：（1）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會 引入共模誤差； （2）采用高輸入阻抗的集成運算放大器； （3）采用通用集成運算放大器組成的自舉電路。 2.3.7 高輸入阻抗放大電路 高輸入阻抗集成運算放大器（1）輸入級采用N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管(MOS-FET)， 如：CA3140、CA3260等，輸入阻抗高達 ；（2）輸入級采用結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)，如：

25、LF356、LF412、 LM310、LF444等，輸入阻抗為 ；（3）輸入級采用N溝道和P溝道兩管互補型場效應(yīng)管(CMOS- FET)，如：ICL7613、ICL7641B/C，輸入阻抗 。 高輸入阻抗集成運算放大器高輸入阻抗集成運算放大器安裝在印刷電路板上時，會有漏電流流入形成干擾。故采用屏蔽方法抗干擾，即在運算放大器的高阻抗輸入端周圍用導(dǎo)體圍住，構(gòu)成屏蔽層，并把屏蔽層接到低阻抗處。屏蔽層與高阻抗之間幾乎無電位差，可防止漏電流的流入。uiuo+-+Na)電壓跟隨器b)同相放大器c)反相放大器+-+NuouiR1R2R3=R1/R2uo+-+NuiR1R2 自舉式高輸入阻抗放大電路 2.3.

26、7 高輸入阻抗放大電路 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量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器的測量放大電路。 自舉式高輸入阻抗放大電路b)交流電壓跟隨電路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大電路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用C2將運放兩輸入端之間的交流電壓作用在R1兩端。理想情況下兩輸入端電位近似相等(虛短)，無電流流過R1 ，故對交流而言 。要求：R3=R1+R2 減小輸入失調(diào)電壓和輸入偏

27、置電流。 自舉式高輸入阻抗放大電路輸入電阻為：當R2=R1時，Ri，i1 = i2 ，即N1的輸入電流全部由N2提供，輸入回路無電流。uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)自舉組合電路 2.3 典型測量放大電路2.3.8 電荷放大電路 作用： 電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷成正比，與反饋電容成反比，而與電路其他參數(shù)無關(guān)。 基本原理1. 理想情況傳感器輸出電荷對反饋電容充電，即Quo+-+NC壓電式傳感器電容式傳感器將壓力、位移等電荷信號電荷放大電路2. 實際等效電路R 電容C的放電回路，減小零漂、穩(wěn)定工作點。 2.3.8 電荷放大電路把R和C等效到N的輸入端： ，

28、uo+-+NCRQCsRsCcCiRiiui 2.3.8 電荷放大電路當Ci可忽略，且頻率較高 ，K為有限值時： 電荷放大電路的特性1. 開環(huán)電壓增益K的影響相對誤差： 相對誤差 與開環(huán)電壓增益K成反比。2. 頻率特性 電荷放大電路的特性 當 時， 。因此電荷放大器增益下降3dB時，對應(yīng)的下限截止頻率為： 高頻響應(yīng)很好，低頻響應(yīng)差。且當電纜較長時，電纜分布電容對相對誤差和上限頻率有關(guān)，故選低電容電纜。3. 噪聲與漂移噪聲：增大Cc、減小C時，輸出電壓噪聲增大。零漂：增大R、減小電纜絕緣電阻Rc和Ri時，漂移增大。綜合考慮： ， 2.3.8 電荷放大電路 電荷放大電路實例+-+N2uo+-+N1

29、CRQ+15VR12VD14558VD2-15V3A74161874RPu1R2S2S1aS1b實例123674 2.3.8 電荷放大電路 電荷放大電路實例+-+N2uo+-+N12000pFAD544L實例2QCsCcRCRP1RP2R1PV-9647FA766-E815R1 限流電阻；RP1 調(diào)整增益；RP2 調(diào)節(jié)失調(diào)；N2 電壓放大。N1 電荷/電壓轉(zhuǎn)換；236 2.3 典型測量放大電路2.3.10 電橋放大電路 作用：將電阻、電容、電感傳感器通過電橋后輸出的電 壓或電流信號作進一步放大。 組成：由傳感器電橋和運算放大器組成，或由傳感器和 運算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路。 應(yīng)用場合：應(yīng)用

