电子信息系统预处理中所用的放大电路.ppt

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1、封面,电子信息系统预处理中所用的放大电路,返回,黄山,引言,在电子信息系统中，通过传感器或其它途径所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。通常的放大电路有仪表放大器、电荷放大器和隔离放大器等。,本页完,引言,返回,了解隔离放大器,了解电荷放大器,学习要点,本 节 学 习 要 点 和 要 求,电子信息系统预处理中所用放大电路,了解仪表放大器,返回,主页,电子信息系统预处理中所用放大电路主页,使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键进入下一页。,结束,仪表用放大器,电荷放大器,隔离放大器,返回,兴义马岭河大峡谷,一、仪表用

2、放大器的特点,仪表用放大器一、仪表用放大器的特点 1.要有很高的输入电阻,仪 表 用 放 大 器,继续,传感器的内阻一般不是常量，它们会随所测量的物理量的变化而变化。,集成仪表用放大器，也称为精密放大器，一般用于对传感器感应的弱信号放大。,本页完,传感器就是放大器的信号源，其输出的电压就是信号源的源电压uS。一般都很微弱。,传感器的等效内阻相当于信号源的内阻RS。,如麦克风的内阻是随声音的频率而改变的。,放大传感器微弱感应信号的放大器。,由前面学到的内容可知，放大电路对信号放大的放大倍数Au和源电压放大倍数Aus的关系为：,由于Rs在变化，那么源电压放大倍数Aus将不稳定。,为了使Aus稳定下

3、来，必须有Ri Rs，所以仪表用放大器必须有很高的输入电阻。,仪表用放大器必须有很大的输入电阻。,一、仪表用放大器的特点,2.要有很高的共模抑制比 3.要有很大的放大能力,仪 表 用 放 大 器,继续,特点一：仪表用放大器必须有很高的输入电阻。,本页完,传感器通常输出的是微弱的差模信号，同时含有较强的共模信号。,共模信号是属于有害的信号，因此仪表用放大器必须有很大的共模抑制能力。,特点二：仪表用放大器必须有很高的共模抑制比。,鉴于上述特点，仪表用放大器一般使用运放器件（因为运放具有很高的共模抑制比和很高的放大倍数），并采用同相输入运算电路（因为同相输入运算电路有很高的输入电阻）。,特点三：由于

4、要放大很微弱的信号，所以仪表用放大器必须有很高的放大能力。,二、基本电路 分析电路组成,仪 表 用 放 大 器,继续,二、基本电路,仪表用放大器基本电路三运放精密放大器,这是一个由三运放组成的精密放大器，很多仪表用放大电路都是从这个电路中演变而来的。,本页完,输入部分由二个运放组成同相输入，以提高输入电阻，并具有一定的电压放大倍数。,输出部分由A3组成一个差动运算电路，对输入(uO1-uO2)再次进行放大，并转换为单端输出。,推导差模信号的放大,仪 表 用 放 大 器,继续,二、基本电路,由“虚短”得 uA=uI1 uB=uI2,uI1,仪表用放大器基本电路三运放精密放大器,以下分析本电路的输

5、出和输入的关系。,本页完,uI1,uI2,uI2,由“虚断”得流过三个电阻的电流是一样的,由“虚断”得,由“虚短”得,后级是差分运算器,uId,设差模输入为uId=uI1-uI2,uId,i,推导共模信号的抑制,仪 表 用 放 大 器,继续,二、基本电路,三运放精密放大器的差模输出,uI1,仪表用放大器基本电路三运放精密放大器,以下分析本电路对共模输入的抑制能力。,本页完,uI1,uI2,uI2,uId,对于共模输入有uI1=uI2,观察此回路,i,因为R2上有uI1=uI2,所以i=0,A1、A2的输出 uO1-uO2=0,所以A3 的输出 uO=0,结论说明本电路对共模信号基本不放大，共模

6、抑制能力很强，共模噪声也将被抑制。,三、集成仪表用放大器INA102 INA102与基本电路对比,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,对照两电路,代入得2R1=220k=40k,INA102与基本电路对比,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,对照两电路,代入得2R1=220k=40k,代入得Rf/R=1,INA102输出电压表达式,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,对照两电路,代入得2R1=220k=40k,代入得Rf/R=1,4个电容器是防止电路产生自激。,分析INA10

