检测系统数字化测试技术 教学课件 作者 姚敏第二章 第二章.pptVIP

* * 2.5.1变压器耦合隔离放大器 1.工作原理 隔离放大器由输入放大器、信号耦合器件、输出放大器以及隔离电源等部分组合。 * * AD202隔离放大器 * * 输入引出4端 1、3输入端 5、6隔离电源输出端 输出阻抗较高 * * 2. 应用实例 在某些电桥测量电路中，为了抑制电桥的直流共模电压，提高测量精度，往往需要浮空电源供电。浮空隔离的可程控增益的放大电路如下图所示。它由测量电桥、隔离放大器、多路模拟开关和一些辅助电路构成。 * * * * 说明 电路中CMOS开关电源、驱动电路电源都采用浮地式。逻辑控制信号经光电耦合器加到驱动电路输入端，这样，驱动电路与模拟开关也被隔离浮空。由于光电耦合器件和隔离变压器的抗高压性能都在千伏以上，所以这种电桥测量电路可以在数百伏高压电位条件下正常工作。 * * 2.5.2光电耦合隔离放大器 由于光电耦合器件是半导体器件，所以存在温漂，且输入输出之间的电压或电流的关系为非线性关系，器件参数离散性大。因此，用光电耦合器线性隔离传送模拟信号有一定技巧性。 * * 实际上这一电路存在以下几方面的问题： (1)输入电压必须是单极性的，即要求uI0。 (2)输入电压的线性范围小。“I的下限电压应高于双光耦中两个发光二极管的串联电压，而这一电压一般在4V左右。另一方面，I的上限电压也受到电源电压U和电路中其他器件(如运算放大器、光电耦合器等)的限制。 (3)运算放大器始终加有共模电压，这对运算放大器的共模抑制比要求高。 (4)运算放大器的反馈是通过光电耦合器实现的。光电耦合器的信号传递有一定延迟，因此，运算放大器的工作频率不能太高，若过高会产生自激振荡。 (5)电阻R1和R3的不对称误差和温漂会造成输入输出电压的跟随误差。 (6)光电耦合器件为电流控制电流器件，其输出级，即光电二极管可看成受控电流源。因此，理论上说，即使Ul和U2不相等，两个光电耦合器的输出级电流也不会造成不对称误差。但实际上，光电二极管的恒流特性并不理想，这会造成两光电耦合器的输出电流不相等。 * * 它有一个发光二极管LED和两个光电二极管D1，D2。两个光电二极管与发光二极管紧紧靠在一起，光匹配性良好，参数对称。D1的作用是从LED的信号中引入反馈；D2的作用是将LED的信号进行隔离传送。 电路正常工作时，uI为单极性负电压，这时由于VDl的负反馈作用，LED中会有电流流过。原因是：若LED中无电流流过，即运算放大器输出电压小于零，这会使VDl截止，从而引脚15电压为负，造成运算放大器反相输入端电压低于同相输入端电压，使其输出电压为正，故LED中有电流流过。LED导通后，通过光电耦合作用，在光电二极管VDl，VD2中会分别产生大小相等的电流il，i2。 * * * * 2.6电荷放大器 在力、加速度、振动、冲击等测量中广泛应用着压电传感器，它是将被测量转换为电荷输出的传感器。为了将传感器的电荷输出转变为电压输出，就需用电荷放大器。该放大器的主要特点是它与压电晶体传感器连接后不影响所产生的电荷量，且测量灵敏度与电缆长度无关。后者为远距离测量提供了方便。 * * 2.6.1电荷放大器的基本原理 电荷放大器，是一种输出电压正比于输入电荷的一种放大器 。通常是用来放大压电传感器所产生的电荷量。 压电传感器可用一个与电容Cq、电阻Rq，相并联的电荷源来等效。 等效电路如下图所示 * * 等效电路 * * 由于压电传感器的泄漏电阻Rq很大，所以产生的电荷能较长时间保存。但如果外接的电阻很小，传感器受力后所产生的电荷就会以时间常数τ=（Rq//RL）Cq按指数规律很快放电。因此，压电传感器要求负载电阻RL很大，以减小测量误差。 * * 电荷放大器是一种电容负反馈的高增益放大器。电荷放大器与压电传感器连接的基本电路如图所示 图中Cf为反馈电容， Rf为反馈电阻。 避免运放输出饱和。 R和C为传感器的等效参数 * * 在理想运放条件下，输入电流I等于反馈电流，所以 * * 等效电路 * * 用节点电压法可求得 输出： * * 只要Ao足够大，则分母中C（1 ＋A。）Cf，1／R（l＋Ao）(1/Rf)，传感器本身的电容和电缆的等效参数不影响或很少影响电荷放大器的输出。这是电荷放大器的特点。这一点使电荷放大器的使用非常方便。 * * 电荷放大器的输出电压只决定于输入电荷Q以及反馈电路参数Cf、Rf。由于通常1/RfωCf ，所以1/Rf可忽略，则输出电压为: 只要Ao足够大，输出电压与Ao无关，只决定于输入电荷Q和反馈电容Cf ，改变Cf的大小可方便地改变放大器的输出电压，不过反馈电容Cf必须采用高质量的电容，否则由于电容漏电会引起误差。 * * 2.6.2电荷放大器的特性分析 当1/R（1