第4章测量放大器

数据采集与处理技术第4章测量放大器第4章测量放大器测量放大器的电路原理测量放大器的主要技术指标测量放大器的使用隔离放大器4.1概述在数据采集系统中，传感器信号通常是微弱的电信号，需要用放大器进行放大通用运算放大器由于失调电压和温漂的原因，通常不能直接用于放大微弱信号测量放大器（又叫仪用放大器）是一种带有精密差动电压增益的器件，常用于检测微弱信号的系统中作为前置放大器高输入阻抗，低输出阻抗强抗共模干扰能力低温漂、低失调电压高稳定增益4.1概述关于测量放大器的一些说明测量放大器有放大信号的作用不是所有用于测量的放大器都是测量放大器测量放大器不是仅用于测量的放大器测量放大器又叫仪用放大器不是用于仪器的放大器都叫仪用放大器仪用放大器不是只能用于仪器4.1概述什么是共模电压，差模电压？共模电压：在每一导体和所规定的参考点（往往是大地或机架）之间出现的向量电压的平均值。差模电压：两导体之间出现的向量电压的差值。共模与差模是电压电流的变化通过导线传输时的两种形态两根导线分别作为往返线路传输，叫“差模”两根导线作去路，地线作回路，叫“共模”共模与差模示意图S1S2REF共模电压差模电压运算放大器的基本原理同相放大器R1VoViR2R运算放大器的基本原理反相放大器RVoViR2R1运算放大器的基本原理差分放大器R2VoV1R2R1R1V2问题：如何放大电桥信号电阻应变式传感器常用电桥作为信号调理电路电桥输出差分信号通常非常微弱该输出信号显然存在共模电压应用普通运放应用测量放大器4.2测量放大器的电路原理测量放大器的电路原理如图所示UOUi1Ui2A1A2A3R1RGR2R4R3R5R6IG－－＋－＋＋4.2测量放大器的电路原理测量放大器通常由两级运放构成第一级：两个同相放大器A1、A2，具有高输入阻抗；第二级：差动放大器A3，将双端输入变成对地的单端输出分析由运算放大器组成电路的要点运算放大器的两个输入端具有相同的电位运算放大器的两个输入端之间无电流流过4.2测量放大器的电路原理测量放大器的增益测量放大器的构成思路测量放大器的构成思路测量放大器的构成思路测量放大器的构成思路4.2测量放大器的电路原理交流共模干扰影响及抑制方法Ui1Ui2Ri1Ri2C1C2GUARDA4R’2RGR1R2A2R4R3R5A3R6UOR’1A1＋－＋＋－－＋－4.3测量放大器的主要技术指标非线性度指放大器实际输出输入关系曲线与理想直线的偏差非线性度与放大器的增益有关，通常是在特定增益的情况下描述的例如，增益为1时，一个12位的A/D转换器的非线性误差可能为±0.025％，而在增益为500时，非线性误差可达到±0.1％4.3测量放大器的主要技术指标温漂指测量放大器输出电压随温度变化而变化的程度。通常测量放大器的温漂在1～50μV/℃，与放大器的增益有关建立时间指从阶跃信号驱动瞬间至测量放大器输出电压达到并保持在给定误差范围内所需的时间。测量放大器的建立时间随增益的增加而上升4.3测量放大器的主要技术指标恢复时间指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间电源引起的失调是指电源电压每变化1％，引起放大器的漂移电压值。有时也用电源抑制比来描述，体现放大器输出电压变化受供电电源电压变化的影响4.3测量放大器的主要技术指标共模抑制比共模抑制是测量放大器的重要能力，它体现测量放大器放大差模信号，抑制共模信号的能力测量放大器对差模和共模信号的增益是不同的，通常，共模信号的增益记为ACM，而差模信号的增益记为AD，则共模抑制比CMRR可按下式计算：4.3测量放大器的主要技术指标共模抑制比如果用VCM表示输入共模电压，而用VOUT表示该共模电压导致的测量放大器的输出电压，则共模抑制比可以表达为共模抑制比常用对数形式表达，记为CMR4.6隔离放大器隔离放大器主要用于要求共模抑制比高的模拟信号的传输过程，用于输出输入之间进行隔离，减小输出部分电路与输入部分电路之间的相互影响。隔离放大器具有通用运放的特性输入端与输出端之间无直接耦合