第二章信號放大電路

1、第二章第二章 信號放大電路信號放大電路第一節(jié) 運算放大器的誤差及其補償?shù)诙?jié) 噪聲的基礎(chǔ)知識第三節(jié) 典型測量放大電路典型測量放大電路第四節(jié) 隔離放大電路2.1 2.1 運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償2.1.1 2.1.1 實際運算放大器及其特性實際運算放大器及其特性 序號序號 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 理想值理想值 實際值實際值 1 差模增益差模增益 90100dB以上以上 2 共模增益共模增益 0 0dB以上以上 3 輸入阻抗輸入阻抗 100k數(shù)兆歐數(shù)兆歐 4 輸出阻抗輸出阻抗 0 10數(shù)百歐數(shù)百歐 5 帶帶 寬寬 0 010Hz（或（或010kHz） 6 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 0供電

2、電壓供電電壓 有限部分有限部分 7 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 0 納伏至毫伏納伏至毫伏 8 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 0 皮安至微安皮安至微安 9 噪噪 聲聲 0 納伏至微伏納伏至微伏dB = 10 x log10(A/B)2.1.2 2.1.2 失調(diào)及其補償失調(diào)及其補償輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓：輸入電壓為0時，為使輸出電壓為0，在輸入端加的補償電壓叫做輸入失調(diào)電壓。輸出失調(diào)電壓：輸出失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 Ios：uo =（1 + R2 / R1） uosuo2 = -R2Ib1 + (1 + R2 / R1)R3Ib2若取R3=R1/R2，則uo2 = R2（Ib2 Ib1）=

3、 R2Ios 2.1.2 2.1.2 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整（1 1）外部調(diào)整法）外部調(diào)整法URRRRRRRRRRRRRU2124142121421a/u因U通常為數(shù)伏，而Ua通常為數(shù)毫伏，所以10004R2121RRRRURRUR545au2.1.2 2.1.2 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的調(diào)整（2 2）內(nèi)部調(diào)整法：）內(nèi)部調(diào)整法：自帶失調(diào)調(diào)整端子2.1.3 2.1.3 轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率轉(zhuǎn)換速率和最大不失真頻率轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率：表示輸出電壓跟蹤輸入電壓的能力。是運放的一個重要指標，單位是V/s。 該指標越高，對信

4、號的細節(jié)成分還原能力越強，否則會損失部分解析力。 若輸入信號為正弦波u=Um sint,則u的最大變換速率為tuSRmmfUUdtu2/dmaxmUSR2fmax最大不失真頻率最大不失真頻率2.1.4 2.1.4 運算放大器的振蕩與相位補償運算放大器的振蕩與相位補償 一般實際使用的運算放大器對一定頻率的信號都有相應的相移相移作用，這樣的信號反饋到輸入端將使放大電路工作不穩(wěn)定甚至發(fā)生振蕩。自激振蕩：自激振蕩：放大電路在無輸入信號的情況下，就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現(xiàn)象。產(chǎn)生自激振蕩必須同時滿足兩個條件：產(chǎn)生自激振蕩必須同時滿足兩個條件：1、幅度平衡條件|AF|=12、相位平衡條件A+F=

5、2n（n=0,1,2,3）2.1.4 2.1.4 運算放大器的振蕩與相位補償運算放大器的振蕩與相位補償相位補償相位補償：通過電容電感等器件改變支路交流電的相位，補償 總體相位的改變。破壞振蕩條件破壞振蕩條件21IFCRRCN容性負載：2.2 2.2 噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識 噪聲限制了一個電路能夠正確處理的最小信號，低于噪聲基底的信號將無法被正確處理。白噪聲白噪聲：指噪聲波形隨機，即幅值、相位和頻率均隨機。色噪聲色噪聲：指噪聲頻率固定且可預測，幅值和相位可能隨機。2.2.1 2.2.1 噪聲的種類與性質(zhì)噪聲的種類與性質(zhì)（1）熱噪聲：熱噪聲：由導體中的電荷載流子的熱激振動引起。（2 2）低頻

