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1、封面返回返回黄山引言在电子信息系统中，通过传感器或其它途径所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。通常的放大电路有仪表放大器、电荷放大器和隔离放大器等。本页完本页完引言返回返回了解隔离放大器了解隔离放大器了解电荷放大器了解电荷放大器学 习 要 点本本 节节 学学 习习 要要 点点 和和 要要 求求了解仪表放大器了解仪表放大器返回返回主页电子信息系统预处理中所用放大电路主页使用说明：要学习哪部分内容，只 需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标 左键即可，按空格键或鼠标左键进入 下一页。结束结束仪表用放大器仪表用放大器电荷放大器电荷放大器隔离放大器隔离放大器返回返回兴义马岭河大
2、峡谷一、仪表用放大器的特点仪表用放 大器 一、仪表用 放大器的特 点1.要有很 高的输入电 阻仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续传感器的内阻一般不是常传感器的内阻一般不是常 量，它们会随所测量的物理量，它们会随所测量的物理 量的变化而变化。量的变化而变化。集成仪表用放大器，也称集成仪表用放大器，也称 为精密放大器，一般用于对为精密放大器，一般用于对 传感器感应的弱信号放大。传感器感应的弱信号放大。本页完本页完传传 感感 器器U Us sR RS S仪表用仪表用 放大器放大器R Ri iU Ui i+ +- -传感器就是传感器就是 放大器的信号放大器的信号 源，其输出的源，其输出的 电压
3、就是信号电压就是信号 源的源电压源的源电压u uS S。一般都很微一般都很微 弱。弱。传感器的等传感器的等 效内阻相当于效内阻相当于 信号源的内阻信号源的内阻R RS S。如麦克风的内阻是随声如麦克风的内阻是随声 音的频率而改变的。音的频率而改变的。放大传感器放大传感器 微弱感应信号微弱感应信号 的放大器的放大器。由前面学到的内容可知，由前面学到的内容可知， 放大电路对信号放大的放大放大电路对信号放大的放大 倍数倍数A Au u和源电压放大倍数和源电压放大倍数A Ausus 的关系为：的关系为：由于由于R Rs s在变化，那么源电在变化，那么源电 压放大倍数压放大倍数A Ausus将不稳定。将
4、不稳定。A Ausus= = A Au uR Ri iR Rs s+ +R Ri i为了使为了使A Ausus稳定下来，必须稳定下来，必须 有有R Ri i R Rs s，所以仪表用放大所以仪表用放大 器必须有很高的输入电阻。器必须有很高的输入电阻。仪表用放仪表用放 大器必须有大器必须有 很大的输入很大的输入 电阻电阻。一、仪表用放大器的特点2.要有很 高的共模抑 制比3.要有很 大的放大能 力仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续特点一：仪表用放大器必特点一：仪表用放大器必 须有很高的输入电阻。须有很高的输入电阻。本页完本页完传传 感感 器器U Us sR RS S仪表用仪表用 放大器放
5、大器R Ri iU Ui i+ +- -传感器通常传感器通常 输出的是微弱输出的是微弱 的差模信号，的差模信号， 同时含有较强同时含有较强 的共模信号。的共模信号。共模信号是属共模信号是属 于有害的信号，于有害的信号， 因此仪表用放大因此仪表用放大 器必须有很大的器必须有很大的 共模抑制能力共模抑制能力。特点二：仪表用放大器必特点二：仪表用放大器必 须有很高的共模抑制比。须有很高的共模抑制比。鉴于上述特点，仪表用放鉴于上述特点，仪表用放 大器一般使用运放器件（因大器一般使用运放器件（因 为运放具有很高的共模抑制为运放具有很高的共模抑制 比和很高的放大倍数），并比和很高的放大倍数），并 采用同相
6、输入运算电路（因采用同相输入运算电路（因 为同相输入运算电路有很高为同相输入运算电路有很高 的输入电阻）。的输入电阻）。特点三：由于要放大很微特点三：由于要放大很微 弱的信号，所以仪表用放大弱的信号，所以仪表用放大 器必须有很高的放大能力。器必须有很高的放大能力。二、基本电 路分析电 路组成仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续二、基本电路- - + +A A2 2u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R1 1+ + - -A A1 1R R2 2R R1 1R RR RA AB BR Rf fR Rf f仪表用放大器基本电路仪表
7、用放大器基本电路三运放精密放大器三运放精密放大器这是一个这是一个 由三运放组由三运放组 成的精密放成的精密放 大器，很多大器，很多 仪表用放大仪表用放大 电路都是从电路都是从 这个电路中这个电路中 演变而来的演变而来的 。本页完本页完输入部分由二个运放输入部分由二个运放 组成同相输入，以提高组成同相输入，以提高 输入电阻，并具有一定输入电阻，并具有一定 的电压放大倍数。的电压放大倍数。输出部分由输出部分由A A3 3组成一组成一 个差动运算电路，对输个差动运算电路，对输 入入( (u uO1O1- -u uO2O2) ) 再次进行放再次进行放 大，并转换为单端输出大，并转换为单端输出 。推导差
8、 模信号的放 大仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续二、基本电路 由由“ “虚短虚短” ”得得 u uA A= =u uI1I1u uB B= =u uI2 I2 u uI1I1仪表用放大器基本电路仪表用放大器基本电路三运放精密放大器三运放精密放大器以下分以下分 析本电路析本电路 的输出和的输出和 输入的关输入的关 系。系。本页完本页完u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R1 1+ + - -A A1 1R R2 2R R1 1R RR RA AB BR Rf fR Rf f- - + +A A2 2u uI1I1u uI2I
