《信号调理电路》课件

uI 2 )
1.1.2 仪用放大器
电路分析：
uO
R4 R3
(uO 2
uO1 )
差模增益为：
AVD
R1 RW R2 R4
RW
R3
共模增益为：
AVC 0
图1-8三运放仪用放大器
由三运放组成的差分放大器具有高共 模抑制比、高输入阻抗和可变增益等 一系列优点，它是目前测控系统和仪 器仪表中最典型的前置放大器。
图1-8三运放仪用放大器
1.1.2 仪用放大器
电路分析：
uO1 uI1 R1
uI1 uI 2 RW
uO1
(1
R1 RW
)uI1
R1 RW
uI 2
uO2 uI 2 R2
uI 2 uI1 RW
uO 2
(1
R2 RW
)uI 2
R2 RW
uI1
图1-8三运放仪用放大器
uO1 uO2
R1
RW RW
R2 (uI1
1.1.1 比例放大器
• 基本差分放大器
采用电路结构完全对称的差分放 大，有利于抑制共模干扰（提高 电路的共模抑制比）和减小温度 漂移。
利用电路的线性叠加原理，先计 算输入信号uI1作用的输出uO1:
uO1
R2 R1
uI1
再计算输入信号uI2作用的输出uO2:
uO 2
R4 R3 R4
R1 R2 R1
由于基本差分放大器的输入阻抗较低，它的应 用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介 绍的仪用放大器。 集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是 共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多， 如INAl05，INAl06，INAll7。
1.1.2 仪用放大器
仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大 器。 这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好， 经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。 图1-8所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。
1.2.1 电压/电流变换器和电流/电压变换器
• 电压/电流变换器
电压／电流变换器(VCC)用来将电压信号变换为与电压成 正比的电流信号。 VCC按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。 (1)负载浮地型电压／电流变换器
1.1 信号放大
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生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变 为电信号，这些电信号往往比较小，需经过放大 后才能送给A/D转换器变为数字量送给计算机 。
因生产现场不同，放大器的工作环境千差万 别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对 系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要 不同的放大器。
本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔 离放大器、可变增益放大器等。
1.1.3 隔离放大器
所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器 之间没有电的联系，而是利用光或磁来耦合信号。 它可以提高系统的抗干扰性能、安全性能和可靠 性，现代测控系统经常采用隔离放大器。 目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦 合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源 的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三 极管。 如图1-9给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。
图1-1 同相放大器的基本形式
增益为：
Ad
1 R2 R1
同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的 特点。
1.1.1 比例放大器
• 同相放大器
输入阻抗为：
ri ri (1 AF )
式中：ri为运放的开环输入阻抗，A为运放的开环增益， F为电路的反馈系数。 同相放大器的特点：输入阻抗高。
1.1.1 比例放大器
• 同相放大器
输出阻抗为：
r0 r0 / (1 AF)
式中：r0为运放的开环输出阻抗，A为运放的开环增益， F为电路的反馈系数。 同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于0。
1.1.1 比例放大器
• 反相放大器
基本形式如图1-4所示：
图1-4 反相放大器的基本形式
增益为：
A R2 R1
反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳 定的特点。
图1-14所示是一个可变增益的同相放大器的原理 图。
1.1.4 可变增益放大器
增益:
Ad
1 RF RP
显然，改变变阻器RP的阻 值可以改变放大器的增益。
该电路可以连续地改变放 大器的增益。
1.2 信号变换电路
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• 电压／电流变换器(VCC) • 电流／电压变换器(CVC) • 电压／频率变换电路 • 频率／电压变换电路 • 电压比较器 • 限幅放大器
测控电路与器件
目录
➢第1章 信号调理电路 ➢第2章 常用控制器件 ➢第3章 控制电机 ➢第4章 常用电气控制线路 ➢第5章 可编程序控制器及应用 ➢第6章 模拟量控制电路 ➢第7章 开关量控制电路 ➢第8章 信号显示
第1章 信号调理电路
信号放大 信号变换电路 信号运算电路 滤波电路 调制与解调电路 数据采集电路
uI 2
图1-7 基本差分放大器
uO uO1 uO2
R2 R1
uI1
R4 R3 R4
R1 R2 R1
uI 2
1.1.1 比例放大器
• 基本差分放大器
如果电路能做到完全对称，即 R1 R3 R(uI 2
uI1)
图1-7 基本差分放大器
1.1.1 比例放大器
• 基本差分放大器
1.1.3 隔离放大器
不同类型光电耦合器件传输特性比较：（图1-10）
硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但 传输增益最小； 硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大； 达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。
因此：
选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并 将其工作范围限制在近似的线性传输区； 在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极 管型。
通用方法
运算放大器的理想特性：
• ① Ri很大，Ro很小，K很大。 • ② 虚短——在深度负反馈的条件下，运放的两输入端的
电压差为零 即：ui＝u＋－u－＝0，即u＋＝u－
• ③ 虚断——流入和流出输入端的电流都为0。
即： I＋=I－＝0
1.1.1 比例放大器
• 同相放大器
基本形式如图1-1所示：
1.1.3 隔离放大器
下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：
图1-11光电偶合放大电路
图1-12线形光电偶合放大电路
1.1.4 可变增益放大器
为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏 度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器 的增益。
通过改变反馈网络的反馈系数，即电阻的比例， 同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。