,数据采集与处理技术,*,1,教 学 内 容,第,4,章,测量放大器,1教 学 内 容 第4章 测量放大器,2,3.1,概述,3.2,工作原理及主要技术指标,3.3,多路开关集成芯片,3.4,多路开关的电路特性,3.5,多路开关的配置,第,3,单元,模拟多路开关,上一单元主要内容,23.1 概述3.2 工作原理及主要技术,3,数据采集系统的结构形式,图,1-1,微型计算机数据采集系统,放大,器,采,样,/,保,持,器,传感器,传感器,传感器,A,/,D,转,换,器,计,算,机,显示器,打印机,绘图机,定时与逻辑控制,接口,被,测,物理量,数字信号,开关信号,多路开关,传感器,传感器,传感器,3 数据采集系统的结构形式 图1-1,4,4.1,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,4.4,测量放大器集成芯片,第,4,章 测量放大器,本章教学内容,44.1 概述4.2 测量放大器的电路原,5,第,4,章 测量放大器,4.1,概述,5第4章 测量放大器4.1 概述,6,4.1,概 述,了解放大器的类型,了解在数据采集中使用测量放大器的原因,本节教学目标,64.1 概 述 了解放大器的类型,7,4.1,概 述,两种误解：,1.,凡是测量仪器中使用的放大器，就是测量放大器；,2.,测量放大器只应用在测量仪器中。,测量放大器（,Instrumentation Amplifiers,）又称仪用放大器、仪表放大器，简称,IA,74.1 概 述两种误解：1.凡是测,8,4.1,概 述,测量放大器的应用非常广泛。除了数据采集和测量仪器领域外，在通信，生物医学工程，电子对抗、电子侦察，电子安防，自动控制，视听设备等多个方面都发挥着重要的作用。,84.1 概 述测量放大器的应用非常,9,4.1,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（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,94.1 概 述问题：在数据采集中,10,4.1,概 述,那么，选择何种放大器来放大微弱信号？,104.1 概 述那么，选择何种放大,11,4.1,概 述,通用运算放大器,具有,mV,级失调电压、数,V,/,的,温飘，不能用于放大,微弱信号。,特点,目前市场上的放大器有以下特点。,测量放大器,114.1 概 述通用运算放大器,12,4.1,概 述,测量放大器的输入阻抗都在,10,9,欧姆以上，输出阻抗通常只有几个毫欧。这是,普通运放难以达到,的。测量放大器的输出可以近似看作,理想的单端信号源,。,通过两个对称，并且平衡的差分输入，使其对共模信号的抑制能力远高于通用运放。,具有低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点，在微弱信号检测系统中被广泛用于前置放大器。,124.1 概 述 测量放大器的,13,第,4,章 测量放大器,4.2,测量放大器的电路原理,13第4章 测量放大器4.2 测量放大,14,4.2,测量放大器的电路原理,了解,测量,放大器的电路原理,了解测量放大器使用中的两个指标,本节教学目标,144.2 测量放大器的电路原理 了解,15,4.2,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,A,1,、,A,2,输入阻抗高。,第二级：,普通差分放大器,A,3,U,i,1,U,i,2,+,-,A,1,-,+,A,2,R,G,R,1,R,2,R,3,-,+,A,3,R,4,U,O,U,3,U,4,R,5,R,6,图,4-1,测量放大器原理电路,I,G,154.2 测量放大器的电路原理 有两级,16,使用测量放大器的两个指标：,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。,4.2,测量放大器的电路原理,16使用测量放大器的两个指标：测量放大器,17,4.2,测量放大器的电路原理,抗共模干扰能力,对直流共模信号，其抑制比为无穷大,。,对交流共模信号。,如图,4.2,所示,。,174.2 测量放大器的电路原理 抗共模,18,4.2,测量放大器的电路原理,输入信号,的共模分,量传给屏,蔽体,输入保护电路,U,i,1,R,i,1,U,i,2,R,i,2,R,3,R,1,R,4,A,3,-,+,R,6,R,2,U,O,R,5,R,G,R,2,R,1,图,4-2,交流共模干扰影响及抑制方法,A,4,+,-,A,2,-,+,C,1,C,2,A,1,+,-,由于输入信号的传输线存在线阻,R,i,1,、,R,i,2,和分布电容,C,1,、,C,2,。,R,i,1,C,1,、,R,i,2,C,2,分别对地构成回路,。,当,R,i,1,C,1,R,i,2,C,2,时，交流共模信号在两运,放输入端产生分压 、，,所以,，,对输入信号产生干扰。,抑制干扰措施：,在其输入端接一个输入保护,电路。,当,R,1,=,R,2,时,，,由于屏蔽层和信号线间,对交流共模信号是等电位的，故,C,1,、,C,2,的分,压作用不存在，从而降低共模干扰的影响。,184.2 测量放大器的电路原理 输入信,19,第,4,章 测量放大器,4.3,测量放大器的,主要技术指标,19第4章 测量放大器4.3 测量放,20,4.3,测量放大器的主要技术指标,了解,测量,放大器的主要技术指标,了解技术指标对使用的影响,本节教学目标,204.3 测量放大器的主要技术指标,21,4.3,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。,什么是,非线性度,？