測(cè)控電路講義

測(cè)控電路第二章信號(hào)放大電路第一節(jié)基本放大電路

第二節(jié)調(diào)零放大電路

第三節(jié)高共模抑制比放大電路第四節(jié)電橋放大電路第五節(jié)高輸入阻抗放大電路第六節(jié)可調(diào)增益放大電路第七節(jié)隔離放大電路思考題返回上一頁(yè)下一頁(yè)一、集成運(yùn)放返回上一頁(yè)下一頁(yè)第一節(jié)基本放大電路差動(dòng)輸入級(jí)中間放大級(jí)輸出級(jí)偏置電路集成運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)(差動(dòng)放大器)抑制零點(diǎn)漂移(互補(bǔ)對(duì)稱電路)增加帶負(fù)載能力(共射電路)獲較大的提供偏置電流一、集成運(yùn)放運(yùn)放的電源：返回上一頁(yè)下一頁(yè)第一節(jié)基本放大電路A＋Vcc單電源供電A＋Vcc－Vcc對(duì)稱雙電源供電A＋Vcc1－Vcc2非對(duì)稱雙電源供電輸出電壓與電源的關(guān)系？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(jí)）開(kāi)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二、放大電路的幾個(gè)重要參數(shù):返回上一頁(yè)下一頁(yè)為什么運(yùn)算放大器是高輸入阻抗、低輸出阻抗？運(yùn)放失調(diào)電壓自動(dòng)補(bǔ)償返回上一頁(yè)下一頁(yè)運(yùn)放失調(diào)電壓自動(dòng)補(bǔ)償返回上一頁(yè)下一頁(yè)輸入偏置電流帶來(lái)的影響AUiUoR(b)AUiUoRR(c)AUiUo(a)返回上一頁(yè)下一頁(yè)

同相放大器反相放大器差動(dòng)放大器交流放大器三、基本放大電路類型返回上一頁(yè)下一頁(yè)什么叫測(cè)量放大電路？（一）同相放大器uo=(1+R2/R1)ui

Ri→∞R3=R1//R2uoR3uiR1R2∞-++N1特性：輸入阻抗高，常用作阻抗變換級(jí)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)同相放大電路的特例

－電壓跟隨器AUiUo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(jìn)行阻抗變換，常作為緩沖級(jí)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)（二）反相放大器uo=–（R2/R1）uiuoR3uiR1R2∞-++N1特性：性能較穩(wěn)定，但輸入阻抗低返回上一頁(yè)下一頁(yè)R3=R1//R2

Ri＝R1為什么性能穩(wěn)定？T型網(wǎng)絡(luò)（三）差動(dòng)放大器AUo反向輸入同向輸入差動(dòng)輸入返回上一頁(yè)下一頁(yè)什么是差動(dòng)放大器？，取電路對(duì)稱：R1＝R2，R3＝R4，返回上一頁(yè)下一頁(yè)R3uoR4ui2R1∞-++N1R2ui1基本電路特性：共模抑制比高，輸入阻抗低，常用作測(cè)量放大器的后級(jí)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)集成化差動(dòng)放大芯片：INA105，INA106，INA117等第二節(jié)調(diào)零放大電路用途：主要用于消除輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響。實(shí)現(xiàn)方式：自動(dòng)調(diào)零手動(dòng)穩(wěn)零返回上一頁(yè)下一頁(yè)（一）自動(dòng)調(diào)零放大電路UoC1UiR1R2K1-++N1c)調(diào)零放大輸出a)電路原理圖UiUoK1C1Sa1R2Sb2Sa2-++N1K2-++N2#Sb1R1###∞-++N3∞-++N4ab時(shí)鐘發(fā)生器反相器K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2b)誤差保持Uo2返回上一頁(yè)下一頁(yè)①時(shí)鐘發(fā)生器輸出“1”時(shí)：即Sa1和Sa2通，Sb1和Sb2斷Uo2

＝－（Uo1＋U0s2）K2＝Uc1——誤差采集階段Uo1＝（Uc1－U0s1）Kf1Uc1≈U0s1－

U0s2/Kf1≈U0s1即電容C1上保存了N1的失調(diào)電壓U0s1。②時(shí)鐘發(fā)生器輸出“0”時(shí)：即Sa1和Sa2斷，Sb1和Sb2通

