测控电路及装置
2009-7-29 1
第二章 信号放大电路内容,
运算放大器的误差及其补偿 ★
典型测量放大电路 ★
隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 2
重点,
1 运算放大器的特性
2 仪用放大电路难点：
1 运算放大器的特性
2 隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 3
引言
测量放大电路的特点：
输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；
一定的放大倍数和稳定的增益；
低噪声；
低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；
足够的带宽和转换速率；
高共模输入范围和高共模抑制比；
可调的闭环增益；
线性好、精度高；
成本低。
何谓测量放大电路？
测控电路及装置
2009-7-29 4
引言
测量放大电路的类型：
低噪声放大电路
高输入阻抗放大电路
高共模抑制比放大电路
差动放大电路
电桥放大电路
电荷放大电路
程控放大电路测控电路及装置
2009-7-29 5
运算放大器的误差及其补偿
实际运算放大器及其特性序号 参数名称 理想 实际
1 差模增益 ∞ 90～ 100dB以上
2 共模增益 0 0dB以上
3 输入阻抗 ∞ 100kΩ～数兆欧
4 输出阻抗 0 10Ω～数百欧
5 带宽 0～ ∞ 0～ 10Hz(或 0～ 10kHz)
测控电路及装置
2009-7-29 6
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压
oso uR
Ru )1(
1
2
特点：增益越大，输出失调电压越大 !!!!!
测控电路及装置
2009-7-29 7
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电流
)(
//R
)1(
2122
213
23
1
2
122
bbo
bbo
IIRu
RR
IR
R
R
IRu
若特点：反馈电阻越大，影响越大 !!!!! 通常 10～ 100kΩ
测控电路及装置
2009-7-29 8
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压和输入失调电流的调整
外部调整
URRRRR RRu a )(
21421
21
1 0 0 0
21
214
RR
RRR
)( 级mVua
测控电路及装置
2009-7-29 9
测控电路及装置
2009-7-29 10
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压和输入失调电流的调整
内部调整特点：
参考数据手册测控电路及装置
2009-7-29 11
转换速率：
最大变化速率：
最大不失真频率：
t
USR
mm fUUdtdu 2| m a x
mU
SRf
2m a x?
运算放大器的误差及其补偿
转换速率和最大不失真频率特点：输出电压跟踪输入电压的能力 (V/us)
测控电路及装置
2009-7-29 12
100Hz的方波信号测控电路及装置
2009-7-29 13
10000Hz的方波信号测控电路及装置
2009-7-29 14
OP07:0.3V/us
测控电路及装置
2009-7-29 15
LF353:13V/us
测控电路及装置
2009-7-29 16
典型测量放大电路
测量放大电路的基本要求与类型
测量放大电路的输入阻抗应与传感器输入阻抗匹配
稳定的放大倍数
低噪声
低输入失调电压和输入失调电流，低漂移
足够的带宽和转换速率
高共模输入范围和高共模抑制比
可调的增益
线性好，精度高
成本低测控电路及装置
2009-7-29 17
按结构原理分类
差动直接耦合式
调制式
自动稳定式
按制造方式分类
分立元件结构形式
通用集成运算放大器
单片集成测量放大器测控电路及装置
2009-7-29 18
测控电路及装置
2009-7-29 19
uo
R3
ui R1
R2
∞-
+
+
N1213
1
2
// RRR
R
R
u
u
K
i
o
f
注意：
典型测量放大电路
反相放大电路特点：
1、输入阻抗较低
2、输入阻抗与增益之间的矛盾测控电路及装置
2009-7-29 20
52
5
4
1
2
,4
)1(
RRR
R
R
R
R
u
u
K
i
o
f
注意：
测控电路及装置
2009-7-29 21
22
11
,
,
CR
CR
高频：
低频：
化特点：滤波与放大一体测控电路及装置
2009-7-29 22
uo
R3
ui
R1
R2
∞-
+
+
N1
213
3
12
'
1
2
//
/1
1
RRR
R
RR
KZ
Z
R
R
u
u
K
i
i
i
o
f
注意：
典型测量放大电路
同相放大电路常用芯片,MAX4074,MAX4075,OPA2682,OPA3682
测控电路及装置
2009-7-29 23
测控电路及装置
2009-7-29 24
