测控电路第二章信号放大电路
测控电路课后答案（张国雄_第四版）
测控电路课后答案（张国雄_第四版）第⼀章绪论1-1为什么说在现代⽣产中提⾼产品质量与⽣产效率都离不开测量与控制技术？为了获得⾼质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运⾏。
例如，为了加⼯出所需尺⼨、形状的⾼精度零件，机床的⼑架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。
为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配⽅配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运⾏规程。
为了做到这些，必须对机器的运⾏状态进⾏精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运⾏。
为了保证产品质量，除了对⽣产过程的检测与控制外，还必须对产品进⾏检测。
这⼀⽅⾯是为了把好产品质量关，另⼀⽅⾯也是为了检测机器与⽣产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与⽣产过程进⾏控制，进⼀步完善对⽣产过程的控制。
⽣产效率⼀⽅⾯与机器的运⾏速度有关，另⼀⽅⾯取决于机器或⽣产系统的⾃动化程度。
为了使机器能在⾼速下可靠运⾏，必须要求机器本⾝的质量⾼，其控制系统性能优异。
要做到这两点，还是离不开测量与控制。
产品的质量离不开测量与控制，⽣产⾃动化同样⼀点也离不开测量与控制。
特别是当今时代的⾃动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性⾃动化，⽽是以电⼦、计算机技术为核⼼的柔性⾃动化、⾃适应控制与智能化。
越是柔性的系统就越需要检测。
没有检测，机器和⽣产系统就不可能按正确的规程⾃动运⾏。
⾃适应控制就是要使机器和系统能⾃动地去适应变化了的内外部环境与条件，按最佳的⽅案运⾏，这⾥⾸先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控制的基础。
智能化是能在复杂的、变化的环境条件下⾃⾏决策的⾃动化，决策的基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。
1-2试从你熟悉的⼏个例⼦说明测量与控制技术在⽣产、⽣活与各种⼯作中的⼴泛应⽤。
为了加⼯出所需尺⼨、形状的⾼精度零件，机床的⼑架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。
为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配⽅配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运⾏规程。
测控电路-2第二章2解读
RS1
ui1 C1
a 差动
ui2 C2
放大器 b
uo
RS2
其共模抑制比的幅值为： CMRR
1
| RS 2C1 RS 2C1 |
高共模抑制比放大电路
共模电压自举（输入保护技术）
∞
ui1 ui2
+ -
+ N1
R1
RP
∞
+
N2+
R2
R4
R0 uc R0
R3 R3
+
∞ N3+
R4
uo
高共模抑制比放大电路
反相放大器
同相放大器
差动放大器
第二章 信号放大电路
（五）高共模抑制比放大电路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压） 的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如 人体心电测量。
高共模抑制比放大电路
1）双运放高共模抑制比放大电路
号与输入信号的比值 。 共模增益Kc :共模增益指共模信号输入时,其输出信
号与输入信号的比值 。
第二章 信号放大电路
序号 参数名称
1 差模增益
2 共模增益
3 输入阻抗
4 输出阻抗
5
带宽
理想
实际
∞
90~100dB以上
0
0dB以上
∞
100k欧~数兆欧
0
10欧~数百欧
0~∞ 0~10Hz（或0~10kHz）
高输入阻抗,易受干扰 共模误差大
R1
i- - ∞
+
uo
i1
+ N1
测控电路第02章信号放大电路
∞
ui1
+ +
- N1
uo R3 1 R1
R7
IR
RP
RP
1
R5 ∞
+
+ N3
uo
-∞
R2
+
R8 R6
ui2
+ N2 uo2 R4
IR=(uo2–ui2)/R2=(ui1–uo1)/R1=(ui2–ui1)/Rp
uo1=ui1(1+R1/Rp)–ui2R1/Rp ，uo2=ui2(1+R2/Rp)–ui1R2/Rp
第二章 信号放大电路
四、高共模抑制比放大电路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的
放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人
体心电测量。
高共模抑制比放大电路
（一）双运放高共模抑制比放大电路
1、反相串联结构型
校零和放大阶段：时钟为低电平，Sb1、Sb2闭合，输入 信号Ui同时作用到N1、N2的输入端。N2除输入Ui、 U0s2和Uc外，在侧向端A2还作用着Uc2，此时N2的输 出为Uo2=K2Ui 。N2的失调电压U0s2和共模电压Uc全 部被消除，达到稳零目的。
斩波稳零集成运算放大器
此时， Uo=(K1+ K1’K2) Ui +K1U0s1+Kc1Uc 。 问题： ﹡该电路的增益是如何提高的？ ﹡该电路的输入失调电压是如何减小的？ ﹡该电路的共模抑制比是如何提高的？ ﹡该电路有哪些优点？
应用于何种场合?
