數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計第四章2 測量放大器

1、1SAUACC傳感器傳感器微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大放大器器采采樣樣/保保持持器器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器計計算算機機顯示器顯示器打印機打印機繪圖機繪圖機定時與邏輯控制定時與邏輯控制傳感器傳感器傳感器傳感器接接口口被被測測物物理理量量數(shù)字信號數(shù)字信號開關信號開關信號多路開關多路開關2SAUACC3SAUACC4SAUACC5SAUACC6SAUACC7SAUACC8SAUACC9SAUACC10SAUACC11SAUACC電路原理如圖電路原理如圖4.1所示所示。 12SAUACC有兩級運放有兩級運放 第一級：第一級：兩個同相放大器兩個同相放大

2、器A1、A2 輸入阻抗高。輸入阻抗高。第二級：第二級：普通差動放大器普通差動放大器A3Ui1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6圖圖4.1 測量放大器原理電路測量放大器原理電路IG13SAUACCUi1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6IGUi1Ui2IGIGU5U5)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiiiGGiiRIUU21113RIUUGi224RIUUGiGiiRRRUUUU2121431)()(14SAUACCUi1Ui2+-A1 -+A2RGR1R2R3-+A3R4UOU3U4R5R6IGUi

3、1Ui2IGIGU5U546465URRRU35335535355)1 ()(RRURRUUURRUUo353646354)1 (RRURRRRRUUo15SAUACC兩個技術問題：兩個技術問題：測量放大器的增益測量放大器的增益 )64()21 (351210RRRRUUUKGii 由上式可知，調(diào)節(jié)外接電阻的大小，由上式可知，調(diào)節(jié)外接電阻的大小，可以改變測量放大器的增益?？梢愿淖儨y量放大器的增益。16SAUACC抗共模干擾能力抗共模干擾能力 對直流共模信號，其抑制比為無窮大對直流共模信號，其抑制比為無窮大。 對交流共模信號，由于輸入信號的傳對交流共模信號，由于輸入信號的傳 輸線存在線阻輸線存在

4、線阻Ri1、Ri2和分布電容和分布電容C1、 C2， Ri1 C1 、 Ri2 C2分別對地構成回分別對地構成回 路。路。 如圖如圖4.2所示所示。17SAUACC 當當Ri1 C1 Ri2 C2時時，交流共模信號在兩運交流共模信號在兩運放輸入端產(chǎn)生分壓放輸入端產(chǎn)生分壓Ui1、 Ui2 ，Ui1 Ui2，所以所以IG 0 ，對輸入信號產(chǎn)生干擾對輸入信號產(chǎn)生干擾。Ui1Ri1Ui2Ri2R3R1R4A3-+R6R2UOR5RGR2R1圖圖4.2 交流共模干擾影響及抑制方法交流共模干擾影響及抑制方法A4+-A1+-A2-+C1C2抑制交流共模信號干擾措施：抑制交流共模信號干擾措施： 在其輸入端接一

5、個輸入保護電路，在其輸入端接一個輸入保護電路，并將信號線屏蔽。并將信號線屏蔽。 當當R1 = R2 時時，由于屏蔽層和信號線間由于屏蔽層和信號線間對交流共模信號是等電位的，故對交流共模信號是等電位的，故C1 、 C2 的分的分壓作用不存在，從而降低共模干擾的影響。壓作用不存在，從而降低共模干擾的影響。18SAUACC19SAUACC1. 非線性度非線性度 (Nonlinearity)非線性度非線性度 放大器實際輸出輸入關放大器實際輸出輸入關系曲線與理想直線的偏系曲線與理想直線的偏差。差。 非線性度與增益有關，且對數(shù)據(jù)采集非線性度與增益有關，且對數(shù)據(jù)采集精度影響很大精度影響很大。20SAUACC

6、21SAUACC2. 溫漂溫漂(Temperature drift)溫漂溫漂 測量放大器輸出電壓隨溫度測量放大器輸出電壓隨溫度變化的程度。變化的程度。例如例如：一個溫漂一個溫漂2 V/的測量放大器的測量放大器，當增益為當增益為1000時時，測量放大器的測量放大器的輸出電壓產(chǎn)生約輸出電壓產(chǎn)生約20mV的變化的變化。這個數(shù)字相當于這個數(shù)字相當于12位位AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器在滿量程為器在滿量程為10V的的8個個LSB值值。22SAUACC應盡量選擇溫漂小的測量放大器。應盡量選擇溫漂小的測量放大器。 3. 建立時間（建立時間（Setting Time）建立時間建立時間 指從階躍信號驅(qū)動瞬間至指從階躍信號驅(qū)動

