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文檔簡介
1、,八大經(jīng)典檢測電路,同相比例放大器 反相比例放大器 電流電壓變換放大器 差動放大器 自舉型高輸入阻抗放大器 斬波穩(wěn)零放大器 儀用放大器 隔離放大電路,同相比例放大,Au=1十RiR2,輸入阻抗,增益,ri+= ri (1十AF),ri運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗,A運(yùn)放的開環(huán)增益,F電路的反饋系數(shù),例:某放大器ri 104開環(huán)增益為104 ,F(xiàn) 0.1(閉環(huán)增益為10),則放大器的閉環(huán)輸入阻抗為107。,反相比例放大,Au=Rf/R1,限制帶寬,增益,特點(diǎn): 性能穩(wěn)定,但輸入阻抗較低,注意: 在實(shí)際電路中,由于電阻的最大值不能超過10M,R如果要提高反相放大器的輸入阻抗,電路的增益要受到限制。,電流電壓
2、變換放大,U0=Rfis,U0,-,+,R1,R2,Rf,i1,io,A,IS,增益,放大電路的精度取決于Rf的穩(wěn)定性,差動放大,U0,-,+,A,R1,R1,R2,R2,UC,US/2,US/2,U,U+,U1,U2,+,+,+,+,-,-,-,-,擴(kuò)大輸入共模電壓范圍,增益,特點(diǎn): 提高電路共模抑制比,減小溫度漂移。,自舉型高輸入阻抗放大器,I1,R,2R1,Ui,A1,U0,A2,Rp,R1,Rp,R2,R2,I,Ii,U01,-,+,+,-,A1,斬波穩(wěn)零放大器,1.閉環(huán)狀態(tài)斬波穩(wěn)零放大器,1,2,0,0,T1,T1,T2,T2,A1,OSC,+,+,_,A2,+,_,Ui,C1,S1
3、,S3,S2,1,2,A3,_,+,Uo,C2,圖中開關(guān)S2和電容C1以及S3、C2、A3分別構(gòu)成兩個采樣保持電路。第一個采樣保持電路用來對放大器Al進(jìn)行動態(tài)校零;第二個采樣保持電路用來維持輸出電壓的連續(xù)性。,內(nèi)部時鐘CP由振蕩器(OSC)提供,若在時鐘。0T1時間內(nèi),開關(guān)S1、S2、S3,停在端位置,即S2接通、S1、S3斷開,相應(yīng)電路狀態(tài)如下圖。,電路的工作分兩個階段,由時鐘控制開關(guān)完成。 第一階段為誤差檢測與寄存 第二階段為動態(tài)校零和放大,在此時間內(nèi),電容Cl記存了Al的失調(diào)電壓Uos1,此段時間是放大器誤差檢測和寄存階段。 由于此時A3與A1之間被切斷(S3斷開),所以A3的輸出電壓U
4、O為,U0=Uc2,C2上記有的電壓Uc2,是前一時刻放大器A1的輸出電壓。 在時鐘T1T2時間內(nèi),開關(guān)S1、S2、S3停留在端位置上,即S1、S3接通、S2斷開,相應(yīng)的電路狀態(tài)如圖,這時,Al同相端與輸入信號Ui接通,由于A1的反相端還保存著前一時刻的失調(diào)電壓Uc1Uos1,所以這時A1的輸出電壓Uol為,上式表明,A1的輸出電壓不受放大器失調(diào)電壓的影響,只與輸入信號電壓有關(guān)。因此,此段工作時間稱為“動態(tài)校零和放大輸入信號”的工作階段。這時總輸出電壓Uo為,當(dāng)時鐘控制開關(guān)再回到端位置時,Uc2保持不變,放大器A3(接成跟隨器工作)繼續(xù)以A1vUi的幅值向外輸出,保證了輸出電壓的連續(xù)性。 開關(guān)
5、的反復(fù)通斷,Al的漂移不斷被校正,這就是動態(tài)校零的工作原理。 開關(guān)S1、S2、S3一般用MOSFET完成。,2.開環(huán)狀態(tài)斬波穩(wěn)零放大器(失調(diào)誤差逐級存儲放大器),開環(huán)狀態(tài)斬波穩(wěn)零放大器原理圖,+,_,A2,+,_,A1,Ui,Uos,Uo1,Uc,U01,S1,S2,C,U0,當(dāng)開關(guān)S1、S2都接地,即開關(guān)處于圖示位置時,放大器輸入端對地短路,輸出失調(diào)電壓Uoff使電容器C兩端充電至Uc=Uoff。 Uoff為,Uoff=A1dUos,電容C上存儲的誤差信號為放大器輸出失調(diào)電壓,電容器C又稱為記憶電容器。A1d為A1放大器的開環(huán)電壓增益。 當(dāng)開關(guān)S2斷開,S1接通輸入信號Ui時,放大器輸出電壓
