電橋放大器的原理及應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-13 16:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中放大器A1為電橋提供一個(gè)虛地點(diǎn)和伺服控制電橋電壓的作用，放大器A2起電流一電壓變換的作用。放大器AA2為高準(zhǔn)確的直流電壓反饋放大器，其失調(diào)電壓分別為、。由電路可得：由以上各式可求得：式中。由上述分析可知，這種放大器反饋方式可線(xiàn)性化電橋輸出，無(wú)任何調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)增益調(diào)整簡(jiǎn)單；從上式可以看出，放大器A2的失調(diào)電壓與放大器A1的失調(diào)電壓是相減關(guān)系，當(dāng)采用兩個(gè)同一種型號(hào)的雙極性放大器時(shí)，兩個(gè)放大器的失調(diào)電壓溫漂變化方向一致，在相同溫度下，其變化大小比較接近，有非常好的補(bǔ)償作用，保守估算也能使失調(diào)電壓及其漂移的影響減小5倍。因此，失調(diào)電壓及其漂移對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很小，是較理想的測(cè)量線(xiàn)路[11]。 電橋放大器電源干擾問(wèn)題及解決途徑在圖8所示的普通電橋放大器中,放大器所需放大的信號(hào)是由的變化在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的差值信號(hào),對(duì)電源波動(dòng)和隨電源線(xiàn)帶進(jìn)的干擾頻率信號(hào)在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的干擾差值信號(hào)是需抑制的。當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí),電源干擾信號(hào)在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的干擾差值信號(hào)為零。但由于的變化,電橋處于非平衡工作狀態(tài),故電源干擾信號(hào)必然在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生干擾差值信號(hào),即，該干擾差值信號(hào)必然通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大。共模增益與誤差因子成正比，而誤差因子隨的變化而變化，可見(jiàn)當(dāng)變化較大時(shí),普通電橋放大器對(duì)電源干擾信號(hào)的抑制能力是較差的[12]。為了提高電橋放大器對(duì)電源干擾信號(hào)的抑制能力,應(yīng)盡可能地減小干擾差值信號(hào)，即減小誤差因子。圖9所示的改進(jìn)型電橋放大器對(duì)減小A、B兩點(diǎn)的干擾差值信號(hào)有較強(qiáng)的作用。圖9中用恒流源代替圖8中的和。下面對(duì)圖8和圖9所示的兩種不同的電橋放大器進(jìn)行分析比較。 圖8普通電橋放大器 圖9 改進(jìn)型電橋放大器 兩種電橋放大器對(duì)干擾頻率信號(hào)的抑制能力設(shè)隨電源線(xiàn)帶進(jìn)的干擾頻率信號(hào)為，對(duì)于普通電橋放大器，在A、B兩點(diǎn)形成的干擾差值信號(hào)為。對(duì)于改進(jìn)型電橋放大器，在A、B兩點(diǎn)形成的干擾差值信號(hào)為。再設(shè),，且恒流源對(duì)干擾頻率信號(hào)呈現(xiàn)的內(nèi)阻，則在圖8和圖9中A、B兩點(diǎn)形成的干擾差值信號(hào)分別為由上式可知兩種電橋放大器的誤差因子分別為由以上兩式可見(jiàn), 兩種電橋放大器的誤差因子均與的變化有關(guān)。由于,故改進(jìn)型電橋放大器的誤差因子遠(yuǎn)小于普通電橋的誤差因子。又因?yàn)檫\(yùn)算放大器輸出端的干擾輸出信號(hào)與誤差因子成正比關(guān)系[13]，設(shè)運(yùn)算放大器對(duì)A、B 兩點(diǎn)的干擾差值信號(hào)的增益為,則兩種電橋放大器相應(yīng)輸出的干擾頻率信號(hào)分別為，當(dāng)時(shí)，兩種電橋放大器輸出干擾頻率信號(hào)的比值為由上式可得，當(dāng)時(shí)，若取,。由此可見(jiàn)，改進(jìn)型電橋放大器對(duì)電源頻率干擾信號(hào)的抑制能力相對(duì)于普通電橋放大器得到了很大的提升。 兩種電橋放大器對(duì)電源波動(dòng)的抑制能力設(shè)圖8和圖9中電橋供電直流電源的波動(dòng)為,恒流源的恒定電流隨電源的波動(dòng)所產(chǎn)生的波動(dòng)為，再設(shè)運(yùn)算放大器對(duì)A、B兩點(diǎn)的差值信號(hào)的放大能力為，則對(duì)于圖8所示的普通電橋放大器輸出端所輸出的信號(hào)為則普通電橋放大器輸出信號(hào)隨電源波動(dòng)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差為對(duì)于圖9所示的改進(jìn)型電橋放大器輸出端所輸出的信號(hào)為則改進(jìn)型電橋放大器輸出信號(hào)隨電源波動(dòng)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差為普通電橋放大器輸出信號(hào)隨電源波動(dòng)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差取決于電源的相對(duì)變化, 而改進(jìn)型電橋放大器輸出信號(hào)隨電源波動(dòng)所產(chǎn)生的相對(duì)誤差取決于恒流源恒定電流的相對(duì)變化, 由于圖9中恒流源的恒定電流的相對(duì)變化甚小于電橋電源的相對(duì)變化, 故滿(mǎn)足下列關(guān)系設(shè)電橋電源的相對(duì)變化為10%，%，則改進(jìn)型電橋放大器對(duì)電源波動(dòng)的抑制能力是普通電橋放大器的50倍。由此可見(jiàn)，改進(jìn)型電橋放大器對(duì)電源波動(dòng)的抑制能力比普通電橋放大器要強(qiáng)得多。3 電橋放大器應(yīng)用舉例 由INA102構(gòu)成的電橋放大電路在現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大量使用了電阻電橋作為把非電量變換為電信號(hào)的變換電路[14]。圖10所示電路為由INA102集成芯片組成的電阻電橋放大電路。利用該電路，可對(duì)由熱敏電阻、光敏電阻、熱電偶、應(yīng)變片等敏感元件感應(yīng)的力矩、力、位移、光、溫度等非電量進(jìn)行測(cè)量。圖10 由INA102集成芯片組成的電橋放大電路該電路的電壓放大倍數(shù)為1000，所以其輸出電壓為。為了抑制交流干擾，在電阻式電橋傳感器與放大器之間應(yīng)采用屏蔽線(xiàn)。由于INA102的內(nèi)部附設(shè)有9個(gè)精度極高的金屬膜電阻，且其溫度穩(wěn)定性也很高，所以具有很高的增益精度。在使用時(shí)不需外接電阻，因而應(yīng)用極為方便，即只要連接INA102的不同引腳便可得到不同的增益：100、1000。INA102芯片的內(nèi)部含有三個(gè)集成運(yùn)放和多個(gè)阻容元件，它具有放大微弱差動(dòng)信號(hào)的能力，因而常用來(lái)作為數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的前置放大。使用中，當(dāng)電壓放大倍數(shù)較小(如K≤10)時(shí)，INA102能很好地滿(mǎn)足失調(diào)電壓及漂移等指標(biāo)要求。當(dāng)電壓放大倍數(shù)較大(如K=100)時(shí)，因偏置電流的不平衡而引起的失調(diào)電壓誤差較大，常采用輸出失調(diào)調(diào)整電路來(lái)調(diào)整INA102的失調(diào)電壓。 自動(dòng)穩(wěn)零電橋放大器如圖11所示的電路是
規(guī)章制度相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1