電氣測(cè)試技術(shù)第3版課件6.3模擬信號(hào)放大技術(shù)

6.3模擬信號(hào)放大技術(shù)6.3.1概述6.3.2通用型集成運(yùn)算放大器6.3.3高精度集成運(yùn)放6.3.4高輸入阻抗集成運(yùn)放6.3.5測(cè)量放大器6.3.6程控增益放大器6.3.7集成隔離放大器6.3.1概述信號(hào)的放大技術(shù)是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。模擬信號(hào)的放大，常選用集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）。集成運(yùn)放可分為通用型、高精度型、高輸入阻抗型、高速型、測(cè)量運(yùn)放、可程控增益型和隔離型等。集成運(yùn)放性能的優(yōu)劣主要從其技術(shù)指標(biāo)來(lái)判斷。其主要性能指標(biāo)有：開環(huán)增益、差模輸入阻抗（電阻）、輸出電阻、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、失調(diào)電壓和失調(diào)電流的溫度系數(shù)、輸入偏置電流、最大差模和共模輸入電壓范圍、共模抑制比、上升率和帶寬等。集成運(yùn)放一般選擇原則是：在滿足所需電氣特性的前提下，盡可能選擇價(jià)格低廉、市場(chǎng)貨源充足的運(yùn)放，即選用性能價(jià)格比高、通用性強(qiáng)的運(yùn)放。通用型運(yùn)放直流性能較好，種類多，價(jià)格低。線路的運(yùn)放數(shù)量較多時(shí)，可選擇雙運(yùn)放或四運(yùn)放，其特點(diǎn)是內(nèi)部對(duì)稱性好，可簡(jiǎn)化線路，縮小體積和降低成本。若信號(hào)源內(nèi)阻很大，則可選用高輸入電阻的運(yùn)放。另外，像采樣/保持、峰值檢波、優(yōu)質(zhì)對(duì)數(shù)放大或反對(duì)數(shù)放大器、積分器和生物電信號(hào)的放大及提取、測(cè)量放大器等均需選擇高輸入阻抗的集成運(yùn)放。若放大線路要求低噪聲、低漂移和高精度，則應(yīng)選擇高精度、低漂移的低噪聲運(yùn)放。視頻信號(hào)的放大、處理等場(chǎng)合應(yīng)選擇高速寬帶運(yùn)放?？傊x擇運(yùn)放時(shí)，要視系統(tǒng)對(duì)放大電路的要求，作分析和耐心挑選，避免盲目選用高檔的運(yùn)放。6.3.2通用型集成運(yùn)算放大器通用型運(yùn)放的品種、規(guī)格、型號(hào)很多，各公司生產(chǎn)的型號(hào)有別，常用的有：μA741、LM124、LM224、LM324、DG741、F007等。圖6-8μA741的引腳功能及典型接法圖6-9LM124/224/324集成運(yùn)放a）引腳功能b）基準(zhǔn)電壓源應(yīng)用c）斯密特觸發(fā)電器6.3.3高精度集成運(yùn)放該類集成運(yùn)放的型號(hào)很多，常用的有：AD0P07、ICL7650、DG725等。圖6-10ADOP07集成運(yùn)放a）引腳功能b）典型接法圖6-11ICL7650集成運(yùn)放a）引腳功能b）典型接法6.3.4高輸入阻抗集成運(yùn)放該類運(yùn)放的輸入阻抗一般為107~1012MΩ。通常采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成差分輸入級(jí)，以提高輸入阻抗，且兼有高速、寬帶，低失調(diào)電流、低諧波失真及低噪聲等特點(diǎn)。廣泛用于高速積分、快速D/A、采樣/保持電路及一般放大器中。常用的高輸入阻抗運(yùn)放有：LF347、LF356、CA3140、DG3140等許多型號(hào)，各公司產(chǎn)品的型號(hào)也不一樣。圖6-13LF347的引腳功能6.3.5測(cè)量放大器如前所述，傳感器輸出是微弱的電信號(hào)，信號(hào)中還可能包含有工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾信號(hào)。對(duì)這種信號(hào)的放大，需要放大電路具有高輸入阻抗、高增益、低噪聲和高共模擬制比，習(xí)慣上稱這種放大器為測(cè)量放大器、電橋放大器或儀表放大器。圖6-14為用三個(gè)運(yùn)放組成的測(cè)量

放大器原理圖，經(jīng)分析可得：圖6-14測(cè)量放大器原理該電路中只要運(yùn)放的輸入阻抗和電壓增益對(duì)稱，其漂移將大大減少、輸入阻抗和共模抑制比很高，對(duì)微弱差模電壓很靈敏。適宜于與傳感器配合使用和測(cè)量遠(yuǎn)傳信號(hào)。圖6-15AD521測(cè)成測(cè)量放大器a）引腳功能b）基本接法6.3.6程控增益放大器在數(shù)字化測(cè)量技術(shù)中，可利用數(shù)字編碼控制電子開關(guān)來(lái)選擇放大器的反饋電阻實(shí)現(xiàn)不同的增益變換。在帶微計(jì)算機(jī)或微處理的測(cè)控系統(tǒng)中，采用軟件控制電子開關(guān)來(lái)選擇放大器的增益。具有這種功能的放大器稱為程控增益放大器。圖6-17為利用改變反饋電阻實(shí)現(xiàn)的程控增益放大器。圖6-17程控增益放大器原理6.3.6.2常用集成程控增益放大器圖6-18AD524程控增運(yùn)放引腳功能圖6-19PGA100引腳功能6.3.7集成隔離放大器隔離放大器是指輸入回路、輸出回路和電源回路之間在電流和電阻都相互隔離、沒(méi)有公共參考地的放大器。常采用的耦合方式有變壓器耦合和光耦合兩種。為了提高微弱電信號(hào)（電壓或電流）和低頻信號(hào)的測(cè)量精度，減小漂移，常采用調(diào)制一解調(diào)式放大器。實(shí)現(xiàn)方法上，直流電源首先經(jīng)振蕩器變成交變信號(hào)，通過(guò)變壓器或光耦合器耦合到輸入回路；然后再整流和濾波、穩(wěn)壓作為輸入回路和輸出回路的直流電源；輸入回路的調(diào)制開關(guān)信號(hào)和輸出回路的解調(diào)開關(guān)信號(hào)也通過(guò)變壓器或光耦合器耦合過(guò)來(lái)；輸入回路和輸出回路之間的信號(hào)聯(lián)系也用變壓器或光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其典型產(chǎn)品有：AD284、AD289、GF289、AD293、BGF01等以及其他公司的許多產(chǎn)品。集成隔離運(yùn)放的特點(diǎn)是三端口隔離，能抗高的共模電壓（1500V），高共模抑制比，高輸入阻抗，高精度，低漂移和低噪聲等，廣泛用于數(shù)字采集系統(tǒng)