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第二章信號(hào)放大電路運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償1噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)2典型測量放大電路3隔離放大電路4一、實(shí)際運(yùn)算放大器及其特性理想∞0∞00~∞0第一節(jié)運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償實(shí)際90~100dB以上0dB以上100KΩ~數(shù)百兆Ω10~數(shù)百Ω0~10Hz(或0~10kHz)不可能差模增益kd共模增益ke輸入電阻ri輸出電阻ro帶寬相移二、失調(diào)及其補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓:集成運(yùn)算放大器輸出直流電壓為零時(shí),所加的補(bǔ)償電壓。 常用代號(hào)Uos(mV數(shù)量級(jí))
Uos隨時(shí)間和溫度而變化——零點(diǎn)變動(dòng)——稱為零點(diǎn)漂移。 輸出失調(diào)電壓:Ui=0,輸出不為0時(shí)輸出端的電壓RP接入反相端RP接入同相端補(bǔ)償a.外接失調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)b.運(yùn)放常有失調(diào)調(diào)零端Op07集成運(yùn)算放大器1、8腳之間就是輸入失調(diào)電壓的調(diào)零端輸入偏置電流:在標(biāo)準(zhǔn)電源電壓及室溫下,集成運(yùn)放輸出電壓為0時(shí),兩個(gè)輸入端靜電流的平均值。注意:這是使輸入級(jí)能正常工作所需要的電流(這樣后級(jí)才能正常工作)IBPIBNQ1Q2IO輸入偏置電流是提供OPA動(dòng)作的原動(dòng)力輸入失調(diào)電流:
在標(biāo)稱電源及其室溫下,當(dāng)集成運(yùn)放的輸出電壓為0時(shí),流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差。IBPIBPIBNIBNVEEVCCVOIOS=|IBP-IBN|產(chǎn)生原因:實(shí)際上無法使Q1與Q2完全對(duì)稱,β值不匹配,IBP≠IBN??刹捎煤唵蔚难a(bǔ)償技術(shù)減少輸入失調(diào)電流在電路中的影響uoR3R1R2∞-++N1IB1IB2VXVY如果R3=R1//R2,IB1≠IB2,則VO=R2(IB1?IB2)=R2IOS,我們應(yīng)該看到R2越大,輸出失調(diào)越大,因此反饋電阻R2能取的太大么?通常R2
=10~100KΩ三、運(yùn)放的振蕩與相位補(bǔ)償U(kuò)iUioUfUo電流、電壓反饋:將負(fù)載電阻短接,看反饋信號(hào)是否消失,若消失,則為電壓反饋,反之電流反饋。XoXiXsXfAβ自激振蕩:指在沒有輸入信號(hào)時(shí)(Ui=0),放大電路也有輸出(Uo≠0),通常可以由示波器觀測到輸出的振蕩波形。一個(gè)具有負(fù)反饋電路的放大器,只要βA產(chǎn)生180°的相位差,即可能激發(fā)振蕩。環(huán)路增益的相位由于一般的OPA內(nèi)部是由2~3段的放大器組成,因此出現(xiàn)三個(gè)極點(diǎn)的機(jī)會(huì)相當(dāng)多,結(jié)果就會(huì)發(fā)生如圖的相移情況。最基本的方法就是把fo1移到更低的頻率處來工作。相位補(bǔ)償:在反饋放大電路的適當(dāng)部分加入RC網(wǎng)絡(luò),以改變AF的頻率響應(yīng)。uoR3uiR1R2∞-++N1C2防止自激振蕩的C1很多集成運(yùn)放都有外接相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)端在高頻區(qū)將產(chǎn)生附加相移,這就可能使負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?,此時(shí),如反饋深度較深,即≥1,就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩,從而使運(yùn)放無法穩(wěn)定地工作。