z信号放大电路

1、第2章 信号(xnho)放大电路 2.1 运算放大器的误差及其补偿 2.2 噪声的基础知识 2.3 典型(dinxng)测量放大电路 2.4 隔离放大电路 作用：在测量控制系统中，用来放大传感器 输出的微弱电压、电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路。共一百零四页2发展趋势 由分立元件组成的放大(fngd)电路发展到由集成运算放大(fngd)器组成的放大(fngd)电路。 共一百零四页3应用(yngyng)举例 脑电图脑电图机（electroencephalograph）是用来测量脑电信号的生物电放大器。脑电信号的幅值范围为10100V。由于信号太弱，同样大小(dxio)的共模电压对脑电检测

2、将会造成更为严重的影响，因此它要求的放大增益很高（约100dB左右）。因此要求放大器有更高的共模抑制比。共一百零四页42.1 运算(yn sun)放大器的误差及其补偿2.1.1 实际(shj)运算放大器及其特性序号参数名称理想实际1差模增益90100dB以上2共模增益00dB以上3输入阻抗100k数兆欧4输出阻抗010数百欧5带宽0010Hz（或010kHz ）共一百零四页5著名(zhmng)厂家AD 德州仪器(TI) 意法半导体（ST）CYPRESSMAXIM 美信国家(guji)半导体共一百零四页 2.1 运算(yn sun)放大器的误差及其补偿2.1.1 实际运算放大器及其特性(表2-1

3、)2.1.2 失调及其补偿 输入(shr)失调电压对于理想运放，输入电压为0，输出电压也应为0，但实际运放中，前置级差动放大器并不一定完全对称，必须在输入端加上一定直流电压后才能使输出为0，这一直流电压即是输入失调电压uos.共一百零四页 2.1.2 失调(shtio)及其补偿 输入失调电压： ：输入电压为零时的输出，由于前置放大级不对称造成(zo chn)。零点漂移： 随时间或温度的变化而引起。当输入为0，输出不为0时，输出端的电压为输出失调电压u0 引起的输出失调电压为：共一百零四页 2.1.2 失调(shtio)及其补偿 输入失调电流：运放内部输入端子都为晶体管基极，输入端有偏置电流Ib

4、1、Ib2,为使u02尽量(jnling)小，所以R2不可取太大,10100K。它们在R2、R3两端产生电压降u1、u2, u1直接引起输出电压变化，u2相当于作用在同相端的输入电压，若 输出端产生的失调电压为：共一百零四页 输入(shr)失调电压和输入(shr)失调电流的测量 1. 闭合时，输出电压为 选取R1R3,认为U1是由输入失调电压产生的 2.1.2 失调(shtio)及其补偿共一百零四页 输入失调电压和输入失调电流(dinli)的测量2. 打开时，输出电压为 ，放大器的输出端受到uos影响，以及输入失调电流在R3上电压降的影响。 2.1.2 失调(shtio)及其补偿两只R3电阻值

5、应一致，必须采取高精度电阻严格挑选。共一百零四页 输入失调电压和输入失调电流(dinli)的调整 2.1.2 失调(shtio)及其补偿调零的方法为：将运放的两个输入端对地短接， 输出端接直流电压表，调节调零电位器，使输出电压为零。（注意：当Rp的位置一旦确定，就不能改变。）1. 外部调整方法共一百零四页 输入(shr)失调电压和输入(shr)失调电流的调整1外部调整法（1）把调整电压 (mV)加 在运放的反相输入端 2.1.2 失调(shtio)及其补偿 调 零点调整。 共一百零四页 2.1.2 失调(shtio)及其补偿（2）把调整电压 (mV)加在运放(yn fn)的同相输入端为使R5端