经常使用于差动式传感器，如电容传感器、压阻传感器和电 感传感器等组成的高精度测控系统中。
测控电路课后习题答案(全)
一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器�对点火时间、燃油喷射、空
积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1-6 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响�试述模拟式测量电路与 增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。 随着传感器类型的不同�输入信号的类型也随之而异。主要可分为模拟式
信号与数字式信号。随着输入信号的不同�测量电路的组成也不同。 图 X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。传感器包括它的基本转换电路�如
应用于要求共模抑制比大于 100dB 的场合�例如人体心电测量。
2-8 图 2-8b 所示电路�N1、N2 为理想运算放大器�R4=R2=R1=R3=R�试求其闭环电压放大倍 数。 由图 2-8b 和题设可得 u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )–2ui1 R4/R3 =2ui2–2
电桥�传感器的输出已是电量�电压或电流�。根据被测量的不同�可进行相应
的量程切换。传感器的输出一般较小�常需要放大。图中所示各个组成部分不 一定都需要。例如�对于输出非调制信号的传感器�就无需用振荡器向它供电� 也不用解调器。在采用信号调制的场合�信号调制与解调用同一振荡器输出的 信号作载波信号或参考信号。利用信号分离电路�常为滤波器��将信号与噪声 分离�将不同成分的信号分离�取出所需信号。有的被测参数比较复杂�或者 为了控制目的�还需要进行运算。对于典型的模拟式电路�无需模数转换电路 和计算机�而直接通过显示执行机构输出�因此图中将模数转换电路和计算机 画在虚线框内。越来越多的模拟信号测量电路输出数字信号�这时需要模数转 换电路。在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下�采用 计算机。
测控电路(第5版)第二章习题及答案
第二章 信号放大电路2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？2-2 (1)利用一个741μA 和一只100k Ω的电位器设计可变电源，输出电压范围为1010S V u V -≤≤； (2)如果10S u V =时，在空载状态下将一个1k Ω的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741μA 参数：输入阻抗2d r =MΩ，差模增益200a V mV =，输出阻抗75o r =Ω）2-3 在图2-2所示的电路中，已知110R k =Ω，21R =MΩ，并令运算放大器的100B I n =A 和30OS I n =A ，在以下不同情况下，计算输出失调误差o u 。
(1)0P R =；(2)12P R R R =P ；(3)12P R R R =P ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的10分之一；(4)在(3)条件的基础上，使用3OS I n =A 的运算放大器。
R R ou图2-2 题2-3图2-4 在图2-47所示的电路中，已知10R k =Ω,1C nF =和()00o u V =。
假设运算放大器有100B I n =A ，30OS I n =A 和输出饱和电压13sat V V ±=±，在不同情况下，计算运算放大器经过多长时间进入饱和。
(1)0P R =；(2)P R R =。
ou图2-47 题2-4图2-5 (1)在图2-48所示的电路中，运算放大器的10B I n =A ，所有电阻都为100R k =Ω，分析B I 对反相放大器性能的影响；(2)为了使o u 最小，在同相端上应该串联多大的电阻P R ？ou i图2-48 题2-5图2-6 图2-4b 所示中的运算放大器使用741μA ，电路增益为20V V A =-，为使电路输入电阻最大，求满足条件的电阻值（令输入失调可调范围为20mV ±，最大失调电流200OS I n =A ，最大失调电压6OS V mV =）。
(完整版)测控电路课后习题答案
第一章绪论1- 1 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。
在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。
1- 2 影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：（1）噪声与干扰；（2）失调与漂移，主要是温漂；（3）线性度与保真度；（4 ）输入与输出阻抗的影响。
其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。
1- 3 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。
它包括：（1）模数转换与数模转换；（2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。
幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；（3）量程的变换；（4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1- 4 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响？试述模拟式测量电路与增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。
随着传感器类型的不同，输入信号的类型也随之而异。
主要可分为模拟式信号与数字式信号。
随着输入信号的不同，测量电路的组成也不同。
图X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。
传感器包括它的基本转换电路，如电桥，传感器的输出已是电量（电压或电流）。
测控电路李醒飞第五版第二章习题答案文件-精选
第二章信号放大电路2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。
对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。
2-2 (1)利用一个741 和一只100k 的电位器设计可变电源，输出电压范围为10V u S 10V ；(2)如果u S 10V 时，在空载状态下将一个1k 的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741 参数：输入阻抗r 2 ，差模增益da V mV ，输出阻抗r o 75 ）200（1）电路设计如图X2-1 所示：15V25ku sI100kNL25kRL 15V图X2-1（2）由于电压跟随器属于输入串联、输出并联型结构，该结构下的输入、输出阻抗为：5 R r 1 T r 1 a 2 1 2 0 0 0 0V0 V 1 4 1 0i d dR r 1 T r 1 a 75 1 200000V V 1 0.375mo o o由上式我们可以看出，电压跟随器中的反馈增大了等效输入阻抗，减小了等效输出阻抗，可以达到阻抗变换的效果。
进一步计算得：I u R 10V 1k 10mL S Lu R I 0.375 m10m 3.75 VS o L12-3 在图2-2 所示的电路中，已知R1 10k ，R2 1 ，并令运算放大器的I B 100n 和I OS 30n ，在以下不同情况下，计算输出失调误差u o 。
(1) RP 0 ；(2) R P R1 R2 ；(3) R P R1 R2 ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的10 分之一；(4)在(3)条件的基础上，使用I OS 3n 的运算放大器。
第二章 信号放大电路
自激振荡：放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定
频率和幅值的交流信号的现象。
产生自激振荡必须同时满足两个条件：
1、幅度平衡条件|AF|=1
2、相位平衡条件φ A+φ F=2nπ （n=0,1,2,3···）
2.1.4 运算放大器的振荡与相位补偿 相位补偿：通过电容电感等器件改变支路交流电的相位，补偿 总体相位的改变。
2.2.1 噪声的种类与性质 （3）散弹噪声：由真空电子管和半导体器件中电子发射的不 均匀性引起的。
q：电子电荷 IDC：直流电流 B：测量系统的噪声带宽
I sh 2qIDC B
晶体管正偏时的散弹噪声电压：
K：玻尔兹曼常熟 T：热力学温度 B：测量系统的噪声带宽 Ie：晶体管射极电流
2.2.2 处理放大器噪声的方法 （1）等效输入噪声
噪声的 方均根电压
U t (t ) 4kTRB
K：玻尔兹曼常熟 T：导体热力学温度 B：测量系统的噪声带宽 R：导体的电阻或阻抗的实部
（2）低频噪声：是一种与晶体管表面状态以及PN结的漏电流 有关的噪声。又称1/f噪声。
方均值
U f2 (t ) k1I a f b
k1：与材料有关的常量 I ：工作电流 a/b：实验确定的常数 F ：工作频率
R4 基本电路
uo
R2
R1
(ui 2 ui1 )
R2
R1
uid
有利于抑制共模干扰
和减小温度漂移
只对差模信号进行放大
uid ui 2 ui1 ， u ui1 ui 2 ic
2
典型测量放大电路的设计
（3）基本差动放大电路 ud/2 R1
R2 R2 R4 u0 ui1 (1 )( )ui 2 R1 R1 R3 R4
chap02_测控放大电路
R2 R4 1 2 R4 R2 R4 u0 1 R R uic 2 1 R R R uid 1 3 3 1 3
为了获得零共模增益,令右边第一项为零,取 则差动闭环增益为
2013-8-15
-32-
2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路
ui2
∞ + + N2 ∞ + + N1 -
R4 R3 uo1
ui1
R2
R1
电路采用了两个同相输入的运算放大器,因而具有很 高的输入阻抗.
2013-8-15 -31-
同相串联结构型(续)
取共模输入电压
差模输入电压 将上式改写成:
uic ui1 ui 2 / 2 uid ui1 ui 2
最大不失真频率fmax随信号幅值的增加而减小.
2013-8-15 -10-
2.1.4 运算放大器的振荡与相位补偿
阻容耦合电路的超前/滞后特性.
(不作要求)
2013-8-15
-11-
2.2 典型测量放大电路
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电 流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放 大电路。
⑧ 线性好、精度高； ⑨ 成本低。 测量放大电路是一种综合性能好的高性能放大电路.
2013-8-15 -13-
测量放大电路的类型
按结构原理,分为差动直接耦合式\调制式\和自动 稳定式.
