測(cè)控電路第二章-信號(hào)放大電路(N)

熱噪聲—導(dǎo)體中電荷載流子的縶激振動(dòng)引起，白噪聲。

與R成正比！2.2噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)第2章信號(hào)放大電路低頻噪聲—與晶體管表面狀態(tài)及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲。

f<1kHz散彈噪聲—由半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性引起的噪聲。噪聲--就是干擾有用信號(hào)的擾動(dòng)。干擾和噪聲沒有本質(zhì)區(qū)別，通常將外部來的稱為干擾，內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。噪聲頻率不可測(cè)為白噪聲，頻率可測(cè)為色噪聲。式中k——

玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；T——

導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（K）；B——

測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)；R——

導(dǎo)體阻抗的實(shí)部(Ω)。

熱噪聲：由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動(dòng)引起的噪聲。第2章信號(hào)放大電路第2章信號(hào)放大電路低頻噪聲:與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲。式中k1

——

與材料有關(guān)的常量，其量綱與a、b有關(guān)；I

——

工作電流(A)；a、b

——

由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，對(duì)各種半導(dǎo)體，b=0.8~1.5，a通常為1；

f

——

工作頻率(Hz)。

第2章信號(hào)放大電路散彈噪聲：

流過二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)的，而是脈沖性質(zhì)的，電流的方均根值不為零

式中q

——

電子電荷，為1.59×10-19C；

IDC

——

直流電流(A)；

B

——

測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)。第2章信號(hào)放大電路減小噪聲影響的主要措施（1）采用噪聲小的器件；（2）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比電路。第2章信號(hào)放大電路減小漂移影響的主要措施（1）采用低漂移放大電路；（2）合理設(shè)計(jì)偏置電路；（R3=R1//R2

）（3）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)。uoR2ui+∞-+NR1R3基本要求：①輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；②穩(wěn)定的放大倍數(shù)；③低噪聲；④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；⑥高共模輸入范圍和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧

線性好、精度高；⑨成本低。2.3.1測(cè)量放大電路的基本要求與類型第2章信號(hào)放大電路72.3.2反相放大電路優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定；缺點(diǎn)：輸入阻抗低（R1）。第2章信號(hào)放大電路uoui+∞-+NR1R2R3反相放大電路82.3.3同相放大電路優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高；缺點(diǎn)：易受干擾。第2章信號(hào)放大電路ui+∞+-NuoR1R2R3同相放大電路92.3.4基本差動(dòng)放大電路第2章信號(hào)放大電路

在許多情況下需要測(cè)量的參數(shù)是差值：如：形狀誤差、位置誤差、差壓、溫差； 有許多參數(shù)表面上看不是差值，實(shí)際還是差值。在多數(shù)情況下，外界干擾主要是共模干擾。這就需要用差動(dòng)放大電路?；静顒?dòng)放大電路是反相放大電路與同相放大電路的組合。102.3.4基本差動(dòng)放大電路第2章信號(hào)放大電路基本差動(dòng)放大電路uo+∞-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用時(shí)電路的輸出uo1

ui2作用時(shí)電路的輸出uo2

112.3.4基本差動(dòng)放大電路第2章信號(hào)放大電路取R2//R1=R4//R3

具有共模抑制能力。

uo+∞-+Nui1R1R2R4ui2R3優(yōu)點(diǎn)：抑制共模干擾，減小溫度漂移；缺點(diǎn)：輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。12實(shí)際上不可能完全做到R2//R1=R4//R3

第2章信號(hào)放大電路132.3.5高共模抑制比放大電路精第2章信號(hào)放大電路一、雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1特點(diǎn)：同相輸入、高輸入阻抗14取uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1缺點(diǎn)：增益與共模抑制比牽連同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型2.3.5高共模抑制比放大電路第2章信號(hào)放大電路15二、三運(yùn)放高共模抑制比放大電路ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N32.3.5高共模抑制比放大電路RP調(diào)整兩臂平衡第2章信號(hào)放大電路16電路特點(diǎn)：輸入阻抗高；增益調(diào)整方便；對(duì)于理想運(yùn)放，共模抑制比趨向無限大。R7RPR8R3R4R6uoR5∞-++N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2∞+-+N1IR∞-++N22.3.5高共模抑制比放大電路第2章信號(hào)放大電路17∞-++N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2UiSb1R1∞-++N4高低2.3.6低漂移放大電路第2章信號(hào)放大電路18b)誤差保持K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2U0s1U0s22.3.6低漂移放大電路第2章信號(hào)放大電路19Uo∞-++N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2UiSb1R1∞-++N4時(shí)鐘高低2.3.6低漂移放大電路第2章信號(hào)放大電路20c)調(diào)零放大輸出UoC1UiR1R2K1-++N1U0s12.3.6低漂移放大電路第2章信號(hào)放大電路212.3.7高輸入阻抗放大電路問題提出：電路的接入不應(yīng)該影響原系統(tǒng)工作狀態(tài)有些傳感器（如電容式、壓電式）的輸出阻抗很高，可達(dá)106￣108Ω以上，這就要求其測(cè)量放大電路具有極高的輸入阻抗，不至于因?yàn)榉糯箅娐返慕尤胧箓鞲衅鬏敵鲂盘?hào)大幅度下降。

