数据采集系统设计第四章2 测量放大器

+ A1 R1
R3
-
R5
A3
RG
+
+
UO
Ri2
C2 A4 + -
A2
R2
R4
R6
输入保护电路
图4.2 交流共模干扰影响及抑制方法
′ = R ′时，由于屏蔽层和信号线间 抑制交流共模信号干扰措施： 当 R 当Ri1 Ri2 C2时，交流共模信号在两运 1 C1≠ 2 在其输入端接一个输入保护电路， 对交流共模信号是等电位的，故 C 、 的分 放输入端产生分压 Ui1′、 Ui2′ ，U UC ， 1≠ i1 i22 压作用不存在，从而降低共模干扰的影响。 并将信号线屏蔽。 所以 IG ≠0 ，对输入信号产生干扰。
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4.6 隔离放大器及其应用
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集成IA应用中的一些注意事项
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集成IA应用中的一些注意事项
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集成IA应用中的一些注意事项
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集成IA应用中的一些注意事项
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4.4 测量放大器集成芯片
引脚2，14 用于外接电阻RG，用于 调整放大倍数。 测量放大器的放大倍数按如下公式计算：
U OUT RS G U IN RG
其放大倍数可在1～1000的范围内调整。 AD521的技术指标见表4.1。
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RS
1 12
4.5 测量放大器的使用
RS
1 12
C
RS
1 12
RG
3
AD521
11
7
负 载
RG
3
AD521
11
7
负 载
~
C
RG
3
AD521
11
7
负 载
R
偏置电流回路
(a)
偏置电流回路
(b)
偏置电流回路
(C)
图4.7 使用AD521的电路 a) 热电耦直接相连；(b) 变压器相连；(c) 交流信号通过电容相连
解决方法： 注意： 问题： 如果没有回路，偏置电流就会对杂 在使用 AD521 等测量放大器时 ，要 AD521 输入端 1或 3 直接或通过电阻 散电容充电，使输出电压漂移得不 特别注意为偏置电流提供回路。 与电源的地线构成回路。 可控制。
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第4章 测量放大器
4.4 测量放大器集成芯片
1. AD521
AD521是集成测量放大器，采用14 脚双列直插式封装。
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4.4 测量放大器集成芯片
+IN RG -IN OFF SET UOFF SET OUTPUT
1 2 3 4 5 6 7 14 13
UOUT
-IN
U-
图4.4 AD521基本连接方法 数据采集系统设计
引脚10 4， 613 用于 ， 用 调整放大器零 于外接电阻 RS， 点，将4，6 用于对放大倍 端接到10 KΩ 数进行微调。 电位器的两个 固定端 当 RS = ; 100 kΩ ±15% 时，可 电位器滑动端 以得到比较稳 接负电源U定的放大倍数。 （脚5）。
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集成IA应用中的一些注意事项
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集成IA应用中的一些注意事项
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4.6 隔离放大器及其应用
隔离放大器
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4.6 隔离放大器及其应用
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4.6 隔离放大器及其应用
变压器耦合隔离放大器
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Байду номын сангаас
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4.2 测量放大器的电路原理
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4.2 测量放大器的电路原理
4.3 测量放大器的主要技术指标 1. 非线性度 (Nonlinearity)
非线性度 —— 放大器实际输出输入关 系曲线与理想直线的偏 差。 非线性度与增益有关，且对数据采集 精度影响很大。
U 4 U i 2 I G R2
(U 3 U 4 ) R1 R2 1 (U i1 U i 2 ) RG 数据采集系统设计
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4.2 测量放大器的电路原理
Ui1 Ui1
IG RG
+
-
A1
U3
R3
U5
+
R5
R1 IG R2 A2 IG R4 U4
A3
UO
Ui2
Ui2
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4.6 隔离放大器及其应用
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4.6 隔离放大器及其应用
ISO122
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ISO122
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第4章 测量放大器
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第4章 测量放大器
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第4章 测量放大器
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第4章 测量放大器
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第4章 测量放大器
4.2 测量放大器的电路原理
电路原理如图4.1所示。
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4.2 测量放大器的电路原理
应尽量选择温漂小的测量放大器。
3. 建立时间（Setting Time）
建立时间 —— 指从阶跃信号驱动瞬间至 测量放大器输出电压达到 并保持在给定误差范围 内所需的时间。
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U 驱动信号
4.2 测量放大器的电路原理
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第4章 测量放大器
多路开关 传感器 传感器 放大 传感器
器
被 测 物 理 量
采 样 / 保 持 器
A / D 转 换 器
显示器 计 算
传感器 定时与逻辑控制 传感器 传感器 数字信号 开关信号 接 口
…
微型计算机数据采集系统 数据采集系统设计
1
…
打印机 绘图机
机
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第4章 测量放大器(Instrumentation Amplifiers)
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4.2 测量放大器的电路原理
