电气与电子测量技术——模拟调理电路和测量系统.ppt

仪表放大器原理和特性分析 输入阻抗分析 仪表放大器原理和特性分析 共模抑制分析 VCM＝(V++V-)/2 VIN＝(V+-V-) 差模输入： 共模输入： 仪表放大器原理和特性分析 共模抑制分析 仪表放大器原理和特性分析 作用: 放大 差分信号的同时抑制共模信号。 缺点： 同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不 相等。 （在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 kΩ， 而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即 200 kΩ) 差分放大器实现共模抑制 仪表放大器原理和特性分析 测量放大器的共模抑制 仪表放大器主要用途 仪表放大器的主要用途是放大噪声环境中传感 器输出的弱信号。 电桥（基于电阻应变片压力测量，基于热电阻的温度测量等） 热电偶 霍尔传感器 双恒流源电路 典型集成仪表（仪用）放大器 基本的测量放大器可用于一般场合，精度要求高时，可选用AD公司提供的AD521，AD522、AD612、AD62x型，以及国产ZF60S型单片集成测量（仪表）放大器。 AD521 测成测量放大器 a）引脚功能 b）基本接法 典型集成仪表（仪用）放大器 典型集成仪表放大器产品AD62X系列 ADI的AD62x系列通用集成仪表放大器因其性价比较高，应用广泛。右图是AD623的内部原理图。 其基本电路还是三运放构成的仪表放大器，主要不同点在于输入PNP管（Q1、Q2）可以将输入共模电压电平上移从而可以允许低于负电源电压0.2V的电压输入。 输入端的两个嵌位二极管可以提供输入过压保护。 电压增益Gain=1+100k/RG。 集成仪表放大器产品AD62X系列 通用仪表放大器AD623用来放大直流电阻电桥的输出。图中差模电压一般在mV级,而两个输入端输入的同极性、同幅值的共模电压分量约为2.5V（电桥的直流偏压）。抑制电源电压范围内的共模分量是使用仪表放大器的主要原因。 浮地输入信号源的静态偏置电流路径 集成仪表放大器虽然是用于差分信号的放大，但集成仪表放大器本身的静态偏置电流还是需要能流通到电路公共端的直流路径。 对于像右图所示的热电偶输出的热电势、经变压器耦合的交流输入电压信号、经电容耦合的交流输入电压信号等，这些输入电压信号源的一个共同特征是它们都是“浮地”的，集成仪表运放的输入端到地没有直流路径，所以必须增加到地的直流路径，以便输入偏置电流能流通。 高共模的危害 图中为AD623的共模输入对可能的最大输出的限制。纵坐标表示的是针对差模输入分量进行放大后可能的最大输出。显然，使用集成仪表放大器时，应当将共模输入分量限制在图中的AB或ED边线所对应当的范围以内。 共模信号分量在存在输入失调的差分放大电路中的表现 AD522 DataGuard提高共模抑制比 用AD522测量电桥的电路（DataGuard的作用） Data guard：udg＝(uin++uin-)/2 － 连接至信号电缆屏蔽层。 作用：提高交流信号共模抑制比（AC CMR）。 集成差分放大器AD8200系列 集成仪表放大器的共模抑制比CMRR虽然很高，但允许输入的共模电压范围却受正负电源电压的范围限制。在有些应用中，前置放大器的共模输入电压范围远远超出电源电压范围，集成差分放大器在集成仪表放大器的前级增加一个专门抑制高共模输入的差分放大级。 ADI的AD8200系列在单+5V供电时允许的共模电压范围为-8V～+28V，其内部结构如图所示。A1与两侧的分压电阻配合，可以扩展输入共模电压的范围。 程控、隔离放大器 程控放大器 多档程控放大器，通过两位程控信号C1和C2来控制模拟开关来切换反馈电阻Rf ，可实现四个档的闭环增益值Rf0/R、Rf1/R、Rf2/R和Rf3/R。 特点：电路简单、容易实现，闭环增益取决于接入的反馈电阻阻值。 可编程增益放大器的增益可通过数字逻辑电路来控制。 隔离运算放大器 隔离运算放大器是指输入、输出不共地，目的是保证输入、输出更好的隔离。 常用的隔离放大器主要有电磁（变压器）耦合和光电耦合两种形式。 作用： （1）抗干扰（干扰信号过不去）； （2）安全考虑，对测量人员和测量仪器有益。 隔离运算放大器 AD202/204、AD284、AD289、BGF01等。 集成隔离运放的特点是三端口隔离，能抗高的共模电压（1500V），高共模抑制比，高输入阻抗，高精度，低漂移和低噪声等，广泛用于数字采集系统、医疗仪器、计算机及其他电子设备提供隔离保护。 隔离放大器AD202内部结构图。 典型集成隔离放大器产品 数字化数据采集系统 A/D转换器的作用 将模拟电压量转换为数字量的器件。 A/D转换器的主要技术