Uo＝

－(R2/R1)Ui＋

（Uc1－U0s1）Kf1——調(diào)零放大階段

≈－(R2/R1)Ui實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的目的。返回上一頁(yè)下一頁(yè)電路特點(diǎn)：輸出電壓較穩(wěn)定，波動(dòng)??；電路成本低（實(shí)際中，用一塊四運(yùn)放LF347和一塊四模擬開(kāi)關(guān)CD4066即可組成）。返回上一頁(yè)下一頁(yè)思考所用芯片管腳圖OUT3OUT4OUT1OUT2IN1-IN1+IN2+IN2-IN4-IN4+IN3+IN3-VCC+VCC-LF347IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT3IN4OUT4CON1CON2CON3CON4VDDVSSCD4066INOUTCONCON“1”通“0”斷12345678910111213141234891011135612147返回上一頁(yè)下一頁(yè)

CAZ運(yùn)算放大器——輪換自動(dòng)校零電路輸出C1G－輸入C2+輸入

輸出R2∞-++N1∞-++N2R2C1GR2－輸入∞-++N1∞-++N2R2+輸入

a)N2處于自動(dòng)校零狀態(tài)b)N1處于自動(dòng)校零狀態(tài)C2電路特點(diǎn)：放大不間斷，輸出穩(wěn)定其性能優(yōu)于由通用運(yùn)放等分立元件組成的自動(dòng)調(diào)零放大電路。返回上一頁(yè)下一頁(yè)（二）手動(dòng)調(diào)零電路集電極調(diào)零返回上一頁(yè)下一頁(yè)發(fā)射極調(diào)零返回上一頁(yè)下一頁(yè)運(yùn)放無(wú)調(diào)零端時(shí)的調(diào)零電路（基極調(diào)零）返回上一頁(yè)下一頁(yè)（三）設(shè)計(jì)調(diào)零電路時(shí)應(yīng)注意：①調(diào)零是用于閉環(huán)電路。②有些電路可不用調(diào)零。如：跟隨器（增益很小的放大電路）返回上一頁(yè)下一頁(yè)第三節(jié)高共模抑制比放大電路應(yīng)用：要求共模抑制比大于100dB的場(chǎng)合.如：人體心電測(cè)量。

返回上一頁(yè)下一頁(yè)ui1ui2uo1uo2R1RPR2R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3R7RP1R8（一）三運(yùn)放高共模抑制比放大電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)三運(yùn)放電路的特點(diǎn)：①很高的共模抑制比：比差動(dòng)放大器高(R1+RP+R2)/RP倍，對(duì)外部電阻對(duì)稱要求低②輸入阻抗高③增益可調(diào)（RP）返回上一頁(yè)下一頁(yè)三運(yùn)放實(shí)用電路

返回上一頁(yè)下一頁(yè)三運(yùn)放集成芯片返回上一頁(yè)下一頁(yè)美國(guó)模擬器件公司的AD620、AD623美國(guó)MAXIM公司的MAX4194、MAX4195、MAX4196返回上一頁(yè)下一頁(yè)AD623的應(yīng)用電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)（二）有源屏蔽驅(qū)動(dòng)放大電路

放大器uoabRS1RS2C1C2-+u1=uc+ud1u2=uc+ud2返回上一頁(yè)下一頁(yè)∞+-+N1ui2R1RPR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4∞-++N2∞-++N3uo1uo2什么是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路？將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓1∶1地輸出，并通過(guò)輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合?經(jīng)常使用于差動(dòng)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(cè)控系統(tǒng)中。返回上一頁(yè)下一頁(yè)有源屏蔽驅(qū)動(dòng)放大電路集成芯片AD522返回上一頁(yè)下一頁(yè)AD522的應(yīng)用電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)思考信號(hào)回路負(fù)載回路第四節(jié)電橋放大電路應(yīng)用：用于電參量式傳感器的后級(jí)放大。如：電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等構(gòu)成形式：傳感器電橋＋運(yùn)放傳感器和運(yùn)放共同構(gòu)成電橋返回上一頁(yè)下一頁(yè)（一）單端輸入電橋放大電路

*電橋電源浮置，即電橋電源與后級(jí)放大電路的電源不共地！特性：增益穩(wěn)定（與電橋電阻無(wú)關(guān)）但輸出uo與輸入δ非線性（δ<<1時(shí)近似線性）Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na)反相輸入當(dāng)Z3＝R＋Rδ，Z1=Z2=Z4=R為電橋電阻時(shí)：反相：R(1+