30、于電參量式傳感器，如電阻應(yīng)變式、電 容式傳感器、電感式傳感器等。 2.3.10 電橋放大電路 單端輸入電橋放大電路1反相輸入型(虛地)(虛斷)特點：增益與橋臂電阻無關(guān)，增益穩(wěn)定，單臂電橋非線性。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+-+-+N如果Z1=Z2=Z4=R，Z3=R(1+），為傳感器電阻的相對變化率2同相輸入型 單端輸入電橋放大電路R+RR2R1uo+-aRRRu+-+N特點：單端輸入電橋放大電路的增益與橋臂電阻無關(guān)，增益比較穩(wěn)定，但電橋電源一定要浮置。輸出電壓與橋臂電阻的相對變化率是成非線性關(guān)系，只有當1時，才成近似按線性變化。 差動輸入電橋放大電路 2.3.10 電橋放大電路特點：

31、增益與橋臂電阻有關(guān)，增益不穩(wěn)定，且非線性。R2=R1R1uR (1+)uaubRRRuo+-+N(ua=ub)上節(jié)課內(nèi)容回顧R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2說出上圖電路名稱及作用？寫出輸入級的增益表達式。怎樣實現(xiàn)對電路增益的調(diào)節(jié)？上節(jié)課內(nèi)容回顧-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4上圖是什么電路？四個運放分別起到什么作用？電路有哪兩個工作狀態(tài)？它與CAZ電路的區(qū)別是什么？上節(jié)課內(nèi)容回顧uiuo+-+NR1R2R3C1C2+-+NuiR1R2C1R3C2uouo1ui

32、i1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2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。結(jié)合以上三種電路結(jié)構(gòu)，解釋自舉電路的作用及定義。 2.3.10 電橋放大電路* 線性電橋放大電路特點：傳感器構(gòu)成的可變橋壁接在反饋回路，線性好，量程大，但靈敏度低。uoR3R2 = R(1+)R1uuaR1ub+-+N 2.3 典型測量放大電路2.3.11 增益調(diào)整放大電路 作用：由輸入信號的大小，調(diào)整閉環(huán)增益，使輸出信號 固定在一定范圍,同時不降低CMRR。 調(diào)整方式：手動、自動、程控。 手動增益調(diào)整放大電路uo+-+NR1u1u2ui1ui2

33、R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R 手動增益調(diào)整放大電路uo+-+NR1u1u2ui1ui2R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R可見，只要改變R可改變放大倍數(shù)，但R與增益之間是非線性的，因此調(diào)整范圍小于10%，所以也叫小范圍增益調(diào)整電路。大范圍增益調(diào)整電路，在三運放電路中已經(jīng)介紹過。對理想運放：2.3.11 增益調(diào)整放大電路 自動增益調(diào)整放大電路1. 改變反饋電阻VN溝道結(jié)型場效應(yīng)管，高電 平(0)導(dǎo)通，低電平(負)夾斷。uo+-+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信號R4V自動增益調(diào)整是根據(jù)輸入信號的大小，自動在最大、最小兩種增益間切換。改變反饋電阻改變輸入回路

34、衰減電阻 當ui較小時，控制信號為高電平(0)，V導(dǎo)通，r 很小，Kf=max； 當ui較大時(超過某界限)，控制信號為低電平(負)， V夾斷，r 很大，Kf=min； 自動增益調(diào)整放大電路uo+-+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信號R4V2. 改變輸入電阻 自動增益調(diào)整放大電路 當ui較小時，控制信號為低電平(0)，V1和V2都導(dǎo)通，r 很小，Kf=max； 當ui超過某界限時，控制信號為高電平(正)， V1截止，V2夾斷，r 很大，Kf=min；uo+-+N+9V控制信號uiR2R3V2R1-6VV1r 可編程增益放大電路(Programmable Gain Amplifier