按元件形式可分为分立元件结构形式\通用集成运 放形式/单片集成测量放大器三种.
2013-8-15
R4
2013-8-15
-38-
有源屏蔽驱动电路(续)
《测控电路》复习题
第一章绪论测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意?为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？第二章信号放大电路何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？什么是差动放大器？何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。
什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？图2-13b所示电路，N、Na为理想运算放大器, 试求其闭环电压放大倍数。
图2-14所示电路，N、N2、Z工作在理想状态，R=R2=1OOk0，R o=1Ok0，F3=RF20kO ，图2-13b电路是什么电路？试述其工作原理。
为使其具有所需性能，对电阻值有什么要求? F5=F6=60k」Nz同相输入端接地，试求电路的差模增益？电路的共模抑制能力是否降低？为什么？试求增益可调式差动比例放大电路的电压放大倍数何谓电桥放大电路？应用于何种场合?试推导图2-16b所示电路u o的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。
图示电路是什么电路？图中R I=R2 >>R，试述其工作原理，写出其输出表达式（8分）线性电桥放大电路中（见图2-18 ）,若u采用直流，其值U = 10V, R= R= R= 120 Q ,请根据图2-29b ，画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。
由图X2-3可得：当开关 A 闭合时，U 0=U i ;当开关B 闭合时，U =10U ，当开关C 闭合时,U =100U 。
根据图2-29c 和其增益表达式，若采用 6个电阻，请画出电路原理图，并计算电阻网络各电阻的阻值。
+R+ R 3+R>=5R ,什么是隔离放大电路？应用于何种场合?试分析图2-33b 电路中的限幅电路是如何工作的？并写出U o 的计算公式。
第三章信号调制解调电路什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用 的调制方法有哪几种？什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。
测控电路-第二章-信号放大电路
自动调零放大电路
R2 Ui R1 K1 UOS1
输出低电平， 当N3输出低电平，Sb1、Sb2导 通，电路进入信号放大状 见图c。可推出： 态，见图 。可推出：
Uo
+ C1
UC1
N1 +
c) 调零放大输出
R2 U O = −U i − U 0 s1 K1 + U C1 K1 R1 R2 ≈ − U1 R1
CAZ运算放大器
C1 +输入 －输入 G ∞ + + -N1 R2 ∞ + + -N2 R2 C2 a) N2处于自动校零状 态 +输入 输出 －输入 G C1 ∞ + + -N1 R2 ∞ + + - N2 R2 C2 b) N1处于自动校零状态
输出
第二章 信号放大电路
2、斩波稳零集成运算放大器（ICL7650) 、斩波稳零集成运算放大器（
2）三运放高共模抑制比放大电路 ）
ui1 ∞ uo R3 + + N1 1 R 1 IR RP ∞ R2 + N2 uo2 R4 + R5 R7 RP
1
∞ + + N3 R6
uo
R8
ui2
R1 + R2 uo 2 − uo1 = (1 + ) ( ui 2 − ui1 ) RP uo 2 − uo1 R1 + R2 kd = = (1 + ) ui 2 − ui1 RP
∞ Ui +
Uos1
外时钟输入 Uo Sa Sb C1 G
时钟输出
Sb1 Sa1
Uos2
+ N1 + A1 ∞ Uo2 Sb2 + N2+ -A2 Sa2
测控电路-2第二章3.
将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相 比例差动放大后，使其输入端的共模电压1∶1地输出， 并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个 电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电 压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共 模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。
C1 +输入 －输入 G ∞ + + -N1 +输入 输出 －输入 G C1 ∞ + + -N1 R2 ∞ + + - N2 R2 C2 b) N1处于自动校零状态
R2 ∞ + + -N2 R2
C2
输出
a) N2处于自动校零状 态
第二章 信号放大电路
2、斩波稳零集成运算放大器（ICL7650)
+ ∞ Uo 外时钟输入 Sa Sb G
∞ + + - N1
2）三运放高共模抑制比放大电路
ui1 ∞ uo R3 + + 1 - N1 R1 IR RP ∞ R2 + N + 2 uo2 R4 R5 R7 RP
1
∞ + + N3 R6
uo
R8
ui2
R1 R2 uo 2 uo1 (1 ) ui 2 ui1 RP uo 2 uo1 R1 R2 kd (1 ) ui 2 ui1 RP
-
∞
+
uo
C3：旁路电容，防止振荡
C3R3>C1R1 抑制高噪声 平衡输入偏置电流
+ N1
R3
第二章 信号放大电路
（三）同相放大器
i2
天大测控电路讲义第二章概要
实现方式：自动调零 手动稳零
返回
上一页
下一页
测控电路
（一） 自动调零放大电路
Ui
Sb1 R1
#
R2 -+NK1+1
+-NK22+
# Sa1
C1
# Sa2
a) 电路原理图
Uo # Sb2
时钟发生器
a -+N∞3+
b ∞ -+N4+
返回
上一页
反相器
上一页
下一页
测控电路
R3
R1
ui1
ui2
R2
-∞ +
+ N1
R4 基本电路
uo1
?