,214.3 测量放大器的主要技术指标,22,非线性度通常用满量程的百分比表示，,精密测量放大器的非线性度典型值为,0.01%,，特殊放大器的非线性度可达,0.0001%,。,4.3,测量放大器的主要技术指标,非线性度是由芯片内部缺陷造成,的，无法通过外部补偿措施予以消除。,22 非线性度通常用满,23,非线性度与增益有关，且对数据采集精度,影响很大,。,4.3,测量放大器的主要技术指标,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,。,23 非线性度与增益有关，,24,4.3,测量放大器的主要技术指标,2.,温漂,什么是,温漂,？,温漂,测量放大器输出电压随温度变化的程度。,244.3 测量放大器的主要技术指标,25,4.3,测量放大器的主要技术指标,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,。,应尽量选择温漂小的测量放大器。,254.3 测量放大器的主要技术指标,26,4.3,测量放大器的主要技术指标,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。,什么是,建立时间,？,264.3 测量放大器的主要技术指标,27,放大器输出电压,t,U,t,U,驱动信号,建立时间,上偏差,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,。,4.3,测量放大器的主要技术指标,27放大器输出电压tUtU驱动信号建立时,28,4.3,测量放大器的主要技术指标,4.,恢复时间,什么是,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。,284.3 测量放大器的主要技术指标,29,4.3,测量放大器的主要技术指标,5.,失调电压,什么是,失调电压,？,失调电压,对于理想放大器，输入为零时，输出也为零。但在实际的放大器中，输入为零时，输出不为零。为使放大器输出为零，输入端所加的补偿电压称为输入失调电压。通常在几十微伏。,294.3 测量放大器的主要技术指标,30,4.3,测量放大器的主要技术指标,6.,电源引起的失调,什么是,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。,304.3 测量放大器的主要技术指标,31,4.3,测量放大器的主要技术指标,7.,共模抑制比,(CMRR),如果测量系统两个差分输入端同时输入一个共模信号,V,ci,，在输出端得到一个输出,V,co.,因为输入的,V,ci,只有转换成差模信号后，才会有输出信号。假设,V,ci,中有一部分转换成了差模输入,V,di,，,此时,第一种,CMRR,定义为：,共模信号只有转换成差模信号后，才能对测量结果造成影响。关于,CMRR,有多种不同的定义方式：,314.3 测量放大器的主要技术指标,32,4.3,测量放大器的主要技术指标,定义：,V,CO,是,V,di,在测量系统产生的输出，若测量系统的差模增益为,G,d,则,CMRR1,：评价系统输入端抑制“共模信号转换成差模信号的能力”,324.3 测量放大器的主要技术指标,33,4.3,测量放大器的主要技术指标,定义：,G,c=,V,CO,/,V,ci,为系统的共模增益，则有,即共模抑制比是放大器的,差模增益与共模增益的比值。,334.3 测量放大器的主要技术指标,34,4.3,测量放大器的主要技术指标,CMRR,第二种定义,:,如果测量系统的两个差分输入端同时输入一个共模信号,V,ci,在输出端得到一个输出,V,co,可以得出,:,344.3 测量放大器的主要技术指标,35,4.3,测量放大器的主要技术指标,共模抑制比用对数表示时：,354.3 测量放大器的主要技术指标,36,第,4,章 测量放大器,4.4,测量放大器集成芯片,36第4章 测量放大器 4.4 测量,37,4.4,测量放大器集成芯片,了解,测量,放大器集成芯片的外形构造,了解,测量放大器集成芯片的使用调整,本节教学目标,37 4.4 测量放大器集成芯片 了,38,4.4,测量放大器集成芯片,1.,AD521,AD521,是集成测量放大器，采用,14,脚双列直插式封装。,图,4-3 AD521,引脚功能,38 4.4 测量放大器集成芯片 1.,39,4.4,测量放大器集成芯片,引脚,4,，,6,用于调整放大器零点，将,4,，,6,端接到,10,K,电位器的两个,固定端,;,1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,+IN,-IN,R,G,10K,U,-,U,OUT,R,S,100K,U,+,图,4-4 AD521,基本连接方法,电位器滑,动端接负电源,U-,（,脚,5,）。,引脚,10,，,13,用于外接电阻,R,S,，,用于对放大倍数进行微调。,当,R,S,=,100 k,15%,时,，,可以得到比较稳定的放大倍数。,39 4.4 测量放大器集成芯片,40,4.4,测量放大器集成芯片,测量放大器的放大倍数按如下公式计算：,其放大倍数可在,1,1000,的范围内调整,。,AD521,的技术指标见表,4.1,。,40 4.4 测量放大器集成芯片 测量,41,4.4,测量放大器集成芯片,2.,AD620,AD620,是集成测量放大器，采用,8,脚双列直插式封装。,图,4-3 AD620,引脚功能,41 4.4 测量放大器集成芯片 2.,42,4.4,测量放大器集成芯片,图,4-5 AD620,的压力检测电路,AD620,的放大倍数按如下公式计算：,42 4.4 测量放大器集成芯片 图4,43,作业,:,2.,第,4,章 测量放大器,43作业:2.第4章 测量放大器,