智能测控系统设计2ppt课件

第三章信号调理电路设计 3 1常用集成运算放大器3 2仪器放大器3 3可编程增益放大器 PGA 3 4模拟滤波器3 5集成开关电容滤波器3 6电压 电流变换器3 7电压 频率变换器3 8各种运算电路 3 1常用集成运算放大器 常用运放的参数通用单运放通用四运放高输入阻抗运放低漂移运放高精度高速运放静电计级放大器斩波稳零运放变压器耦合隔离运放光电耦合隔离放大器 运放的主要性能参数 输入阻抗 输入阻抗越大越好 高频时输入电容变得重要 输出阻抗 输出阻抗越小越好 输入偏流 两个输入端电流的平均值 偏流会引起运放不平衡而产生输出 偏流越小越好 场效应输入级偏流最小 输入失调电流 为使输出为零 一个输入端比另一个输入端需要更大的电流 这个电流为输入失调电流 输入失调电压 为使输出为零 在一个输入端上加上一个小的电压 另一个输入端接零伏 这个电压为输入失调电压 温度效应 温度引起的输入失调电流和输入失调电压的漂移 转换速率 单位时间内电压变化的最大值 增益带宽积 增益带宽积 增益 带宽 单位增益频率 共模抑制比 差动增益 共模增益 以分贝表示 噪声 运放内部噪声的大小 用输入噪声电压密度和输入噪声电流密度来表示 常用运放的参数 通用单运放 CF741 LM741 A741 AD741 MC1741 HA17741T PC741等 军用级 55 125 工业级 25 85 民用级 0 70 如无特殊要求 一般应选用通用型运放 根据环境温度选择相应级别器件 如同一电路中有多个运放 则选择双运放或四运放 通用四运放 CF324 LM3241 A324 PC324等 使用四运放可以简化电路排版 减小电路面积 高输入阻抗运放 CF355 356 357 LF355 356 357 CF3140 结型场效应管输入级 输入电阻高 1012 速率高 最大50V s 低漂移运放 OP07 A714等 输入失调电压及其温漂 输入失调电流及其温漂都较小 性能好 价格低 应用广泛 高精度高速运放 OP17 引脚同CF357 OP27 引脚同OP07 静电计级放大器 OPA128 具有超低偏置电流 典型值150fA f 10 15 斩波稳零运放 ICL7650 5G7650 F7650 超低失调 超低漂移 高输入阻抗 高增益 性能稳定 参数见前面的表 变压器耦合隔离运放 AD202 AD204 AD210 AD293 AD289 AD295 AD298等 用于输入通道隔离 防止强电强磁干扰或损坏 消除大共模电压 一般 变压器耦合精度高 光电耦合速度高 AD210隔离放大器 主要技术指标 增益范围1 100 共模电压2500V 输入阻抗1012 输入偏置电流温漂30nA 最大 频响15kHz G 100 失调电压 15 45 G mV 最大 失调电压温漂 10 50 G V 隔离电源输出 15V 5mA 电源 15Vdc 5 功能框图及管脚功能 AD210应用示例 光电耦合隔离放大器 ISO100 ISO100主要技术指标 ISO100应用示例 精密电桥隔离放大器 3 2仪器放大器 高精度差动放大器 输入阻抗高 共模抑制比大 输入失调电压 电流小 输入偏置电流小 温漂小 时漂小 工作原理AD522精密集成仪器放大器AD521精密集成仪器放大器AD620低价格低功耗仪器放大器AD626低价格单电源仪器放大器LM363精密仪器放大器 工作原理 G 1 2R1 RG RS R3 AD522精密集成仪器放大器 AD620低价格低功耗仪器放大器 AD620引脚 AD626低价格单电源仪器放大器 管脚及其功能 接电容实现低通滤波 接地G 100 悬空G 10 AD626主要技术指标 主要技术指标单电源情况 增益范围10 100 失调电压1 9mV 失调电压温漂6 V 输入电阻200k 频响100kHz 电源2 4 10V 双电源情况 增益范围10 100 失调电压50 V 失调电压温漂1 V 输入电阻200k 频响100kHz 电源 1 2 6V AD626应用示例 AD625仪器放大器 主要技术指标 增益范围1 10000 失调电压10 50 V 根据等级不同 失调电压温漂0 1 1 V 输入偏置电流10 