第8章信号检测与处理电路概述.ppt

8.1.1 精密仪用放大器 1．精密仪用放大器的特点 2．精密仪用差分放大器电路 1．精密仪用放大器的特点 在实际信号检测系统中，通常前端都用传感器获取信号，即把被测物理量通过传感器转换为电信号，然后进行放大。 但是，根据传感器的基本原理，作为信号源的传感器，多数的等效电阻均不是常量，它们随所测物理量和环境的变化而变。 这样，对于放大电路而言，相当于信号源内阻是变量，根据前述源电压放大倍数的表达式 可以看出：放大器的放大能力 将随或被测物理量和环境的变化而变化。为保证放大器对不同测试物理量具有稳定的放大倍数，或者说为了降低 对放大倍数的影响，就必须使得放大器的输入电阻 ， 越大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就愈小。 此外，从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。 综上所述，精密仪用放大器除具备足够大的放大倍数外，还应具有高输人电阻和高共模抑制比。 2．精密仪用差分放大器电路 （1）电路组成和工作原理 （2）应用举例 （3）集成仪用放大器 （1）电路组成和工作原理  精密仪用放大器的电路多种多样，最常用的为由三个集成运放组成的差分测量放大电路，其它种类电路大多由该类电路演变而来。 差分测量放大器电路如图8-1所示，由两个高阻型集成运放A1、A2和低失调集成运放A3组成。由于A1、A2各自组成同相输入的电压串联负反馈电路，故具有较高输入阻抗。 A3组成后级差分放大电路。 图8-1所示电路中，由于A1、A2组成了对称的差分式放大电路，因此，可把的中点看成零电位，相当于虚地。这样A1、A2各自构成了同相比例放大电路。故其输出为： （2）应用举例 图8-2所示为一实际测量温度的电路，由电阻温度变换器 和 组成测量桥路。当电桥平衡时， ，相当于共模信号，故输出 。这表明测量放大器有较高的共模抑比和较小的温漂。 若测量桥臂 感受到温度变化后，产生与 相应的微小信号变化 ，相当于差模信号，能进行有效地放大。相反如果取 一端对地信号，用一般单管组成的直流放大电路进行放大，则其输出难以反映微小变化量的放大信号，因放大后的 将 淹没了。 图8-1所述测量放大电路中，A1、A2运放特性难以匹配，电阻值也不可能特别精确，因此放大还有一定的误差。目前采用混合集成工艺，可将高性能集成运放和精密电阻都集成在一个单片电路中，使电阻的阻值和运放特性匹配达到极高精度和相对温度的稳定性。 常用集成精密测量放大器型号有：LH0036、LH0037、LH0038C、LF352、AD521、AD522；超高精度有：INAl01、IN104；低功耗型：INl02；精密型：LMl63、LM363。数字可控增益：LH0086。低漂移型：3626、3629等。 图8-3所示是型号为INA102的集成仪用放大器，图中各电容均为相位补偿电容。第一级电路由A1和A2组成，与图8-1所示电路中的A1和A2对应，第二级电路的电压放大倍数为1。 INA102是高精度单片仪表放大器，设计用于低静态功率条件下的信号放大。 INA102使用方便，只需简单地选择连接适当的引脚，就可得到增益1（管脚6和7相连）、10（管脚2、6和7相连）、100（管脚3、6和7相连）或1000（管脚4和7，5和6相连）。 当要求共模抑制比高于芯片自身共模抑制比时，芯片引脚外部提供调节以满足要求，在输出部分完成平衡滤波。1NA102可用于各种信号源的放大，如应变计量器(重量计的应用)、热电偶、桥路传感器，还可用于远程传感器放大、低电平信号放大、多通道系统、电池供电设备等。 INA102的输入电阻可达 ，共模抑制比为100 ，输出电阻为 ，小信号带宽为 ；当电源电压为 时，最大共模输入电压为 。 8.1.2 电荷放大器 常见的压电式加速度传感器、压力传感器、CCD等传感器属于电容性传感器，这类传感器的阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱；它们工作时，将产生正比于被测物理量的电荷量，且具有较好的线性度。 积分运算电路可以将电荷量转换成电压量，电路如图8-4所示。电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势 与—个输出