ViC|A|AO0.1fp10fpRC電路波德圖fo1fo1’fo2fo3第二節(jié)噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)通常,傳感器的輸出信號(hào):幾毫伏,甚至更小。放大器輸入噪聲及其本身噪聲,往往大于放大器的輸入信號(hào)。怎么辦? ---→需要減小噪聲。噪聲定義:干擾有用信號(hào)的某種不希望的擾動(dòng)。
內(nèi)部的稱為噪聲,外部的稱為干擾。
噪聲的波形是隨機(jī)的,即它的幅值、相位、頻率都是隨機(jī)的,其瞬時(shí)值不能預(yù)測,但每Hz帶寬內(nèi)包含的噪聲功率從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看是一個(gè)常數(shù)。
噪聲的頻率是固定的,是可以預(yù)測的,但幅值與相位有可能是隨機(jī)的。例如接地噪聲。噪聲白噪聲:色噪聲:電路中常見的固有噪聲:
熱噪聲
散彈噪聲
低頻噪聲一.噪聲的種類和性質(zhì)1.熱噪聲絕對(duì)零度以上的導(dǎo)體電子都有隨機(jī)運(yùn)動(dòng),與溫度有關(guān)。電子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很多電流脈沖,均值為0。定義: ----導(dǎo)體中電荷載流子的熱激振動(dòng)引起的。與頻率無關(guān),屬于色噪聲還是白噪聲?電流經(jīng)電阻后產(chǎn)生噪聲電壓,方均值不為零方均值電壓:K—玻耳茲曼常數(shù)K=1.38×10-23J/KT—絕對(duì)溫度B—噪聲帶寬R—導(dǎo)體的電阻或阻抗實(shí)部例如:室溫下290k下,R=1000Ω,B=1Hz,則可求得Ut(t)=4nV等效模型:Ut(t)噪聲電壓R無噪聲電阻但是,B=1KHz,R=10MΩ時(shí),則可求得Ut(t)=12.7uV2.低頻噪聲低頻噪聲電壓的方均值與頻率大小成反比,又稱1/f噪聲。方均值:式中k1—與材料有關(guān)的常數(shù)。
I—工作電流。
a,b—由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù),對(duì)各種半導(dǎo)體b=0.8~1.5,a通常為1。
f—
工作頻率。一般,頻率低于1KHz時(shí),低頻噪聲有很大作用,特別對(duì)于MOS場效應(yīng)管更為明顯,所以調(diào)制頻率不應(yīng)選得太低,至少高于1KHz。色噪聲3.散彈噪聲由于流過二極管、三極管位壘區(qū)的載流子不是連續(xù)的,顯脈沖性質(zhì),這種脈沖電流的平均值為0,方均值不為0。q—電子電荷,1.59×10-19CB—頻寬IDC—直流電流可見方均根值正比與,與f無關(guān)。白噪聲r(shí)e首先把放大器視為無噪聲方框Ut(t)—
加到放大器輸入端的熱噪聲,通常是信號(hào)源內(nèi)產(chǎn)生熱噪聲RS—信號(hào)源內(nèi)阻放大器的噪聲用輸入端串聯(lián)的噪聲電壓發(fā)生器Un(t)和輸入端并聯(lián)的電流發(fā)生器In來代替。Un(t)—放大器各級(jí)電壓噪聲折算到輸入端的等效值。In—放大器各級(jí)電流噪聲折算到輸入端的等效值。Uni(t)Un(t)ZiInRSUt(t)USUo放大器二.處理放大器噪聲的方法1.等效輸入噪聲把這三個(gè)噪聲等效到放大器的輸入端去,用Uni(t)來代替,當(dāng)Zi>>Rs時(shí),∴等效噪聲電壓Uni(t)與放大器自身參數(shù)有關(guān)信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)當(dāng)Rs=0時(shí),與電壓噪聲有關(guān)當(dāng)Rs足夠大時(shí),與電流噪聲有關(guān)這種關(guān)系可見圖2-41Uni(t)Ut(t)UnlgRsInRs衡量放大器中信噪比惡化程度的指標(biāo)。