30nA 输入偏置电流温漂50pA 输入电阻1G 频响150kHz G 100 25kHz G 1000 电源 6 18V AD625应用示例 3 3可编程增益放大器 PGA AD526同相比例放大器LH0084仪器放大器 AD526同相比例放大器 AD526管脚 LH0084仪器放大器 输出级增益1 4 10 输入级增益1 2 5 10 3 4模拟滤波器 二阶压控电压源低通滤波器无限增益多路反馈低通滤波器双二次型低通滤波器二阶压控电压源高通滤波器无限增益多路反馈高通滤波器双二次型高通滤波器各种带通 带阻虑波器 参见有关手册 模拟滤波器基本知识 滤波器的主要参数 谐振频率f0 没有损耗时的固有频率 转折频率 截止频率 3dB对应的频率值 通带增益kp 通带内放大倍数 频带宽度 f 3dB通带宽度或阻带宽度 品质因素Q 带通滤波器的谐振频率与带宽之比 阻尼系数 Q的倒数 常用滤波器的类型 巴特沃斯滤波器 带通特性平坦 但衰减差 切比雪夫滤波器 为常数 为切比雪夫多项式 过渡带陡 但通带内有纹波 二阶压控电压源低通滤波器 无限增益多路反馈低通滤波器 双二次型低通滤波器 二阶压控电压源高通滤波器 低通滤波器中电阻电容交换位置 无限增益多路反馈高通滤波器 低通滤波器中电阻电容交换位置 双二次型高通滤波器 3 5集成开关电容滤波器 开关电容滤波器原理集成有源滤波器芯片LMF40集成有源滤波器芯片MAX280 开关电容滤波器原理 RC参数难于在集成电路中实现 用开关电容网络代替 CR确定以后电阻由T决定 集成有源滤波器芯片LMF40 截止频率0 1 40kHz LMF40的振荡器 可以构造一个RC振荡器 LMF40的典型连接 集成有源滤波器芯片MAX280 5阶 片外1阶 片内4阶 零直流误差 低通滤波器 分频比100 1 截止频率0 20kHz MAX280的引脚 MAX280的幅频特性 MAX280构成的5阶低通滤波器 3 6电压 电流变换器 电压 电流变换器AD694电压 电流变换器XTR110 模拟信号传输 70年代0 10mA 70年代后期 90年代4 20mA二线制传输线 电流传输的优点 a 抗干扰强 b 导线长度不影响 即与电阻无关 c 可进行断线检查 d 信号还原成电压容易 变送器 4 20mA 24V 电压 电流变换器AD694 A1 缓冲放大器 A2 VT1 R1 V I变换器 A3等 电流放大器 A4 参考电压 u1 0 10V时4悬空5接地 i1 0 0 8mA u1 0 2V时4接地5悬空 i1 0 0 8mA i0 i4 20i3i3 i1 i2 i1 200 Ai0 4mA 20i1 4 20mA 电压 电流变换器XTR110 电压基准 V I变换 电流放大 XTR110范围选择 3 7电压频率变换器 V F 基本原理电压频率变换器AD650电压频率变换器AD652 基本原理 基本原理 电荷平衡转换法复位状态 开关在S端 对应单稳态正脉冲 暂态 电容积累电荷 qc ucCint IR iI TR积分状态 开关在B点 对应单稳态触发器的稳态 qc icTI iITITI qc iI TR IR iI 1 f 1 TI TR iI TRIR uI RIIRTR 复位过程 积分过程 复位和积分过程电压变化相等 所以电容上电荷变化量是平衡的 电压频率变换器AD650 电压频率变换器AD652 电压频率变换器AD652 在AD650基础上改进 用外部时钟控制复位时间 同时将RI集成在芯片内部 提高了转换精度 AD652主要参数 主要参数 V F线性误差 0 002 fclock 1MHz 0 01 fclock 2MHz F V线性误差 0 002 fIN 100kHz 输入电阻 20k 时钟输入 5MHz 最大 最高频率 2MHz 输出单稳脉宽 1 5 s Cos 300pF 5 s Cos 1000pF 参考电压输出 5V 50ppm 电源 6 18V 双电源 12 36V 单电源 温度范围 0 70 JP KP级 40 85 AQ BQ级 55 125 SQ级 AD652管脚 AD652的典型连接 其它各种专用模拟调理电路 例如 1 AD698型线性位移差分变压器 LVDT 专用信