6、电压不影响其他回路，R5的值尽量小调 零点调整。 2内部调整法 通过运放的调整端子，调 零点调整(图2-4)。 共一百零四页14输入(shr)失调电压的几点说明输入失调电压一般是毫伏级手册给出的是最大值调零电路可利用运放本身的调零端来实现在设计高精度前置(qin zh)放大器时，应选择低输入 失调电压值的运放，并设置相应调零电路共一百零四页 2.1.3 转换速率(sl)和最大不失真频率1转换(zhunhun)速率： (Slew Rate)（表示输出电压跟随输入电压的能力） 运算放大器的输入为正弦波，而输出为三角波时，三角波的斜率。2最大不失真频率：若 ，则最大速率为：共一百零四页162.1.4

7、 运算放大器的振荡(zhndng)与相位补偿闭环放大(fngd)倍数共一百零四页 2.1.4 运算放大器的振荡(zhndng)与相位补偿在负反馈放大器中，若输出与输入相位移相 ，则负反馈正反馈，从而产生自激振荡，故外加RC补偿网络。1加相位滞后RC网络(wnglu)转折频率共一百零四页18电路中经常存在(cnzi)的RC网络，与运算放大器结合使用时会产生振荡。共一百零四页192加相位(xingwi)超前RC网络共一百零四页 2.1.4 运算(yn sun)放大器的振荡与相位补偿3常用的相位(xingwi)补偿电路寄生电容Cs=输入电容+布线分布电容;当输入信号的频率很高时，Cs的旁路作用使放大

8、器的高频响应变差。解决办法：在Rf上并接一个补偿电容Cf，构成相位补偿。共一百零四页一般线性工作的放大器(即引入负反馈的放大电路)的输入寄生电容Cs会影响电路的稳定性，其补偿措施见图。放大器的输入端一般存在约几皮法的寄生电容Cs，这个电容包括运放的输入电容和布线分布电容，它与反馈电阻Rf组成一个滞后网络，引起输出电压相位滞后，当输入信号的频率很高时，Cs的旁路作用使放大器的高频响应变差，其频带(pndi)的上限频率约为：h=1(2RfCs) Rf的阻值较大，放大器的上限频率就将严重下降，同时Cs、Rf引入的附加滞后相位可能引起寄生振荡，因而会引起严重的稳定性问题。对此，一个简单的解决方法是减小

9、Rf的阻值，使h高出实际应用的频率范围，但这种方法将使运算放大器的电压放大倍数下降(因Av=-Rf/Rin)。为了保持放大电路的电压放大倍数较高，更通用的方法是在Rf上并接一个补偿电容Cf，使RinCf网络与RfCs网络构成相位补偿。RinCf将引起输出电压相位超前，由于不能准确知道Cs的值，所以相位超前量与滞后量不可能得到完全补偿，一般是采用可变电容Cf，用实验和调整Cf的方法使附加相移最小。若Rf=10k,Cf的典型值丝边310pF。对于电压跟随器而言，其Cf值可以稍大一些。 共一百零四页2022/7/142.2 噪声(zoshng)的基础知识式中 k 玻耳兹曼常数，k =1.3810-2

10、3J/K； T 导体的绝对温度（K）； B 测量系统(xtng)的噪声带宽(Hz)； R 导体阻抗的实部()。 噪声就是干扰有用信号的某种不希望的扰动。通常，把外部来的称为干扰，把内部产生的称为噪声。热噪声由导体中的电荷载流子的热激振动引起的噪声共一百零四页 2. 信号放大电路 2.2 测量放大电路的主要误差(wch)源低频噪声与晶体管表面的状态以及PN结的漏电流有关的噪声式中 k1 与材料有关的常量，其量纲与a、b有关； I 工作电流(A)； a、b 由实验(shyn)确定的常数，对各种半导体，b=0.81.5，a通常为1； f 工作频率(Hz)。 共一百零四页散弹噪声 流过二极管、三极管位

11、垒层的载流子不是(b shi)连续的，而是脉冲性质的，电流的方均值或方均根值不为零 式中 q 电子电荷，为1.5910-19C； IDC 直流电流(A)； B 测量系统的噪声带宽 (Hz)。 2. 信号放大(fngd)电路 2.2 测量放大电路的主要误差源共一百零四页减小噪声影响的主要措施（1）采用噪声小的器件(qjin)；（2）采用信号调制解调与滤波，限制通频带；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比电路。 2. 信号放大(fngd)电路 2.2 测量放大电路的主要误差源共一百零四页 作用：放大传感器输出的电压、电流或电荷(dinh)信号。 类型：由传感器决定。如：应变式传感器采用电桥放