信噪比——信號(hào)有效功率S對(duì)噪聲有效功率N之比,S/N。噪聲系數(shù):理想運(yùn)算放大器F=?,我們應(yīng)該努力減小還是增加F?重要結(jié)論:Rs=ro
,此時(shí)為最佳源電阻。注意:最佳源電阻完全取決于噪聲模型(Un—In)與輸入阻抗無關(guān)2.噪聲系數(shù)3.最小噪聲系數(shù)和最佳源電阻補(bǔ)充:數(shù)字濾波降噪技術(shù)(軟件濾波算法)滑動(dòng)平均濾波方法:把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列,隊(duì)列的長度固定為N,每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則),把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果。N值的選?。毫髁?,N=12;壓力:N=4;液面,N=4-12;溫度,N=1-4作用:抑制隨機(jī)噪聲,并保留信號(hào)陡峭邊沿非常有效,缺點(diǎn)是靈敏度下降。累加平均濾波(算術(shù)平均濾波)方法:連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算。N值較大時(shí):信號(hào)平滑度較高,但靈敏度較低;N值較小時(shí):信號(hào)平滑度較低,但靈敏度較高。累加平均次數(shù)和信噪比之間的關(guān)系由以下公式表示:其中M是累加平均次數(shù),
SNRa是累加前的信噪比,
SNRb是累加后的信噪比。作用:抑制隨機(jī)噪聲,缺點(diǎn)是對(duì)于測量速度較慢或響應(yīng)速度要求較高的場合不適用。第三節(jié)、
典型測量放大電路測量放大電路的結(jié)構(gòu)形式是由傳感器的類型決定的。例如:電阻應(yīng)變式傳感器——電橋放大器光電池、光敏電阻——電流放大器一、測量放大電路的基本要求和類型①阻抗匹配②增益穩(wěn)定③低噪聲 ④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流、低溫漂⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率(放大瞬態(tài)信號(hào)、輸出電壓跟蹤輸入電壓的能力)⑥高共模輸入范圍(幾百伏)和高共模抑制比⑦可調(diào)的閉環(huán)增益 ⑧線性好、精度高⑨成本低測量放大電路(按結(jié)構(gòu)原理)差動(dòng)直接耦合式調(diào)制式:斬波穩(wěn)零自動(dòng)穩(wěn)零式:自動(dòng)穩(wěn)零放大電路單端輸入(同相/反相)放大電路電橋放大電路電荷放大電路二、反相放大電路uoR3uiR1R2∞-++N1閉環(huán)增益Ri=R1,Ro=0可見輸入阻抗不高,(100~1000)Ω
≤R1≤(5~100)KΩ,(100~1000)Ω
≤R2≤(50~1000)KΩ,在提高放大器的輸入阻抗與提高電路的增益之間存在一定的矛盾,可用變形一。R3=R1//R2帶濾波器的反相放大器見變形二。Kf=uo/ui=–R2/R1uoR3uiR1R2∞-++N1C1C3交流反相放大電路:增益和阻值Kf=–R2/R1R3=R2
電容作用C1:隔直電容C3:旁路電容,防止振蕩C3R3>C1R1三、同相放大電路uoR3uiR1R2∞-++N1Kf=uo/ui=1+R2/R1R3=R1//R2Zi=Kzin/(1+R2/R1)+R3→∞Ro=0同相輸入運(yùn)算放大器的同相端和反相端都等于輸入電壓,相當(dāng)于輸入端有一個(gè)共模信號(hào),因此構(gòu)成同相放大器時(shí)要求運(yùn)放有較高的共模抑制比和較大的共模信號(hào)輸入電壓范圍。特例:電壓跟隨器平衡電阻uoR3uiR1R2∞-++N1C1同相交流放大電路:C1:隔直電容R3:C1的放電回路,注意:R3
必須有Zi=R3
