模拟电路专题3：特殊精密放大器.pptVIP

电工电子实验教学中心 创新实验室 模拟电路专题3 ——特殊精密放大器 精密放大器与高速放大器 精密放大器偏重时域测量，关注信号的直流精度。 高速放大器偏重频域测量，关注信号的交流精度。 考虑成本的限制，精密和高速一般不可兼得。 专题1“差分放大器”和专题2“仪表放大器”一般归为精密放大器。 * 精密放大器的主要特征 输入信号变化缓慢 需要对微弱信号放大 必须对大共模信号进行抑制 往往需要有源滤波 “直流电压或电流”测量电路：温度测量、压力测量等。 “微弱低速交流信号”测量电路：心电检测、血氧血糖检测、功率检测中的电压电流测量。 * 特殊精密放大器 电流检测放大器：用于并联电阻法测电流 程控增益放大器：可由MCU控制放大器增益 4-20mA收发器：工业上远距离传输模拟信号 对数放大器：极宽输入动态范围的电流放大器 积分放大器：对极微弱电流检测 真有效值RMS放大器：将有效值转平均值输出 电压频率转换器：将频率和电压进行相互转换 隔离放大器：实现与被测信号的高压隔离 音频放大器：处理音频信号的功率放大器 * 电流检测放大器 在电路中对电流进行检测的方法有以下几种： 电流互感器：利用电磁感应原理对交流电流进行测量。 电流传感器：利用霍尔效应的对直流电流进行测量。 并联电阻法：在电路中串联电流采样电阻（分流器），通过测量电阻分压值从而测得电流值，交直流均有效。 * 电流检测方案的比较 测量方案 原理 交直流 是否隔离 成本 电流互感器 电磁感应 只能交流 隔离 低 电流传感器 霍尔效应 一般是直流 隔离 高 分流器 电阻分压 交直流 非隔离 低 * 低端电流检测与高端电流检测 * 低端检测（直接测量采样电阻对地电位） 优点：直接简便，只需一个普通运算放大器。 缺点：地线的数字噪声会影响模拟测量精度。 高端检测（测量采样电阻的电位差） 优点：不受地线的数字噪声干扰。 缺点：需使用差动放大器或电流检测放大器。 电流检测放大器原理 通过电阻和高耐压晶体管将VSENSE转变成电流信号进行输出，或再转变成电压输出。 一般情况下，“电流速度”高于“电压速度”，所以电流检测放大器的带宽大于差动放大器。 很多高速器件都做成“电流型”，例如DA的输出级。 * 差动放大器与电流检测放大器的对比 特点 电流检测放大器 差动放大器 速度 快，可测量瞬时电流 慢适合测量平均电流 CMRR（DC） 100dB 80dB CMRR（PWM） 80dB 80dB 输入级漏电流 低 分压网络导致漏电流大 外部滤波器 输入级之后 输入级前后均可 输入过压 损坏输入级晶体管 分压网络在前，危害小 * 2、程控增益放大器 * 在模数转换的应用中，如果信号的动态范围很宽，那么AD的采样精度（位数）将无法适应要求。这时候就必须对信号进行可变增益放大后再进入AD采样。 对微弱信号大增益放大以达到“满量程”使用AD位数的目的。 对高幅值信号采用小增益放大防止超出AD基准的范围。 增益可由MCU进行数字化控制的放大器称为程控增益放大器。 程控增益放大器PGA112/113 主要特点 MUX选通输入 SPI总线控制增益 零温漂 轨至轨输入输出 2进制增益（PGA122） 1/2/5进制增益（PGA113） * 3、4-20mA收发器 RS232、RS485、CAN等总线在工业上被用于传输数字信号。 工业上，从各种传感器获取模拟信号也需长距离传输至控制室或显示设备。 使用4-20mA的电流信号来传递模拟量有特殊优势。（抗干扰，消除导线电阻误差） 上限取20mA是因为20mA电流通断引起的火花能量不会引燃瓦斯 下限不取0mA是为了能检测断线，常取2mA作为断线报警值 * 电路中的对偶量 电压与电流，电感与电容单从数学上来看“地位”是对等的。 电路可以由电压源构成也可由电流源构成，滤波电路可以用电容滤波、也可以电感滤波。 但是我们多数情况下却是使用电压源和电容。 0功耗=电压源+断路=电流源+超导，断路可以实现，超导却不易实现，所以我们一般用电压源。 同理，微弱干扰可以生成电压信号，却不可以生成电流信号。 * “电流”速度为什么高于“电压”速度？ 限制“电压”速度的是电容，限制电流速度的是“电感”，这是完全对偶的，所以滤波电路可以是电容滤波或电感滤波。 但是现实中，电容远比电感容易“获取”，所以我们在一般情况下都用电容滤波。 同理，“寄生”电容也比“寄生”电感大得多，所以“电流”速度比“电压”速度快。 注意区分“电流型运放”和“电压型运放”中“电流”和“电压”和这里意思不一样。 * 4、对数放大器 对数放大器是多用途集成电路，可计算出输入电流相对于基准电流的对数值，或是两个输入电流比值的对数。输出量为电压。 比如，需要测量的电流，100p