智能测控系统设计课件

第三章信号调理电路设计,31常用集成运算放大器32仪器放大器33可编程增益放大器（PGA）34模拟滤波器35集成开关电容滤波器36电压/电流变换器37电压/频率变换器38各种运算电路,1,学习交流PPT,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,2,学习交流PPT,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。,3,学习交流PPT,常用运放的参数,4,学习交流PPT,通用单运放,CF741,LM741,A741,AD741,MC1741,HA17741T,PC741等。军用级：-55125，工业级：-2585，民用级：070。,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。,5,学习交流PPT,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。,6,学习交流PPT,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)。,7,学习交流PPT,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。,8,学习交流PPT,高精度高速运放,OP17（引脚同CF357）OP27（引脚同OP07）,9,学习交流PPT,静电计级放大器,OPA128，具有超低偏置电流。典型值150fA(f=10-15)。,10,学习交流PPT,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,11,学习交流PPT,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。,12,学习交流PPT,AD210隔离放大器,主要技术指标：增益范围1100；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(1545/G)mV(最大)；失调电压温漂(1050/G)V/；隔离电源输出15V，5mA；电源+15Vdc5%。功能框图及管脚功能：,13,学习交流PPT,AD210应用示例,14,学习交流PPT,光电耦合隔离放大器,ISO100,15,学习交流PPT,ISO100主要技术指标,16,学习交流PPT,ISO100应用示例,精密电桥隔离放大器,17,学习交流PPT,32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,18,学习交流PPT,工作原理,G=(1+2R1/RG)RS/R3,19,学习交流PPT,AD522精密集成仪器放大器,20,学习交流PPT,AD620低价格低功耗仪器放大器,21,学习交流PPT,AD620引脚,22,学习交流PPT,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=10,23,学习交流PPT,AD626主要技术指标,主要技术指标单电源情况：增益范围10100；失调电压1.9mV；失调电压温漂6V/；输入电阻200k；频响100kHz；电源2.410V。双电源情况：增益范围10100；失调电压50V；失调电压温漂1V/；输入电阻200k；频响100kHz；电源1.26V。,24,学习交流PPT,AD626应用示例,25,学习交流PPT,AD625仪器放大器,主要技术指标：增益范围110000；失调电压1050V（根据等级不同）；失调电压温漂0.11V/；输入偏置电流1030nA；输入偏置电流温漂50pA/；输入电阻1G；频响150kHz(G=100)，25kHz(G=1000)；电源618V,26,学习交流PPT,AD625应用示例,27,学习交流PPT,33可编程增益放大器（PGA）,AD526同相比例放大器LH0084仪器放大器,28,学习交流PPT,AD526同相比例放大器,29,学习交流PPT,AD526管脚,30,学习交流PPT,LH0084仪器放大器,输出级增益1、4、10,输入级增益1、2、5、10,31,学习交流PPT,34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）,32,学习交流PPT,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。,33,学习交流PPT,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。,34,学习交流PPT,二阶压控电压源低通滤波器,35,学习交流PPT,无限增益多路反馈低通滤波器,36,学习交流PPT,双二次型低通滤波器,37,学习交流PPT,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,38,学习交流PPT,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,39,学习交流PPT,双二次型高通滤波器,40,学习交流PPT,35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MAX280,41,学习交流PPT,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,42,学习交流PPT,集成有源滤波器芯片LMF40,截止频率0.140kHz,43,学习交流PPT,LMF40的振荡器,可以构造一个RC振荡器,44,学习交流PPT,LMF40的典型连接,45,学习交流PPT,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020kHz,46,学习交流PPT,MAX280的引脚,47,学习交流PPT,MAX280的幅频特性,48,学习交流PPT,MAX280构成的5阶低通滤波器,49,学习交流PPT,36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010mA；70年代后期90年代420mA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,420mA,24V,50,学习交流PPT,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,u1010V时4悬空5接地，i1=00.8mA；u102V时4接地5悬空，i1=00.8mA。i0=i4=20i3i3i1+i2=i1+200Ai0=4mA+20i1=420mA,51,学习交流PPT,电压/电流变换器XTR110,电压基准,V/I变换,电流放大,52,学习交流PPT,XTR110范围选择,53,学习交流PPT,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AD652,54,学习交流PPT,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。,55,学习交流PPT,电压频率变换器AD650,56,学习交流PPT,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。,57,学习交流PPT,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：1.5s（Cos=300pF）、5s（Cos=1000pF）；参考电压输出：5V、50ppm/；电源：618V（双电源）、+1236V（单电源）；温度范围：070（JP、KP级）、-40+85（AQ、BQ级）、-55+125（SQ级）。,58,学习交流PPT,AD652管脚,59,学习交流PPT,AD652的典型连接,60,学习交流PPT,其它各种专用模拟调理电路,例如：1.A