同相放大器开环增益课件.ppt

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1、检测与控制电路基础第4章信号调理第1讲（共4讲）第1讲：信号调理基本概念运放特性参数电平转换的电路设计第2讲：调制与解调线性化的处理方法第3讲：信号变换电路设计第4讲：信号隔离滤波器设计本讲主要内容第一部分信号调理基本概念信号调理在数字测控系统中的位置数据采集单元要求：信噪比高、接口有要求被测信号：微弱、过大、有噪声信号调理目的：将被测信号转换成可适合后续处理单元接口的信号检测电路与信号调理电路一般可以合二为一，关于电阻抗检测通常归结为信号调理电路典型信号获取系统信号调理分类电平调整：对电压信号进行放大（或

2、衰减）线性化：非线性特性对于动态测量很不利，会导致信号波形发生畸变线性化作用：扩大传感器相应特性的线性范围信号形式变换：从一种形式转换为另一种形式如V/I,I/V,f/V,f/I,V/f等电阻抗转换滤波和阻抗匹配无源滤波、有源滤波阻抗匹配，减小误差电平调整目的：得到所需的量程范围、精度、分辨率无源电平调整实际应用中要考虑作为前级（传感器）电路的负载，要求输入阻抗高，作为后级电路的输入端，要求输出阻抗小大阻值电阻的精度、噪声差适用于精度要求不高的场合有源电平调整有源电平调整电路注意几点：供电电源的限制：余量、

3、轨到轨带宽的限制噪声抑制放大器其他特性的影响理想放大器的要求开环增益共模抑制比输入阻抗输出阻抗频带宽度没有温度漂移实际运放有限开环增益输入偏置电流、输入失调电流最大差模输入电压、最大共模输入电压差模输入电阻、开环输出电阻输入失调电压温度漂移共模抑制比上升速率开环带宽、单位增益带宽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基本放大器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流及其漂移的误差影响，这也就是反相放大器要在

4、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，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根据图可以得

5、到方程组解方程组得考虑开环增益、输入阻抗、输出阻抗时的闭环增益为式中（2）同相放大器开环增益、输入阻抗和输出阻抗引入的误差可列出下列方程组解之得其中结果说明：运放的开环增益、输入输出阻抗的非理想性使运放的实际开环增益及电路的实际反馈系数减少，导致回路增益的下降，闭环增益产生误差，因而产生运算误差。显然Avo越大，输入阻抗越大，输出阻抗越小，误差越小。3）动态误差（1）反相放大器的动态误差①频域误差反相放大器在交流工作条件下，输入信号为正弦波时，由于闭环带宽的有限性将产生幅度误差和相位误差，这就是所谓的频域误

6、差。反相放大器的频率特性当f≤fFBW时，反相放大器的幅度绝对误差为相位绝对误差为当f<

7、只有当t=∞时，输出才达到理想值vo(∞)=–AFEin。因此时域误差为显然，反相放大器的时域误差也是由运放的增益带宽积不为理想所引起，若增益带宽积AvoF=∞，则fFBW=∞,时域误差为零。（2）同相放大器的动态误差与反相放大器相同，同相放大器也存在频域误差和时域误差，且也是由电路的闭环带宽的有限性引起的。由于同相放大器的增益表达式形式与反相放大器相同，因而频率特性也一致。4）结论①失调及其漂移通过在运放的输入端引入误差输入电压导致运算误差。②开环增益、输入输出阻抗通过改变回路增益，引起闭环增益的误差，从

8、而导致运算误差。从导出的实际运算公式，可以得出如下结论：①为了减小失调及其漂移引入的误差，应提高闭环增益，减小输入回路电阻阻值，选择失调及其漂移小的运放，另外要设置同相端的补偿电阻。要求同相放大器的运放要有高的共模抑制比。②为了减小闭环增益误差，应选择输入阻抗高、输出阻抗低且开环增益大的集成运放。③运放的增益带宽积导致电路的动态误差，误差与增益带宽积成反比，因此应尽量选择增益带宽积大的运放。基本放大器的总关系式为