信号预处理电路--信号放大电路

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1、第二章信号预处理电路—信号放大电路—1信号预处理（调理）目的:对传感器输出的电信号预先进行一次处理(或调理)，以提高信号的质量，完成归一化。2信号预处理输出电路输出信号要求（1）输出幅度达到国家标准电压0～5V，电流4～20mA（2）限制信号的频率范围既满足系统性能要求，又可以最大限度降低对采样－保持电路和ADC的要求，以优化系统设计。一概述信号放大电路：幅度——放大微弱、动态范围不一致滤波电路：频率——滤波各种干扰、采样频率其它调理电路——校正、补偿、检波、变换…3信号预处理电路的组成4对信号放大电路的基本要求①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配

2、；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低输入失调电压和输入失调电流以及低漂移；⑤足够的带宽和转换速率；⑥高共模输入范围和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。集成运放是一种多级直接耦合的高增益放大电路。输入级采用差分放大电路，以提高输入电阻，减小失调电压和偏置电流，提高差模和共模输入电压范围；5集成运放的输入级采用差放电路直接耦合方式的优缺点低频特性比较好：直接耦合既可以放大交流信号，也可以放大变化缓慢的信号，还可以反映信号直流电平的变化。便于集成：电路中没有电容和电感，只有管子和电阻。设计、计算和调试不便：因为直接耦

3、合方式是前后级直接相连，使各级的静态工作点不是独立的，会相互影响。零点漂移问题电路的输入端短路时，输出电压应为某一初始值(用正、负电源供电时，一般要求为零)，而且应该不变。实际上，随着时间的迁移，输出电压会偏离初始值而作缓慢的随机的变动。这种现象就叫做零点漂移，简称零漂。产生零点漂移的原因元件参数变化电源电压波动晶体管参数随温度的变化是主要原因UBE、β、ICBO三个参数都与温度有关零点漂移问题的严重性及抑制方法采用恒温措施；采用补偿法，采用热敏元件或二极管等；设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移互相抵消。在运

4、算放大器中，广泛采用差动放大电路来抑制零漂。差分放大电路是把两个输入信号分别输入到放大器的同相和反相两个输入端，然后在输出端取出两个信号的差模成分，而尽量抑制两个信号的共模成分。可由晶体管等分立元件构成，也可由集成运放构成。差分放大电路是集成运放的主要组成单元，其基本特征有2个：（1）对称；（2）长尾。二差分放大电路电路特点：（1）理想对称电路；（2）共用射极电阻Re；（3）两输入端、两输出端；静态时(ui1=ui1=0)的特点：（1）VC1=VC2；（2）uo=0；四种工作方式双端输入双端输出；双端输入单端输出单端输入双端输出；单端输入单端输出

5、1静态分析温度TICIE=2ICUEUBEIBICRE的作用设ui1=ui2=0自动稳定RE具有强负反馈作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。Q点的计算直流通路IC1=IC2=IC=IBUC1=UC2=UCC－IC×RCUE1=UE2=－IB×RB－UBEUCE1=UCE2=UC1－UE1差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=uid/2共模(commonmode)输入ui1=ui2=uiC差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:2差放的输入信号分类任意输入ui1,ui2，都可分解成一对差模分量和共模分量例:ui1=20mV,

6、ui2=10mV则：uid=10mV,uic=15mV差模信号共模信号差模信号通路3差放的差模放大作用放大倍数单边差模放大倍数:T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1若差动电路带负载RL(接在C1与C2之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,所以放大倍数：即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:差模信号输入时，两管电流增量大小相等、方向相反。两个输出端上的电压增量也大小相等、方向相反；因此，双端输出的电压增量是单端输出电压增量的两倍。此时，长尾的电流增量和电压增量皆为零，这意味着长尾对差模信号而言，电

7、阻值为零，这样，两管的发射极均为地电位，相当于标准共射放大电路，所以差放对差模信号具有放大作用。rod=2RC输入电阻：输出电阻：输入输出电阻4差放的共模抑制作用共模信号输入时，两管电流增量大小相等、方向相同。两个输出端上的电压增量也大小相等、方向相同；因此，双端输出的电压增量为零。在共模下，长尾的电流增量是单管的两倍，它将削弱对输入共模信号的放大作用。这个作用称为共模负反馈。电路匹配精度越高，长尾电阻越大，共模抑制能力就越强。RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）。uCic1、ic2iRE、uRE

8、共模信号通路T1单边微变等效电路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1KCMRRAC0负载不影响影响共模放大倍