10 第十章 检测信号的放大.pptx

第1页：第10章 检测信号的放大

第10章检测信号的放大10.1测量电桥1信号转换电阻、电容、电感——电压、电流2消除静态成分3存在非线性采用对称差动式传感器结构组成差动半桥或全桥来实现非线性误差的补偿。

第2页：按工作状态分类的电桥

按电桥的工作状态分类不平衡电桥平衡电桥

第3页：按桥臂参数与电源分类

按组成桥臂的参数分类电阻电桥阻抗电桥3.按供桥电源的类型分类直流电桥交流电桥恒压源电桥恒流源电桥

第4页：按工作桥臂个数分类

按电桥的工作桥臂个数分类单臂电桥双臂（同向或差动变化）电桥差动全桥

第5页：测量电桥的工作原理

ER1+R2I=2ER3+R4I=1234R2R4R2R3−R1R4U=I1R2−I2R4=ΣE−ΣE=ΣER1+R2R3+R4(R+R)(R+R)R1R4=R2R3U=(R2+ΔR2)(R3+ΔR3)−(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)ΣE(R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)

第6页：电桥输出的线性化近似式

=n3R1RR2=R4U=(R2+ΔR2)(R3+ΔR3)−(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)ΣE(R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)R1R4=R2R3ΔRi<<Ri4R2R3RU=ER1R4−ΔR1+ΔR2+ΔR3ΔR−(R+R)(R+R)R123414()4223R1RRRU=En−ΔR1+ΔR2+ΔR3ΔR−1+n418

第7页：测量电桥的工作原理（重）

ER1+R2I=2ER3+R4I=1234R2R4R2R3−R1R4U=I1R2−I2R4=ΣE−ΣE=ΣER1+R2R3+R4(R+R)(R+R)R1R4=R2R3U=(R2+ΔR2)(R3+ΔR3)−(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)ΣE(R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)

第8页：电桥输出近似式（重）

=n3R1RR2=R4U=(R2+ΔR2)(R3+ΔR3)−(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)ΣE(R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)R1R4=R2R3ΔRi<<Ri4R2R3RU=ER1R4−ΔR1+ΔR2+ΔR3ΔR−(R+R)(R+R)R123414()4223R1RRRU=En−ΔR1+ΔR2+ΔR3ΔR−1+n42

第9页：电桥的电压灵敏度

()42R1R2R3RU=En−ΔR1+ΔR2+ΔR3ΔR−1+n4U电桥的电压灵敏度K=En(1+n)2dKU=0dn=0(n−1)2(n+1)2n=13

第10页：等臂电桥的四种工作方式

等臂电桥1.单电桥2.同向双电桥3.差动双电桥4.全电桥R1=R2=R3=R4=RU=EΣΔRΣ14R1+ΔR2R1U=EΣΔRΣ2R1+ΔR2R2RU≈EΣΔR4RU≈EΣΔR2RU=EΣΔRRU=EΣΔRU=(R2+ΔR2)(R3+ΔR3)−(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)ΣE(R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)

第11页：仪表放大器的特点

——特点51.输入阻抗高2.抗共模干扰能力强（即共模抑制比大）3.失调电压与失调电压漂移低、噪声低、闭环增益稳定性好4.增益可变主要应用于对电桥的输出电压和传感器检测的电压（幅值较小，共模电压较大）信号的放大上。

第12页：共模抑制比

——特点6共模增益ACM输出电压与共模输入电压之比。差模增益AD两个输入端施加不同的电压时，输出电压与输入电压差之比。共模抑制比CMRR=|AD/ACM|共模抑制CMR=20log10CMRR

第13页：仪表放大器的分类

——分类

7按精度等级划分

高精度仪表放大器和普通仪表放大

器按工作电源划分

单电源仪表放大器和双电源仪表放大器按

增益设置方式划分

固定增益仪表放大器可变增益仪表放大器管脚编程仪表放大器电阻编程仪表放大器软件编程仪表放大器{

第14页：仪表放大器的原理

第15页：仪表放大器的增益推导

UO1=VI1+IΣRUO2=UI2−IΣR2GRI=UI1−UI2UO1RGR1+R2−UO2=1+Σ(UI1−UI2)OO1R5UU=R3+R5R6U−O2RR+RR3+R5346R1=R2=RR3=R4=RaR5=R6=Rb()bOI1I2R2RRU=−Σ1+ΣU−URaGbI1I2UOR2RRG==−Σ1+RU−UaG9