9、2u uI2I2由由“ “虚断虚断” ”得流得流 过三个电阻的过三个电阻的 电流是一样的电流是一样的由由“ “虚断虚断” ”得得 = = u uI1I1- -u uI2I2R R2 2u uO1O1- -u uO2O2 2R2R1 1+R+R2 2由由“ “虚短虚短” ”得得即即 u uO1O1- -u uO2O2= =(1+(1+)( )(u uI1I1- -u uI2I2) )2R2R1 1 R R2 2后级是差分后级是差分 运算器运算器u uO O= = - - ( (u uO1O1- -u uO2 O2 ) )R RR Rf f= =-R RR Rf f(1+(1+)( )(u uI1
10、I1- -u uI2I2) )2R2R1 1 R R2 2u uIdId设差模输入为设差模输入为u uIdId= = u uI1I1- - u uI2I2u uIdIdi i推导共 模信号的抑 制仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续二、基本电路 三运放三运放精密放大器的差模输出精密放大器的差模输出u uI1I1仪表用放大器基本电路仪表用放大器基本电路三运放精密放大器三运放精密放大器以下分以下分 析本电路析本电路 对共模输对共模输 入的抑制入的抑制 能力。能力。本页完本页完u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R1 1+ + -
11、-A A1 1R R2 2R R1 1R RR RA AB BR Rf fR Rf f- - + +A A2 2u uI1I1u uI2I2u uI2I2u uO O= = -R RR Rf f(1+(1+) )u uIdId2R2R1 1 R R2 2u uIdId对于共模输入有对于共模输入有u uI1I1= =u uI2I2观察此回路观察此回路i i因为因为R R2 2上有上有u uI1I1= =u uI2I2所以所以i i = =0 0 A A1 1、A A2 2的输出的输出 u uO1 O1 - - u uO2O2= =0 0 所以所以A A3 3 的输出的输出 u uO O= =0
12、0 结论说明本电路结论说明本电路 对共模信号基本不对共模信号基本不 放大，共模抑制能放大，共模抑制能 力很强，共模噪声力很强，共模噪声 也将被抑制。也将被抑制。三、集成仪 表用放大器 INA102INA102 与基本电路 对比仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续三、集成仪表用放大器(INA102)本页完本页完u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R1 1+ + - -A A1 1R R2 2R R1 1R RR RA AB BR Rf fR Rf f- - + +A A2 2u uO O= = -R RR Rf f(1+(1+)
13、 )u uIdId2R2R1 1 R R2 2u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R4 4R R3 3R R5 55pF5pFA AB B20k20k- - + +A A2 220k20k20k20k20k20k+ + - -A A1 120k20k20k20kR R1 14.44k4.44kR R2 2404404 40.0440.045pF5pF5pF5pF5pF5pF14142 23 34 4 5 5 7 76 6151516161 1111112129 9反相反相 输入输入 1010 100100 10001000 1000
14、1000增益增益 设定设定同相同相 输入输入输出输出地地 +V+VCCCC -V-VCCCC输入级失调调节输入级失调调节1010INA102内部电路对照两电路三运放精密放大器的三运放精密放大器的R R2 2在在 INA102INA102中有三种选择，选中有三种选择，选 择不同的值可有不同的放大择不同的值可有不同的放大 倍数。倍数。三运放精密放大器的三运放精密放大器的R R2 2在在 INA102INA102中有三种选择，选中有三种选择，选 择不同的值可有不同的放大择不同的值可有不同的放大 倍数。倍数。代入得代入得2 2R R1 1=2=2 20k20k=40k=40kINA102 与基本电路
15、对比仪仪 表表 用用 放放 大大 器器继续继续三、集成仪表用放大器(INA102)本页完本页完u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R1 1+ + - -A A1 1R R2 2R R1 1R RR RA AB BR Rf fR Rf f- - + +A A2 2u uO O= = -R RR Rf f(1+(1+) )u uIdId2R2R1 1 R R2 2u uO Ou uI1I1- - + +A A3 3u uI2I2u uO1O1u uO2O2R R4 4R R3 3R R5 55pF5pFA AB B20k20k- - + +A A2 220k20k20k20k20k20k+ + - -A A1 120k20k20k20kR R1 14.44k4.44kR R2 2404404 40.0440.045pF5pF5pF5pF5pF5pF14142 23 34 4 5 5 7 76 6151516161 1111112129 9反相反相 输入输入 1010 100100 10001000 10001000增益增益 设定设定同相同相 输入输入输出输出地地 +V+VCCCC -V-VCCCC输入级失调调节输入级失调调节1010INA102内部电路对照两电路代入得代入得2 2R R1 1=2=2
