数据采集与处理技术.ppt

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1、数据采集与处理技术数据采集与处理技术数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.1 概述概述4.2 测量放大器的电路原理测量放大器的电路原理4.3 测量放大器的主要技术指标测量放大器的主要技术指标4.4 测量放大器集成芯片测量放大器集成芯片第4章 测量放大器本章教学内容本章教学内容2数据采集与处理技术数据采集与处理技术第4章 测量放大器4.1 概述概述3数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.1 4.1 概 述 了解放大器的类型了解放大器的类型 了了解在数据采集中使用测量放大器解在数据采集中使用测量放大器 的原因的原因 本节教学目标本节教学目标4数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.1 4.1

2、概 述问题：问题：在数据采集中在数据采集中,经常会遇到一些微弱经常会遇到一些微弱的微伏级信号（热电偶的输出信号），的微伏级信号（热电偶的输出信号），需要用放大器加以放大。需要用放大器加以放大。放大器类型放大器类型通用运算放大器通用运算放大器测量放大器测量放大器5数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.1 4.1 概 述那么，选择何种放大那么，选择何种放大器来放大微弱信号？器来放大微弱信号？6数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.1 4.1 概 述通用运算放大器通用运算放大器 具有具有mV级失调电压、数级失调电压、数V/的的温飘，不能用于放大温飘，不能用于放大微弱信号。微弱信号。特点特点目前市

3、场上的放大器有以下特点。目前市场上的放大器有以下特点。测量放大器测量放大器 具有高输入阻抗、低输出阻抗、强具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰、低温漂、低失调电压，抗共模干扰、低温漂、低失调电压，广泛用于放大广泛用于放大微弱信号。微弱信号。7数据采集与处理技术数据采集与处理技术第4章 测量放大器4.2 测量放大器的电路原理测量放大器的电路原理 8数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.24.2 测量放大器的电路原理 了解了解测量测量放大器的电路原理放大器的电路原理 了了解测量放大器使用中的两个技术问题解测量放大器使用中的两个技术问题 本节教学目标本节教学目标9数据采集与处理技术数据采集与处

4、理技术4.24.2 测量放大器的电路原理 有两级运放有两级运放 第一级：第一级：两个同相放大器两个同相放大器A1、A2 输入阻抗高。输入阻抗高。第二级：第二级：普通差动放大器普通差动放大器A3U Ui i1 1U Ui i2 2+-A A1 1-+A A2 2R RGGR R1 1R R2 2R R3 3-+A A3 3R R4 4U UOOU U3 3U U4 4R R5 5R R6 6图图图图4-1 4-1 测量放大器原理电路测量放大器原理电路测量放大器原理电路测量放大器原理电路I IGG10数据采集与处理技术数据采集与处理技术使用测量放大器的两个技术问题：使用测量放大器的两个技术问题：测

5、量放大器的增益测量放大器的增益 由上式可知，调节外接电阻的大小，可以由上式可知，调节外接电阻的大小，可以改变测量放大器的增益。改变测量放大器的增益。4.24.2 测量放大器的电路原理 11数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.24.2 测量放大器的电路原理 抗共模干扰能力抗共模干扰能力 对直流共模信号，其抑制比为无穷大对直流共模信号，其抑制比为无穷大。对交流共模信号。对交流共模信号。如图如图4.2所示所示。12数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.24.2 测量放大器的电路原理 输入信号输入信号输入信号输入信号的共模分的共模分的共模分的共模分量传给屏量传给屏量传给屏量传给屏蔽体蔽体蔽体蔽体

6、输入保护电路输入保护电路输入保护电路输入保护电路U Ui i1 1R Ri i1 1U Ui i2 2R Ri i2 2R R3 3R R1 1R R4 4A A3 3-+R R6 6R R2 2U UOOR R5 5R RGGR R2 2 R R1 1 图图图图4-2 4-2 交流共模干扰影响及抑制方法交流共模干扰影响及抑制方法交流共模干扰影响及抑制方法交流共模干扰影响及抑制方法A A4 4+-A A2 2-+C C1 1C C2 2A A1 1+-由于输入信号的传输线存在线阻由于输入信号的传输线存在线阻Ri1、Ri2和分布电容和分布电容C1、C2。Ri1C1、Ri2 C2分别对地构成回路分

7、别对地构成回路。当当Ri1 C1 Ri2 C2时，交流共模信号在两运时，交流共模信号在两运放输入端产生分压放输入端产生分压 、，所以所以 ，对输入信号产生干扰。对输入信号产生干扰。抑制干扰措施：抑制干扰措施：在其输入端接一个输入保护在其输入端接一个输入保护电路。电路。当当R1=R2 时时，由于屏蔽层和信号线间由于屏蔽层和信号线间对交流共模信号是等电位的，故对交流共模信号是等电位的，故C1、C2 的分的分压作用不存在，从而降低共模干扰的影响。压作用不存在，从而降低共模干扰的影响。13数据采集与处理技术数据采集与处理技术第4章 测量放大器4.3 测量放大器的测量放大器的 主要技术指标主要技术指标

