【正文】 信息系統(tǒng)預(yù)處理中所用放大電路 傳感器接收器 隔離、濾波放大、阻抗變換 運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較 功率放大A/D轉(zhuǎn)換 75 可見，放大器的放大能力將隨信號(hào)大小而變。為使 穩(wěn)定，應(yīng)使 愈大，信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的放大誤差愈小。 儀表放大器 集成儀表放大器，也稱精密放大器，用于弱信號(hào)放大 。 一、儀表放大器的特點(diǎn) 在測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器的輸出是放大器的信號(hào)源，多數(shù)傳感器的等效電阻 RS隨被測(cè)物理量的變化而變 。 uus ARRRA ??isi??usA?iSi R,RR ??結(jié)論 : 儀表用的放大器應(yīng)具備： (1)放大倍數(shù)足夠大 。 (2)高輸入電阻 。 (3)高共模抑制比。 此外，從傳感器所獲得的信號(hào)常為差模信號(hào)，并含有較大共模部分。因此，要求放大器應(yīng)具有較強(qiáng)的共模抑制能力。 76 二、基本電路 圖示三 運(yùn)放構(gòu)成的精密放大器，很多儀表用放大器都是在該電路的基礎(chǔ)上演變而來。 ))(21()(2I2I121O2O1O2O1212I2I1uuRRuuuuRRRuu?????????Id21fOI2I1Id)21( uRRRRuuuu????? 則,設(shè)77 2ICBAICI2I1 R,uuuuuu ???? 時(shí)，由于當(dāng)中電流為零 ， 。 0 OICO2O1 ??? u,uuu 可見，電路放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)中含有噪聲，也將被抑制。 78 INA102的電源和輸入級(jí)失調(diào)調(diào)整管腳接法如圖示，兩個(gè) 1?F電容為去對(duì)耦電容。改變其它管腳的外部接線可以改變第一級(jí)增益（分別為 100、 1000四種情況），如表所示。 三、集成儀表放大器 圖示 INA102集成儀表放大器，圖中電容 均為相位補(bǔ)償電容。 第一級(jí)電路由 A1和A2組成， 與前面三運(yùn)放構(gòu)成的精密放大器中的 R2對(duì)應(yīng)， R4和 R5與 精密放大器中 R1對(duì)應(yīng) 。第二級(jí) 。 1?uA?321 RRR 、79 四、應(yīng)用舉例 圖示采用 PN結(jié)溫度傳感器的數(shù)字式溫度計(jì)電路。 電路由三部分組成。 構(gòu)成測(cè)量電橋， w121 RDRR 和、D為溫度測(cè)試元件（溫度傳感器 ）。 增益 引腳連接 1 6和 7 10 2和 6和 7 100 3和 6和 7 1000 4和 7， 5和 6 INA102集成儀表放大器增益的設(shè)定 80 電橋的輸出信號(hào)接到集成儀表放大器的 INA102的輸入端進(jìn)行放大。 A2構(gòu)成的電壓跟隨器，起隔離作用。 電壓跟隨器驅(qū)動(dòng)電壓表，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示。 )(10)(10R W 1W25o2R W 1Do1uuRRuuuuD ??????改變 滑動(dòng)端的位置可改變 ，從而調(diào)整數(shù)字電壓表的顯示數(shù)據(jù)。 uA?W2R81 電荷放大器 有些傳感器屬于容性傳感器，它將產(chǎn)生正比例于被 測(cè)物量的電荷量，且具有較好的線性度。 積分運(yùn)算電路可以將電荷量轉(zhuǎn)換成電壓量，如圖示。 電容傳感器可等效為因存儲(chǔ)電荷而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 與一個(gè)輸出電容 串聯(lián)，如圖中虛線框內(nèi)。 tu tCtt Cqu ?tfttfoj1j1uCCuCCu t??????fCq??忽略傳感器雜散電容 C， 82 注 : （ 1）為了防止因 長(zhǎng)時(shí)間充電導(dǎo)致集成運(yùn)放飽和，常在 上并聯(lián)電阻 ，如圖示。 fCfC fR（ 2）為了減少傳感器輸出電纜的電容的影響，一般將 電荷放大器裝在傳感器內(nèi)。 （ 3）為了防止傳感器在過載時(shí)有較大的輸出，在集成 運(yùn)放輸入端加保護(hù)二極管。 83 隔離放大器 為了防止強(qiáng)干擾引入放大器電路，將電路的輸入側(cè)和輸出 側(cè)在電氣上完全隔離的放大電路稱為隔離放大器。 集成隔離放大器有： 變壓器耦合式、光電耦合式、電容 耦合式。 一、變壓器耦合式 變壓器耦合放大電路不能放大緩慢的直流信號(hào)和頻率 很低的交流信號(hào)。 因此，變壓器輸入側(cè)將輸入電壓與一個(gè)具有較高固定頻率的信號(hào)混合（稱為調(diào)制） 。 經(jīng)變壓器耦合，在輸出側(cè)，再將調(diào)制信號(hào)還原成原信號(hào)（稱為解調(diào)），然后輸出 。 