现代测控电子技术第二章

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1、第二章信号调理电路信号调理电路是测控系统及新型传感器的重要组成部分，其功能是将传感器输出的信号变换成易于被后续单元处理的信号。信号调理电路依据所采用传感器的类型而形式多样，完整的调理电路由具有各种功能的基本单元电路组合构成。2.1前置测量电路2.1.1基本电路1.反相放大器基本反相放大器电路如图2.1.1所示。①Zf、ZF、Zp均为电阻，则电路为反相比例运算放大器；②Zf为电阻，ZF为电容，则电路为积分器；图2.1.1基本反相放大器③Zf为电容，ZF为电阻，则电路为微分器；④若用复杂组容网络代替输入回路元件或输出回路元件，则

2、电路为有源滤波器和有源校正电路。反相放大器的共同特点：①各类反相放大器的闭环增益AF和输入阻抗Zid的数学表达式具有相同的形式。②输入回路电流If将全部流经反馈回路，故有③反相端和同相端电压相等，且总等于零这就是反相放大器所特有的“虚地”现象。2.同相放大器凡是输入信号从运算放大器同相输入端输入的运算电路都称之为同相放大器，它也是应用电路中最基本的类型。1）基本同相放大器图2.1.2为基本同相放大器的原理电路图，与反相放大器一样，外部元件可以是电阻元件、电抗元件甚至是一个复杂的网络。图2.1.2基本同相放大器同相放大器具有下

3、列共同特点：①各类同相放大器的闭环增益AF(jω)和输入阻抗具有相同的形式一般式中②流经输入回路的电流和流经反馈回路的电流相同。If=IF③反相端和同相端电压相等，且总等于共模电压Vc。V+=V–=Vc由于Vc的存在，同相放大器存在共模电压堵塞现象，这一点与反相放大器不同。2）同相放大器的堵塞现象及其预防同相放大器的共同特点之一是运放的同相端和反相端加有共模电压Vc，一旦Vc＞Vicm，就会发生堵塞。其现象是：在有输入信号的情况下，输出没有信号。这时，即使将输入信号撤除，该状态也不会立即恢复正常。当发生堵塞时，若反馈回路电阻

4、RF又不够大，反馈回路的电流就有可能将输入级晶体管烧毁，甚至危害第二级晶体管。避免发生堵塞现象的措施有：（1）选用共模输入电压范围大的运算放大器，即大Vicm。这取决于所选的运放器件本身。（2）在放大器输入端加箝位电路，确保输入共模电压不超过放大器的最大共模输入电压Vicm。图2.1.3给出了四种箝位电路，说明如下：图(a)中使∣VD+E∣≤Vicm，可保证运放的输入共模电压小于Vicm。图(b)中使∣VDW∣≤Vicm，可保证运放的输入共模电压小于Vicm。图(c)中使∣VD+E∣≤Vicm，可保证运放的输入共模电压小于V

5、icm。(a)(b)(c)(d)图2.1.3预防堵塞的输入箝位电路图(d)适用于①大信号脉冲工作状态，当输入脉冲前沿陡度超过放大器的上升速率SR时，电路直接通过二极管实现输入箝位。②幅度小于二极管正向压降的微小信号的工作状态。3）同相与反相放大器的比较①同相输入时，输出与输入同相；反相输入时，输出与输入反相。②同相输入时，闭环增益总是大于或等于一；反相输入时，闭环增益可大于一，也可小于一。③同相放大器的输入电阻很高，远大于反相放大器的输入电阻。④同相放大器的输入端存在共模输入电压，因此输入电压不能超过运放的最大共模输入电压V

6、icm，并要求放大器要有较高的共模抑制比。而反相放大器不存在这一问题。⑤在运放具有单极点频率特性时，对于相同的闭环增益AF,同相放大器的闭环带宽比反相放大器的闭环带宽宽。3.基本放大器的误差分析1）失调及漂移引入的误差（1）反相放大器的失调及漂移引入的误差该项误差由输入失调电压Vos、平均偏置电流Ib、输入失调电流Ios及其它们的漂移引入。基于实际等效模型的分析电路图2.1.4。图2.1.4反相放大器失调及漂移的误差分析根据实际运放的等效模型并对反相输入点应用KCL得：若取补偿电阻可得结果说明设置补偿电阻后可消除由平均偏置电

7、流及其漂移的误差影响，这也就是反相放大器要在同相输入端设置补偿电阻的原因。输出误差电压为折算到输入端的误差电压考虑最坏的情况将失调与漂移分别考虑有其中ΔVos、ΔIos分别是温度、时间、正负电源的函数。（2）同相放大器共模抑制比、失调及其漂移引入的误差依据运算放大器的实际等效模型，可得图2.1.5所示的等效电路图。图2.1.5共模抑制比、失调及其漂移引入的误差解之得令输出误差电压为折算到输入端为由于失调是可以调零的，因此考虑CMRR及失调漂移时的误差电压显然电压跟随器组态时若Rp=0，要求RF=0，这对减小定态误差是有利的，

8、但不利于堵塞时的输入级保护。2）开环增益、输入阻抗和输出阻抗引入的误差（1）反相放大器开环增益、输入阻抗和输出阻抗引入的误差当考虑开环增益、输入阻抗和输出阻抗的非理想性时的分析原理电路图如图2.1.6所示，图2.1.6开环增益、输入输出阻抗引入的误差分析根据图可以得到方程组解方程组得考虑开