隔离放大器教学课件PPT.ppt

2.5隔离放大器 在某些情况下，输入电路与输出电路之间以及放大电路与电源电路之间不能有直接的电路连接，信号的耦合以及电源电能的传递要靠磁路或光路来实现。放大器内部采取这种隔离措施的就叫隔离放大器。它不仅具有通用运放的性能，且输入公共地和输出公共地之间有良好的绝缘性能 共模电压产生的原因 由于被测量电路本身就存在 由于不同的地电位产生的 就其隔离对象而言，隔离放大器分为： 二端口隔离 三端口隔离 隔离放大器的符号 隔离放大器的使用场合 信号回路具有很大的共模电压 （数百伏以至数千伏）； 信号回路与测试系统之间不易共地； 强干扰、强辐射； 生物仪器 隔离放大器的主要技术指标 非线性度 最大安全差动输入 共模抑制比 漏电流 输入噪声 隔离电源 1、非线性度 定义为实际传输特性与最佳直线的最大偏差。以满量程输出的百分比表示，一般为±0.05%。常与输出幅度有关，如有的隔离放大器输出±5V时，非线性度±0.05%，当输出为±10V时，为非线性度±0.2% 2、最大安全差动输入 定义为可以跨接在两输入端的最大安全电压。如隔离放大器的输入端内部有保护电阻， 则该电压可高达百伏以上，否则仅为±13V左右。有瞬态高压的信号源时，该参数很重要。 3、共模抑制比 分两种：1.为输入端到护卫端的共模抑制比CMRRIN，2.输入端到输出端的共模抑制比CMRRIO 隔放的共模误差为CMRRIN和CMRRIO所造成的误差之和。 4、漏电流 定义为市电加在输出端与系统地（输出地）之间时，在输入端的最大电流。（在生物医学、医疗设备应用时需要注意） 5、输入噪声 隔离放大器内部噪声折算到输入端的总噪声 6、隔离电源 隔离放大器可向外部电路提供的、与供电电源完全隔离的电源。一般为正负双电源。 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 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。 2.8.1电荷放大器的基