山东理工大学：《数据采集与处理》课程教学课件（PPT讲稿）第4章 测量放大器

SPUT 第4章测量放大器 41概述 o42测量放大器的电路原理 43测量放大器的主要技术指标 o44测量放大器集成芯片 45测量放大器的使用 教据采集与处理

1 SDUT 数据采集与处理 4.1 概述 4.2 测量放大器的电路原理 4.3 测量放大器的主要技术指标 第4章 测量放大器 4.4 测量放大器集成芯片 4.5 测量放大器的使用

SPUT 第4章测量放大景 41概述 问题在数据采集中,经常会遇到一些微 弱的微伏级信号,例如热电偶的输 出信号,需要用放大器加以放大。 通用运算放大器 放大器类型 测量放大器 教据采集与处理 2

2 SDUT 数据采集与处理 4.1 概述 第4章 测量放大器 问题：在数据采集中, 经常会遇到一些微 弱的微伏级信号，例如热电偶的输 出信号，需要用放大器加以放大。 放大器类型 通用运算放大器 测量放大器

SPUT 4.1概述 那么选择何种放大器来放大微弱信号? 目前市场上的放大器有以下特点 ●通用运算放大器 具有mV级失调电压、数μV/C的 特点温飘,不能用于放大微弱信号。 测量放大器: 具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗 共模千扰、低温漂、低失调电压,广泛 用于放大微弱信号。 教据采集与处理 3

3 SDUT 数据采集与处理 4.1 概 述 通用运算放大器： 具有mV级失调电压、数μV/℃的 特点 温飘，不能用于放大微弱信号。 那么选择何种放大器来放大微弱信号？ 目前市场上的放大器有以下特点。 测量放大器： 具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗 共模干扰、低温漂、低失调电压，广泛 用于放大微弱信号

SPUT 第4章测量放大景 42测量放大器的电路原理 电路原理如图4所示。 教据采集与处理 4

4 SDUT 数据采集与处理 第4章 测量放大器 4.2 测量放大器的电路原理 电路原理如图4.1所示

SPUT 42测量放火的电路原理 R R A R R R R R A 图41测量放大器原理电路 第一级:两个同相放大器A1、A2 有两级运放 输入阻抗高。 第二级:普通差动放大器A3 教据采集与处理 5

5 SDUT 数据采集与处理 4.2 测量放大器的电路原理 有两级运放 第一级：两个同相放大器A1、A2 输入阻抗高。 第二级：普通差动放大器A3 Ui1 Ui2 + - A1 - + A2 RG R1 R2 R3 + + A3 R4 UO U3 U4 R5 R6 图4.1 测量放大器原理电路 IG

SPUT 42测量放火的电路原理 两个技术问题: ③测量放大器的增益 2R1、R K (1+ (4-6) i2 RR 由上式可知,调节外接电阻的大小, 可以改变测量放大器的增益 教据采集与处理 6

6 SDUT 数据采集与处理 4.2 测量放大器的电路原理 两个技术问题： 测量放大器的增益 ) (4 6) 2 (1 3 1 5 1 2 0 = − + − − = R R R R U U U K i i G 由上式可知，调节外接电阻的大小， 可以改变测量放大器的增益

SPUT 42测量放火的电路原理 ③抗共模千扰能力 (1)对直流共模信号,其抑制比为无穷大。 (2)对交流共模信号,由于输入信号的传 输线存在线阻Rn、R2和分布电容C1、 C2,RnC1、R2C2分别对地构成回 路 如图42所示。 教据采集与处理 7

7 SDUT 数据采集与处理 抗共模干扰能力 ⑴ 对直流共模信号，其抑制比为无穷大。 ⑵ 对交流共模信号，由于输入信号的传 输线存在线阻Ri1、Ri2和分布电容C1、 C2， Ri1 C1 、 Ri2 C2分别对地构成回 路。 4.2 测量放大器的电路原理 如图4.2所示

SPUT 42测量放火的电路原理 C R3 R R R IRG R R R R 输入信号 的共模分 量传给屏 蔽体 输入保护电路 图42交流共模干扰影响及抑制方法 当R1=R2时,由于屏蔽层和信号线间 对交流共模信号是等电位的,故C1、C2的分 压作用不存在,从而降低共模干扰的影响。 教据采集与处理 8

8 SDUT 数据采集与处理 输入信号 的共模分 量传给屏 蔽体 输入保护电路 4.2 测量放大器的电路原理 当Ri1 C1≠ Ri2 C2时，交流共模信号在两运 放输入端产生分压Ui1 ′ 、 Ui2 ′ ，Ui1 ≠ Ui2， 所以IG ≠0 ，对输入信号产生干扰。 Ui1 Ri1 Ui2 Ri2 R3 R1 R4 A3 - + R2 R6 UO R5 RG R2 ′ R1 ′ 图4.2 交流共模干扰影响及抑制方法 A4 + - A1 + - A2 - + C1 C2 抑制交流共模信号干扰措施： 在其输入端接一个输入保护电路， 并将信号线屏蔽。 当R1 ′ = R2 ′时，由于屏蔽层和信号线间 对交流共模信号是等电位的，故C1 、C2 的分 压作用不存在，从而降低共模干扰的影响

SPUT 42测量放火的电路原理 43测量放大器的主要技术指标 1.非线性度 非线性度 放大器实际输出输入关 系曲线与理想直线的偏 差。 非线性度与增益有关,且对数据采集 精度影响很大。 教据采集与处理 9

9 SDUT 数据采集与处理 4.2 测量放大器的电路原理 4.3 测量放大器的主要技术指标 1. 非线性度 非线性度 —— 放大器实际输出输入关 系曲线与理想直线的偏 差。 非线性度与增益有关，且对数据采集 精度影响很大

SPUT 42测量放火的电路原理 增益为1,非线性偏差为0.025% 12位A/D 转换器 增益为500非线性偏差为0.1% 结果:相当于把12位AD转换器变成10位 以下的转换器。 结论:一定要选择非线性度偏差小于 0.024%的放大器。 教据采集与处理

10 SDUT 数据采集与处理 4.2 测量放大器的电路原理 12位A／D 转换器 增益为1，非线性偏差为0.025% 增益为500，非线性偏差为0.1% 结果：相当于把12位A/D转换器变成10位 以下的转换器。 结论：一定要选择非线性度偏差小于 0.024%的放大器