6、噪聲：）低頻噪聲：是一種與晶體管表面狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲。又稱1/f1/f噪聲噪聲。kTRBtU4)(tK：玻爾茲曼常熟T：導體熱力學溫度B：測量系統(tǒng)的噪聲帶寬R：導體的電阻或阻抗的實部噪聲的方均根電壓bafIktU12f)(方均值k1：與材料有關(guān)的常量 I ：工作電流a/b：實驗確定的常數(shù) F ：工作頻率2.2.1 2.2.1 噪聲的種類與性質(zhì)噪聲的種類與性質(zhì)（3）散彈噪聲散彈噪聲：由真空電子管和半導體器件中電子發(fā)射的不 均勻性引起的。晶體管正偏時的散彈噪聲電壓：BqIIDC2shq：電子電荷IDC：直流電流B：測量系統(tǒng)的噪聲帶寬K：玻爾茲曼常熟T：熱力學溫度B：測量系統(tǒng)的噪聲帶

7、寬Ie：晶體管射極電流2.2.2 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法（1 1）等效輸入噪聲）等效輸入噪聲22222222)()()()(issinitnniZRRZIZtUtUtUUn（t）：放大器各級電壓噪聲折算到輸入端的等效值 In： 放大器各級電流噪聲折算到輸入端的等效值Ut（t）：加到放大器輸入端的熱噪聲，通常為傳感器內(nèi)阻熱噪聲 根據(jù)實測,等效輸入噪聲電壓Uni2(t)和Rs的關(guān)系如右圖所示。 故它是低噪放大器設計的依據(jù)。當Rs0時，Uni2(t)= Un2(t); 當Rs足夠大時, Uni2(t)= In2 Rs2 。 若ZiRs s2222)(4)(snnsniR

8、ItUBkTRtU2.2.2 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法（2 2）噪聲系數(shù)：）噪聲系數(shù)：又叫噪聲因數(shù)，是放大器輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值。輸出噪聲比輸入噪聲比(S/N)(S/N)Foi所謂信噪比S/N是指信號有效功率S對噪聲有效功率N的比值。F是度量放大器在放大過程中信噪比惡化程度的指標。是度量放大器在放大過程中信噪比惡化程度的指標。理想放大器F，即放大器除電源外無其它噪聲。利用F可直接比較不同放大器的性能。2.2.2 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法（3 3）最小噪聲系數(shù)和最佳源電阻：）最小噪聲系數(shù)和最佳源電阻：ifooioiooiioiN

9、KNSNNSNSNSNSNSF/)/()/(iofSSK其中，)(2tUKNnifo而是放大器的等效輸入噪聲，是輸入到放大器的噪聲，就是源電阻的熱噪聲，即。所以噪聲系數(shù)F為：)(2tUNtikTBRrRtUkTBtUIBkTRRItUBkTRtUtUFsosnnnssnnstni41/)()2)(1 (4)(4)()(2222222nnoItUr)(等效噪聲電阻2.2.2 2.2.2 處理放大器噪聲的方法處理放大器噪聲的方法（3 3）最小噪聲系數(shù)和最佳源電阻：）最小噪聲系數(shù)和最佳源電阻：kTBRrRtUkTBtUIBkTRRItUBkTRtUtUFsosnnnssnnstni41/)()2)(

10、1 (4)(4)()(2222222最小時，當FrRoskTBtUIFnn2)(1min信號源電阻時的值稱為最佳源電阻最佳源電阻，它是設計低噪聲放大器的一個重要參數(shù)。最佳源電阻的值完全由放大器的噪聲模型(Un-In)決定，與放大器的輸入阻抗無直接關(guān)系。osrR 2.3 2.3 典型測量放大電路典型測量放大電路 測量放大電路是測控電路的基本組成部分，本章討論以精精為主線，將靈靈放在重要位置，同時考慮快快與可靠可靠。一、何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？一、何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？1、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測量放大