?
R3 R1
ui1
uo2
?
R4 R2 ? R4
?R1 ? R3 R1
ui 2
uo
? uo ? uo1 ? uo2 ? ?
取电路对称：R1＝R2，R3＝R4
uo ? R3 R1 (ui2 ? ui1 ) ? R3 R1 ?uid
?
? ????1 ?
R2 R1
?????1
δ ?δ
2
?u 4
特性：增益稳定（与电桥电阻无关）
但输出uo与输入δ非线性（ δ<<1时近似线性）
*电桥电源浮置，即电桥电源与后级放大电路的电源不共地！
思考
返回
上一页
下一页
测控电路
（二）差动输入电桥放大电路
R
u R
ua R1
R
∞
-
当R2>>R时，
测控电路 第三版 (张国雄 主编) 机械工业出版社 完整答案版习题参考答 ca2
2-10 什么是有源屏蔽驱动电路？应用于何种场合？请举例说明之。 将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端
的共模电压 1∶1 地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆屏蔽 层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层 之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。它消除了屏蔽电缆电容的影响，提
k 有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。 www. 应用于要求共模抑制比大于 100dB 的场合，例如人体心电测量。
2-8 图 2-8b 所示电路，N1、N2 为理想运算放大器，R4=R2=R1=R3=R，试求其闭环电压放大倍 数。
网 由图 2-8b 和题设可得 u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )–2ui1 R4/R3 =2ui2–2 案 ui1=2(ui2-ui1)，所以其闭环电压放大倍数 Kf=2。 答 2-9 图 2-9 所示电路，N1、N2、N3 工作在理想状态，R1=R2=100kΩ，RP=10kΩ，R3=R4=20kΩ，
第二章 信号放大电路
2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？ 在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称
为测量放大电路，亦称仪用放大电路。对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相 匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以 及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如 达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例如：电阻应变式传感器——电压放大器
光电池、光敏电阻——电流放大器
一、测量放大电路的基本要求和类型
①阻抗匹配
②增益稳定
③低噪声
④低的输入失调电压和输入失调电流、低温漂
⑤足够的带宽和转换速率（放大瞬态信号、输出电压跟踪输入电压的能力）
⑥高共模输入范围（几百伏）和高共模抑制比
⑦可调的闭环增益
⑧线性好、精度高
抑制能力的大小，常用共模抑制比CMRR来表示
CMRR共 差模 模增 增益 益 K Kdc
如何求差动放大电2 R4 R1 R3
工程上为了减少器件品 种和提高工艺性
R1=R3 R2=R4
五、高共模抑制比放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路 称为高共模抑制比放大电路。 应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测 量。一般的运放共模抑制比80db左右
最基本的方法就是把fo1移到更低的频率处来工作。
相位补偿：在反馈放大电路的适当部分加入RC网络，以改
变AF的频率响应。
很多集成运 放都有外接 ui 相位补偿网 络端
R1
C1
R3
C2
R2
+
∞ +
N1
防止自激振 荡的
uo
2.2 典型测量放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
❖ 测量放大电路的结构形式是由传感器的类型决定的。
R2
成分。
R2
ui1 R1
R3 ui2
-∞ +
+ N1
ud/2 R1
-∞
uo
R3
+ + N1
uic
ud/2 R4
uo
R4
基本电路
共模与差模输入
测控电路第二章信号放大电 路
差模电压uid= ui2﹣ui1 , 共模电压uic=(ui1+ ui2)/2
u
i1
u ic
1 2