12、大 电路，压电式传感器采用电荷放大电路。 2.3 典型测量放大(fngd)电路 几个重要术语：开环增益K：集成运放在开路状态下的差模增益；闭环增益Kf：集成运放在闭环状态下的差模增益；差模信号：集成运放两输入端同时输入极性相反的信号；共模信号：集成运放两输入端同时输入极性相同的信号；差模增益Kd：差模信号输入时的增益；共模增益Kc：共模信号输入时的增益；共模抑制比：CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc。共一百零四页 2.3 典型(dinxng)测量放大电路2.3.1 测量放大(fngd)电路的基本要求 输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； 稳定的放大倍数； 低噪声； 低的输入失调电压和输入失调电

13、流以及低的漂移； 足够的带宽和转换速率； 高共模输入范围和高共模抑制比； 可调的闭环增益； 线性好、精度高； 成本低。 共一百零四页 2.3 典型测量(cling)放大电路2.3.2 反相放大(fngd)电路特点：性能稳定，输入阻抗低。而且提高输入阻抗与提高增益之间存在矛盾。1基本形式uoR3uiR1R2N-+共一百零四页 2.3.2 反相放大(fngd)电路2变形的反相放大电路：提高(t go)输入阻抗和增益要求：uoR3uiR1R2R5R4N-+增益提高了共一百零四页 2.3.2 反相放大(fngd)电路3交流(jioli)反相放大电路C2相位补偿，防止振荡。uoR3uiR1R2C1C2N

14、-+C1R1高通滤波器。（小）（大）共一百零四页特点：输入阻抗高，精度(jn d)低，易受干扰。1基本(jbn)形式 2.3.3 同相放大电路 2.3 典型测量放大电路R2uoR3uiR1N-+共一百零四页 2.3.3 同相放大(fngd)电路2交流(jioli)同相放大电路要求：C1R1高通滤波器。3跟随放大电路特点：输入阻抗很高。uoR2R3uiR1R4C1N-+R2uouiR1N-+共一百零四页2.3.4 差动放大电路差动放大电路：把二个输入(shr)信号分别输入(shr)到运算放大的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，抑制二个信号的共模成分。 2.3 典型测量(c

15、ling)放大电路uid= ui2ui1 , uic=(ui1+ ui2)/2取 R1=R3，R2=R4，则特点：只有差模信号，CMRR高，但Zi较低，增益调节困难。R3uoR4ui2R1R2ui1+-+N共一百零四页 2.3 典型测量(cling)放大电路2.3.5 高共模抑制(yzh)比放大电路 作用：用来抑制传感器输出的共模电压 (包括干扰电压) ， 提高共模抑制比 。 应用场合：要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体 心电测量，信号很微弱，而干扰很大。 方法：（1）采用多个集成运放串联组成的测量放大电路； （2）采用差动放大电路，使ui1和ui2的共模电压抵 消，但要求外接电阻完

16、全平衡对称。共一百零四页 双运放高共模抑制比放大电路(dinl)1反相串联型 2.3.5 高共模抑制比放大(fngd)电路取 R1=R5，R2=R4只有差模信号，但输入阻抗低。ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1R2R7 =R4R5R6uo+-+N2+-+N1uo1共一百零四页 双运放高共模抑制比放大(fngd)电路2同相串联(chunlin)型取 R1=R4，R2=R3只有差模信号，输入阻抗很高。uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N1+-+N2共一百零四页内容(nirng)回顾什么叫输入(shr)失调电压？怎样测量输入失调电压？通过右图，讲述如何运用外部调整法调整输入失调电压

