信号预处理路--信号放大电路.ppt

1 信号预处理（调理）目的: 对传感器输出的电信号预先进行一次处理(或调理)，以提高信号的质量，完成归一化。 集成运放是一种多级直接耦合的高增益放大电路。输入级采用差分放大电路，以提高输入电阻，减小失调电压和偏置电流，提高差模和共模输入电压范围； 直接耦合方式的优缺点 低频特性比较好：直接耦合既可以放大交流信号，也可以放大变化缓慢的信号，还可以反映信号直流电平的变化。 便于集成：电路中没有电容和电感，只有管子和电阻。 设计、计算和调试不便：因为直接耦合方式是前后级直接相连，使各级的静态工作点不是独立的，会相互影响。 零点漂移问题 电路的输入端短路时，输出电压应为某一初始值(用正、负电源供电时，一般要求为零)，而且应该不变。实际上，随着时间的迁移，输出电压会偏离初始值而作缓慢的随机的变动。这种现象就叫做零点漂移，简称零漂。 产生零点漂移的原因 元件参数变化 电源电压波动 晶体管参数随温度的变化是主要原因 UBE、β、ICBO 三个参数都与温度有关 零点漂移问题的严重性及抑制方法 采用恒温措施； 采用补偿法，采用热敏元件或二极管等； 设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移互相抵消。 在运算放大器中，广泛采用差动放大电路来抑制零漂。 4 差放的共模抑制作用 共模信号输入时，两管电流增量大小相等、方向相同。两个输出端上的电压增量也大小相等、方向相同；因此，双端输出的电压增量为零。在共模下，长尾的电流增量是单管的两倍，它将削弱对输入共模信号的放大作用。这个作用称为共模负反馈。电路匹配精度越高，长尾电阻越大，共模抑制能力就越强。 6 恒流源式差放电路 7 差放电路的几种接法 8 集成运放差动放大器 基本电路 共模与差模输入 2 单片集成测量放大器 在信号处理中采用单片测量放大器芯片。具有性能优异、体积小、电路结构简单、成本低等特点。 美国Analog Devices公司提供的AD620 、AD521、AD522、AD612、AD614等。国内749厂生产的有ZF605、ZF603、ZF604等。 3 可编程（程控）测量放大器PGA 隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。 隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。 原理框图 通用隔离放大电路 AD277变压器耦合隔离放大器 差分放大电路动态性能指标 对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。但双端输入可减小共模输入。 ui1 +UCC ui2 uo C1 B1 C2 E B2 RC T1 RB RC T2 RB IC3 -UEE ib2 ib1 ud = ui , uc = 0 双端输入： ui1 = -ui2 =0.5ui ud = ui , uc = 0.5ui 单端输入： ui1 =ui ，ui2 = 0 R3 uo R4 ui2 R1 ∞ - + + N1 R2 ui1 R3 uo R4 uid/2 R1 ∞ - + + N1 R2 uid/2 uic uo=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)ui2﹣(R3/R1)ui1 若R1=R2，R3=R4，则uo=﹣(R3/R1) (ui2-ui1) 即只对差模信号进行放大 若放大器只有共模信号作用，则有 uoc=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)uic﹣(R3/R1)uic 当R1=R2，R3=R4时，uoc=0 即输出信号中无共模信号成分 一般应用中，信号放大只要通过差动放大电路即可满足需求，但基本差放电路的精密度较差（输入阻抗低、共模抑制性差），且变更放大增益时需调整两个电阻。测量（仪用）放大电路则无以上缺点。 测量放大器是信号采集与调节系统输入端的第一个电路，其主要功能是高精度放大、测量信号、抑制共模干扰，提高信噪比和信号质量。 三 测量（仪用）放大器电路 提高输入阻抗 四个电阻匹配难，CMRR不高 1 三运放测量放大电路 先放大差模信号， 可降低后级的要求。 高输入阻抗、高CMRR、低漂移 后级主要起匹配作用，提高CMRR A1， A2的 大且一致 当 时， AD620的核心是三运放电路，有较高的共模抑制比CMRR，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系