第16页：AD624精密仪表放大器

AD624管脚可编程精密仪表放大器10性能特点1噪声低：峰峰值不大于0.2μV

2增益温度系数小

最大为5×10-6/℃（G=1）

3非线性小

最大线性误差为0.001%（G=1~200）

4共模抑制比高

不小于130dB（G=1~200）

5输入失调电压低

最大值为25μV；6输

入失调电压漂移小

最大为0.25μV/℃

8引脚可设置增益

1，100，200，500，1000；9无需外接元件；10内部补偿

第17页：AD624内部结构图

AD624内部结构图

本页以公式或电路图为主，源文件未提取到完整公式结构，建议对照原课件图片查看。

第18页：AD624基本接线图（G=200）

AD624的基本接线图（G=200）

本页以公式或电路图为主，源文件未提取到完整公式结构，建议对照原课件图片查看。

第19页：AD624应用实例

AD624应用实例

本页以公式或电路图为主，源文件未提取到完整公式结构，建议对照原课件图片查看。

第20页：AD526软件可编程仪表放大器

AD526软件可编程仪表放大器14AD526提供了不同精度、不同温度范围的A、B、C、J、S五种系列器件。J为民用级温度范围为0~+70℃；A、B、C为工业级温度范围为-40~+85℃；S为军品级温度范围为-55~+125℃。

第21页：AD526的内部结构

AD526的内部结构

本页以公式或电路图为主，源文件未提取到完整公式结构，建议对照原课件图片查看。

第22页：隔离放大器

3隔离放大器16目的切断传感器与提供数据的系统间直接的电气连接（即相互之间没有“电流流动”），避免来自系统某一部分的危险电压或电流损坏系统的其它部分。1.电磁隔离（变压器隔离）2.光电隔离3.电容耦合隔离

第23页：习题10-1 不平衡电桥设计

• 在工作点处将电桥调平
• 提高电桥的灵敏度，一种方法是提高供桥电源电压，但供桥电压过高，会使工作电桥电阻发热。另一种方法是使四臂电桥电阻相等
• 在单臂电桥和双臂电桥（同相电桥）中，会产生非线性误差

第24页：习题10-2 单臂电桥设计题面

习题10-2请设计一个单臂工作的电桥，其中敏感元件的电阻变化范围为100~142Ω，电阻的允许耗散功率为3.6mW。要求电桥的输出电压与电阻的变化量之间的非线性误差小于10%，同时使电桥的输出电压尽可能高。求桥臂上各电阻值、电源电压，并给出电桥的输出电压范围。R2=100Ω1ΔR2=42ΩP2=3.6mWγL≤10%

第25页：习题10-2 电桥输出推导

21ER1+R2I=2R3+R4I=12241234R2R3−R1R4U=IR−IR=ΣE−ΣE=ΣER2R4R1+R2R3+R4(R+R)(R+R)R1R4=R2R3U=(R2+ΔR2)ΣR3−R1ΣR4ΣE=ΣE(R1+R2+ΔR2)(R3+R4)ΔR2ΣR3(R1+R2+ΔR2)(R3+R4)01234ΔR2ΣR3U=ΣE(R+R)(R+R)0111LUγ−ΔR2=U−U0×100%=R1+R2+ΔR2R1+R2×100%=−×100%R1+R2+ΔR2R1+R2R2=100ΩEΔR2=42ΩP2=3.6mWγL≤10%

第26页：习题10-2 桥臂与电源电压

LΔR2γ=×100%≤10%R1+R2+ΔR2R1=300ΩEI1=R+R+ΔR122()()22221222122E2Σ(R+ΔR)P=IΣR+ΔR=R+R+ΔR()32122dPE2Σ(R−R−ΔR)2=122>0dΔRR+R+ΔR142P3.6×10−3Emax=(R1+R2+ΔR2)2=(142+300)=2.22VR2+ΔR2R1≥278ΩR2=100ΩΔR2=42ΩP2=3.6mWγL≤10%E=2V3

第27页：习题10-2 输出电压范围

R1=300ΩE=2VR3R4=R1R2=3max12234122ΔR2ΣR3ΔR2U=ΣE=Σ3E=0.14V(R+R+ΔR)(R+R)R+R+ΔR4R2=100ΩΔR2=42ΩP2=3.6mWγL≤10%

第28页：习题10-4 仪表放大器的优点

• 输入阻抗高
• 抗共模干扰能力强（即共模抑制比大）
• 失调电压与失调电压漂移低、噪声低、闭环增益稳定性好
• 增益可变，既可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻设置。主要应用于对电桥的输出电压和传感器检测的电压（幅值较小，共模电压较大）信号的放大上