17、？运放在什么情况下会发生自激振荡？如何避免自激振荡？ 解释专业名词：开环增益、共模信号、CMRR. 高共模抑制比放大电路的主要作用是什么？适用于哪些场 合？典型的两运放高共模抑制比放大电路有哪些结构？共一百零四页 2.3.5 高共模抑制(yzh)比放大电路* 三运放高共模抑制(yzh)比放大电路N1N2：性能一致，平衡对称，构成差动放大输入级。N3：双端输入单端输出的输出级，进一步抑制N1N2 共模信号。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2共一百零四页 三运放高共模抑制比放大(fngd)电路可见：输入级的差动输出及

18、差模增益只与差模输出电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在R0两端相互抵消，电路具有良好的共模抑制能力，且不要求外部电阻(dinz)匹配，但为了消除N1、N2输入失调电流，取R1=R2，调节电位器Ro，可改变差模增益，即大范围增益调整电路.ui1ui2uo1uo2R1RoR2R7RPR8R3R4R6R5+-+N1IR-+N2-+N3大范围增益调整电路差分放大共一百零四页取 R3=R4，R5=R6，差模增益：通常(tngchng)取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 外接电阻平衡对称。 三运放高共模抑制比放大(fngd)电路N3两端的R7、R8和RP作为共模补偿电路，调节RP，可补偿电阻的不对

19、称。共一百零四页INA114内部结构 三运放高共模抑制(yzh)比放大电路共一百零四页INA114集成运放(yn fn)与测量电桥的连接： 三运放高共模抑制(yzh)比放大电路R0uoINA11418327654+5V-5V共一百零四页什么是有源屏蔽驱动电路？ 将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端的共模电压11地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆(dinln)屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。应用于何种场合? 经常使用于差动式传感器

20、，如电容传感器、压阻传感器和电感传感器等组成的高精度测控系统中。 有源屏蔽驱动(q dn)电路共一百零四页1屏蔽(pngb)电缆等效电路 有源屏蔽(pngb)驱动电路Rs1Rs2 传感器内阻；C1 C2 电缆输入芯线与屏蔽层之间的电容。传感器共模输入信号uic在Rs1和Rs2上产生的压降分别为：uicuicRS1C1uR1aRS2差 动放大器uoabui1ui2RS1C1C2电缆屏蔽层接地共一百零四页a和b两端的共模信号(xnho)分别为： uic对差动运放产生的差模输入(shr)信号。 由于Rs1C1 Rs2C2，共模抑制比下降。 有源屏蔽驱动电路uicRS1C1uR1a共一百零四页2屏蔽电

21、缆(dinln)驱动电路N1N2构成同相比例差动放大器，输入端的共模电压1:1输出。由于(yuy)电路对称uc=uic，即两输入电缆的屏蔽层由uic驱动，而不是接地，相当于屏蔽电缆等效电路中C1C2公共端接uic。 有源屏蔽驱动电路+-+N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4-+N2-+N3电缆屏蔽层不接地，由共模电压驱动共一百零四页AD612典型(dinxng)的三运放结构共一百零四页 方法(fngf)：（1）自动调零放大电路； （2）低漂移单片集成运算放大器； （3）由通用集成运算放大器组成的斩波稳零放大 电路。 2.3 典型测量(cling)放大电路2.3.6 低漂

22、移放大电路 作用：减小输入失调电压U0s和低频干扰引起的零点漂移Uc 共一百零四页 2.3.6 低漂移(pio y)放大电路* 自动调零放大(fngd)电路由一块四运放和一块四位模拟开关组成。-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4N1主放N2误差保持N3时钟发生器（方波发生器）N4N3的反相器Sa1、Sa2、Sb1、Sb2模拟开关N3驱动Sa1、Sa2，高电平导通 共一百零四页2.3.6 低漂移放大(fngd)电路 自动调零放大(fngd)电路-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4高低1误差保持当N3输

23、出高电平，N4输出低电平时，Sa1Sa2闭合， Sb1Sb2断开，电路处于自动调零状态。共一百零四页 U0s1寄存(jcn)在C1上，误差保持。 自动调零放大(fngd)电路K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2U0s1U0s2误差保持等效电路如下图：共一百零四页Uo-+N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4时钟高低2.3.6 低漂移(pio y)放大电路 自动(zdng)调零放大电路2调零放大当N3输出低电平，N4输出高电平时，Sa1Sa2断开， Sb1Sb2闭合，电路进入放大状态。共一百零四页其调零放大(fngd)电路如下：实现了对失调电压的