11、電路，亦稱儀用放大電路。2、對測量放大電路的基本要求基本要求： 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； 高共模輸入范圍和高共模抑制比； 一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； 線性好； 輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配； 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率。以上要求都是圍繞以上要求都是圍繞“精精”提出來的，同時考慮提出來的，同時考慮快快。R2ui+-+ NR1R32、對測量放大電路的基本要求基本要求：從靈靈和安全可靠安全可靠出發(fā)，還需要： 可調(diào)閉環(huán)增益放大電路； 參量放大電路； 電荷放大電路； 隔離放大電路。也有利于提高精度。還需要考慮低成本。測量放大電路類型R2ui+-+ NR1R3按結(jié)構(gòu)原理按元件

12、制造方式差動直接耦合式調(diào)制式自動穩(wěn)定式分立元件通用集成運放單片集成測量放大器AVcc單電源供電單電源供電AVccVcc對稱雙電源供電對稱雙電源供電AVcc1Vcc2非對稱雙電源供電非對稱雙電源供電輸出電壓與電源的關(guān)系？輸出電壓與電源的關(guān)系？運算放大電路的幾個重要參數(shù)運算放大電路的幾個重要參數(shù): : 輸入阻抗RI 和輸出阻抗RO 輸入失調(diào)電壓U0s和輸入失調(diào)電流I0s 輸入偏置電流 IIB（nA級） 開環(huán)增益K和閉環(huán)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運運放放電電源源uo = （R2 / R1） uiuoR3uiR1R2-+N1特性：性

13、能較穩(wěn)定，但輸入阻抗低特性：性能較穩(wěn)定，但輸入阻抗低R3= R1 / R2 RiR1T T型網(wǎng)絡型網(wǎng)絡典型測量放大電路的設計典型測量放大電路的設計（1）反相放大電路）反相放大電路 為了使放大電路既有較高的輸入阻抗，又有足夠的增益，將反相放大電路變形為：iuRRRR)1 (u5412o節(jié)點電流法求解uoR3uiR1R2-+N1C1C1放大器放大器 + 濾波器濾波器uoR3uiR1R2-+N1R5R4典型測量放大電路的設計典型測量放大電路的設計（2）同相放大電路）同相放大電路uoR3uiR1R2-+N1C1特性特性：輸入阻抗高，常用于阻抗變換級。：輸入阻抗高，常用于阻抗變換級。Zin：運算放大器的

14、開環(huán)輸入阻抗K：運算放大器的開環(huán)增益同相放大電路的特例 電壓跟隨器AUiUo特性特性：輸入阻抗很高，輸出阻抗近似為零， 放大倍數(shù)Kf為1，只進行阻抗變換，常作為緩沖級。R1R2平衡電阻R1和R2是為了消除運放對輸入偏置電流的影響。典型測量放大電路的設計典型測量放大電路的設計（3）基本差動放大電路）基本差動放大電路1121iouRRu24341221iouRRRRRu）（12iiiduuu221iiicuuu，取電路對稱使 R2/R1 = R4/R3idiiouRRuuRRu121212)(R2uoR4ui2R1-+N1R3ui1基本電路有利于抑制共模干擾和減小溫度漂移2434121120)(1

15、 (iiuRRRRRuRRu只對差模信號進行放大只對差模信號進行放大R3uoR4ud/2R1-+N1R2ud/2uic共模與差模輸入共模與差模輸入典型測量放大電路的設計典型測量放大電路的設計（3）基本差動放大電路）基本差動放大電路2434121120)(1 (iiuRRRRRuRRuicicuRRRRRuRRu)(1 (43412120假設放大器只有共模信號作用時當R1=R3，R2=R4時，uoc=0即輸出信號中無共模信號成分。特性特性：共模抑制比高，輸入阻抗低，增益調(diào)節(jié)困難。差模、共模信號共同作用時，有iddiccuKuKu0共模抑制比為：cdCMRRKKK 工程上，工程上，R R1 1=