δ)R2R1uoRRRu∞-++Nb)同相輸入ab返回上一頁(yè)下一頁(yè)思考（二）差動(dòng)輸入電橋放大電路∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR當(dāng)R2>>R時(shí)，特點(diǎn)：增益不穩(wěn)定，仍存在非線性，共模抑止能力有限。返回上一頁(yè)下一頁(yè)

（三）線性電橋放大電路uoR3R2

=R（1+δ）R1uuaR1ub∞-++N特點(diǎn)：是線性關(guān)系。返回上一頁(yè)下一頁(yè)其中：R2為傳感器電阻，R2＝R＋Rδ

R3＝R第五節(jié)高輸入阻抗放大電路應(yīng)用：用于作電容、壓電式傳感器的后繼測(cè)量放大電路。實(shí)現(xiàn)方式：同相放大器電壓跟隨器（緩沖器）＋反相放大器高輸入阻抗集成芯片自舉式高輸入阻抗放大電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)1)交流同相放大電路（自舉電路）C2C1uoR1R2R3∞-++uiuoR2R3∞-++ui返回上一頁(yè)下一頁(yè)自舉式高輸入阻抗放大電路2)組合式自舉電路輸入阻抗為Ri=(R1R2)/(R2－R1)當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri→∞i1i2iuouiR1uo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2c)返回上一頁(yè)下一頁(yè)■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。返回上一頁(yè)下一頁(yè)第六節(jié)可調(diào)增益放大電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)可調(diào)電阻＋運(yùn)放應(yīng)用：幅值相差較大的不同信號(hào)的輸入動(dòng)態(tài)范圍很大的信號(hào)模擬開(kāi)關(guān)＋電阻網(wǎng)絡(luò)＋運(yùn)放可編程增益放大器（PGA）R1R2R3R4UiUoARiRp反相可變?cè)鲆娣糯笃鞯膶?shí)用形式UiKUoARFR1R2R3R4同相可變?cè)鲆娣糯笃鞯膶?shí)用形式RWUoARFUi可調(diào)電阻構(gòu)成的可變?cè)鲆娣糯笃鞣祷厣弦豁?yè)下一頁(yè)UiUoARF＋5V—5VY0Y2Y1Y3Y4Y5Y6Y7VCCAIHNCBCD4051R0～7D0VEEGNDD1D2采用模擬開(kāi)關(guān)的可變?cè)鲆娣糯笃鞣祷厣弦豁?yè)下一頁(yè)可編程增益放大器LH0084返回上一頁(yè)下一頁(yè)P(yáng)GA100、PGA103、PGA204、PGA205應(yīng)用電路返回上一頁(yè)下一頁(yè)思考第七節(jié)隔離放大電路應(yīng)用于何種場(chǎng)合？應(yīng)用于安全性、抗干擾性要求較高的場(chǎng)合。什么是隔離放大電路？輸入與輸出間沒(méi)有直接的電路連接電源電路間也沒(méi)有直接的電路連接有哪些隔離方式？有磁、光、超聲波和無(wú)線電隔離等。返回上一頁(yè)下一頁(yè)（一）基本原理1、組成及符號(hào)－＋輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸出放大器－＋uducuiso隔離電源返回上一頁(yè)下一頁(yè)2、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－＋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返回上一頁(yè)下一頁(yè)

（二）通用隔離放大電路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返回上一頁(yè)下一頁(yè)2、互補(bǔ)式光電耦合放大電路∞-++N1C－10VVLC1i1R2＋10V＋10VVLC2i2R3R1ui－10VuoR5∞-++N2R43.9kΩRp返回上一頁(yè)下一頁(yè)SLC800光電偶合器作為隔離放大電路的功能塊

返回上一頁(yè)下一頁(yè)集成光電隔離放大器件美國(guó)BB公司的ISO164、ISO174、ISO254美國(guó)AD公司的AD215返回上一頁(yè)下一頁(yè)1、課后P54頁(yè)2－8查閱集成運(yùn)放芯片LF347和集成模擬開(kāi)關(guān)芯片CD4066的資料，用它們來(lái)搭建自動(dòng)調(diào)零放大電路。思考題：返回上一頁(yè)下一頁(yè)IN－IN＋A1A3A221837456RPRPV+V－REFUO圖6