24、校正，达到了自动调零的目的，也起到了放大作用；输出稳定；电路(dinl)成本低（用一块四运放LF347和CD4066即可组成）；适合毫伏级低电平放大。性能优于通用集成运放组成的斩波稳零放大电路。作业：2-6 自动调零放大电路UoC1UiR1R2K1-+N1U0s1共一百零四页 低漂移集成(j chn)运算放大器 2.3.6 低漂移(pio y)放大电路1轮换自动校零集成运算放大器(CAZ运算放大器)a) N1调零放大，N2误差保持输出C1GR输入 -+N1-+N2R+输入 C2b) N1误差保持，N2调零放大C1G输入 C2+输入 输出 R-+N1-+N2R共一百零四页 N1N2性能一致(yz

25、h)，通过模拟开关使N1N2交替地工作在调零放大和误差保持两种不同的状态。 G为自动校零输入端，必须接到系统的零线，使放大器在自动校零时无信号输入。 C1C2为外接电容，在校零状态时寄存放大器的U0s和低频瞬时干扰电压Uc。当转换成放大状态时，电容上寄存的电压正好抵消了放大器的U0s和Uc，达到自动校零的目的，且放大了输入信号。 特点：输出稳定，性能好，但对共模电压无抑制作用。作业(zuy) ：2-7 低漂移集成运算放大器共一百零四页2斩波稳零集成(j chn)运算放大器(ICL7650)内部调制补偿电路箝位电路外时钟输入GSaSb时钟输出N1：主运放N2：调零放大器A1A2：N1N2侧向(c

26、 xin)输入端C1C2：外接电容，寄存U0s和Uc 低漂移集成运算放大器UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2共一百零四页（1）误差检测和寄存(jcn)阶段 时钟为高电平时，Sa1Sa2闭合， Sb1Sb2断开，N2两输入 端被短接，只有输入失调电压U0s2和共模信号Uc作用，其输 出由电容C2寄存，并反馈到 N2的侧向输入端A2，此时 误差(wch)项，寄存在C2上。 低漂移集成运算放大器UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2共一百零四页 低漂移(pio y)集成运算放大器（2）校零和放大阶段 时钟

27、(shzhng)为低电平时， Sa1Sa2断开， Sb1Sb2闭合，输入信号 Ui同时作用到N1、N2的输入端，此时 C2上寄存的电压与N2的U0s2、 Uc抵消，达到稳零目的。UiC1C2A1A2Uo1Uo2+-+N1+-+N2+-U0s1U0s2Uc2共一百零四页 低漂移(pio y)集成运算放大器 ICL7650特点：具有失调电压影响小，共模(n m)抑制比高，增益高、输入阻抗高等优点，但价格高。 输入失调电压减小了K2倍。 共模抑制比提高了K2倍。共一百零四页 2.3 典型测量(cling)放大电路2.3.7 高输入阻抗放大(fngd)电路 作用： 提高反相(或差动)运算放大器的输入阻

28、抗，与电 容式、压电式传感器的高输出阻抗（108以上） 相匹配。 方法：（1）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会 引入共模误差； （2）采用高输入阻抗的集成运算放大器； （3）采用通用集成运算放大器组成的自举电路。共一百零四页 2.3.7 高输入阻抗放大(fngd)电路 高输入阻抗(sh r z kn)集成运算放大器（1）输入级采用N沟道增强型绝缘栅场效应管(MOS-FET)， 如：CA3140、CA3260等，输入阻抗高达 ；（2）输入级采用结型场效应管(JFET)，如：LF356、LF412、 LM310、LF444等，输入阻抗为 ；（3）输入级采用N沟道和P沟道两管互补型场效应管(CM

