测控电路讲义

测控电路第二章信号放大电路第一节基本放大电路

第二节调零放大电路

第三节高共模抑制比放大电路第四节电桥放大电路第五节高输入阻抗放大电路第六节可调增益放大电路第七节隔离放大电路思考题返回上一页下一页一、集成运放返回上一页下一页第一节基本放大电路差动输入级中间放大级输出级偏置电路集成运放的基本结构(差动放大器)抑制零点漂移(互补对称电路)增加带负载能力(共射电路)获较大的提供偏置电流一、集成运放运放的电源：返回上一页下一页第一节基本放大电路A＋Vcc单电源供电A＋Vcc－Vcc对称双电源供电A＋Vcc1－Vcc2非对称双电源供电输出电压与电源的关系？输入阻抗RI和输出阻抗RO输入失调电压U0s和输入失调电流I0s输入偏置电流

IIB（nA级）开环增益K和闭环增益Kf＝uo/ui差模增益Kd和共模增益Kc共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc二、放大电路的几个重要参数:返回上一页下一页为什么运算放大器是高输入阻抗、低输出阻抗？运放失调电压自动补偿返回上一页下一页运放失调电压自动补偿返回上一页下一页输入偏置电流带来的影响AUiUoR(b)AUiUoRR(c)AUiUo(a)返回上一页下一页

同相放大器反相放大器差动放大器交流放大器三、基本放大电路类型返回上一页下一页什么叫测量放大电路？（一）同相放大器uo=(1+R2/R1)ui

Ri→∞R3=R1//R2uoR3uiR1R2∞-++N1特性：输入阻抗高，常用作阻抗变换级。返回上一页下一页同相放大电路的特例

－电压跟随器AUiUo特性：输入阻抗很高，输出阻抗近似为零，放大倍数Kf为1，只进行阻抗变换，常作为缓冲级。返回上一页下一页（二）反相放大器uo=–（R2/R1）uiuoR3uiR1R2∞-++N1特性：性能较稳定，但输入阻抗低返回上一页下一页R3=R1//R2

Ri＝R1为什么性能稳定？T型网络（三）差动放大器AUo反向输入同向输入差动输入返回上一页下一页什么是差动放大器？，取电路对称：R1＝R2，R3＝R4，返回上一页下一页R3uoR4ui2R1∞-++N1R2ui1基本电路特性：共模抑制比高，输入阻抗低，常用作测量放大器的后级。返回上一页下一页集成化差动放大芯片：INA105，INA106，INA117等第二节调零放大电路用途：主要用于消除输入失调电压和输入失调电流的影响。实现方式：自动调零手动稳零返回上一页下一页（一）自动调零放大电路UoC1UiR1R2K1-++N1c)调零放大输出a)电路原理图UiUoK1C1Sa1R2Sb2Sa2-++N1K2-++N2#Sb1R1###∞-++N3∞-++N4ab时钟发生器反相器K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2b)误差保持Uo2返回上一页下一页①时钟发生器输出“1”时：即Sa1和Sa2通，Sb1和Sb2断Uo2

＝－（Uo1＋U0s2）K2＝Uc1——误差采集阶段Uo1＝（Uc1－U0s1）Kf1Uc1≈U0s1－

U0s2/Kf1≈U0s1即电容C1上保存了N1的失调电压U0s1。②时钟发生器输出“0”时：即Sa1和Sa2断，Sb1和Sb2通

Uo＝

－(R2/R1)Ui＋

（Uc1－U0s1）Kf1——调零放大阶段

≈－(R2/R1)Ui实现了对失调电压的校正，达到了自动调零的目的。返回上一页下一页电路特点：输出电压较稳定，波动小；电路成本低（实际中，用一块四运放LF347和一块四模拟开关CD4066即可组成）。返回上一页下一页思考所用芯片管脚图OUT3OUT4OUT1OUT2IN1-IN1+IN2+IN2-IN4-IN4+IN3+IN3-VCC+VCC-LF347IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT3IN4OUT4CON1CON2CON3CON4VDDVSSCD4066INOUTCONCON“1”通“0”断12345678910111213141234891011135612147返回上一页下一页

CAZ运算放大器——轮换自动校零电路输出C1G－输入C2+输入

输出R2∞-++N1∞-++N2R2C1GR2－输入∞-++N1∞-++N2R2+输入

a)N2处于自动校零状态b)N1处于自动校零状态C2电路特点：放大不间断，输出稳定其性能优于由通用运放等分立元件组成的自动调零放大电路。返回上一页下一页（二）手动调零电路集电极调零返回上一页下一页发射极调零返回上一页下一页运放无调零端时的调零电路（基极调零）返回上一页下一页（三）设计调零电路时应注意：①调零是用于闭环电路。②有些电路可不用调零。如：跟随器（增益很小的放大电路）返回上一页下一页第三节高共模抑制比放大电路应用：要求共模抑制比大于100dB的场合.如：人体心电测量。

