第6章传感器及小信号放大技术PPT课件

.第1、6章传感器和小信号放大技术，提出了问题：在实际测试工作中，各种测试设备(如应变测试)主要使用应变计。其他设备也可以完成，但价格昂贵或使用不方便(例如高精度数字多用表、高精度惠斯顿桥)。应变计电路是小信号放大电路，某些传感器的输出信号不小，但要以高精度测量，仍然需要性能好的放大器。放大器的正确使用尤为重要。2，6.1运算放大器性能特性，1 .通用op放大器，通用设备：常用LM358(2路)、LM324(4路)、LM324、LM358、图6.1LM324中的针脚排列；特性：公共模式抑制更高，开环增益更大. 3，(1)单冗馀电源：3至30v或1.5V至15V(2)输入偏置电流：20nA(3)输入偏置电流：2nA(4)直流开环增益：100dB(5)，4，2。场效应运放，特点：输入阻抗高，输入偏置电流小，工作频率高，驱动器容量小，价格高。输出驱动通常比一般用途的op放大器差，建议在驱动输出时不要使用场效应op放大器。图6.3比较中，CA3140和TTL逻辑的接口(典型设备为TL081(1向)、TL082(2向)、TL084(4向)、ca 3140/3140a、5、(1)双电源：建议不要使用4V至18V、15V以上的输入电压范围。15V输出电压范围：电源电压- 1.5V，正负对称(2)输入偏置电流：工作频率不超过最小值，1nA(3)的高：如果单增益可以在没有3MHZ(4)输出驱动器的情况下工作，电源电流为1.4mA，TL081，6，(1)单电源：4V至36V，冗馀电源输入电压范围也可用。在单个电源上，最小0.5V(2)输入阻抗最大1.5t (3)输入偏置电流只有10pa，CA3140/3140a的性能特征：可用作电压比较器，7，CA3140的应用，CA3140的高可靠性直流电源配置，图6.4中的ca 3140的高可靠性直流电源配置，CA3086二极管，晶体管阵列，CA3086在电路中基于电压的2N6385电压采样，D2201电流采样，电流，8，1.3低噪声低漂移op放大器，特性：高精度，低噪声，低漂移。多用放大器。噪音对分辨率大于12b的A/D转换电路的影响是致命的。对于直流放大电路，温度漂移必须限制在非常小的范围内。典型设备：OP07/27/37、0P184单/284双/484 4、9、(1)电源电压：3V至18V(2)输入偏移电压温度系数为0.7uV/0.2uV0.1至10HZ时，等效输入噪声电压为0.38uV/0.3uV(4)单增益带宽0.6MHZ/3MHZ(5)单电源时的全摆动输出，最小工作电压为1.5V，OP07/OP184/284/，10，OP284配置的3V电源低噪声放大器，(1)高输入阻抗(2)低噪声，图6.5 OP284配置的3V电源低噪声放大器，C1，C2噪声低噪声抑制，RP1，RP2输入保护，11，1.4宽带op放大器；通用设备：CA3140，OP27/37(8 MHZ)；频率通常为几MHz或更高；特性：不需要噪声、温度稳定性等指标。应用程序：12，1.5全摆动输入，输出op放大器，通用设备：OP184/284/484，0P777单/727双/747四路，(1) 0.1至10HZ时相同的输入噪声电压为0.4uV(，0P777单/727双/747四列功能，13，单个5V专用全摆动输出D/A转换器示例，图6.6单个5V专用全摆动输出D/A转换器，由14，OP747组成的单电源低功耗仪表放大器，图6.7单电源的微型功率计放大器，单极操作，输出电压V0=100(V1-V2)，15，6.2应变测量电路原理，问题是，对于应变测量，提出了利用电阻应变计进行电阻变化的特性，但电阻变化并不完全是由应变变化引起的。电阻转换为电压信号后，基数大，不能再放大了。所以会影响准确度。