16、=R R3 3，R R2 2= =R R4 4時，即輸出信號中無共模信號成分，時，即輸出信號中無共模信號成分，只對差模信號進行放大只對差模信號進行放大。 電阻的誤差越小，差動增益越大，共模抑制比越高。 一般來講，集成化的差動放大電路性能好，主要體現(xiàn)在共模抑制比高，溫度性能好。如INA105INA105、INA106INA106、INA117INA117等。 抑制零點漂移通常采用差動放大電路。CMRRcKK, 0當?shù)湫蜏y量放大電路的設計典型測量放大電路的設計（4）高共模抑制比放大電路：）高共模抑制比放大電路：應用于要求共模抑制比大于 100dB的場合。1. 雙運放高共模抑制比放大電路雙運放高共模

17、抑制比放大電路-反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)性反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)性ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1R2R7 =R4R5R6uo-+N1-+N2反相反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo=(R2/R1)(R6/R4)ui1-(R6/R5)ui2當 R2/R1=R4/R5，ui1=ui2 時，uo=0，共模信號得到抑制。通常取R1=R5，R2=R4 。輸入阻抗較低輸入阻抗較低1. 雙運放高共模抑制比放大電路雙運放高共模抑制比放大電路-同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1同相同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo1=(1+R2/R1) ui1(uo1ui2)/R3= (ui2uo)

18、/R4uo=(1+R4/R3) ui2 -(1+R2/R1)(R4/R3)ui1為了獲得零共模增益，可取為了獲得零共模增益，可取 R1/R2=R4/R3 uo=(1+R4/R3) uid具有極高的輸入阻抗具有極高的輸入阻抗id314234ic3142ou)21 (21u)1 (uRRRRRRRRRR2. 三運放高共模抑制比放大電路三運放高共模抑制比放大電路ui1ui2uo1uo2R1RPR2R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3R7RP1R8 N1 、N2為兩個性能一致的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級。 N3構(gòu)成雙端雙端輸入單端輸出的輸出級。用來進一步抑制共

19、模信號，適應接地負載需要。IR=(uo2ui2)/R2=(ui1uo1)/R1=(ui2ui1)/R0 )(1 (12i02112ioouuRRRuu2011011-)1 (iiouRRuRRu1022022-)1 (iiouRRuRRu010211201221RRRRRuuuuKiiod差模增益為：特點特點：很高的共模抑制比很高的共模抑制比； 當N1、N2性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電 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，不要求外部 電阻匹配。輸入阻抗高；輸入阻抗高；增益可調(diào)（增益可調(diào)（RPRP）。）。 調(diào)節(jié)R0可以改變增益而不影響電路的對稱性。)(

20、1 (12i02112ioouuRRRuuR7R7、R8R8和和RP1RP1為共模補償電路，通過調(diào)節(jié)為共模補償電路，通過調(diào)節(jié)RP1RP1，可補償電阻的不對稱，獲得更高可補償電阻的不對稱，獲得更高CMRRCMRR。（5）有源屏蔽驅(qū)動電路：）有源屏蔽驅(qū)動電路：共模電壓自舉icsuCRU）（11aj-1icsuCRU）（22bj-1icssuCRCR）2211id(ju要精確保持 較為困難。2211CRCRss將N1、N2的輸出共模電壓通過R0加到兩個電纜屏蔽層上，使uc等于共模輸入電壓uic，即兩電纜的輸入芯線和屏蔽層間的共模電壓為零。消除了屏蔽電纜電容的影響。有源屏蔽驅(qū)動電路應用于何種場合? 經(jīng)

21、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。典型的三運放單片集成運放：LH0036、AD612、AD614（6）低漂移放大電路）低漂移放大電路1. 自動調(diào)零放大電路自動調(diào)零放大電路 （動態(tài)較零放大電路） 主要用于消除輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響。失調(diào)和低頻干擾比普通運放降低了3個數(shù)量級?？捎梢粔K四運放和一塊四位模擬開關(guān)組成，成本低。N1：主放大器N2：誤差保持電路N3：時鐘發(fā)生器N4：反相器當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)：Uc1（Uo1U0s2）K2Uo1（U0s1Uc1）K1 Uc1 U0s1 U0s2 / Kf1 U0