u id
u
i
2
u ic
1 2
补偿 b. 运放常有失调调零端
RP
接入反相端
RP
接入同相端
❖ Op07集成运算放大器 1、8脚之间就是输入失调电压的调零端
测控电路第二章信号放大电 路
测控电路第二章信号放大电 路
IBP
VCC
IBP VO
IBN
IBN
VEE
❖ 输入失调电流：在标称电源及其室温下，当集成运放的输出
电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差。
Contents
1 运算放大器的误差及其补偿
2
典型测量放大电路
3
隔离放大电路
4
噪声的基础知识
测控电路第二章信号放大电 路
2.1 运算放大器的误差及其补偿
测控电路第二章信号放大电 路
一、实际运算放大器及其特性
差模增益kd 共模增益kc 输入电阻ri 输出电阻ro
带宽 相移
理想 ∞ 0 ∞ 0
0～ ∞
用变形一（P22图2-10)。
带滤波器的反相放大器见变形二（P22 R3
图2-10)。
测控电路第二章信号放大电 路
R2
-∞
uo
+
+ N1
测控电路第二章信号放大电 路
交流反相放大电路：
R2
Kf= –R2 / R1
R3= R2 C1：隔直电容 C3：旁路电容，防止振荡
ui C1 R1
-∞
uo
+
+ N1
IOS=|IBP－IBN|
三、运放的振荡与相位补偿
测控电路第二章信号放大电 路
Ui
Uio
Uf
Xs
Xi A
Xf
β
Xo A
X s 1 A
电流、电压反馈：将负载电阻短接， Uo 看反馈信号是否消失，若消失，则为
电压反馈，反之电流反馈。 自激振荡：指在没有输入信号时（Ui=0)， 放大电路也有输出（Uo≠0），通常可以 由示波器观测到输出的振荡波形。
u id
由等效电路可得
uo(1R R1 2)R4R 4R3ui2R R1 2ui1
ui1 R1
R2
uo
R3 0 ui2
R4
等效电路
若R1=R3，R2=R4，则uo= (R2/R1) ud 即只对差模信号进行放大
测控电路第二章信号放大电 路
u0(R 3R 4R 4R 1R 1R 2R R 1 2)u i c 1 2(R 3R 4R 4R 1R 1R 2R R 1 2)u i d K cu i c K du i d
uo
特例：电压跟随器
RF
R3
R2
ui
ui
u0
平衡电阻
同相交流放大电路 C1：隔直电容
交流电压跟随电路
测控电路第二章信号放大电 路
R2
R1
-∞ +
uo
ui C1
+ N1
R3
四、差动放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
什么是差动放大器？
差动放大器是把二个输入信号分别输入到运算放
大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出 二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模
所以我们采用多运放组合而成的测量放大电路，共模抑 制比100～120dB
(一）双运放高共模抑制比放大电路
1.反相串联结构型
测控电路第二章信号放大电 路
N1反相放大
uA
R2 R1
ui1
uo uA ui2
R6
R4 R5
R2 ui1 ui2
0
实际
90 ～100 dB以上
0 dB以上
100KΩ ～数百兆Ω 10 ～数百Ω
0～10Hz（或0～10kHz）
不可能
二、失调及其补偿
测控电路第二章信号放大电 路
❖ 输入失调电压：集成运算放大器输出直流电压为零时，所 加的补偿电压。
常用代号Uos
(mV数量级）
❖ 输出失a. 外调接电失压调补：偿U网i络=0，输出不为0时输出端的电压
Xo
一个具有负反馈电路的放大器，只要βA产 生180°的相位差，即可能激发振荡。
环路增益的相位
测控电路第二章信号放大电 路
由于一般的OPA内部是由2~3段的放大器组成，出现三个极 点的机会相当多。在高频区将产生附加相移，可能使负反馈 变为正反馈，如反馈深度较深，即 ≥1，就会产生自激振荡， 从而使运放无法稳定地工作。
⑨成本低
测量放大电路
（按结构原理）
单端输入（同相、反相)放大电路 差动直接耦合式 电桥放大电路
电荷放大电路 调制式：斩波稳零
自动稳零式：自动稳零放大电路
二、反相放大电路
闭环增益 Kf= uo / ui = –R2 / R1
输入阻抗不高，
ui R1
在提高放大器的输入阻抗与提高电
路的增益之间存在一定的矛盾，可
C3R3>C1R1
C3 R3
三、同相放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
Kf= uo / ui = 1+R2 / R1
R2
同相输入运算放大器的同相端和反相
端都等于输入电压，相当于输入端有 一个共模信号，因此构成同相放大器 时要求运放有较高的共模抑制比和较 大的共模信号输入电压范围。
R1
-∞ +
+ N1