使同相放大器失去高輸入阻抗的特點(diǎn)交流電壓跟隨電路?uoR3uiR2∞-++N1C1補(bǔ)充:電壓跟隨器的應(yīng)用實(shí)例PH傳感器電路中,前級(jí)輸出阻抗很高,電壓跟隨器具有高輸入阻抗,可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶負(fù)載能力的作用。四、差動(dòng)放大電路什么是差動(dòng)放大器?差動(dòng)放大器是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個(gè)輸入端,然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分,而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。R2uoR4ui2R1∞-++N1R3ui1基本電路R2uoR4uid/2R1∞-++N1R3uid/2uic共模與差模輸入差模電壓uid=ui2﹣ui1
由線性疊加原理分析可得若R1=R3,R2=R4,則uo=﹣(R2/R1)ud即只對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大這時(shí)若只有共模信號(hào)時(shí),uoc=0,抑制共模信號(hào)共模電壓uic=(ui1+ui2)/2抑制能力的大小,常用共模抑制比CMRR來表示:如何求差動(dòng)放大電路的共模抑制比?要使CMRR→∞,可得工程上為了減少器件品種和提高工藝性R1=R3R2=R4五、高共模抑制比放大電路什么是高共模抑制比放大電路?用來抑制傳感器輸出共模電壓(包括干擾電壓)的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應(yīng)用于何種場合?應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場合,例如人體心電測量。一般的運(yùn)放共模抑制比80db左右所以我們采用多運(yùn)放組合而成的測量放大電路,共模抑制比100~120dB1.雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路①反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1∥R2R7=R4∥R5∥R6uo∞-++N1∞-++N2AN1反相放大:可見當(dāng),ui1=ui2時(shí),uo=0,共模抑制通常取R1=R5,R2=R4,共模抑制比與電阻精度有關(guān)系。②同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1N1同相放大N2同相放大,輸出端有共模電壓:差模電壓:uid=ui2-ui1上式改為:如何得到零共模增益?同時(shí),同相輸入,輸入阻抗很大2.三運(yùn)放高共模抑制比電路uoui1ui2uo1uo2R1RoR2R7RPR8R3R4R6R5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3大范圍增益調(diào)整電路差分放大N1N2兩個(gè)完全一樣的運(yùn)放構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí)N3
雙端輸入單端輸出差放差模增益:由此我們可以看到共模信號(hào)是被抑制的,且不要求外部電阻匹配,同時(shí)為了消除N1、N2輸入偏置電流,取R1=R2,調(diào)節(jié)電位器Ro,還可改變差模增益,這就是我們所說的大范圍增益調(diào)整電路缺點(diǎn):N1和N2的CMRR1、CMRR2不相等時(shí),會(huì)把輸入端的共模信號(hào)傳到輸出端。同時(shí),N3輸出級(jí)前提:R3=R4,R5=R6電阻偏差很大,影響輸出,精度控制在0.1%之內(nèi)N3兩端之間接入R7和R8和RP共模補(bǔ)償電路,調(diào)節(jié)RP,可補(bǔ)償電阻的不對(duì)稱。補(bǔ)充:單片集成測量放大器以AD620為例(典型三運(yùn)放結(jié)構(gòu))特點(diǎn):1.低成本,高精度;2.電源范圍寬(±2.3~±18V)3.體積小,低功耗(≤1.3mA)4.只需一個(gè)外部電阻就可設(shè)置放大倍數(shù)1-1000;