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4.2 测量放大器的电路原理
2. 温漂(Temperature drift)
温漂 —— 测量放大器输出电压随温度 变化的程度。
例如：一个温漂2V/℃的测量放大器， 当增益为1000时，测量放大器的 输出电压产生约20mV的变化。 这个数字相当于12位A／D转换 器在满量程为10V的8个LSB值。
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4.4 测量放大器集成芯片
3. AD620
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4.4 测量放大器集成芯片
4. INA118
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4.4 测量放大器集成芯片
4. INA118
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4.4 测量放大器集成芯片
5. LMP8358
4.1 概述
4.2 测量放大器的电路原理 4.3 测量放大器的主要技术指标 4.4 测量放大器集成芯片 4.5 测量放大器的使用
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复习
4.1 概述
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复习
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复习
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复习
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4.4 测量放大器集成芯片
1. AD522
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2. AD522
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4.4 测量放大器集成芯片
3. AD620
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4.4 测量放大器集成芯片
3. AD620
RG RS SENSE REF RS COMP U+
AD 521
12 11 10 9 8
图4.3 AD521引脚功能
AD521基本连接如图4.4所示。
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4.4 测量放大器集成芯片
U+
RS
100KΩ
+IN
1 14
8
10 13 6 12 7 11
RG
2 3 5 4 10KΩ
该指标则是设计系统稳压电源的主 要依据之一。
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4.2 测量放大器的电路原理
8. 带宽
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4.2 测量放大器的电路原理
9. 共模抑制比
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4.2 测量放大器的电路原理
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4.2 测量放大器的电路原理
t U 放大器输出电压 误差上偏差 误差下偏差
t 建立时间
当增益>200时，为达到误差范围0.01%， 往往要求建立时间为50s ～100s。
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4.2 测量放大器的电路原理
4. 恢复时间
恢复时间 —— 指放大器撤除驱动信号瞬 间至放大器由饱和状态恢 复到最终值所需的时间。
Ui1 Ui1
IG RG
+
-
A1
U3
R3
U5
+
R5
R1 IG R2 A2 IG R4 U4
A3
UO
Ui2
Ui2
+
R6
U5
U0 (U 3 U 4 )U 0 K U i1 U i 2 (U i1 U i 2 )(U 3 U 4 )
U i1 U i 2 I G RG
U 3 U i1 I G R1
放大器的建立时间和恢复时间直接影 响数据采集系统的采样速率。
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4.2 测量放大器的电路原理
5. 摆率（Slew Rate）
6. 输入阻抗
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4.2 测量放大器的电路原理
7. 电源引起的失调（Offset Voltage） 电源引起的失调 —— 电源电压每变化1%， 引起放大器的漂移 电压值。
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4.2 测量放大器的电路原理
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4.2 测量放大器的电路原理
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第4章 测量放大器
4.4 测量放大器集成芯片
(a).Burr-Brown公司已被TI收购。 INA118 (b).AD (Analog Device)公司 AD521 AD522 AD620 (c).MAXIM美信公司 MAX4208 (d).National Semiconductor国家半导体公司 LMP8358
两个技术问题： 测量放大器的增益
U0 2R1 R5 K (1 ) U i1 U i 2 RG R3 (4 6)
由上式可知，调节外接电阻的大小， 可以改变测量放大器的增益。
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4.2 测量放大器的电路原理
抗共模干扰能力
⑴ 对直流共模信号，其抑制比为无穷大。
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4.2 测量放大器的电路原理
Ui1
+
IG RG
-
A1 R1 R2 A2
U3
R3 + R4
R5
A3
UO
R6
Ui2
+
U4
图4.1 测量放大器原理电路
有两级运放
第一级：两个同相放大器A1、A2 输入阻抗高。 第二级：普通差动放大器A3
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4.2 测量放大器的电路原理
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集成IA应用中的一些注意事项
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集成IA应用中的一些注意事项
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+
R6
U5
R6 U5 U4 R 4 R6 R5 R5 R5 Uo U5 (U 5 U 3 ) U 5 (1 ) U3 R3 R3 R3 R5 R6 R5 U o U 4 (1 ) U3 R3 R4 R6 R3 数据采集系统设计
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4.2 测量放大器的电路原理
⑵ 对交流共模信号，由于输入信号的传 输线存在线阻Ri1、Ri2和分布电容C1、 C2， Ri1 C1 、 Ri2 C2分别对地构成回 路。 如图4.2所示。
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4.2 测量放大器的电路原理
C1
U i1 U i2 输入信号 的共模分 量传给屏 蔽体
Ri1
′ R1 ′ R2