电气检测技术5.2.pptVIP

5.2 模拟信号放大技术 前题 1、传感器输出电信号(电压、电流等)幅值很小 (mV或uV级或更小)，无法直接进行模数(A/D)转换。 信号须经滤波和放大到A/D转换器可以接受的范围。 2、控制器输出的数字量，数模(D/A)转换后， 获得的模拟信号也无法直接输出去驱动执行装置， 需对输出信号进行放大处理。数字化测量技术中， 信号的放大是不可缺少的一个环节。 3、模拟信号放大常采用集成运算放大器完成。 集成运放的分类 通用型、高精度型，高输入阻抗型、高速型、 测量运放、可程控增益型和隔离运放等。 运放不仅仅局限在放大作用，其它很多场合， 集成运放越来越发挥着它的功能。 集成运放主要技术指标： 开环增益、差模输入阻抗、输出电阻、输入失 调电压、输入失调电流、失调电压和失调电流的温 度系数、输入偏置电流、最大差模和共模输入电 压、上升率和带宽、转换速率等。 集成运放的选取原则 1、满足电气特性要求情况下，选择价格低廉、 货源充足的运放，即性价比高、通用性强的运放。 2、通用型运放直流性能较好、种类多、价格 低。当线路的运放较多时，可选择四运放或双运 放，其特点是内部对称性好，可简化电路、缩小体 积和降低成本。 3、信号源内阻很大，选择高输入阻抗的运放。 4、放大电路要求低噪声、低漂移和高精度，则 应选择高精度、低漂移及低噪声的运放。 5、视频信号的放大、处理等场合应选择高速宽 带运放。 一、通用型集成运放 常用：uA741，LM124/224/324、TL071/072 1、uA741 开环增益高、差模和共模输入电压范围宽、失 调电流及失调电压较小，失调电流和失调电压的温 漂系数较小，有较高输入阻抗，共模抑制比CMRR典 型值达100dB，功耗较低，有着很强的负载能力，带 有输出保护，在一般的测量电路中有着极为广泛的 应用。封装为DIP8，其中引脚1、5为调节用。典型 应用电路如图： 二、高精度集成运放 1、TLE2037 输入失调电压为0.1mV，共模抑制比为131dB， 噪声电压为 ，转换速率为 ， 温度漂移小于 ，可用在一些要求低噪 声，温度影响比较大的场合。供电电源为±4V- ±19V，采用±12V供电时，其输出电压的最大值为 ±10.5V。 TLE037调零电路如下： TLE2037在工作时，放大倍数不能小于5倍，不 然比较容易产生自激振荡，造成电路的不稳定，因 此，TLE2037不适宜用 来作电压跟随器。 下图中，采用 TLE2037构成电压 偏置电路： 输入信号为：0-4.096V，输出：-10-10V。LM- 385稳压电源的电压为2.5V。 偏置电路中，满足以下几式： 可得： 为保证放大器电路正常工作以及满足外电路驱 动电压的要求，选用5倍放大系数，取桥臂电阻为： 当输入电压为 ，应保证输出电 压为0，此时可以得到： 输出量程为： 反馈电阻Rf、电容C构成一阶低通滤波器。 三、测量放大器 传感器输出信号是微弱电信号，信号中可能包 含工频、静电和电磁耦合等共模干扰信号。对这种 信号的放大，需要放大电路具有高输入阻抗、高增 益、低噪声和高共 模拟制比，称这种 放大器为测量放大 器、电桥放大器或 仪表放大器。三运 放组成的测量放大 器原理图： 说明： 只要运放的输入阻抗和电压增益对称，电路的 漂移将大大减小，且电路的输入阻抗和共模抑制比 很高，对微弱的差模信号很灵敏。适宜和传感器配 合使用以及测量远传信号。 低功耗仪用放大器AD620 AD620是低价格、低功耗仪用放大器，只需一外 部电阻就可设置1～1000倍的放大增益。AD620有较 低的输入偏置电流、较高建立时间和较高的精度， 用于精确的数据采集系统(如称重和传感器接口)是 较理想的。 AD620具有低噪音、低输入偏置电流和低功耗的 特性，适合医疗仪器的应用系统(如血压监视)、多 路转换器及干电池供电的前置放大器使用。 主要性能参数 失调电压： 温度漂移： 输入电压噪音： 9nV左右(1kHz) 输入阻抗： 输入偏置电流： 20nA左右 静态电流： 1.3mA 电源范围： 土2.3～土18V 基本接法 AD620内部电路是由OP-07