最理想的测试电路是惠斯顿桥。将较小的阻力变化值转换为阻力的绝对阻力变化值。仅讨论直流电源桥，如果、16，1、测量桥、(1) R1R4=R2R3，则桥平衡U0=0V经常在等臂桥R1=R2=R3=R4(2)电阻不完全相等的情况下进行平衡。但是桥电阻的偏差不能太大。否则，会影响测量精度。图6.8是由应变计或标准电阻组成的桥梁平衡调整电路，17，增量与基准值相比非常小，父组件被忽略，应变计的检测系数为k，i是对应变量时R1=R2=R3=R4，3。等岩桥的电压输出，18，2，可以连接多个以测量全桥、半桥和半桥单片测量的温度补偿，全桥测量，半桥测量，半桥单片测量R1中的多个点测量点，Rt为公用补偿片，图6.94电阻均为电阻应变片，图6.10R为标准电阻，图6.11测量，19，6.3静态电阻应变计，静态应变计用于测量快速变化的应变信号动态应变计，这两种测量，20，1交流桥，双桥零读数静态应变计，图6.12双桥零读数静态应变计，桥电压Uab，不适用于数字测试，21，2，数字电阻应变计，直流电压：普通2-3v小型电阻应变计(100欧洲及以下)，不应使用提供高桥压力的桥压力，图6.13数字应变计电路框图，22，3，静态电阻应变计通用补偿技术，降低成本，图6.14静态应变计块，多通道，23，4，静态电阻应变计重要电路的多通道服务，(1)通道切换电路(2)预平衡电路，24，(1)通道切换部分，半桥切换，必须选择优秀触点的继电器，接触电阻不会影响测量精度，但接触电阻的变化会影响，图6.15半桥通道切换。25，全桥切换，接触电阻的变化对测量精度影响不大，图6.16全桥通道切换，26，(2)预调整平衡电路：桥臂并行电位器，1)桥臂并行电阻2)放大器基准端调整0 3)放大器偏移端调整4)电流注入方法5)D/A补偿6)软件零调整(20b以上A/D)，27，D/A转换器补偿，预调整平衡电路：图6.17数字应变平衡调整方法之一，28，6.4动态应变计，图6.18交流放大动态应变计(1向)，1 .交流馈电桥动态电阻应变计，特点：交流馈电桥对线路间电容敏感，抗扰，信号噪声大，桥式交流振荡频率不高，测量的信号变化速度不能太大，很少使用。29，2。直流桥式动态电阻应变计，图6.19直流放大动态应变计(1向)，特点：零漂低，动态性能好。一般产品：AD620AD524AD624。30，6.5应变计基本电路，(1)桥式电路，(2)放大电路，(3)零位调节电路(预调节电路)，基本电路主要包括：31，1，直流桥式电路，恒压馈电桥和恒流馈电桥，常用恒压馈电桥电路，适用于要求精确的系统的MC7805T、LM317K(2)稳定电压基准和运算放大器配置对称单端馈电桥，适用于要求高精度的系统。一般产品LM336，32，(1)(使用调节器块)，适用于精度要求不高的情况，图6.20简单直流桥式电路，输入电压8至15V，输出电压5V，为了防止输出短路时的坏块，IC具有适当的冷却速度，简单直流桥式电路，33，(1)电压可调整范围为1.3v至5v的配线电压值取决于可变电压值120 (2.4至3v) 300以上(10至12v)，桥接电压可调整电路(图6.21桥接电压可调整简单DC桥电路，)，34，(2)稳定电压基准，使用精密对称桥电路，使共同模式信号尽可能小，精密桥电路，VR1:需要调整桥电压值。VR2:控制对称。T1、T2驱动管；T3、T4g过流保护管，图6.22精密对称馈电桥电路。