测控电路及装置
2009-7-29 25
差动放大器 ------是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。
典型测量放大电路
基本差动放大电路测控电路及装置
2009-7-29 26
R3
uo
R4
ui2
R1 ∞
-
+
+
N1R2
ui1
基本电路测控电路及装置
2009-7-29 27
根据线性叠加原理,
1
1
2
1 io uR
Ru
2
43
4
1
2
2 )1( io uRR
R
R
Ru
341212
1
2
21 // )( RRRRuuR
Ruuu
iiooo 条件：
典型测量放大电路
基本差动放大电路
差模放大
R3
uo
R4
ui2
R1 ∞
-
+
+
N1R2
ui1
测控电路及装置
2009-7-29 28
典型测量放大电路
基本差动放大电路
共模抑制性能
R3
uo
R4
ud/2
R1 ∞-
+
+
N1R2
ud/2
uic
等效电路信号变换：
idiciiiid
idiciiiic
uuuuuu
uuuuuu
2
1
)(
2
1
)(
2
1
212
121
者或测控电路及装置
2009-7-29 29
idico uR
R
R
RR
RR
Ru
R
R
R
RR
RR
Ru )(
2
1)(
1
2
1
21
43
4
1
2
1
21
43
4
C M R R
RRRR
R
R
R
RR
RR
R
R
R
R
RR
RR
R
K
K
C M R R
c
d
3412
1
2
1
21
43
4
1
2
1
21
43
4
//
)(
)(
2
1
条件：
共模抑制比,
常用芯片,INA105,INA106,INA117
测控电路及装置
2009-7-29 30
什么是高共模抑制比放大电路？
用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）
的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？
应用于要求共模抑制比大于 100dB的场合，例如人体心电测量。
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 31
来自传感器的信号通常都伴随着很大的 共模电压 (包括干扰电压 )。 一般采用差动输入集成运放器来抑制它,但是必须要求外接电阻 平衡对称,运算放大器具有理想特性 。
否则,放大器将有共模误差输出,其大小既与外接电阻对称精度有关,又与运算放大器本身的共模抑制能力有关 。
测控电路及装置
2009-7-29 32
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
CMRR对电路的影响测控电路及装置
2009-7-29 33
VuVu 50,50 21 VuVu 9 9 5 0,1 0 0 5 0 21
测控电路及装置
2009-7-29 34
1 0 0
0,1 0 0
2
,
21
21
dccddo
cd
cd
ccddo
AuAuAu
VuVu
uu
uuuu
uAuAu
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
CMRR对电路的影响测控电路及装置
2009-7-29 35
)( 1 % %)11(1 0 0
80C MRR
)( 1 0 % %)101(1 0 0
60C MRR
)
1
(
)(
1 0 0 0 0,1 0 0
的误差则：
当的误差则：
当
do
do
cdd
c
d
c
ddccddo
cd
Au
dB
Au
dB
u
C M R R
uA
u
A
A
uAuAuAu
VuVu
测控电路及装置
2009-7-29 36
特点,***共模抑制能力只与外接电阻对称精度有关,但电路的输入阻抗低
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
双运放高共模抑制比放大电路
ui2
ui1 R1
R2
R4
R6
R5R
3=R1∥ R2 R
7 =R4∥ R5∥ R6
uo
∞-
+ +N1
∞-
+ +N2
反相串联结构型
0,21
5
4
1
2
2
5
6
1
4
6
1
2
oii
iio
uuu
R
R
R
R
u
R
R
u
R
R
R
R
u
当测控电路及装置
2009-7-29 37
特点,****高的输入阻抗
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
双运放高共模抑制比放大电路
uo
ui2
ui1
R4
R3
uo1
R2
R1
∞+
- +N2
∞+
- +N1
同相串联结构型测控电路及装置
2009-7-29 38
ui1
ui2
uo
1
uo
2
R1
R0
R2
R7
RP
1
R8
R3
R4
R6
uo
R5∞+
- +N
1 I
R
∞-
+ +N
2
∞-
+ +N
3
特点：
1,目前广泛应用的高共模抑制比放大电路