29、OS- FET)，如：ICL7613、ICL7641B/C，输入阻抗 。共一百零四页 高输入阻抗(sh r z kn)集成运算放大器高输入阻抗集成运算放大器安装在印刷电路板上时，会有漏电流流入形成干扰。故采用屏蔽(pngb)方法抗干扰，即在运算放大器的高阻抗输入端周围用导体围住，构成屏蔽(pngb)层，并把屏蔽(pngb)层接到低阻抗处。屏蔽(pngb)层与高阻抗之间几乎无电位差，可防止漏电流的流入。uiuo+-+Na)电压跟随器b)同相放大器c)反相放大器+-+NuouiR1R2R3=R1/R2uo+-+NuiR1R2共一百零四页 自举式高输入阻抗(sh r z kn)放大电路 2.3.7

30、高输入阻抗(sh r z kn)放大电路 何谓自举电路? 自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。 是不是所有情况下都要求放大电路具有高的输入阻抗？ 高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感器的测量放大电路。共一百零四页 自举式高输入阻抗(sh r z kn)放大电路b)交流电压(diny)跟随电路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大电路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用C2将运放两输入端之间的交流电压作用在R1两端。理想情况下两输入端电位近似相等(虚短)，无电流流过R1 ，

31、故对交流而言 。要求：R3=R1+R2 减小输入失调电压和输入偏置电流。共一百零四页 自举式高输入阻抗(sh r z kn)放大电路输入电阻为：当R2=R1时，Ri，i1 = i2 ，即N1的输入(shr)电流全部由N2提供，输入回路无电流。uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)自举组合电路共一百零四页 2.3 典型测量放大(fngd)电路2.3.8 电荷放大(fngd)电路 作用： 电荷放大器的输出电压与输入电荷成正比，与反馈电容成反比，而与电路其他参数无关。 基本原理1. 理想情况传感器输出电荷对反馈电容充电，即Quo+-+NC压电式传感器电容式传感器将压力、

32、位移等电荷信号电荷放大电路共一百零四页2. 实际(shj)等效电路R 电容(dinrng)C的放电回路，减小零漂、稳定工作点。 2.3.8 电荷放大电路把R和C等效到N的输入端： ，uo+-+NCRQCsRsCcCiRiiui共一百零四页 2.3.8 电荷(dinh)放大电路当Ci可忽略(hl)，且频率较高 ，K为有限值时： 电荷放大电路的特性1. 开环电压增益K的影响相对误差： 相对误差 与开环电压增益K成反比。共一百零四页2. 频率特性 电荷放大电路(dinl)的特性 当 时， 。因此电荷放大器增益下降3dB时，对应(duyng)的下限截止频率为： 高频响应很好，低频响应差。且当电缆较长时

33、，电缆分布电容对相对误差和上限频率有关，故选低电容电缆。3. 噪声与漂移噪声：增大Cc、减小C时，输出电压噪声增大。零漂：增大R、减小电缆绝缘电阻Rc和Ri时，漂移增大。综合考虑： ，共一百零四页 2.3.8 电荷(dinh)放大电路 电荷放大电路(dinl)实例+-+N2uo+-+N1CRQ+15VR12VD14558VD2-15V3A74161874RPu1R2S2S1aS1b实例123674共一百零四页 2.3.8 电荷(dinh)放大电路 电荷(dinh)放大电路实例+-+N2uo+-+N12000pFAD544L实例2QCsCcRCRP1RP2R1PV-9647FA766-E815R

34、1 限流电阻；RP1 调整增益；RP2 调节失调；N2 电压放大。N1 电荷/电压转换；236共一百零四页 2.3 典型(dinxng)测量放大电路2.3.10 电桥(din qio)放大电路 作用：将电阻、电容、电感传感器通过电桥后输出的电 压或电流信号作进一步放大。 组成：由传感器电桥和运算放大器组成，或由传感器和 运算放大器直接构成电桥放大电路。 应用场合：应用于电参量式传感器，如电阻应变式、电 容式传感器、电感式传感器等。共一百零四页 2.3.10 电桥(din qio)放大电路 单端输入电桥(din qio)放大电路1反相输入型(虚地)(虚断)特点：增益与桥臂电阻无关，增益稳定，单臂