7、瞬間至測量放大器輸出電壓達到測量放大器輸出電壓達到并保持在給定誤差范圍并保持在給定誤差范圍內(nèi)所需的時間。內(nèi)所需的時間。 23SAUACCtUtU 當增益當增益200時時，為達到誤差范圍為達到誤差范圍0.01%，往往要求建立時間為往往要求建立時間為50 s 100 s。 24SAUACC4. 恢復時間恢復時間恢復時間恢復時間 指放大器撤除驅(qū)動信號瞬指放大器撤除驅(qū)動信號瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢間至放大器由飽和狀態(tài)恢復到最終值所需的時間。復到最終值所需的時間。 放大器的建立時間和恢復時間直接影放大器的建立時間和恢復時間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。 25SAUACC5.

8、擺率（擺率（Slew Rate）6. 輸入阻抗輸入阻抗26SAUACC 7. 電源引起的失調(diào)（電源引起的失調(diào)（Offset Voltage）電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào) 電源電壓每變化電源電壓每變化1%，引起放大器的漂移引起放大器的漂移電壓值。電壓值。 該指標則是設計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主該指標則是設計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一。要依據(jù)之一。 27SAUACC8. 帶寬帶寬 28SAUACC9. 共模抑制比共模抑制比 29SAUACC30SAUACC31SAUACC32SAUACC33SAUACC34SAUACC1. AD521 AD521是集成測量放大器，采用是集成測量放大器，采用14 腳雙列直插

9、式封裝。腳雙列直插式封裝。 35SAUACCAD521基本連接如圖基本連接如圖4.4所示所示。12345671413121110 9 8 AD521+IN-INOFF SETU-OFF SETOUTPUTRGRSSENSEREFCOMPU+RSRG圖4.3 AD521引腳功能圖4.3 AD521引腳功能36SAUACC引腳引腳4，6用于用于調(diào)整放大器零調(diào)整放大器零點，將點，將4，6端接到端接到10 K電位器的兩個電位器的兩個固定端固定端;123456781011121314+IN-INRG10KU-UOUTRS100KU+圖圖4.4 AD521基本連接方法基本連接方法電位器滑動端電位器滑動端接

10、負電源接負電源U-（腳腳5）。）。 引腳引腳10，13用用于外接電阻于外接電阻RS，用于對放大倍用于對放大倍數(shù)進行微調(diào)。數(shù)進行微調(diào)。當當RS = 100 k 15% 時時，可可以得到比較穩(wěn)以得到比較穩(wěn)定的放大倍數(shù)。定的放大倍數(shù)。37SAUACC 引腳引腳2，14 用于外接電阻用于外接電阻RG，用于，用于調(diào)整放大倍數(shù)。調(diào)整放大倍數(shù)。測量放大器的放大倍數(shù)按如下公式計算：測量放大器的放大倍數(shù)按如下公式計算：GUURROUTINSG其放大倍數(shù)可在其放大倍數(shù)可在11000的范圍內(nèi)調(diào)整的范圍內(nèi)調(diào)整。AD521的技術指標見表的技術指標見表4.1。38SAUACC負載1312711AD521RCC(C)負載R

11、S1312711AD521(b)RS負載1312711AD521(a)RGRGRSRG圖4.7 使用AD521的電路圖4.7 使用AD521的電路a) 熱電耦直接相連熱電耦直接相連；(b) 變壓器相連變壓器相連；(c) 交流信號通過電容相連交流信號通過電容相連注意：注意：在使用在使用AD521等測量放大器時等測量放大器時，要要特別注意為偏置電流提供回路。特別注意為偏置電流提供回路。 問題：問題： 如果沒有回路，偏置電流就會對雜如果沒有回路，偏置電流就會對雜散電容充電，使輸出電壓漂移得不散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制?？煽刂?。 解決方法：解決方法： AD521輸入端輸入端1或或3 直接或通過電阻直接或通過電阻與電源的地線構成回路。與電源的地線構成回路。39SAUACC1. AD52240SAUACC2. AD52241SAUACC3. AD62042SAUACC3. AD62043SAUACC3. AD62044SAUACC4. INA11845SAUACC4. INA11846SAUACC5. LMP835847SAUACC隔離放大器隔離放大器48SAUACC4