22、s1 電容電容C C1 1寄存了運算放大器寄存了運算放大器N N1 1的失調(diào)電壓的失調(diào)電壓U U0s10s1。誤差保持誤差保持調(diào)零放大輸出調(diào)零放大輸出當N3輸出低電平，Sa1、Sb2導通：Uo (R2/R1)Ui （ Uc1 U0s1）K1 (R2/R1)Ui 實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的。2. 低漂移集成運算放大器低漂移集成運算放大器 輪換自動較零集成運算放大器（輪換自動較零集成運算放大器（CAZ運放）運放） 通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。 電路特點：放大不間斷，輸出穩(wěn)定。對共模電壓無抑制。2. 低漂移集成

23、運算放大器低漂移集成運算放大器 斬波穩(wěn)零集成運算放大器斬波穩(wěn)零集成運算放大器 N1為主放大器， N2為調(diào)零放大器。模擬開關(guān)S由時鐘驅(qū)動。時鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，時鐘為低電平，Sb1、Sb2閉合。誤差檢測和寄存階段：誤差檢測和寄存階段： 時鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，N2兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s2和共模信號Uc作用并輸出，由電容C2寄存，反饋到N2的側(cè)向輸入端A2。0222202O2UUKUKUKccscsUKKUKK22c2022O211U12K因csUKKUKK22c2022O2c2UU輸入時的放大倍數(shù)：側(cè)向端的開環(huán)共模放大倍數(shù)：2222cAKNK校零和放大階段：

24、校零和放大階段： 時鐘為低電平，Sb1、Sb2閉合，輸入信號Ui同時作用到N1、N2的輸入端。N2除輸入Ui、U0s2和Uc外，在側(cè)向端A2還作用著Uc2，此時N2的輸出為Uo2=K2Ui 。N2的失調(diào)電壓U0s2和共模電壓Uc全部被消除，達到穩(wěn)零目的。Uo1=K1 (Ui + U0s1 ) +Kc1Uc + K1 Uo2將Uo2=K2Ui代入上式，得Uo1=(K1+ K1K2) Ui +K1U0s1+Kc1Uc 。式中(K1+ K1K2)為整個放大器的開環(huán)放大倍數(shù)為整個放大器的開環(huán)放大倍數(shù)，一般為140160dB。( K1U0s1+Kc1Uc)為輸入失調(diào)電壓和共模信號產(chǎn)生的誤差項。失調(diào)電壓K

25、1U0s1誤差項等效輸入失調(diào)電壓。 U0s=K1U0s1/(K1+ K1K2) U0s1/（1+K2） U0s1/K2 。可見整個運放的失調(diào)電壓為U0s，相當于把N1的失調(diào)電壓U0s1縮小至1/K2，K2約為100db，則U0s可小于1V。共模信號誤差Kc1Uc為輸入端共模誤差電壓Uc ，即Uc =Kc1Uc1 / K1K2 =Uc /K2CMRR1 =Uc /CMRR，其中CMRR= K2CMRR1 。整個運放的共模抑制比比N1提高K2倍。斬波穩(wěn)零集成運算放大器（斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)ICL7650) 優(yōu)點：優(yōu)點：1）高增益； 2）失調(diào)電壓影響小；3）高共模抑制比； 4）高

26、輸入電阻（達1011) ；5）屬于低壓CMOS器件，典型電壓值為6V。（7）高輸入阻抗放大電路）高輸入阻抗放大電路 電容傳感器或壓電傳感器的輸出阻抗很高（達108)，這就要求測量放大電路有很高的輸入阻抗。高輸入阻抗集成運算放大器高輸入阻抗集成運算放大器 采用MOSFET作為輸入級的集成運放的輸入阻抗很高，如CA3140，CA3260等，它們的輸入阻抗可達1.5106M以上。 采用FET作為輸入級的集成運放輸入阻抗也能達1106 M，且性能穩(wěn)定，不易損壞。如LF356/A,LF412,LM310和LF444等。 高輸入阻抗集成運算放大器安裝在印刷電路板上，會因周圍漏電流流入高輸入阻抗而形成干擾。