從而達(dá)到傳遞直流信號(hào)和低頻信號(hào)的目的。 可見，變壓器耦合隔離放大器通過調(diào)制和解調(diào)的方法傳遞信號(hào)。 84 引腳號(hào) 功能 1 電路輸出端 2 輸出側(cè)公共端 3 輸出側(cè)正電源 4 輸出側(cè)負(fù)電源 29 外接的電源電壓 30 外接電源的公共端 引腳號(hào) 功能 16 輸入放大電路的輸出端 用于接入反饋 17 反相輸入端 19 同相輸入端 18 輸入側(cè)公共端 14 輸入側(cè)正電源 15 輸入側(cè)負(fù)電源 圖示 AD210變壓器耦合隔離放大器，其引腳及其功能如表所示。 85 A1為輸入放大電路，可同相輸入或反相輸入，分別構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路或反相比例運(yùn)算電路。 A1的輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路與振蕩器的輸出的電壓波形混合，然后通過變壓器耦合到輸出側(cè)，再經(jīng)解調(diào)電路還原，最后通過 A2構(gòu)成的電壓跟隨器輸出，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。 振蕩器的輸出通過變壓器耦合到輸入側(cè)，經(jīng)電源電路變換為直流電，為 A1和調(diào)制電路供電 。振蕩器的輸出通過變壓器耦合到輸出側(cè)，經(jīng)電源電路變換為直流，為A2和解調(diào)電路供電 。而振蕩器則由外部供電。 可見，輸入側(cè)、輸出側(cè)和振蕩器的供電電源相互隔離，且各自有公共端。這類隔離放大器稱三端口隔離放大器。二端口電路，輸出側(cè)電源和振蕩器電源之間有直流通路，而它們與輸入側(cè)電源相互隔離。 86 二、光電耦合式 圖示 IS0100光電耦合放大器。 由兩個(gè)運(yùn)放 A1和 A2 、兩個(gè)恒流源 IREF1和 IREF2 以及一個(gè)光電耦合器組成。 光電耦合器由一個(gè)發(fā)光二極管 LED和兩個(gè)光電管 D1 、 D2組成，起隔離作用，使輸入和輸出側(cè)沒有電通路。兩側(cè)電路的電源與地也相互獨(dú)立。 IS0100的基本接法如圖示。 R和 Rf為外接電阻，調(diào)整它們可以改變?cè)鲆?。?D1和 D2 受光照相同， 可證明 Ifo uRRu ??87 放大電路中的干擾和噪聲及其抑制措施 在微弱信號(hào)放大時(shí)，干擾和噪聲的影響不容忽視。常用抗干擾能力和信號(hào)噪聲比作為性能指標(biāo)來衡量放大電路這方面的能力。 一、干擾的來源及抑制措施 較強(qiáng)的干擾常來源于高壓電網(wǎng)、電焊機(jī)、無線電發(fā)射裝置以及雷電等，它們產(chǎn)生的電磁波或尖峰脈沖通過電源線、磁耦合或傳輸線間的電容進(jìn)入放大電路。 2. 抑制干擾措施 （ 1）在可能的情況下遠(yuǎn)離干擾源，必要時(shí)加金屬屏蔽罩 。 （ 2）在電源接入電路之處加濾波環(huán)節(jié)（并電容） 。 （ 3）在已知干擾的頻率范圍的情況下，在電路中加一個(gè)合適的有源濾波電路。 88 二、噪聲的來源及抑制措施 （ 1）在電子電路中，電子無序的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，稱為 熱噪聲 。 （ 2）因單位時(shí)間內(nèi)通過 PN結(jié)的載流子數(shù)目的隨機(jī)變化而產(chǎn)生的噪聲，稱為 散彈噪聲 。上兩種噪聲的功率頻譜為均勻的。 （ 3）頻譜集中在低頻段且與頻率成反比的噪聲，稱為 閃爍噪聲 或 1/f 噪聲。 晶體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管中存在上述三種噪聲，而電阻中僅存在熱噪聲和 1/f 噪聲。 設(shè)放大器的輸入、輸出功率為 PSi 、 PSo ，輸入、輸出 噪聲功率為 Pni 、 Pno ， 則噪聲系數(shù)定義為 ffnosonisif lg10( d B ) NNP/PP/PN ?? 或1. 噪聲的來源 89 nosonisi2noso2nisif2lg20)()(lg10( d B )U/UU/UU/UU/UNR/UP??? 則上式可寫為,因2. 抑制噪聲措施 （ 1）為了減小電阻產(chǎn)生的噪聲，可選用金屬膜電阻，且避免使用大阻值電阻 。 （ 2）為了減小放大電路的噪聲，可選用低噪聲集成運(yùn)放 。 （ 3）當(dāng)已知信號(hào)頻率范圍時(shí)，可加有源濾波電路 。 （ 4）在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可提高放大電路輸出量的采樣頻率，剔除異常數(shù)據(jù)取平均值的方法，減小噪聲影響。 90 本章基本要求 、 分析方法。 2. 理解模擬乘法器在運(yùn)算電路中的作用。 3. 理解 LPF、 HPF、 BPF和 BEF的組成及特點(diǎn)，并 能根據(jù)需要合理選擇電路。 干擾和噪聲的來源及抑制方法。