2,N1,N2是两个性能一致的同相输入通用集成运放,构成平衡对称的差动输入级,N3构成双端输入单端输出级 。
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 39
3
5
0
21
12
0
21
12
0
2
1
0
2
22
0
1
2
2
1
11
0
12
1
11
2
22
)1(
))(1(
)1(
)1(
)()()(
R
R
R
RR
A
uu
R
RR
uuu
R
R
u
R
R
uu
R
R
u
R
R
uu
R
uu
R
uu
R
uu
I
f
iiooo
iio
iio
iioiio
R
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 40
结论：
当输入级的两个运放性能一致时,该级差动输出及其增益只与差模输入电压有关 。
输入级的共模输出,失调及漂移均在 R0两端相互抵消 。
单片集成运算放大器 AD612,AD614
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 41
何谓电桥放大电路？
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。
典型测量放大电路
电桥放大电路应用于何种场合？
应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，
经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。
输入方式,单端输入 双端输入测控电路及装置
2009-7-29 42
Z1 Z2
Z4Z3
R2
R1
b a u
ou
∞-
+ +N
反相输入特点：
电桥电源是浮置
典型测量放大电路
电桥放大电路
单端输入电桥放大电路
uZZ ZZZ Zu ab )(
31
3
42
4
测控电路及装置
2009-7-29 43
特点,单端输入电桥放大电路的增益与桥臂电阻无关,增益比较稳定,但电桥电源一定要浮置 。
输出电压与桥臂电阻的相对变化率是成非线性关系,只有当 δ<< 1时,才成近似按线性变化
)2/(14
)1(
/)1(
))((
)1(
)]/()/([)/(
1
2
3421
4231
4132
1
2
313424211
u
R
R
u
RRRZRZZZ
u
ZZZZ
ZZZZ
R
R
u
uZZZZZZRRRu
o
o
o
，，当测控电路及装置
2009-7-29 44
R+Δ R
R2
R1
uo
R
R R
u ∞
-
+ +
N
同相输入测控电路及装置
2009-7-29 45
∞-
+
+
N
R2=R1
uo
R1
u
R (1+δ )
ua
ub
R
R
R
特点：电桥的四个臂的电阻同时变化时,电路的放大倍数不是常量 。
桥臂电阻 R与 R1电阻的温度系数不一致时,增益也不稳定 。 适用于低阻值传感器,且精度要求不高 。
典型测量放大电路
电桥放大电路
差动输入电桥放大电路
)2/(14
)
2
1( 1
u
R
R
u o
测控电路及装置
2009-7-29 46
uo
R3
R2 = R（ 1+δ ）R1
u
ua
R1
ub
∞-
+
+
N
目的,使输出电压与传感器电阻相对变化率成线性关系 。
典型测量放大电路
电桥放大电路
线性电桥放大电路
u
RR
RR
u
R
R
RR
R
R
R
u
RRuRu
RRuRRuu
o
b
oa
31
23
1
2
31
3
1
2
313
1221
]))(1[(
)/(
)/()(
测控电路及装置
2009-7-29 47
原因,通常,传感器输出的信号电压在零到数毫伏范围内变化 。 因此,减少测量放大电路的电压漂移,实现低漂移信号放大是非常重要的 。
分类：
通用集成运放组成的斩波稳零放大电路或自动调零放大电路
低漂移单片集成运算放大器
典型测量放大电路
低漂移放大电路设计思想：
将放大器的失调电压记忆在记忆电容上,然后将它送到放大器输入端,以 抵消 掉放大器本身的失调电压 。
测控电路及装置
2009-7-29 48
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
自举式高输入阻抗放大电路
自举电路 是利用反馈使 输入电阻的两端近似为等电位，
减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如 电容式、压电式传感器 的测量放大电路。
测控电路及装置
2009-7-29 49
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
高输入阻抗集成运算放大器的屏蔽测控电路及装置
2009-7-29 50
a)同相交流放大电路
uo
R1
R2
C2C1
R3
∞-
+ +ui
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
自举式高输入阻抗放大电路测控电路及装置
2009-7-29 51
uoui
R1
R2
C2
C1
R3
∞-
+ +
b) 交流电压跟随电路测控电路及装置
