数据采集与处理-Read.PPTVIP

4.1 概述 4.6.1 隔离放大器的结构 4.6.2 隔离放大器的应用 * 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 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 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 4.1 概 述 通用运算放大器： 具有mV级失调电压、μV/℃的 温漂，不能用于放大微弱信号。 特点 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。一种精密差动电压增益器件) 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。 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 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 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。 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。 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 - + R6 R2 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。 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。 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。 4.2 测量放大器的电路原理 2. 温漂 温漂 —— 测量放大器输出电压随温度 变化的程度。 例如： 一个温漂2?V/℃的测量放大器， 当增益为1000时，测量放大器的 输出电压产生约20mV的变化。 这个数字相当于12位A／D转换 器在满量程为10V的8个LSB值。 4.2 测量放大器的电路原理 应尽量选择温漂小的测量放大器。 3. 建立时间 建立时间 —— 指从阶跃信号驱动瞬间至 测量放大器输出电压达到 并保持在给定误差范围 内所需的时间。 放大器输出电压 4.2 测量放大器的电路原理 t U t U 驱动信号 建立时间 误差上偏差 误差下偏差 当增益200时，为达到误差范围0.01%， 往往要求建立时间为50?s ～100?s。 4.2 测量放大器的电路原理 4. 恢复时间 恢复时间 —— 指放大器撤除驱动信号瞬 间至放大器由饱和状态恢 复到最终值所需的时间。 放大器的建立时间和恢复时间直接影 响数据采集系统的采样速率。 4.2 测量放大器的电路原理 5. 电源引起的失调 电源引起的失调 —— 电源电压每变化1%， 引起放大器的漂移 电压值。 该指标则是设计系统稳压电源的主 要依据之一。 4.2 测量放大器的电路原理 6. 共模抑制比 共模抑制比CMRR 可用下式计算： 第4章 测量放大器 4.4 测量放大