返回上一页下一页ui1ui2uo1uo2R1RPR2R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3R7RP1R8（一）三运放高共模抑制比放大电路返回上一页下一页三运放电路的特点：①很高的共模抑制比：比差动放大器高(R1+RP+R2)/RP倍，对外部电阻对称要求低②输入阻抗高③增益可调（RP）返回上一页下一页三运放实用电路

返回上一页下一页三运放集成芯片返回上一页下一页美国模拟器件公司的AD620、AD623美国MAXIM公司的MAX4194、MAX4195、MAX4196返回上一页下一页AD623的应用电路返回上一页下一页（二）有源屏蔽驱动放大电路

放大器uoabRS1RS2C1C2-+u1=uc+ud1u2=uc+ud2返回上一页下一页∞+-+N1ui2R1RPR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4∞-++N2∞-++N3uo1uo2什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1∶1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，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。返回上一页下一页有源屏蔽驱动放大电路集成芯片AD522返回上一页下一页AD522的应用电路返回上一页下一页思考信号回路负载回路第四节电桥放大电路应用：用于电参量式传感器的后级放大。如：电感式、电阻应变式、电容式传感器等构成形式：传感器电桥＋运放传感器和运放共同构成电桥返回上一页下一页（一）单端输入电桥放大电路

*电桥电源浮置，即电桥电源与后级放大电路的电源不共地！特性：增益稳定（与电桥电阻无关）但输出uo与输入δ非线性（δ<<1时近似线性）Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na)反相输入当Z3＝R＋Rδ，Z1=Z2=Z4=R为电桥电阻时：反相：R(1+

δ)R2R1uoRRRu∞-++Nb)同相输入ab返回上一页下一页思考（二）差动输入电桥放大电路∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR当R2>>R时，特点：增益不稳定，仍存在非线性，共模抑止能力有限。返回上一页下一页

（三）线性电桥放大电路uoR3R2

=R（1+δ）R1uuaR1ub∞-++N特点：是线性关系。返回上一页下一页其中：R2为传感器电阻，R2＝R＋Rδ

R3＝R第五节高输入阻抗放大电路应用：用于作电容、压电式传感器的后继测量放大电路。实现方式：同相放大器电压跟随器（缓冲器）＋反相放大器高输入阻抗集成芯片自举式高输入阻抗放大电路返回上一页下一页1)交流同相放大电路（自举电路）C2C1uoR1R2R3∞-++uiuoR2R3∞-++ui返回上一页下一页自举式高输入阻抗放大电路2)组合式自举电路输入阻抗为Ri=(R1R2)/(R2－R1)当R2=R1时，Ri→∞i1i2iuouiR1uo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2c)返回上一页下一页■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。返回上一页下一页第六节可调增益放大电路返回上一页下一页可调电阻＋运放应用：幅值相差较大的不同信号的输入动态范围很大的信号模拟开关＋电阻网络＋运放可编程增益放大器（PGA）R1R2R3R4UiUoARiRp反相可变增益放大器的实用形式UiKUoARFR1R2R3R4同相可变增益放大器的实用形式RWUoARFUi可调电阻构成的可变增益放大器返回上一页下一页UiUoARF＋5V—5VY0Y2Y1Y3Y4Y5Y6Y7VCCAIHNCBCD4051R0～7D0VEEGNDD1D2采用模拟开关的可变增益放大器返回上一页下一页可编程增益放大器LH0084返回上一页下一页PGA100、PGA103、PGA204、PGA205应用电路返回上一页下一页思考第七节隔离放大电路应用于何种场合？应用于安全性、抗干扰性要求较高的场合。什么是隔离放大电路？输入与输出间没有直接的电路连接电源电路间也没有直接的电路连接有哪些隔离方式？有磁、光、超声波和无线电隔离等。返回上一页下一页（一）基本原理1、组成及符号－＋输入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔离器输出放大器－＋uducuiso隔离电源返回上一页下一页2、原理框图a)变压器耦合浮置电源输入调制放大器耦合变压器输出解调放大器输出输入－＋b)光电耦合浮置电源光耦合器输入放大器－＋输出放大器输出输入LEDV返回上一页下一页

（二）通用隔离放大电路1、AD277变压器耦合隔离放大器隔离电源振荡器调制器输入屏蔽解调器输出屏蔽268734195＋15V－15V13121016－U100kΩ100kΩ1MΩ141115＋U∞-++N1∞-++N2返回上一页下一页2、互补式光电耦合放大电路∞-++N1C－10VVLC1i1R2＋10V＋10VVLC2i2R3R1ui－10VuoR5∞-++N2R43.9kΩRp返回上一页下一页SLC800光电偶合器作为隔离放大电路的功能块

返回上一页下一页集成光电隔离放大器件美国BB公司的ISO164、ISO174、ISO254美国AD公司的AD215返回上一页下一页1、课后P54页2－8查阅集成运放芯片LF347和集成模拟开关芯片CD4066的资料，用它们来搭建自动调零放大电路。思考题：返回上一页下一页IN－IN＋A1A3A221837456RPRPV+V－REFUO图6