單片集成測量放大器的優(yōu)點(diǎn):無需為組裝挑選性能完全一致的幾個(gè)集成運(yùn)放。應(yīng)用場合:常用于傳感器接口電路,心電圖檢測儀,
精密電壓電流轉(zhuǎn)換電路等。為保證增益控制的高精度,輸入三極管用差分雙極輸入;用超β工藝獲得更低的輸入偏置電流;通過輸入級(jí)內(nèi)部Q1-A1-R1和Q2-A2-R2反饋環(huán)路,保持輸入三極管的集電極電流恒定,所以輸入電壓相當(dāng)于加到外部增益控制電阻RG上;兩個(gè)內(nèi)部增益電阻R1和R2精確確定為24.7KΩ。電路增益:3KΩ,﹢5V供電的壓力傳感器電橋:電橋功耗僅1.7mA,AD620和AD705緩沖電壓驅(qū)動(dòng)器對(duì)信號(hào)調(diào)節(jié),使總供電電流僅為3.8mA,電路產(chǎn)生的噪聲和漂移極低。應(yīng)用舉例:壓力傳感器檢測電路AD705及其外圍電路作用:右腿驅(qū)動(dòng),有緣屏蔽驅(qū)動(dòng)。前置放大增益不能過大,RG=8.25KΩ,G=7。應(yīng)用舉例:心電檢測電路1.自動(dòng)調(diào)零放大電路N1——主放N2——誤差保持N3——時(shí)鐘發(fā)生器(方波發(fā)生器)N4——N3的反相器Sa1、Sa2、Sb1、Sb2——模擬開關(guān)N3驅(qū)動(dòng)Sa1、Sa2,高電平導(dǎo)通,Sa1、Sa2導(dǎo)通時(shí),Sb1、Sb2斷開六、低漂移放大電路(穩(wěn)零放大電路)為了減少失調(diào)減小低頻干擾常采用斬波穩(wěn)零放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路.Sa1、Sa2導(dǎo)通時(shí),Sb1、Sb2斷開時(shí),失調(diào)調(diào)零狀態(tài),把失調(diào)電壓記錄下來前半周:N1輸入接入,只存在輸入失調(diào)電壓Uos1N1輸出為Uo1N2放大C1保持N2也存在失調(diào)電壓Uos2∴Uc1≈Uos1C1寄存了N1的輸入失調(diào)電壓b)誤差保持K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2后半周:N3輸出低電平,Sa1、Sa2斷開,Sb1、Sb2斷合,電路進(jìn)入信號(hào)放大狀態(tài)。接通Ui,Ui反相放大+輸入失調(diào)放大+C1的寄存電壓∴Uo≈-(R2/R1)Ui實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零優(yōu)點(diǎn):1、輸出電壓穩(wěn)定,波動(dòng)小。
2、失調(diào)和低頻干擾小
3、成本低適用于毫伏級(jí)的低電平放大。UoC1UiR1R2K1-++N1c)調(diào)零放大輸出2.低漂移集成運(yùn)算放大器輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器CAZ運(yùn)算放大器斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器
ICL7650高增益、失調(diào)電壓影響小,高共模抑制比和高輸入電阻(1011Ω),輸入失調(diào)電壓±(1~5)uV,普通運(yùn)放±(2~6)mV。七、高輸入阻抗放大電路電容式、壓電式傳感器的輸出阻抗很高。108Ω以上雖然開環(huán)運(yùn)放具備高阻抗,但是閉環(huán)以后,例如反相放大器的輸入阻抗<<同相放大器??稍谳斎攵思与妷焊S器,但引入了跟隨器的共模誤差。解決方法高輸入阻抗集成運(yùn)放通用運(yùn)放組成的自舉電路1.高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器輸入級(jí)類型輸入阻抗