2009-7-29 52
uoui i
1
i2
R1i
uo2
2R1
R3
R2
∞-
+ +N1
∞ -
++
R3
N2
c)自举组合电路
i
i
RRR
RRRRR
，当 21
1221 )/()(
特点,测量放大电路的输入阻抗越高,输入端的噪声越大 。 输入阻抗应该与传感器输出阻抗相匹配 。 达到最大的信噪比 。
测控电路及装置
2009-7-29 53
原因,
电荷放大电路是一种输出电压与输入电荷成比例关系的测量放大电路 。
例子,
压电式传感器或电容式传感器可将某些测量转换成电荷信号输出,再通过电荷放大电路输出放大了的电压信号 。 因此,电荷放大电路也称为电荷 ---电压变换电路
典型测量放大电路
电荷放大电路测控电路及装置
2009-7-29 54
典型测量放大电路
电荷放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 55
测控电路及装置
2009-7-29 56
目的,
方便地调整放大电路的增益,又不降低共模抑制比。
调整方式,
手动
自动
程控
典型测量放大电路
增益调整放大电路测控电路及装置
2009-7-29 57
特点：
由于 R与增益之间是非线性关系,因此仅用于调整范围小于 10%的场合 。
典型测量放大电路
增益调整放大电路
手动增益调整放大电路
ido uR
R
R
Ru )1(2
1
2
1
2
测控电路及装置
2009-7-29 58
特点：
自动改变放大器反馈电阻或输入回路衰减电阻
典型测量放大电路
增益调整放大电路
自动增益调整放大电路测控电路及装置
2009-7-29 59
特点,增益由程序逻辑控制分类：
通用运放可编程增益放大电路
数字式可编程增益放大电路
集成可编程增益放大电路
典型测量放大电路
增益调整放大电路
可编程增益放大电路测控电路及装置
2009-7-29 60
测控电路及装置
2009-7-29 61
测控电路及装置
2009-7-29 62
测控电路及装置
2009-7-29 63
测控电路及装置
2009-7-29 64
测控电路及装置
2009-7-29 65
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 。
信号与电源的传递都通过变压器耦合或光电耦合 。
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。
隔离放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 66
－
＋
输入放大器
R1
R1
R2
Riso
Ciso
R2
uo
隔离器输 出放大器
－
＋
ud
uc
uiso
隔离放大电路
基本原理特点,普通差动放大电路和测量放大电路,虽然也能抑制共模干扰,但不允许共模干扰电压超过电源电压 。 但隔离放大器不仅有很强的共模抑制能力,而且能够承受上千伏的高共模电压
。
测控电路及装置
2009-7-29 67
a) 变压器耦合浮置电源输入调制放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输入 －
＋
b) 光电耦合浮置电源光耦合器输 入放大器
－
＋
输 出放大器输出输入
LED
V
隔离放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 68
AD277变压器耦合隔离放大器隔离电源 振荡器调制器输入屏蔽解调器输出屏蔽26
87
3
4
1
95
＋ 15V
－ 15V
13
12
10
16
－ U
100kΩ
100kΩ
1MΩ
1411
15＋ U
∞-
+ +N1
∞-
+ +N2
隔离放大电路
通用隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 69
－
＋
235L
电源
904
510Ω
增益微调用 100kΩ
277J Uo
RL
Ui 100kΩ
R2
1MΩ 9
.9k
Ω
100
Ω
限幅电路
10kΩ
10kΩ1kΩ
235L电源
＋ 15V
－ 15V
100
Ω
10
μ
F 100
Ω
10
μF
100Ω
～ 220V50Hz
2
3
4
9 51
6×
1N
4148
1N
753
A
12
111614
15
10
R3
R4
＋
＋
R1 ∞
-
+
+
C 0.1μ F
测控电路及装置
2009-7-29 70
隔离放大电路
光电耦合隔离放大电路
VCC
VCC
A1
R2
R1
A2
R3
T
OE
E
测控电路及装置
2009-7-29 71
∞-
+ +N1
C
－ 10V
VLC1
i1
R2
＋ 10V ＋ 10V
VLC2
i2
R3
R1
ui
－ 10V
uo
R5
∞-
+ +N2
R43.9kΩ
Rp
隔离放大电路
光电耦合隔离放大电路常用芯片,TLP521
1
5
53
2
12
1
10
10
R
RR
u
RR
u
R
i
R
u
R
i
o
o
i
特点,前后级之间不能任何电的连接 !!!!!!!!!