6、U0為,輸出到下一級的電壓,可見,輸出失調(diào)電壓完全抵消。即失調(diào)電壓被存儲在輸出回路的串接電容兩端,利用此電壓自行抵消放大器輸出的失調(diào),達(dá)到穩(wěn)零的目的。,由于誤差采樣期間放大器處于開環(huán)運(yùn)用,必須防止放大器被失調(diào)電壓驅(qū)入飽和狀態(tài)。因此,每級的增益不能太高,一般低于100倍。為獲得足夠高的總增益,需要多級放大器串接,從而構(gòu)成逐級采樣存儲MOS集成運(yùn)放,如圖。,Uo,Ui,+,_,A1,+,_,A2,+,_,A3,S1,S2,S3,S4,C1,C2,Cn,電路工作的兩個階段由時鐘控制MOSFET開關(guān)完成。 以上分析建立在下一級Ri無窮大、Ci為零的理想條件下。如果不滿足條件,則由于輸入電阻引起的電流以
7、及由于輸入電容引起的電荷再分布,都會使即失調(diào)電壓不能被完全抵消。此外,時鐘控制脈沖經(jīng)分布電容耦合到MOS管柵極,也將引入失調(diào)電壓。 實(shí)驗(yàn)表明,采用斬波穩(wěn)零后,總失調(diào)電壓可減小兩個數(shù)量級,且溫度穩(wěn)定性很好。 在實(shí)際電路中,采用差動式失調(diào)逐級存儲斬波穩(wěn)零放大器,可進(jìn)一步改善失調(diào)和漂移,這種電路常見于大規(guī)模MOS模擬集成電路之中,如用作AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換器或比較器。,儀用放大器,測量放大器由兩級組成,兩個對稱的同相放大器構(gòu)成第一級,第二級為差動放大器減法器,失調(diào)參數(shù)的影響,假設(shè)由三運(yùn)放失調(diào)電壓VOS及失調(diào)電流IOS所引起的誤差電壓折算到各運(yùn)放輸入端的值分別為V1、V2和V3,誤差電壓極性如圖。假設(shè)輸入
8、信號為零,則輸出誤差電壓為:,若R4=R5,圖示極性的V1和V2所引起的輸入誤差是相互抵消的。若運(yùn)放A1和A2的參數(shù)匹配,則失調(diào)誤差大為減小。V3折算到放大器輸入端的值為2V3/Af1,所以等效失調(diào)參數(shù)很小,即對運(yùn)放A3的失調(diào)參數(shù)要求可降低些。,A1,Vo,R11,R1,A3,R8,Vi2,R7,R6,Vi1,R9,R10,A2,R2,R3,R4,R5,RW,氖泡,NL2,22k,NL1,22k,氖泡,10k,10k,2k,22k,22k,22k,22k,2k,9k,10k,圖為用于人體心電信號檢測的實(shí)用三運(yùn)放電路。為了避免外科手術(shù)過程中可能存在的高電壓進(jìn)入放大器造成損壞,圖中使用了兩個微型的
9、氖燈NL1、NL1,作為電壓限幅器。微型的氖燈價廉且具有對稱性,當(dāng)兩端的電壓低于擊穿電壓時其電阻接近于無窮大,所以它對電路沒有負(fù)載影響。一旦兩端的電壓超過其擊穿電壓(一般為60V),則氖燈迅速導(dǎo)通(擊穿后,氖燈本身呈負(fù)阻特性),使其兩端的電壓降低接近于零伏,從而保護(hù)了放大器。圖中電位器RW用于調(diào)整電阻的比例使得電路的共模抑制比最大。調(diào)試電路是,在兩輸入端加載一個1V左右的信號(一般為50Hz),調(diào)整電位器RW使電路的輸出最小,即共模電壓增益最小,從而共模抑制比最大。,如果電路中有需要調(diào)整的參數(shù),通常是電阻阻值(有時也需要調(diào)整電容值),把要調(diào)整的參數(shù)分成兩部分:固定部分和可調(diào)整部分。在一般的要求
10、時,固定部分的取值為該參數(shù)總的標(biāo)稱值的90%,可變部分為20%。在要求比較高時,固定部分的取值為該參數(shù)總的標(biāo)稱值的99%,可變部分為2%。,隔離放大電路,指前級放大器與后級放大器之間沒有電的聯(lián)系,而是利用光或磁來耦合信號。,iF,iO,iF,iO,( ),iF,iO,c,e,iF,iO,e,c,( ),硅光敏二極管:傳輸線性良好和線性范圍寬,傳輸增益最小;硅光敏三極管:有一定傳輸增益,但小電流與大電流增益嚴(yán)重不一致,傳輸線性較差;達(dá)林頓型:由于經(jīng)過兩次電流放大,故傳輸增益最大,但傳輸線性最差。一般使用硅光敏三極管或達(dá)林頓型光電耦合器作模擬信號傳輸時,應(yīng)合理地選擇工作點(diǎn),并將其工作范圍限制在近似的線性傳輸區(qū)。在要求低失真和寬頻帶的高性能傳輸時,宜用光敏二極管型
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