《电气测试技术第5版》 课件 5.3 模拟信号放大技术

02December20245.3模拟信号放大技术5.3.1概述5.3.2通用型集成运算放大器5.3.3高精度集成运放5.3.4高输入阻抗集成运放5.3.5测量放大器5.3.6程控增益放大器5.3.7集成隔离放大器02December20245.3.1概述信号的放大技术是数字化测量技术的重要环节。模拟信号的放大，常选用集成运算放大器（简称运放）。集成运放可分为通用型、高精度型、高输入阻抗型、高速型、测量运放、可程控增益型和隔离型等。集成运放性能的优劣主要从其技术指标来判断。其主要性能指标有：开环增益、差模输入阻抗（电阻）、输出电阻、输入失调电压、输入失调电流、失调电压和失调电流的温度系数、输入偏置电流、最大差模和共模输入电压范围、共模抑制比、上升率和带宽等。集成运放一般选择原则是：在满足所需电气特性的前提下，尽可能选择价格低廉、市场货源充足的运放，即选用性能价格比高、通用性强的运放。通用型运放直流性能较好，种类多，价格低。线路的运放数量较多时，可选择双运放或四运放，其特点是内部对称性好，可简化线路，缩小体积和降低成本。若信号源内阻很大，则可选用高输入电阻的运放。另外，像采样/保持、峰值检波、优质对数放大或反对数放大器、积分器和生物电信号的放大及提取、测量放大器等均需选择高输入阻抗的集成运放。若放大线路要求低噪声、低漂移和高精度，则应选择高精度、低漂移的低噪声运放。视频信号的放大、处理等场合应选择高速宽带运放。总之，选择运放时，要视系统对放大电路的要求，作分析和耐心挑选，避免盲目选用高档的运放。02December20245.3.2通用型集成运算放大器通用型运放的品种、规格、型号很多，各公司生产的型号有别，常用的有：μA741、LM124、LM224、LM324、DG741、F007等。图5-8μA741的引脚功能及典型接法图5-9LM124/224/324集成运放a）引脚功能

b）基准电压源应用

c）斯密特触发电器02December20245.3.3高精度集成运放该类集成运放的型号很多，常用的有：AD0P07、ICL7650、DG725等。图5-10ADOP07集成运放a）引脚功能

b）典型接法图5-11ICL7650集成运放a）引脚功能

b）典型接法02December20245.3.4高输入阻抗集成运放该类运放的输入阻抗一般为107~1012MΩ。通常采用结型场效应管构成差分输入级，以提高输入阻抗，且兼有高速、宽带，低失调电流、低谐波失真及低噪声等特点。广泛用于高速积分、快速D/A、采样/保持电路及一般放大器中。常用的高输入阻抗运放有：LF347、

LF356、CA3140、DG3140等许多型号，各公司产品的型号也不一样。图5-13LF347的引脚功能02December20245.3.5测量放大器如前所述，传感器输出是微弱的电信号，信号中还可能包含有工频、静电和电磁耦合等共模干扰信号。对这种信号的放大，需要放大电路具有高输入阻抗、高增益、低噪声和高共模拟制比，习惯上称这种放大器为测量放大器、电桥放大器或仪表放大器。图5-14为用三个运放组成的测量放大器原理图，经分析可得：图5-14测量放大器原理该电路中只要运放的输入阻抗和电压增益对称，其漂移将大大减少、输入阻抗和共模抑制比很高，对微弱差模。电压很灵敏适宜于与传感器配合使用和测量远传信号。02December2024图5-15AD521测成测量放大器a）引脚功能

b）基本接法02December20245.3.6程控增益放大器在数字化测量技术中，可利用数字编码控制电子开关来选择放大器的反馈电阻实现不同的增益变换。在带微计算机或微处理的测控系统中，采用软件控制电子开关来选择放大器的增益。具有这种功能的放大器称为程控增益放大器。图5-17为利用改变反馈电阻实现的程控增益放大器。图5-17程控增益放大器原理02December20245.3.6.2常用集成程控增益放大器图5-18AD524程控增运放引脚功能图5-19PGA100引脚功能02December20245.3.7集成隔离放大器隔离放大器是指输入回路、输出回路和电源回路之间在电流和电阻都相互隔离、没有公共参考地的放大器。常采用的耦合方式有变压器耦合和光耦合两种。为了提高微弱电信号（电压或电流）和低频信号的测量精度，减小漂移，常采用调制一解调式放大器。实现方法上，直流电源首先经振荡器变成交变信号，通过变压器或光耦合器耦合到输入回路；然后再整流和滤波、稳压作为输入回路和输出回路的直流电源；输入回路的调制开关信号和输出回路的解调开关信号也通过变压器或光耦合器耦合过来；输入回路和输出回路之间的信号联系也用变压器或光耦合器来实现。02December2024其典型产品有：AD284、AD289、GF289、AD293、BGF01等以及其他公司的许多产品。集成隔离运放的特点是三端口隔离，能抗高的共模电压（1500V），高共模抑制比，高输入阻抗，高精度，低漂