山理工数据采集与处理课件04测量放大器

4.1概述4.2测量放大器的电路原理4.3测量放大器的主要技术指标第4章

测量放大器4.4测量放大器集成芯片4.5测量放大器的使用4.1概述第4章测量放大器问题：在数据采集中,经常会遇到一些微弱的微伏级信号，例如热电偶的输出信号，需要用放大器加以放大。放大器类型通用运算放大器测量放大器4.1概述通用运算放大器：

具有mV级失调电压、数μV/℃的温飘，不能用于放大微弱信号。特点那么选择何种放大器来放大微弱信号？目前市场上的放大器有以下特点。测量放大器：

具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰、低温漂、低失调电压，广泛用于放大微弱信号。第4章测量放大器4.2测量放大器的电路原理

电路原理如图4.1所示。4.2

测量放大器的电路原理

有两级运放第一级：两个同相放大器A1、A2

输入阻抗高。第二级：普通差动放大器A3Ui1Ui2+-A1

-+A2RGR1R2R3++A3R4UOU3U4R5R6图4.1测量放大器原理电路IG4.2

测量放大器的电路原理

两个技术问题：测量放大器的增益

由上式可知，调节外接电阻的大小，可以改变测量放大器的增益。抗共模干扰能力⑴对直流共模信号，其抑制比为无穷大。⑵对交流共模信号，由于输入信号的传输线存在线阻Ri1、Ri2和分布电容C1、

C2，Ri1

C1、Ri2C2分别对地构成回路。

4.2

测量放大器的电路原理

如图4.2所示。输入信号的共模分量传给屏蔽体输入保护电路4.2

测量放大器的电路原理

当Ri1

C1≠Ri2C2时，交流共模信号在两运放输入端产生分压Ui1′、Ui2′，Ui1≠Ui2，所以IG

≠0，对输入信号产生干扰。Ui1Ri1Ui2Ri2R3R1R4A3-+R6R2UOR5RGR2′R1′图4.2交流共模干扰影响及抑制方法A4+-A1+-A2-+C1C2抑制交流共模信号干扰措施：在其输入端接一个输入保护电路，并将信号线屏蔽。

当R1′=R2′时，由于屏蔽层和信号线间对交流共模信号是等电位的，故C1

、

C2

的分压作用不存在，从而降低共模干扰的影响。4.2

测量放大器的电路原理

4.3测量放大器的主要技术指标

1.非线性度

非线性度——放大器实际输出输入关系曲线与理想直线的偏差。非线性度与增益有关，且对数据采集精度影响很大。4.2

测量放大器的电路原理

12位A／D

转换器

增益为1，非线性偏差为0.025%增益为500，非线性偏差为0.1%结果：相当于把12位A/D转换器变成10位以下的转换器。结论：一定要选择非线性度偏差小于0.024%的放大器。4.2

测量放大器的电路原理

2.温漂温漂——测量放大器输出电压随温度变化的程度。例如：一个温漂2

V/℃的测量放大器，当增益为1000时，测量放大器的输出电压产生约20mV的变化。这个数字相当于12位A／D转换器在满量程为10V的8个LSB值。4.2

测量放大器的电路原理

应尽量选择温漂小的测量放大器。3.建立时间建立时间——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。放大器输出电压4.2

测量放大器的电路原理

tUtU驱动信号建立时间误差上偏差误差下偏差

当增益>200时，为达到误差范围0.01%，往往要求建立时间为50

s～100

s。4.2

测量放大器的电路原理

4.恢复时间恢复时间——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。放大器的建立时间和恢复时间直接影响数据采集系统的采样速率。4.2

测量放大器的电路原理

5.电源引起的失调电源引起的失调——电源电压每变化1%，引起放大器的漂移电压值。该指标则是设计系统稳压电源的主要依据之一。4.2

测量放大器的电路原理

6.共模抑制比

共模抑制比CMRR可用下式计算：第4章测量放大器4.4测量放大器集成芯片

1.AD521

AD521是集成测量放大器，采用14脚双列直插式封装。

4.4

测量放大器集成芯片

AD521基本连接如图4.4所示。

4.4

测量放大器集成芯片

引脚4，6用于调整放大器零点，将4，6端接到10KΩ电位器的两个固定端;123456781011121314+IN-INRG10KΩU-UOUTRS100KΩU+图4.4AD521基本连接方法电位器滑动端接负电源U-（脚5）。

引脚10，13用于外接电阻RS，用于对放大倍数进行微调。当RS=100kΩ±15%

时，可以得到比较稳定的放大倍数。

4.4

测量放大器集成芯片

引脚2，14用于外接电阻RG，用于调整放大倍数。测量放大器的放大倍数按如下公式计算：其放大倍数可在1～1000的范围内调整。AD521的技术指标见表4.1。第4章测量放大器4.5测量放大器的使用1.AD521芯片的使用示例

AD521与变压器信号、热电偶信号和交流耦合信号的连接如图4.7所示。4.5

测量放大器的使用a)热电耦直接相连；(b)变压器相连；(c)交流信号通过电容相连注意：在使用A