测控电路及装置
2009-7-29 72
作业：
2.3
2.4
2.7
2.13
第五章 图 5-27电路原理过程分析
2009-7-29 1
第二章 信号放大电路内容,
运算放大器的误差及其补偿 ★
典型测量放大电路 ★
隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 2
重点,
1 运算放大器的特性
2 仪用放大电路难点：
1 运算放大器的特性
2 隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 3
引言
测量放大电路的特点：
输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；
一定的放大倍数和稳定的增益；
低噪声；
低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；
足够的带宽和转换速率；
高共模输入范围和高共模抑制比；
可调的闭环增益；
线性好、精度高；
成本低。
何谓测量放大电路？
测控电路及装置
2009-7-29 4
引言
测量放大电路的类型：
低噪声放大电路
高输入阻抗放大电路
高共模抑制比放大电路
差动放大电路
电桥放大电路
电荷放大电路
程控放大电路测控电路及装置
2009-7-29 5
运算放大器的误差及其补偿
实际运算放大器及其特性序号 参数名称 理想 实际
1 差模增益 ∞ 90～ 100dB以上
2 共模增益 0 0dB以上
3 输入阻抗 ∞ 100kΩ～数兆欧
4 输出阻抗 0 10Ω～数百欧
5 带宽 0～ ∞ 0～ 10Hz(或 0～ 10kHz)
测控电路及装置
2009-7-29 6
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压
oso uR
Ru )1(
1
2
特点：增益越大，输出失调电压越大 !!!!!
测控电路及装置
2009-7-29 7
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电流
)(
//R
)1(
2122
213
23
1
2
122
bbo
bbo
IIRu
RR
IR
R
R
IRu
若特点：反馈电阻越大，影响越大 !!!!! 通常 10～ 100kΩ
测控电路及装置
2009-7-29 8
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压和输入失调电流的调整
外部调整
URRRRR RRu a )(
21421
21
1 0 0 0
21
214
RR
RRR
)( 级mVua
测控电路及装置
2009-7-29 9
测控电路及装置
2009-7-29 10
运算放大器的误差及其补偿
失调及其补偿
输入失调电压和输入失调电流的调整
内部调整特点：
参考数据手册测控电路及装置
2009-7-29 11
转换速率：
最大变化速率：
最大不失真频率：
t
USR
mm fUUdtdu 2| m a x
mU
SRf
2m a x?
运算放大器的误差及其补偿
转换速率和最大不失真频率特点：输出电压跟踪输入电压的能力 (V/us)
测控电路及装置
2009-7-29 12
100Hz的方波信号测控电路及装置
2009-7-29 13
10000Hz的方波信号测控电路及装置
2009-7-29 14
OP07:0.3V/us
测控电路及装置
2009-7-29 15
LF353:13V/us
测控电路及装置
2009-7-29 16
典型测量放大电路
测量放大电路的基本要求与类型
测量放大电路的输入阻抗应与传感器输入阻抗匹配
稳定的放大倍数
低噪声
低输入失调电压和输入失调电流，低漂移
足够的带宽和转换速率
高共模输入范围和高共模抑制比
可调的增益
线性好，精度高
成本低测控电路及装置
2009-7-29 17
按结构原理分类
差动直接耦合式
调制式
自动稳定式
按制造方式分类
分立元件结构形式
通用集成运算放大器
单片集成测量放大器测控电路及装置
2009-7-29 18
测控电路及装置
2009-7-29 19
uo
R3
ui R1
R2
∞-
+
+
N1213
1
2
// RRR
R
R
u
u
K
i
o
f
注意：
典型测量放大电路
反相放大电路特点：
1、输入阻抗较低
2、输入阻抗与增益之间的矛盾测控电路及装置
2009-7-29 20
52
5
4
1
2
,4
)1(
RRR
R
R
R
R
u
u
K
i
o
f
注意：
测控电路及装置
2009-7-29 21
22
11
,
,
CR
CR
高频：
低频：
化特点：滤波与放大一体测控电路及装置
2009-7-29 22
uo
R3
ui
R1
R2
∞-
+
+
N1
213
3
12
'
1
2
//
/1
1
RRR
R
RR
KZ
Z
R
R
u
u
K
i
i
i
o
f
注意：
典型测量放大电路
同相放大电路常用芯片,MAX4074,MAX4075,OPA2682,OPA3682
测控电路及装置