芯片代表MOS—FET 1.5×106MΩ CA3140、CA3260FET 106MΩLF356/A、LF412CMOS—FET 106MΩ ICL7613、ICL7641B/C2.自舉式高輸入阻抗放大電路R3uoR1R2C2C1∞-++uia)同相交流放大電路uouiR1R2C2C1R3∞-++b)交流電壓跟隨電路uouii1i2R1iuo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2c)自舉組合電路總結(jié):①自舉電路:是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位,減少向輸入回路索取電流,從而提高輸入阻抗的電路。②是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗?八、電荷放大電路壓電式傳感器電容式傳感器將壓力、位移等電荷信號(hào)電荷放大電路基本原理:uoCQ運(yùn)算放大器N的反相端與傳感器相連,N的輸出經(jīng)電容C反饋致其輸入端。若N為理想工作狀態(tài),則反相輸入端為虛“地”,直流輸入阻抗很高,傳感器的輸出電荷只對(duì)反饋電容C充電,電容C兩端的電壓為Q/C,則電荷放大電路的輸出是:所以,電荷放大電路的輸出電壓與輸入電荷量成正比,與反饋電容成反比,而與電路其他參數(shù)無關(guān)。九、電流放大電路基本原理:運(yùn)算放大器N的正相端接地,N的輸出端經(jīng)電阻分壓反饋至反相端。若N為理想工作狀態(tài),則反相輸入端為虛地,所以Ui=0。由于虛斷,N的兩個(gè)輸入端電流為0,所以,輸入電流信號(hào)全部流經(jīng)電阻R1,經(jīng)分析可得電流放大倍數(shù):所以,電流放大電路的輸出電流與輸入電流成正比,放大倍數(shù)與電阻R1、R2有關(guān),而與電路其他參數(shù)無關(guān)。光電傳感器等將光強(qiáng)信號(hào)等電流信號(hào)電流放大電路參考課本圖2-28及2-29十、電橋放大電路何謂電橋放大電路?由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。電感式電阻應(yīng)變式電容式傳感器通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓/電流信號(hào)如果Z1=Z2=Z4=R,Z3=R(1+δ),δ為傳感器電阻的相對(duì)變化率非線性在δ<<1時(shí),此時(shí),輸出電壓與電橋電阻R無關(guān),靈敏度不受R影響.此外,該電橋電路中電源U需要浮置。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na)反相輸入單端輸入電橋放大電路注意:1.非線性仍存在。2.電橋四個(gè)橋臂的電阻同時(shí)變化時(shí),電壓放大倍數(shù)不是常量。3.橋臂電阻R和R1的溫度系數(shù)不一致時(shí),增益不穩(wěn)定,存在溫漂。差動(dòng)輸入電橋放大電路參考課本圖2-31uoR3R2
=R(1+δ)R1uuaR1ub∞-++NC)線性電橋放大電路若R2=R(1+δ),R3=R時(shí),注意:uo與δ成正比,即該電路為線性,但是缺點(diǎn)是靈敏度與橋臂電阻R有關(guān),量程較大,靈敏度較低。但a,b之間有很大的共模電壓,所以所選運(yùn)放共模電壓要小,失調(diào)也要小線性電橋放大電路十一、增益調(diào)整放大電路整調(diào)放大倍數(shù)手動(dòng)自動(dòng)程控1.手動(dòng)增益調(diào)整電路-+ui1ui2u1u2uo左圖為匹配電阻構(gòu)成的差動(dòng)放大電路,RP用來調(diào)節(jié)增益可見,只要改變RP可改變放大倍數(shù),但RP與增益之間是非線性的,因此調(diào)整范圍小于10%,所以也叫小范圍增益調(diào)整電路。大范圍增益調(diào)整電路,在三運(yùn)放電路中已經(jīng)介紹過。注意這里是手動(dòng)調(diào)節(jié)RP的值,不是自動(dòng)的。2.自動(dòng)增益調(diào)整電路電路增益自動(dòng)在最大、最小之間變換。改變反饋電阻改變輸入回路衰減電阻圖2-35a)改變反饋電阻的方法,反相放大的一個(gè)例子+uiR3控制信號(hào)a)改變反饋電阻當(dāng)ui很小時(shí),控制信號(hào)為零電平,V飽和導(dǎo)通,電路增益最大。