27、 將運放的高阻抗輸入端周圍用導體圍住，構(gòu)成屏蔽層，并把屏蔽層接到低阻抗處，如此，屏蔽層與高阻抗間無電壓差，防止了漏電流的流入。電壓跟隨器同相放大器反相放大器自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路 放大電路的輸出電壓通過反饋加到反相輸入端，由于虛短，此跟隨電路R1兩端等電位，即R1兩端無電流流過，R1趨無窮大。輸入電阻 這種利用反饋，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路稱為自舉電路自舉電路。21RRRi同相交流放大電路同相電壓跟隨電路自舉組合電路自舉組合電路iURRU130iURRUu2203102iiiiURRRRRUURUiI2112202121i輸入電阻1221RRRR

28、IURiii當當R1=R2時，時，Ri ，i2=(uo2-ui)/R2=ui/R1=i1輸入回路無電流。實際應用中總有一些偏差，若偏差為0.01%，當R1=10K時，輸入阻抗高達10M。自舉電路需注意的問題：自舉電路需注意的問題：1 1）何謂自舉電路）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。2 2）是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？）是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？ 不是的。因為測量放大電路的輸入阻抗越高，輸入端的噪聲就越大。高輸入阻抗電路常應用于傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。如電

29、容式、壓電式傳感器的測量放大電路。（8）電荷放大電路：）電荷放大電路：是一種輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系的測量放大電路。 例如，壓電式傳感器或電容式傳感器可將某些被測量（如力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電荷信號輸出，再通過電荷放大電路輸出放大的電壓信號。因此，電荷放大電路亦稱電荷-電壓變換電路。QCuo-+NQCRRiCiCcRsCs-+Nuob) 實際等效電路圖實際等效電路圖QCuo-+Na) 基本原理圖基本原理圖Cs傳感器等效電容， Rs傳感器泄漏電阻，Cc 電纜電容， Ri 運算放大器的輸入電阻，Ci 運算放大器的輸入電容。 R 電荷泄放電阻。 （8）電荷放大電路）電荷放大電路CQou將C、R等效到

30、N的輸入端，等效電阻R/(1+K)， 等效電容C= C(1+K)， 若K足夠大，則 )1 (j)1 ()1 ()1(jicsisoCKCCCRKRRQKURCRQUj1jocsicsi(1)CCCCCCCK CRCf21L若 足夠大,相對運算誤差頻率特性 ,下限截止頻率： 高頻特性由運放器件特性決定。若電纜很長，雜散電容和電纜的分布電容Cc、電阻Rc都增加，分別對運算誤差和下限頻率有一定影響。需較長電纜時，應選低電容電纜。 與與K K成反比成反比（9）電流放大電路：）電流放大電路：是一種將微弱電流放大的測量放大電路。1RIUiA0iU2IIIiL22RIUA211221/1RRRURUIIII

31、IKAAiiiLi（9）電流放大電路實例）電流放大電路實例電流電流電壓電壓電流電流RIUiip341/1URRU）（ i12p122-1URRURRU）（ 1i52p531523411pi52101-RURRURRRRRRRRRUURUUI）（）（當滿足平衡條件）（52341RRRRRi1521i52011IRRRRRURRI）（）（掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡STM（10）電橋放大電路）電橋放大電路：由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路，或由傳感器和運放構(gòu)成的電橋。 應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放

32、大，或由傳感器和運算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。 反相反相輸入電橋放大電路輸入電橋放大電路因a點為虛地，故uo反饋到R1兩端的電壓定是-uabuZZZZZZuab)(313424uZZZZZZRRRu)()()(313424211ouZZZZZZZZRRu)()1 (4231413212o)2(14)1 (12ouRRu若Z1=Z2=Z4=R, Z3=R(1+), =R/R，則 浮置電源浮置電源)2(14)1 (12ouRRu同同相相輸入電橋放大電路輸入電橋放大電路作業(yè)：推導作業(yè)：推導2-30（b）同相輸入電橋放大電路計算公式。）同相輸入電橋放大電路計算公式。差動差動輸入