35、电桥非线性。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+-+-+N如果Z1=Z2=Z4=R，Z3=R(1+），为传感器电阻的相对变化率共一百零四页2同相输入(shr)型 单端输入(shr)电桥放大电路R+RR2R1uo+-aRRRu+-+N特点：单端输入电桥放大电路的增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定，但电桥电源一定要浮置。输出电压与桥臂电阻的相对变化率是成非线性关系，只有当1时，才成近似按线性变化。共一百零四页 差动输入电桥(din qio)放大电路 2.3.10 电桥放大(fngd)电路特点：增益与桥臂电阻有关，增益不稳定，且非线性。R2=R1R1uR (1+)uaubRRRuo+-+N(ua=ub

36、)共一百零四页上节课内容(nirng)回顾R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2说出上图电路名称及作用？写出输入级的增益表达式。怎样实现(shxin)对电路增益的调节？共一百零四页上节课内容(nirng)回顾-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4上图是什么电路？四个运放分别起到什么作用(zuyng)？电路有哪两个工作状态？它与CAZ电路的区别是什么？共一百零四页上节课内容(nirng)回顾uiuo+-+NR1R2R3C1C2+-+NuiR1R2C1R3C2uouo1uii

37、1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2自举电路是利用反馈(fnku)使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。结合以上三种电路结构，解释自举电路的作用及定义。共一百零四页 2.3.10 电桥放大(fngd)电路* 线性电桥放大(fngd)电路特点：传感器构成的可变桥壁接在反馈回路，线性好，量程大，但灵敏度低。uoR3R2 = R(1+)R1uuaR1ub+-+N共一百零四页 2.3 典型(dinxng)测量放大电路2.3.11 增益(zngy)调整放大电路 作用：由输入信号的大小，调整闭环增益，使输出信号 固定在一定范围,同时不降低CMRR。

38、调整方式：手动、自动、程控。 手动增益调整放大电路uo+-+NR1u1u2ui1ui2R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R共一百零四页 手动增益(zngy)调整放大电路uo+-+NR1u1u2ui1ui2R2R2R2R2R1i1i2i3i4u3u4R可见，只要改变R可改变放大倍数，但R与增益之间是非线性的，因此调整范围小于10%，所以(suy)也叫小范围增益调整电路。大范围增益调整电路，在三运放电路中已经介绍过。对理想运放：共一百零四页2.3.11 增益(zngy)调整放大电路 自动增益调整放大(fngd)电路1. 改变反馈电阻VN沟道结型场效应管，高电 平(0)导通，低电平(负)夹

39、断。uo+-+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信号R4V自动增益调整是根据输入信号的大小，自动在最大、最小两种增益间切换。改变反馈电阻改变输入回路衰减电阻共一百零四页 当ui较小时(xiosh)，控制信号为高电平(0)，V导通，r 很小，Kf=max； 当ui较大时(超过某界限)，控制(kngzh)信号为低电平(负)， V夹断，r 很大，Kf=min； 自动增益调整放大电路uo+-+NR1uiR2R3i1i2i3i4ur控制信号R4V共一百零四页2. 改变(gibin)输入电阻 自动增益调整(tiozhng)放大电路 当ui较小时，控制信号为低电平(0)，V1和V2都导通，r 很小，

40、Kf=max； 当ui超过某界限时，控制信号为高电平(正)， V1截止，V2夹断，r 很大，Kf=min；uo+-+N+9V控制信号uiR2R3V2R1-6VV1r共一百零四页 可编程增益放大(fngd)电路(Programmable Gain Amplifier)2.3.11 增益(zngy)调整放大电路* 1. 通用运放可编程增益放大电路多路模拟开关：采用P沟道结型场效应管(JFET)阵列，高 电平(正)夹断，低电平(0)导通。运放： (单运放)， LM353(三运放) ，LM324(四运放)共一百零四页Uo+-+NUiR1R2ABCD（1）单运放式 可编程增益放大(fngd)电路(PGA

