电压测量电路

仪表放大器有它自己参考端，这些参考端均于地线相连，可以驱动以地为参考的负载。此外仪表放大器的输入地和输出地都汇集在一点，该点又与电源地相连，这样可以减小电路中接地环路电阻，从而减少因接地电阻带来的影响。下面以AD620为例介绍其典型应用。

AD620是低成本仪表放大器，用户仅通过外接一个电阻，就可以在1~1000倍的增益范围内任意设置放大倍数。该器件具有宽的供电电源范围±2.3V~±18V ，较低的功耗（≤1.3mA ），输入失调电压小于50μV ，输入失调电压温漂小于0.6μV/℃，具有低的噪声输入。其管脚排列如图3.6.2所示。

G

图 3.6.2

1和8脚是外接电阻端子，以调节放大倍数；7和4脚是正、负电源端子；2和3脚是输入电压端；6脚是输出电压端；5脚是参考端，若该端接地，则6脚输出为对地之间的电压。

AD620仪表放大器的放大倍数表达式为：14.49+=

G

R k

G 1压力测量电路

图3.6.4是一压力测量电路，压力传感器输出的信号通过AD620放大后送入AD 转换器， 转换成数字量进行测量。

3.6.1 有源滤波器

滤波器是一种能使一定频率的信号通过，而阻止和衰减其他频率的信号的电路。所谓有源滤波器就是采用有源器件（主要是集成运算放大器）和RC 网络构成，其优点是体积小、低频性能好、精度高、性能稳定，目前在信号处理电路中广泛应用。根据滤波器的频率特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器，其幅频响应曲线如图3.6.6所示。

A

A

A

A 低通滤波器

高通滤波器

带通滤波器

带阻滤波器

图 3.6.6

由于一个高阶滤波器可以分解成多个一阶和二阶滤波器，所以二阶有源滤波器电路是最基本的电路。二阶有源滤波器的电路结构形式非常多，有：无限增益多路反馈型滤波器、压控电压源型滤波器、双二次型滤波器和通用的集成滤波器等，下面以二阶压控电压源型滤波器为例介绍其设计方法。 1 二阶低通滤波器

二阶低通滤波器的典型传递函数表达式为：

2

2

20)()(n

n n

S Q S A S A ωωω+⋅+= 其中，ωn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 图3.6.7所示电路的传递函数为：

图 3.6.7

[]1

)1()()()(0112122221210

+-+++=

=

S A C R C R C R S C C R R A S U S U S A i o a b R R A +=10 , )(121212

C C R R n =ω

)

1()(0112122

121A C R R R C C C R R Q -++=

若令 R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，则滤波器的参数为： RC n 1=

ω , 0

31A Q -= 可见为了保证滤波器稳定工作，要求Q ＞0，则该滤波器的电压放大倍数必须小于3。

举例：要求二阶低通滤波器的通带截止频率为100kHz ，品质因数Q =1。试确定电路中电阻、电容元件的参数值。

解：首先选用二阶低通有源滤波器的电路结构如图 所示。且R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，先选定电容C =1000pF ，则电阻R 为：

Ω=⨯⨯⨯⨯==

-15921010001010021

2112

3ππC f R n ，选用1.6kΩ

根据0

31

A Q -=

，故 2131310=-=-=+=Q R R A a b ，即 R b =R a 可选择电阻R b =R a =10kΩ 。由于滤波器处理的信号频率不高，集成运算放大器可选用

LM741。

2 二阶高通滤波器

二阶高通滤波器的标准传递函数为：2

22

0)(ωω++

=

S Q

S S A S A n

，其中A 0为通带电压

增益，ωn 是特征角频率，Q 是等效品质因数。

图 3.6.7

图3.6.7电路的传递函数为：

[])

(1)()1()()()(2121212102221112

2

00C C R R C C R R A C R C R C R S S S A S U S U S A i +-+++== 令 a b R R A +=10 ， 21211C C R R n =ω

)

1(02221112

121A C R C R C R C C R R Q -++=

若选择电阻R 1=R 2=R ，电容C 1=C 2=C ，则此高通滤波器的参数为：

RC n 1=

ω ， 031

A Q -= ， a

b R R A +=10 可见，要保证滤波器能稳定的工作，A 0必须大于3。

3 二阶带通滤波器

二阶带通滤波器传递函数的典型表达式为：2

20)(n

n n S Q

S Q

S

A S A ωωω++

=

式中ωn 是特

征角频率也等于带通滤波器的中心频率ω0。带通滤波器的主要性能指标之间的关系为： BW

f Q 0

=

其中f 0为3dB 带宽。

图 3.6.8

图3.6.8是二阶带通滤波器的典型电路，若C 1=C 2=C ，且a

b

F R R A +=1，则它的传递函数为：

)

1

1(1)21()1()(3

12232121R R C R R R R R R C S S C

R S R R S A a b a b ++-++⋅+

=

与其标准传递函数对比，可求的：

)

21(3

2110R R R R R R R R R A a F a b a -++=

，)1

1(11

3

120R R R C

+=ω ，3

2131221)11(1R R R R R R R R Q a b -++=