2009-7-29 23
测控电路及装置
2009-7-29 24
测控电路及装置
2009-7-29 25
差动放大器 ------是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。
典型测量放大电路
基本差动放大电路测控电路及装置
2009-7-29 26
R3
uo
R4
ui2
R1 ∞
-
+
+
N1R2
ui1
基本电路测控电路及装置
2009-7-29 27
根据线性叠加原理,
1
1
2
1 io uR
Ru
2
43
4
1
2
2 )1( io uRR
R
R
Ru
341212
1
2
21 // )( RRRRuuR
Ruuu
iiooo 条件：
典型测量放大电路
基本差动放大电路
差模放大
R3
uo
R4
ui2
R1 ∞
-
+
+
N1R2
ui1
测控电路及装置
2009-7-29 28
典型测量放大电路
基本差动放大电路
共模抑制性能
R3
uo
R4
ud/2
R1 ∞-
+
+
N1R2
ud/2
uic
等效电路信号变换：
idiciiiid
idiciiiic
uuuuuu
uuuuuu
2
1
)(
2
1
)(
2
1
212
121
者或测控电路及装置
2009-7-29 29
idico uR
R
R
RR
RR
Ru
R
R
R
RR
RR
Ru )(
2
1)(
1
2
1
21
43
4
1
2
1
21
43
4
C M R R
RRRR
R
R
R
RR
RR
R
R
R
R
RR
RR
R
K
K
C M R R
c
d
3412
1
2
1
21
43
4
1
2
1
21
43
4
//
)(
)(
2
1
条件：
共模抑制比,
常用芯片,INA105,INA106,INA117
测控电路及装置
2009-7-29 30
什么是高共模抑制比放大电路？
用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）
的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？
应用于要求共模抑制比大于 100dB的场合，例如人体心电测量。
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 31
来自传感器的信号通常都伴随着很大的 共模电压 (包括干扰电压 )。 一般采用差动输入集成运放器来抑制它,但是必须要求外接电阻 平衡对称,运算放大器具有理想特性 。
否则,放大器将有共模误差输出,其大小既与外接电阻对称精度有关,又与运算放大器本身的共模抑制能力有关 。
测控电路及装置
2009-7-29 32
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
CMRR对电路的影响测控电路及装置
2009-7-29 33
VuVu 50,50 21 VuVu 9 9 5 0,1 0 0 5 0 21
测控电路及装置
2009-7-29 34
1 0 0
0,1 0 0
2
,
21
21
dccddo
cd
cd
ccddo
AuAuAu
VuVu
uu
uuuu
uAuAu
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
CMRR对电路的影响测控电路及装置
2009-7-29 35
)( 1 % %)11(1 0 0
80C MRR
)( 1 0 % %)101(1 0 0
60C MRR
)
1
(
)(
1 0 0 0 0,1 0 0
的误差则：
当的误差则：
当
do
do
cdd
c
d
c
ddccddo
cd
Au
dB
Au
dB
u
C M R R
uA
u
A
A
uAuAuAu
VuVu
测控电路及装置
2009-7-29 36
特点,***共模抑制能力只与外接电阻对称精度有关,但电路的输入阻抗低
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
双运放高共模抑制比放大电路
ui2
ui1 R1
R2
R4
R6
R5R
3=R1∥ R2 R
7 =R4∥ R5∥ R6
uo
∞-
+ +N1
∞-
+ +N2
反相串联结构型
0,21
5
4
1
2
2
5
6
1
4
6
1
2
oii
iio
uuu
R
R
R
R
u
R
R
u
R
R
R
R
u
当测控电路及装置
2009-7-29 37
特点,****高的输入阻抗
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
双运放高共模抑制比放大电路
uo
ui2
ui1
R4
R3
uo1
R2
R1
∞+
- +N2
∞+
- +N1
同相串联结构型测控电路及装置
2009-7-29 38
ui1
ui2
uo
1
uo
2
R1
R0
R2
R7
RP
1
R8
R3
R4
R6
uo
R5∞+
- +N
1 I
R
∞-
+ +N
2
∞-
+ +N
3
特点：
1,目前广泛应用的高共模抑制比放大电路