開環(huán)集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗通常都很高，但反相運(yùn)算放大電路等，其輸入阻抗遠(yuǎn)低于同相運(yùn)算放大電路。R2ui+∞-+NR1R3精第2章信號(hào)放大電路22uoui+∞+-NR1R2R3+∞+-NuiuoR1R2b)

跟隨電路a)

同相放大電路采用同相輸入具有很高輸入阻抗2.3.7

高輸入阻抗放大電路第2章信號(hào)放大電路23uo+∞+-NuiR1R2R3R4C1對(duì)于交流放大器需要為電容提供放電通道，它使輸入阻抗大幅度下降。交流放大電路第2章信號(hào)放大電路2.3.7高輸入阻抗放大電路c)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3∞-++第2章信號(hào)放大電路2.3.7高輸入阻抗放大電路d)自舉式高輸入阻抗放大電路(同相交流放大電路)uoR1R2C2C1R3∞-++ui自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。第2章信號(hào)放大電路2.3.7高輸入阻抗放大電路e)自舉組合（電流補(bǔ)償型）電路輸入電阻為Ri=(R1R2)/(R2-R1)當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri→∞，i2=i1

uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2第2章信號(hào)放大電路2.3.7高輸入阻抗放大電路

電荷放大電路是一種輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系的測(cè)量放大電路。例如，壓電式傳感器或電容式傳感器可將某些被測(cè)量（如力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出，再通過電荷放大電路輸出放大了的電壓信號(hào)。因此，電荷放大電路亦稱為電荷-電壓變換電路。靈第2章信號(hào)放大電路2.3.8電荷放大電路28QCRRiCiCcRsCs∞-++Nuob)實(shí)際等效電路圖QCuo∞-++Na)基本原理圖Cs—傳感器等效電容，Rs—傳感器泄漏電阻，Cc

—電纜電容，Ri

—運(yùn)算放大器的輸入電阻，Ci

—運(yùn)算放大器的輸入電容。R

—電荷泄放電阻。第2章信號(hào)放大電路2.3.8電荷放大電路29把C、R等效到N的輸入端時(shí)，等效電阻R/(1+K)，等效電容C′=C(1+K)，K足夠大

第2章信號(hào)放大電路2.3.8電荷放大電路30足夠大,相對(duì)運(yùn)算誤差頻率特性:下限截止頻率高頻特性由運(yùn)放器件特性決定

第2章信號(hào)放大電路2.3.8電荷放大電路31

電流放大電路是一種將微弱電流放大的測(cè)量放大電路。適用于對(duì)輸出為微弱電流的傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以進(jìn)行后續(xù)處理。第2章信號(hào)放大電路2.3.9電流放大電路32P應(yīng)變片測(cè)量力uuo靈第2章信號(hào)放大電路2.3.10電橋放大電路33何謂電橋放大電路？

由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路，或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合？

應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。靈第2章信號(hào)放大電路2.3.10電橋放大電路（一）反相輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na點(diǎn)為虛地，故uo反饋到R1兩端的電壓定是-uabZ1=Z2=Z4=R,Z3=R(1+δ),δ=ΔR/R

靈第2章信號(hào)放大電路2.3.10電橋放大電路R+ΔRR2R1uo∞-++NRRRu（二）同相輸入電橋放大電路靈第2章信號(hào)放大電路2.3.10電橋放大電路36（三）差動(dòng)輸入電橋放大電路R1=R2>>R

ua=ub

∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR靈第2章信號(hào)放大電路2.3.10電橋放大電路（四）線性電橋放大電路uoR3R2

=R(1+δ)R1uuaR1ub∞-++Nua

=

ub

當(dāng)R3=R時(shí)量