35，电路工作电压：8v至15v，应用：使用桥传感器时使用更高的桥电压值；价格相对较低的桥电压使用缺点，用于应变测试：噪音信号大，不适用于单电源，36，10uF，用于单电源的低噪声直流桥式电路，如果放大器的共模抑制率高，则单电源可用于网桥，图6.23用于单电源的低噪声直流桥式电路，37，2，程序控制恒压源，提供程序控制基准电压的一般方法(1) D/A转换器控制(2)程序控制电位器控制，目的：桥式电压调节控制简便性，38，用于选择低噪声、低温漂移的D/A转换器的放大器基准电压为低噪声、高稳定性、(1)由D/A转换器控制，图6.24为D/A转换器，程序控制恒压源，39，10uF，EX，适用于简单接口：正负脉冲控制选项卡位置，X9313，AD5220适用于没有微处理器的连接适用于计算机接口：使用SPI等接口连接到计算机。可由微处理器控制的AD520X、AD523X(SPI)等，(2)数字电位器控制，图6.25数字电位器配置程序控制恒压源，可操作性驱动的数字电位器，低噪声，低漂移，40，3，应变式直流放大电路，根据要求选择各种精度的放大电路，(1)由三重发射组成的放大器，(2)由专用放大器(3)3V驱动的低噪声放大器，41，运行频率不高，温度漂移小，精度要求高于0.1%，(1)由三重发射组成的放大器，图6.27三重发射组成的放大器，输入阻抗高，共同模式抑制率高，增益与拉伸器电阻无关，应用时电阻器对：R2和R3，R4和RR，42，(2)专用仪表放大器，(1)增益1，100，200，500，无外部电阻，(2)电压范围6V至18V(3)低噪声，良好的增益稳定性，增益带宽220，43，适合：传感器单极性操作，放大后信号振幅不大于2V；双极工作，虚拟位置压力为2.5V应该在；在单个电源上，如果输出电压振幅不超过1.5V，则图6.30为由放大器(3)3V驱动的低噪声测量仪放大器(1)增益100；(2)基准电压端应在2.5V左右。(3)噪音低，增益稳定性好，特点：44，4，应变计预调整平衡电路，1)电位器零调整2)电流注入方法3)调整零点，无变形，检测到的输出信号为0，45，(1)电位器零点调节，简单方便，但调节范围大，用于桥梁输出灵敏度低，准确度高的情况下。46，(2)电流注入法，OP284/OP727等，V01，V02，图6.31电流注入法预调节平衡电路，47，(2) VIN -VIN-不等于0时可调整的v，放大器输出VO=v01-v22=0，48，d/a转换器控制电流注入法，电流注入法参考电压端，v 30:0 1.5 va out :-0.5v 0.5v，512生成三向模拟信号，图6.33使用D/A转换器生成电流注入预调整平衡电路，并且，49，(3)基准端零点调节，电压跟随的作用：(1)将平衡的参考端电位设置在VCC/2附近，图6.32仪器放大器的基准端零点调节电路，50，(4)偏移调整端子零点调整，51，(1)电位器0 使桥式输出电压为零，(2) 3 op放大器的电流注入方法和(3)用于单电源的仪表放大器，(4)偏移调节端子0 3354成为用于双电源的放大器，(5)、52，6.6双恒流源可用桥技术、桥测量变形电路、双恒压桥方法、桥电阻大的情况下不能忽视上层组件。因此，产生输出信号的非线性解决方案是在桥上使用恒流源。问题：对于前面所述的恒压供给桥测试电路，如果桥电阻发生很大变化，则恒压供给桥会产生输出信号的非线性。53，1，恒流源桥的基本电路，(1)双恒流源(2)增强型双恒流源，54，(1)双恒流源电路，两个恒流源对称高抗流源稳定性，低温漂移，低噪声，A)单芯片测试，R1测试片，R2修正片b)双片测试，R1，R2都是测试片，55，(2)改进的双恒流源，要求A)使用UCD，UAB同步转换UCD修改UAB)使R3，R4降低基准电阻、高精度、高可靠性，修改后恒流源不对称的影响，图6.39改进的双恒流源电路c，d转换结果修正a，d结束结果。，56，(3)双恒流源全桥测试电路，整个桥R1，R2由两个应变计组成，当驱动电流相同时，桥输出与桥臂电阻的电阻值成正比，57，2，桥电流的自动调整(2)驱动电流：应根据可变电阻值进行调整，恒流源电流应由D/A转换器或数字电位器、小电阻补偿器自动