8、14数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 了解了解测量测量放大器的主要技术指标放大器的主要技术指标 了了解技术指标对使用的影响解技术指标对使用的影响 本节教学目标本节教学目标15数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 1.非线性度非线性度 非线性度非线性度 放大器实际输出输入关系曲线放大器实际输出输入关系曲线与理想直线的偏差。与理想直线的偏差。什么是什么是非线性度非线性度？16数据采集与处理技术数据采集与处理技术 非线性度与增益有关，且对数据采集精度非线性度与增益有关，且对数据采集精度影响很大影响很大。4.34.3 测量

9、放大器的主要技术指标 12位位AD 转换器转换器 增益为增益为1，非线性偏差为非线性偏差为0.025%增益为增益为500，非线性偏差为非线性偏差为 0.1%结果：结果：相当于把相当于把12位位A/D转换器变成转换器变成10位以下位以下的转换器。的转换器。结论：结论：一定要选择非线性度偏差小于一定要选择非线性度偏差小于0.024%的放大器的放大器。17数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 2.温漂温漂什么是什么是温漂温漂？温漂温漂 测量放大器输出电压随温度变化的测量放大器输出电压随温度变化的程度。程度。18数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测

10、量放大器的主要技术指标 例如例如：一个温漂一个温漂2 V/的测量放大器的测量放大器，当增当增益为益为1000时时，测量放大器的输出电压测量放大器的输出电压产生约产生约20mV的变化的变化。这个数字相当这个数字相当于于12位位AD转换器在满量程为转换器在满量程为10V的的8个个LSB值值。应尽量选择温漂小的测量放大器。应尽量选择温漂小的测量放大器。19数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 3.建立时间建立时间建立时间建立时间 指从阶跃信号驱动瞬间至测量放指从阶跃信号驱动瞬间至测量放大器输出电压达到并保持在给定大器输出电压达到并保持在给定误差范围内所需的时间。

11、误差范围内所需的时间。什么是什么是建立时间建立时间？20数据采集与处理技术数据采集与处理技术放大器输出电压放大器输出电压放大器输出电压放大器输出电压t tU Ut tU U驱动信号驱动信号驱动信号驱动信号建立时间建立时间建立时间建立时间上偏差上偏差上偏差上偏差下偏差下偏差下偏差下偏差 当增益当增益200时时，为达到误差范围为达到误差范围0.01%，往往要求建立时间为往往要求建立时间为50 s 100 s。4.34.3 测量放大器的主要技术指标 21数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 4.恢复时间恢复时间什么是什么是恢复恢复时间时间？恢复时间恢复时间 指放

12、大器撤除驱动信号瞬间至放指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和状态恢复到最终值所大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间。需的时间。22数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 5.电源引起的失调电源引起的失调什么是什么是电源引起的失调电源引起的失调？电源引起的失调电源引起的失调 电源电压每变化电源电压每变化1%，引起引起放大器的漂移电压值。放大器的漂移电压值。23数据采集与处理技术数据采集与处理技术4.34.3 测量放大器的主要技术指标 6.共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比CMRR 可用下式计算可用下式计算：24数据采集与处理技术数据采集与处理技术第4

13、章 测量放大器 4.4 测量放大器集成芯片测量放大器集成芯片 25数据采集与处理技术数据采集与处理技术 4.44.4 测量放大器集成芯片 了解了解测量测量放大器集成芯片的外形构造放大器集成芯片的外形构造 了了解解测量放大器集成芯片的使用调整测量放大器集成芯片的使用调整本节教学目标本节教学目标26数据采集与处理技术数据采集与处理技术 4.44.4 测量放大器集成芯片 1.AD521 AD521是是集成测量放大集成测量放大器，采用器，采用14 脚脚双列直插式封双列直插式封装。装。图图图图4-3 AD5214-3 AD521引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能27数据采集与处理技术数据采集与处理技术 4

14、.44.4 测量放大器集成芯片 引脚引脚4，6用于调整放大用于调整放大器零点，将器零点，将4，6端接到端接到10 K电位器的两个电位器的两个固定端固定端;1 12 23 34 45 56 67 78 810101111121213131414+IN+IN-IN-INR RGG10K10KU U-U UOUTOUTR RS S100K100KU U+图图图图4-4 AD5214-4 AD521基本连接方法基本连接方法基本连接方法基本连接方法 电位器滑电位器滑动端接负电源动端接负电源U-（脚脚5）。）。引脚引脚10，13用于外接电阻用于外接电阻RS，用于对放大倍用于对放大倍数进行微调。数进行微调。当当RS=100 k15%时时，可以得到比较可以得到比较稳定的放大倍稳定的放大倍数。数。28数据采集与处理技术数据采集与处理技术 4.44.4 测量放大器集成芯片 测量放大器的放大倍数按如下公式计算：测量放大器的放大倍数按如下公式计算：其放大倍数可在其放大倍数可在11000的范围内调整的范围内调整。AD521的技术指标见表的技术指标见表4.1。29数据采集与处理技术数据采集与处理技术作业作业:1.2.3.第4章 测量放大器30