41、)开关(kigun)的通断改变了运放的并联反馈电阻Rx (24种增益)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特点： 结构简单、输入电阻不变；开关导通电阻影响电路精度；适用于低增益、低精度场合。共一百零四页 可编程增益(zngy)放大电路(PGA)KfABC0 1 1 1 1 0 1 1 0 （2）多运放并联式开关的通断，取决于从哪个(n ge)运放取输出。特点： 结构简单、输入电阻不变；开关导通电阻和分布电容对精度和工作速度无影响；放大单元多，成本高。Uo+-+N1R2AR1+-+N2R4BR3+-

42、+N3R6CR5Ui共一百零四页 可编程增益(zngy)放大电路(PGA)（3）多运放串联式开关(kigun)的通断，取决于放大单元的个数(AD521、AD522等)。放大单元多，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共一百零四页Uo+-+NR1R2ABCD2. 数字式可编程增益(zngy)放大电路 可编程增益放大(fngd)电路(PGA)Kf-15 -14-13 -12 -11 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1

43、 1 1 0 1 0 1 0 1 Ui开关的通断改变了运放的反相输入端电阻(24种增益)（1）改变输入电阻共一百零四页 可编程增益(zngy)放大电路(PGA)开关的通断，同时改变(gibin)了输入电阻和反馈电阻。Kf1 24 8 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 UiUoCBARR+-+ND2R4R（2）改变输入电阻和反馈电阻共一百零四页 可编程增益放大(fngd)电路(PGA) 开关的通断，同时(tngsh)改变了输入电阻和反馈电阻。N个电阻可得到1N正整数的N种增益。UoR1+-+NRN-1RNUiR2N 路 模 拟 开 关NN-1321（3）任意正整数增

44、益共一百零四页 可编程增益(zngy)放大电路(PGA)UoR1+-+NRN-1RNUiR2N 路 模 拟 开 关NN-1321开关1闭合，Kf=1，Ra=0，Rb=R1+R2+ +RN，跟随器开关2闭合，Kf=2，Ra=RN，Rb=R1+R2+ +RN-1，Ra=Rb开关3闭合，Kf=3，Ra=RN+RN-1，Rb=R1+R2+ +RN-2，Ra=2Rb开关N闭合，Kf=N，Ra=RN+RN-1+ +R2，Rb=R1，Ra=(N-1)Rb共一百零四页* 3. 集成(j chn)可编程 增益放大电路 可编程增益放大(fngd)电路(PGA)UoSa1+-+N3Ui1+-+N1+-+N2译码器和

45、开关驱动电路Ui2数字地151614D1D0Sa2Sa4Sb1Sb2Sb3Sb48761011121393Sa3Sa3Kf11 25 10 0 0 01 0 1 1 1 D1D0闭合开关Sa1Sb1Sa2Sb2Sb3Sa4Sb4=1，4，10R8共一百零四页 2.4 隔离(gl)放大电路 作用：将输入、输出和电源电路进行隔离，使他们之间 没有直接(zhji)的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共的接地端。 方法：采用电磁耦合(变压器)和光电耦合。 应用场合：主要用于便携式测量仪器和某些测控系统(如 生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程 控制系统等)中，能在噪声环境下以高阻抗、高共 模抑制能力传送信号。 第2章 信号放大电路共一百零四页注意：这里的输入与输出(shch)的地是不一样的。基本(jbn)组成符 号Riso 隔离电阻( 很大 )Ciso 隔离电容(典型值20pF)uiso 隔离模电压，指隔离器两端或输入端与输出端两 公共地之间能承受的共模电压。共一百零四页原理(yunl)框图 变压器耦合被测信号调幅波耦合放大输出解调变压器非常关键(gunjin)（变压器的匝数、体积和分布电容）变压器耦合不仅隔离了输入与输出电路，而且也隔离了浮置电源，但体积大。共一百零四页被测信号LED(光信号）耦合放大输出光敏二极管转成电信号 光电耦合先将