當(dāng)ui很大時(shí),控制信號(hào)為負(fù)電平,V截止,電路增益最小。uoRxuiR1R2∞-++NR4U2同理,R1和結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管并聯(lián),我們把場效應(yīng)管看成一個(gè)電阻Rx。導(dǎo)通時(shí),Rx=0;截止時(shí),Rx=∞。當(dāng)ui很小時(shí),控制信號(hào)為低電平,V1、V2導(dǎo)通,電路增益最大。當(dāng)ui很大時(shí),控制信號(hào)為高電平,V1、V2截止,電路增益最小。uiuoN+V1V26VR3R2R1控制信號(hào)b)改變輸入回路衰減電阻3.可編程增益放大電路分類單運(yùn)放多運(yùn)放測量放大器可編程放大電路單片集成可編程增益放大電路①通用運(yùn)放可編程增益放大電路多路模擬開關(guān)+通用運(yùn)放uia)單運(yùn)放式4個(gè)二極管的作用:提高開關(guān)斷開時(shí)的抗干擾性能,消除噪聲和其他高阻效應(yīng)。斷開時(shí),uo使二極管正向偏置,源級(jí)箝位到0.6V,保證開關(guān)不接通。當(dāng)然,因?yàn)殚_關(guān)分布電容形成尖峰,只適用低增益、低精度場合。增益公式?ui模擬開關(guān)b)多運(yùn)放并聯(lián)式運(yùn)放多,成本高,調(diào)試難,每個(gè)運(yùn)放都要調(diào)失調(diào)。uiuo模擬開關(guān)c)多運(yùn)放串聯(lián)式但是也存在成本高,調(diào)試難的缺點(diǎn)。集成測量放大器可選擇增益大小∴外接模擬開關(guān)+反饋電阻的方式uiuoa)改變并聯(lián)輸入電阻uiuo模擬開關(guān)b)改變并聯(lián)反饋電阻uiuo++c)任意正整數(shù)增益框圖②數(shù)字式可編程增益放大電路③集成可編程增益放大電路LH0084LH0086增益公式可參考三運(yùn)放高共模抑制比放大電路什么是隔離放大電路?
隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合,即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共接地端的特殊測量放大電路。應(yīng)用于何種場合?高噪聲、高干擾情況下的測控系統(tǒng)對(duì)安全有要求的場合:核電站、高壓電生物醫(yī)學(xué)測量:確保人體不受傷害第四節(jié)、
隔離放大電路方式:光電耦合無線電波耦合超聲波耦合電磁耦合(變壓器)√前景好,帶寬√成熟,帶窄一、基本原理組成輸入放大器輸出放大器隔離器(變壓器或光電耦合)隔離電源——電源是浮置的注意:這里的輸入與輸出的地是不一樣的?;窘M成符號(hào)問題:普通運(yùn)放雖然也能抑制共模干擾,為何有些場合必須用隔離放大器呢?原理框圖a)變壓器耦合浮置電源輸入調(diào)制放大器耦合變壓器輸出解調(diào)放大器輸出輸入-+被測信號(hào)調(diào)幅波耦合放大輸出解調(diào)輸入放大器的電源如何產(chǎn)生:幾十KHZ的高頻振蕩,經(jīng)變壓器饋入輸入電路,再整流、濾波,提供隔離供電。同時(shí)這個(gè)高頻信號(hào)提供調(diào)制解調(diào)的載波信號(hào)?!嘧儔浩鞣浅jP(guān)鍵(變壓器的匝數(shù)、體積和分布電容)b)光電耦合浮置電源光耦合器輸入放大器-+輸出放大器輸出輸入LEDV被測信號(hào)LED(光信號(hào))耦合放大輸出光敏二極管轉(zhuǎn)成電信號(hào)二.通用隔離放大器1、AD277變壓器耦合隔離放大器隔離電源振蕩器調(diào)制器輸入屏蔽解調(diào)器輸出屏蔽268734195+15V-15V13121016-U100kΩ100kΩ1MΩ141115+U∞-++N1∞-++N2如圖:上面部分自左至右為信號(hào)傳輸通路
下面部分自右至
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