35、)2.3.11 增益調(diào)整放大電路* 1. 通用運放可編程增益放大電路多路模擬開關(guān)：采用P溝道結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)陣列，高 電平(正)夾斷，低電平(0)導(dǎo)通。運放： (單運放)， LM353(三運放) ，LM324(四運放)Uo+-+NUiR1R2ABCD（1）單運放式 可編程增益放大電路(PGA)開關(guān)的通斷改變了運放的并聯(lián)反饋電阻Rx (24種增益)KfABCD-100 -50 -10 -2 -1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 Rx特點： 結(jié)構(gòu)簡單、輸入電阻不變；開關(guān)導(dǎo)通電阻影響電路精度；適用于低增益、低精度場合。 可編程增益放大電路(PG

36、A)KfABC0 1 1 1 1 0 1 1 0 （2）多運放并聯(lián)式開關(guān)的通斷，取決于從哪個運放取輸出。特點： 結(jié)構(gòu)簡單、輸入電阻不變；開關(guān)導(dǎo)通電阻和分布電容對精度和工作速度無影響；放大單元多，成本高。Uo+-+N1R2AR1+-+N2R4BR3+-+N3R6CR5Ui 可編程增益放大電路(PGA)（3）多運放串聯(lián)式開關(guān)的通斷，取決于放大單元的個數(shù)(AD521、AD522等)。放大單元多，成本高，但可提高增益。UoUiCBA+-+N2R4R3+-+N1R2R1+-+N3R6R5DKfABCD1 Kf1 Kf1Kf2 Kf1Kf2Kf3 0 1 1 1 1 1 0 11 0 1 11 1 0 1

37、Uo+-+NR1R2ABCD2. 數(shù)字式可編程增益放大電路 可編程增益放大電路(PGA)Kf-15 -14-13 -12 -11 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 Ui開關(guān)的通斷改變了運放的反相輸入端電阻(24種增益)（1）改變輸入電阻 可編程增益放大電路(PGA)開關(guān)的通斷，同時改變了輸入電阻和反饋電阻。Kf1 24 8 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 UiUoCBARR+-+ND2R4R（2）改變輸入電阻和反饋電阻 可編程增益放大電路(PGA) 開關(guān)的通斷，同時改變了輸入電阻和反饋電阻。N個電阻可得到1N正整數(shù)的

38、N種增益。UoR1+-+NRN-1RNUiR2N 路 模 擬 開 關(guān)NN-1321（3）任意正整數(shù)增益 可編程增益放大電路(PGA)UoR1+-+NRN-1RNUiR2N 路 模 擬 開 關(guān)NN-1321開關(guān)1閉合，Kf=1，Ra=0，Rb=R1+R2+ +RN，跟隨器開關(guān)2閉合，Kf=2，Ra=RN，Rb=R1+R2+ +RN-1，Ra=Rb開關(guān)3閉合，Kf=3，Ra=RN+RN-1，Rb=R1+R2+ +RN-2，Ra=2Rb開關(guān)N閉合，Kf=N，Ra=RN+RN-1+ +R2，Rb=R1，Ra=(N-1)Rb* 3. 集成可編程 增益放大電路 可編程增益放大電路(PGA)UoSa1+-+

39、N3Ui1+-+N1+-+N2譯碼器和開關(guān)驅(qū)動電路Ui2數(shù)字地151614D1D0Sa2Sa4Sb1Sb2Sb3Sb48761011121393Sa3Sa3Kf11 25 10 0 0 01 0 1 1 1 D1D0閉合開關(guān)Sa1Sb1Sa2Sb2Sb3Sa4Sb4=1，4，10R8 2.4 隔離放大電路 作用：將輸入、輸出和電源電路進行隔離，使他們之間 沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有 公共的接地端。 方法：采用電磁耦合(變壓器)和光電耦合。 應(yīng)用場合：主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)(如 生物醫(yī)學(xué)人體測量、自動化試驗設(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。 第2章 信號放大電路注意：這里的輸入與輸出的地是