测控电路_信号放大电路.ppt

2. 信号放大电路 张国雄 天津大学精密仪器与光电子工程学院 精密测试技术及仪器国家重点实验室 电子邮件：gxzhang@tju.edu.cn  从灵和安全可靠出发，还需要： ① 可调闭环增益放大电路； ② 参量放大电路； ③ 电荷放大电路； ④ 隔离放大电路。 也有利于提高精度。 还需要考虑低成本。 散弹噪声 流过二极管、三极管位垒层的载流子不是连续的，而是脉冲性质的，电流的方均值或方均根值不为零 式中 q —— 电子电荷，为1.59×10-19C； IDC —— 直流电流(A)； B —— 测量系统的噪声带宽 (Hz)。 减小噪声影响的主要措施 （1）采用噪声小的器件； （2）采用信号调制解调与滤波，限制通频带； （3）采用屏蔽措施； （4）采用高共模抑制比电路。 减小漂移影响的主要措施 （1）采用低漂移放大电路； （2）合理设计偏置电路； （R3= R1 // R2 ） （3）采用信号调制解调。 在许多情况下需要测量的参数是差值 形状误差、位置误差、差压、温差 有许多参数表面上看不是差值，实际还是差值 在多数情况下外界干扰主要是共模干扰 在集成电路制造中，比较容易保证的是参数的一致性 一、基本差动放大电路 基本差动放大电路是反相放大电路与同相放大电路的组合 二、同相串联高共模抑制比放大电路 二、同相串联高共模抑制比放大电路 三、三运放高共模抑制比放大电路 三、三运放高共模抑制比放大电路 四、带有源屏蔽的共模抑制比放大电路 当传感器与测量放大电路间有一定距离时，常用屏蔽电缆连接，屏蔽层一般接地。电缆输入芯线与其屏蔽层之间的电容C1和C2 ，以及传感器和传输电缆内阻RS1和RS2将在放大器输入端形成两个积分电路。共模输入信号uic 在RS1、RS2上产生jωRS1C1uic、jωRS2C2uic的压降 引起输出端差模电压 引入有源屏蔽驱动电路，屏蔽电缆芯线与屏蔽层共模电压为零，消除了屏蔽电缆电容的影响。 （1）差动放大器件特性不一致 共模电压产生差动电压 引起共模抑制比变化 （2）差动放大器特性不理想 共模增益同时受阻抗不匹配和运算放大器N3的有限共模抑制比影响， 由阻抗不匹配引起附加共模增益 运算放大器N3的有限共模抑制比引起的附加共模增益 （2）差动放大器特性不理想 总附加共模增益比 总共模抑制比 某些传感器输出的信号电压常在在微伏级，且为直流缓变信号，漂移是一个关键难题。常用措施包括(1)尽早调制；(2)共模抑制；(3)采用低漂移信号放大电路。 许多情况下难以在传感器内直接调制，减小测量放大电路的电压漂移，实现低漂移信号放大至关重要。 集成电路中放大器通过模拟开关切换轮换工作，半个周期测量保存、失调电压，另半个周期放大输出，对失调电压进行校正，实现自动调零。 电荷放大电路是一种输出电压与输入电荷成比例关系的测量放大电路。例如，压电式传感器或电容式传感器可将某些被测量（如力、压力等）转换成电荷信号输出，再通过电荷放大电路输出放大了的电压信号。因此，电荷放大电路亦称为电荷-电压变换电路。 把C、R等效到N的输入端时，等效电阻R/(1+K)，等效电容C′= C(1+K)， K足够大 增益可控放大电路可以根据被测量值自动调整增益，以适应测量不同范围量值需要，使用灵活，有利于提高测量精度。 (1)改变反馈电阻的自动 增益调整电路 Rx=R3+r V饱和导通，r很小，电路增益最大; V截止，r→∞，电路增益最小。 (2)可编程增益放大电路 根据需要将R3~R6与 R2并联，使增益减小。 （3）LH0084集成可编程增益差动放大器 （3）LH0084集成可编程增益差动放大器 改变R0、R1、R2改变差动级增益。改变R5、R6改变末级增益。 思考题与习题 2-3 2-7 2-13 2.信号放大电路 五、运放器件偏离理想特性的影响 2.2 高共模抑制比放大电路 2.信号放大电路 五、运放器件偏离理想特性的影响 2.2 高共模抑制比放大电路 2.3 低漂移放大电路 2. 信号放大电路 精 2. 信号放大电路 2.3 低漂移放大电路 Uo ∞ - + + N3 K1 C1 Sa2 R2 Sb2 Sa1 - + + N1 K2 - + + N2 Ui Sb1 R1 ∞ - + + N4 时钟 2. 信号放大电路 2.3 低漂移放大电路 ∞ - + + N3 Uo K1 C1 Sa2 R2 Sb2 Sa1 - + + N1 K2 - + + N2 Ui Sb1 R1 ∞ - + + N4