33、輸入電橋放大電路電橋放大電路R1=R2 R 221ouRRRuua)2()1 (uub若運放為理想工作狀態(tài)，即ua=ub，則 4)2(1)21 (1ouRRu增益與R有關(guān)，且橋臂電阻R與R1的溫度系數(shù)不一致時，增益也不穩(wěn)定。只有當1時，u0與才近似成線性關(guān)系。此種電路僅適用于低阻值傳感器，且測量精度要求不高的場合。線性線性電橋電橋放大放大電路電路把傳感器構(gòu)成的可變橋臂R2接在運放負反饋回路。)(313RRRuubuRRRRuRRRRRRRu31231231312o)(1 (RRRuu1oua = ub 當R3 =R時 量程較大，但靈敏度較低。 磁力顯微鏡磁力顯微鏡 MFM（11）增益調(diào)整放大電

34、路）增益調(diào)整放大電路手動增益調(diào)整放大電路手動增益調(diào)整放大電路2034323111i1RuuRuuRuuRuu243424212i2RuRuuRuuRuu因因u1=u2u1=u2idiiouRRRRuuRRRR)1 (2)(1 (2u21212212R增益與R非線性，僅用于調(diào)整范圍小于10%的場合。（10）增益調(diào)整放大電路）增益調(diào)整放大電路自動增益調(diào)整放大電路：自動增益調(diào)整放大電路：根據(jù)輸入信號大小，自動改變放大器反饋電阻或輸入回路衰減電阻。Rx=R3+r V飽和導通，飽和導通，r很小，電路增益最大很小，電路增益最大; ; V截止，截止，r，電路增益最小。，電路增益最小。 2424oi1xRRR

35、 RRuuR 作業(yè)：推導圖作業(yè)：推導圖2-35（a）的輸出電壓計算公式。）的輸出電壓計算公式。改變反饋電阻改變反饋電阻（10）增益調(diào)整放大電路）增益調(diào)整放大電路自動增益調(diào)整放大電路：自動增益調(diào)整放大電路：根據(jù)輸入信號大小，自動改變放大器反饋電阻或輸入回路衰減電阻。改變輸入回路衰減電阻改變輸入回路衰減電阻r/1K123fRRR當ui較小時，控制信號使V1導通，進而V2也導通，R1被V2的漏源電阻rDS并聯(lián)，此時電路增益最大。晶體管工作原理晶體管工作原理以以NPN型為例型為例晶體管工作原理晶體管工作原理以以NPN型為例型為例晶體管工作原理晶體管工作原理以以NPN型為例型為例晶體管工作原理晶體管工作

36、原理以以NPN型為例型為例晶體管工作原理晶體管工作原理以以NPN型為例型為例晶體管工作原理晶體管工作原理以以NPN型為例型為例（10）增益調(diào)整放大電路）增益調(diào)整放大電路可編程增益放大電路：可編程增益放大電路：通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制放大電路的增益。PGA二極管二極管用于提高開關(guān)斷開時的抗干擾性能，消除輸入噪聲和其他高阻效應。當開關(guān)斷開時，若輸入信號使U0高于柵極電位時，由于二極管正向偏置，開關(guān)的源極將被鉗位在0.6V，保證開關(guān)不接通。開關(guān)導通電阻影響電路精度，開關(guān)分布電容形成的切換尖峰影響電路的穩(wěn)定可靠和工作速度。僅用于低增益和低精度的場合。根據(jù)需要將R3R6與 R2并聯(lián)，使增益減小。單運放式（10）增益調(diào)整放大電路）增益調(diào)整放大電路可編程增益放大電路：可編程增益放大電路：通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制放大電路的增益。PGA多運