7、2放大倍数设定原理,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102放大倍数设定表,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102增益设定表,1,6、7,此时R2=,INA102放大倍数设定表,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102增益设定表,1,10,6、7,2、6、7,接入R2=4.4k,INA102放大倍数设定表,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102增益设定表,1,10,100,6、7,2、6、7,3、6、

8、7,接入R2=404,INA102放大倍数设定表,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102增益设定表,1,10,100,1000,6、7,2、6、7,3、6、7,4、7和5、6,接入R2=40.04,INA102外围电路,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102外围电路,输入电阻=104M,外接电容为去耦电容，去除电源引入的干扰。,共模抑制比=100dB,输出电阻为=0.1,小信号带宽=300kHz,INA102部分参数,外接电位器，作为输入级失调调节用，令放大器在静态时输出电压为0，俗称调零。,I

9、NA102的应用举例 电路整体介绍,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,应用要求：利用 PN 结温度传感器制作一个数字式温度计电路，测量范围为-50C 150 C，分辨率为0.1 C。要求在0 C时输出为0V。,INA102应用举例,电路参数 设温度传感器输出电路的灵敏度为1mV/C，那么在-50C150 C范围内传感器输出电路可产生uid=-50 mV+150 mV的输出电压,INA102可对这个电压进行放大。,二极管温度传感器，D两端的电压与温度近似为线性关系。,0 C 时调零电位器。,测量电桥，即传感器输出电路。,INA102简化画法,INA102

10、外接射随器，没有放大，只起隔离作用。,数字电压表，内部有一个把电压值转换为相应温度数字的A/D 转换电路，属数字电路内容。,uid=uD-uRW1,uid,uD,uRW1,调零过程：把感温二极管 D 至于 0 C 环境(例如冰水混合物)，然后调整RW1，使uid=0，数字电压表显示0。,INA102,INA102的放大,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),INA102应用举例,18V,-18V,uid,uD,uRW1,电路参数 设温度传感器输出电路的灵敏度为1mV/C，那么在-50C150 C范围内传感器输出电路可产生uid=-50 mV+150 mV的输出电压

11、,INA102可对这个电压进行放大。,把INA102的引脚按3、6、7连接，即增益100的模式。,则有uO1=100(uD-uRW1)=100 uid=100(-50+150mV)=-5V+15V,INA102,本页完,应用要求：利用 PN 结温度传感器制作一个数字式温度计电路，测量范围为-50C 150 C，分辨率为0.1 C。要求在0 C时输出为0V。,当接入 18V电源时，输出 uO1 限定在此范围内。,过度,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),本页完,INA102应用举例,18V,-18V,uid,uD,uRW1,电路参数 设温度传感器输出电路的灵敏度为

12、1mV/C，那么在-50C150 C范围内传感器输出电路可产生uid=-50 mV+150 mV的输出电压,INA102可对这个电压进行放大。,则有uO1=100(uD-uRW1)=100 uid=100(-50+150mV)=-5V+15V,INA102,应用要求：利用 PN 结温度传感器制作一个数字式温度计电路，测量范围为-50C 150 C，分辨率为0.1 C。要求在0 C时输出为0V。,电路总的输出uO2,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA102),INA102应用举例,18V,-18V,uid,uD,uRW1,电路参数 设温度传感器输出电路的灵敏度为1mV/C

13、，那么在-50C150 C范围内传感器输出电路可产生uid=-50 mV+150 mV的输出电压,INA102可对这个电压进行放大。,则有uO1=100(uD-uRW1)=100 uid=100(-50+150mV)=-5V+15V,射随器A2的输入电压uP 由电位器RW2分压得出。,INA102,uP,uP,由结论得：调整RW2 可以使数字电压表显示的数据发生改变。,本页完,应用要求：利用 PN 结温度传感器制作一个数字式温度计电路，测量范围为-50C 150 C，分辨率为0.1 C。要求在0 C时输出为0V。,仪表用放大器结束页,仪 表 用 放 大 器,继续,三、集成仪表用放大器(INA1

14、02),INA102应用举例,18V,-18V,uid,uD,uRW1,电路参数 设温度传感器输出电路的灵敏度为1mV/C，那么在-50C150 C范围内传感器输出电路可产生uid=-50 mV+150 mV的输出电压,INA102可对这个电压进行放大。,则有uO1=100(uD-uRW1)=100 uid=100(-50+150mV)=-5V+15V,射随器A2的输入电压uP 由电位器RW2分压得出。,INA102,uP,uP,由结论得：调整RW2 可以使数字电压表显示的数据发生改变。,本页完,应用要求：利用 PN 结温度传感器制作一个数字式温度计电路，测量范围为-50C 150 C，分辨率