2,N1,N2是两个性能一致的同相输入通用集成运放,构成平衡对称的差动输入级,N3构成双端输入单端输出级 。
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 39
3
5
0
21
12
0
21
12
0
2
1
0
2
22
0
1
2
2
1
11
0
12
1
11
2
22
)1(
))(1(
)1(
)1(
)()()(
R
R
R
RR
A
uu
R
RR
uuu
R
R
u
R
R
uu
R
R
u
R
R
uu
R
uu
R
uu
R
uu
I
f
iiooo
iio
iio
iioiio
R
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 40
结论：
当输入级的两个运放性能一致时,该级差动输出及其增益只与差模输入电压有关 。
输入级的共模输出,失调及漂移均在 R0两端相互抵消 。
单片集成运算放大器 AD612,AD614
典型测量放大电路
高共模抑制比放大电路
三运放高共模抑制比放大电路测控电路及装置
2009-7-29 41
何谓电桥放大电路？
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。
典型测量放大电路
电桥放大电路应用于何种场合？
应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，
经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。
输入方式,单端输入 双端输入测控电路及装置
2009-7-29 42
Z1 Z2
Z4Z3
R2
R1
b a u
ou
∞-
+ +N
反相输入特点：
电桥电源是浮置
典型测量放大电路
电桥放大电路
单端输入电桥放大电路
uZZ ZZZ Zu ab )(
31
3
42
4
测控电路及装置
2009-7-29 43
特点,单端输入电桥放大电路的增益与桥臂电阻无关,增益比较稳定,但电桥电源一定要浮置 。
输出电压与桥臂电阻的相对变化率是成非线性关系,只有当 δ<< 1时,才成近似按线性变化
)2/(14
)1(
/)1(
))((
)1(
)]/()/([)/(
1
2
3421
4231
4132
1
2
313424211
u
R
R
u
RRRZRZZZ
u
ZZZZ
ZZZZ
R
R
u
uZZZZZZRRRu
o
o
o
，，当测控电路及装置
2009-7-29 44
R+Δ R
R2
R1
uo
R
R R
u ∞
-
+ +
N
同相输入测控电路及装置
2009-7-29 45
∞-
+
+
N
R2=R1
uo
R1
u
R (1+δ )
ua
ub
R
R
R
特点：电桥的四个臂的电阻同时变化时,电路的放大倍数不是常量 。
桥臂电阻 R与 R1电阻的温度系数不一致时,增益也不稳定 。 适用于低阻值传感器,且精度要求不高 。
典型测量放大电路
电桥放大电路
差动输入电桥放大电路
)2/(14
)
2
1( 1
u
R
R
u o
测控电路及装置
2009-7-29 46
uo
R3
R2 = R（ 1+δ ）R1
u
ua
R1
ub
∞-
+
+
N
目的,使输出电压与传感器电阻相对变化率成线性关系 。
典型测量放大电路
电桥放大电路
线性电桥放大电路
u
RR
RR
u
R
R
RR
R
R
R
u
RRuRu
RRuRRuu
o
b
oa
31
23
1
2
31
3
1
2
313
1221
]))(1[(
)/(
)/()(
测控电路及装置
2009-7-29 47
原因,通常,传感器输出的信号电压在零到数毫伏范围内变化 。 因此,减少测量放大电路的电压漂移,实现低漂移信号放大是非常重要的 。
分类：
通用集成运放组成的斩波稳零放大电路或自动调零放大电路
低漂移单片集成运算放大器
典型测量放大电路
低漂移放大电路设计思想：
将放大器的失调电压记忆在记忆电容上,然后将它送到放大器输入端,以 抵消 掉放大器本身的失调电压 。
测控电路及装置
2009-7-29 48
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
自举式高输入阻抗放大电路
自举电路 是利用反馈使 输入电阻的两端近似为等电位，
减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如 电容式、压电式传感器 的测量放大电路。
测控电路及装置
2009-7-29 49
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
高输入阻抗集成运算放大器的屏蔽测控电路及装置
2009-7-29 50
a)同相交流放大电路
uo
R1
R2
C2C1
R3
∞-
+ +ui
典型测量放大电路
高输入阻抗放大电路
自举式高输入阻抗放大电路测控电路及装置
2009-7-29 51
uoui
R1
R2
C2
C1
R3
∞-
+ +
b) 交流电压跟随电路测控电路及装置
