测控电路第二章信号放大电路

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
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
R2
R1
-∞ +
R2
-∞
uo
+
+ N1
带滤波器的反相放大器见变形二（P22 R3
图2-10)。
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
C3R3>C1R1
C3 R3
三、同相放大电路
Kf= uo / ui = 1+R2 / R1
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。
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
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。
R3
R4
ui1
uo(1R R3 4)ui2(1R R 1 2)R R3 4ui1
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。
IOS=|IBP－IBN|
三、运放的振荡与相位补偿
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
R3=R1∥R2 R5
ui2
可见当 R 2 R 4
R1 R5
，ui1=ui2时uo=0 共模抑制
通常取R1=R5，R2=R4，共模抑制比与电阻精度有关系。
R6
∞
+
uo
+ N2
R7 =R4∥R5∥R6
2.同相串联结构型
N1同相放大
uo1
(1
R2 R1
)ui1
ui2
N2同相放大，输出端有
uo1ui2 ui2 uo
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
N1反相放大
uA
R2 R1
ui1
uo uA ui2
R6
R4 R5
R2 ui1 ui2
R1 R4 R5
uo
R2 R1
R R64ui1R R65ui2
R2
ui1 R1
∞ - + A R4 + N1
要使CM来自百度文库R→∞，可得
R2 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
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
0～10Hz（或0～10kHz）
不可能
二、失调及其补偿
❖ 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
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
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
2.1 运算放大器的误差及其补偿
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～ ∞
0
实际
90 ～100 dB以上
0 dB以上
100KΩ ～数百兆Ω 10 ～数百Ω
uo
R4
基本电路
共模与差模输入
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
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
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
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
如何求差动放大电路的共模抑制比？
uo
ui C1
+ N1
R3
四、差动放大电路
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
R2
成分。
R2
ui1 R1
R3 ui2
-∞ +
+ N1
ud/2 R1
-∞
uo
R3
+ + N1
uic
ud/2 R4
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
用变形一（P22图2-10)。
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
❖ 测量放大电路的结构形式是由传感器的类型决定的。
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
⑨成本低
测量放大电路
（按结构原理）