15、为0.1 C。要求在0 C时输出为0V。,返回,继续,一、电容传感器的特点,电荷放大器一、电容传感器的特点,电 荷 放 大 器,继续,电容传感器等效电压源的值ut 就是电容器上积聚电荷产生的电压。,本页完,即,如压力传感器：受到压力形变后产生并储存电荷q，形成电压ut，等效为电容效应，产生的电荷量与压力成正比。,电荷放大器一般用于对电容性传感器感应的弱信号放大。,容性传感器工作时产生的电荷量q正比于被测的物理量，形成微弱的电压ut。,电容性传感器等效为一个由电压源ut与电容器Ct串联的信号源。,电荷放大器放大传感器产生的微弱信号。,电荷放大器一般由积分电路组成。,二、电荷放大器,一、电容传感器

16、的特点,电 荷 放 大 器,继续,本页完,设两电容器的阻抗分别为Xt 和Xf，那么电荷放大器实际上就是一个反相比例放大电路。,电容性传感器,ut,Ct,+,-,二、电荷放大器,uO=-ut,=-ut,uO=-ut,uO=-ut,结论说明：电荷放大器的输出uO与传感器上储存的电量q 成正比。,电荷放大器的改进,一、电容传感器的特点,电 荷 放 大 器,继续,本页完,设两电容器的阻抗分别为Xt 和Xf，那么电荷放大器实际上就是一个反相比例放大电路。,电容性传感器,ut,Ct,+,-,uO,Cf,二、电荷放大器,uO=-ut,=-ut,uO=-ut,uO=-ut,结论说明：电荷放大器的输出uO与传感

17、器上储存的电量q 成正比。,为了防止Cf 充电电压过大，常在两端并上一个电阻Rf 作放电用，但必须保证Xf=1/Cf Rf，使放大器的输出仍由Ct决定。,为了防止Ct 感应电荷过多，产生的ut电压过大损坏运放，常在输入端并上两个保护二极管。,电荷放大器结束页,一、电容传感器的特点,电 荷 放 大 器,继续,本页完,设两电容器的阻抗分别为Xt 和Xf，那么电荷放大器实际上就是一个反相比例放大电路。,电容性传感器,ut,Ct,+,-,uO,Cf,二、电荷放大器,uO=-ut,=-ut,uO=-ut,uO=-ut,结论说明：电荷放大器的输出uO与传感器上储存的电量q 成正比。,为了防止Ct 感应电荷

18、过多，产生的ut电压过大损坏运放，常在输入端并上两个保护二极管。,返回,继续,一、隔离放大器的特点,隔离放大器（光电耦合式）一、隔离放大器的特点,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,本页完,放大器1与放大器2没有电路上的相连，即电气上完全隔离，信号的传输（耦合）是依靠电磁场、电磁感应或光进行，这样可以有效消除干扰。,一、隔离放大器的特点,二、光电耦合式隔离放大器,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,分析本电路可知：A1与A2在电气上是完全隔离的，各自的独立电源，电路上没有任何的联系。,本页完,ISO100光电耦合放大器,二、光电耦合隔离放大器,信号的耦合是靠光电耦合方式。,A1的电信号

19、由发光二极管(LED)转换为光信号，发出光线。,D2接收LED的光线转换为A2的输入电信号，供A2放大后由3脚输出。,D1接收LED的光线转换为电信号反馈至A1的输入端，作负反馈用。,过度,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,ISO100光电耦合放大器,ISO100光电耦合放大器的基本接法,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,ISO100光电耦合放大器的基本接法,uO,+,-,uI,+,-,A1 是一个反相比例放大器，D1相当于一个反馈电阻。,A2 也是一个反相比例放大器，D2相当于一个信号源。,本页完,ISO100光电耦合放大器的放大倍数,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,ISO100光电耦合放大器的基本接法,R,Rf,uO,+,-,uI,+,-,D1,IN,LED,D2,IN,OUT,本页完,ISO100,本电路的电压放大倍数,光电耦合放大器结束页,隔 离 放 大 器（光电耦合式）,继续,ISO100光电耦合放大器的基本接法,R,Rf,uO,+,-,uI,+,-,D1,IN,LED,D2,IN,OUT,本页完,ISO100,本电路的电压放大倍数,返回,结束,再见,再见,