2009-7-29 52
uoui i
1
i2
R1i
uo2
2R1
R3
R2
∞-
+ +N1
∞ -
++
R3
N2
c)自举组合电路
i
i
RRR
RRRRR
，当 21
1221 )/()(
特点,测量放大电路的输入阻抗越高,输入端的噪声越大 。 输入阻抗应该与传感器输出阻抗相匹配 。 达到最大的信噪比 。
测控电路及装置
2009-7-29 53
原因,
电荷放大电路是一种输出电压与输入电荷成比例关系的测量放大电路 。
例子,
压电式传感器或电容式传感器可将某些测量转换成电荷信号输出,再通过电荷放大电路输出放大了的电压信号 。 因此,电荷放大电路也称为电荷 ---电压变换电路
典型测量放大电路
电荷放大电路测控电路及装置
2009-7-29 54
典型测量放大电路
电荷放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 55
测控电路及装置
2009-7-29 56
目的,
方便地调整放大电路的增益,又不降低共模抑制比。
调整方式,
手动
自动
程控
典型测量放大电路
增益调整放大电路测控电路及装置
2009-7-29 57
特点：
由于 R与增益之间是非线性关系,因此仅用于调整范围小于 10%的场合 。
典型测量放大电路
增益调整放大电路
手动增益调整放大电路
ido uR
R
R
Ru )1(2
1
2
1
2
测控电路及装置
2009-7-29 58
特点：
自动改变放大器反馈电阻或输入回路衰减电阻
典型测量放大电路
增益调整放大电路
自动增益调整放大电路测控电路及装置
2009-7-29 59
特点,增益由程序逻辑控制分类：
通用运放可编程增益放大电路
数字式可编程增益放大电路
集成可编程增益放大电路
典型测量放大电路
增益调整放大电路
可编程增益放大电路测控电路及装置
2009-7-29 60
测控电路及装置
2009-7-29 61
测控电路及装置
2009-7-29 62
测控电路及装置
2009-7-29 63
测控电路及装置
2009-7-29 64
测控电路及装置
2009-7-29 65
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 。
信号与电源的传递都通过变压器耦合或光电耦合 。
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。
隔离放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 66
－
＋
输入放大器
R1
R1
R2
Riso
Ciso
R2
uo
隔离器输 出放大器
－
＋
ud
uc
uiso
隔离放大电路
基本原理特点,普通差动放大电路和测量放大电路,虽然也能抑制共模干扰,但不允许共模干扰电压超过电源电压 。 但隔离放大器不仅有很强的共模抑制能力,而且能够承受上千伏的高共模电压
。
测控电路及装置
2009-7-29 67
a) 变压器耦合浮置电源输入调制放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输入 －
＋
b) 光电耦合浮置电源光耦合器输 入放大器
－
＋
输 出放大器输出输入
LED
V
隔离放大电路
基本原理测控电路及装置
2009-7-29 68
AD277变压器耦合隔离放大器隔离电源 振荡器调制器输入屏蔽解调器输出屏蔽26
87
3
4
1
95
＋ 15V
－ 15V
13
12
10
16
－ U
100kΩ
100kΩ
1MΩ
1411
15＋ U
∞-
+ +N1
∞-
+ +N2
隔离放大电路
通用隔离放大电路测控电路及装置
2009-7-29 69
－
＋
235L
电源
904
510Ω
增益微调用 100kΩ
277J Uo
RL
Ui 100kΩ
R2
1MΩ 9
.9k
Ω
100
Ω
限幅电路
10kΩ
10kΩ1kΩ
235L电源
＋ 15V
－ 15V
100
Ω
10
μ
F 100
Ω
10
μF
100Ω
～ 220V50Hz
2
3
4
9 51
6×
1N
4148
1N
753
A
12
111614
15
10
R3
R4
＋
＋
R1 ∞
-
+
+
C 0.1μ F
测控电路及装置
2009-7-29 70
隔离放大电路
光电耦合隔离放大电路
VCC
VCC
A1
R2
R1
A2
R3
T
OE
E
测控电路及装置
2009-7-29 71
∞-
+ +N1
C
－ 10V
VLC1
i1
R2
＋ 10V ＋ 10V
VLC2
i2
R3
R1
ui
－ 10V
uo
R5
∞-
+ +N2
R43.9kΩ
Rp
隔离放大电路
光电耦合隔离放大电路常用芯片,TLP521
1
5
53
2
12
1
10
10
R
RR
u
RR
u
R
i
R
u
R
i
o
o
i
特点,前后级之间不能任何电的连接 !!!!!!!!!
测控电路及装置
2009-7-29 72
作业：
2.3
2.4
2.7
2.13
第五章 图 5-27电路原理过程分析
