机电一体化第四章机电一体化系统应用电路设计.ppt

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1、第四章第四章 机电一体化系统应用机电一体化系统应用电路设计电路设计n n第一节第一节 电桥电路设计电桥电路设计n n第二节第二节 检测信号放大电路设计检测信号放大电路设计n n第三节第三节 多功能式信号放大器设计多功能式信号放大器设计n n第四节第四节 计算机输出接口电路设计计算机输出接口电路设计n n第五节第五节 V/F-F/V V/F-F/V 转换器设计转换器设计下一页n n第六节第六节 开关量控制电路设计开关量控制电路设计n n第七节第七节 直流稳压电源电路设计直流稳压电源电路设计n n第八节第八节 常用测试仪表选择方法常用测试仪表选择方法n n习题与思考题习题与思考题上一页 下一页第一

2、节第一节 电桥电路设计电桥电路设计 n n一、一、一、一、电桥电路设计分析电桥电路设计分析电桥电路设计分析电桥电路设计分析n n在机电一体化系统设计中，位移、流量、压力、力、角度、力矩、温在机电一体化系统设计中，位移、流量、压力、力、角度、力矩、温在机电一体化系统设计中，位移、流量、压力、力、角度、力矩、温在机电一体化系统设计中，位移、流量、压力、力、角度、力矩、温度等物理信号检测与控制。选用的传感器在测量这些物理量时，首先度等物理信号检测与控制。选用的传感器在测量这些物理量时，首先度等物理信号检测与控制。选用的传感器在测量这些物理量时，首先度等物理信号检测与控制。选用的传感器在测量这些物理量

3、时，首先转换为相对应电阻、电感、电容变化量，必须通过电桥电路转换成电转换为相对应电阻、电感、电容变化量，必须通过电桥电路转换成电转换为相对应电阻、电感、电容变化量，必须通过电桥电路转换成电转换为相对应电阻、电感、电容变化量，必须通过电桥电路转换成电压量输出，才能实现多种物理量的检测。压量输出，才能实现多种物理量的检测。压量输出，才能实现多种物理量的检测。压量输出，才能实现多种物理量的检测。n n直流电桥电路的优点：直流电桥电路的优点：直流电桥电路的优点：直流电桥电路的优点：n n(1)(1)(1)(1)供桥电源采用直流电源，比较容易实现高稳定性，高精度的直流供桥电源采用直流电源，比较容易实现高

4、稳定性，高精度的直流供桥电源采用直流电源，比较容易实现高稳定性，高精度的直流供桥电源采用直流电源，比较容易实现高稳定性，高精度的直流电源，准确度达到小于电源，准确度达到小于电源，准确度达到小于电源，准确度达到小于0.0020.0020.0020.002；n n(2)(2)(2)(2)电桥平衡电路简单，输出零点调节方便；电桥平衡电路简单，输出零点调节方便；电桥平衡电路简单，输出零点调节方便；电桥平衡电路简单，输出零点调节方便；n n(3)(3)(3)(3)电桥输出响应快，适应于静态和动态信号测量；电桥输出响应快，适应于静态和动态信号测量；电桥输出响应快，适应于静态和动态信号测量；电桥输出响应快，

5、适应于静态和动态信号测量；n n(4)(4)(4)(4)电桥输出电压是直流量，可以用一般的直流仪表测量显示；电桥输出电压是直流量，可以用一般的直流仪表测量显示；电桥输出电压是直流量，可以用一般的直流仪表测量显示；电桥输出电压是直流量，可以用一般的直流仪表测量显示；n n(5)(5)(5)(5)电桥电路可实现温度补偿作用，减小温度的影响误差。电桥电路可实现温度补偿作用，减小温度的影响误差。电桥电路可实现温度补偿作用，减小温度的影响误差。电桥电路可实现温度补偿作用，减小温度的影响误差。下一页上一页二、二、电桥电路设计方法电桥电路设计方法n n1.1.1.1.电桥调零电路设计方法电桥调零电路设计方法

6、电桥调零电路设计方法电桥调零电路设计方法n n在检测系统设计中，当选择应变式传感器时，若配备相应的动态电阻在检测系统设计中，当选择应变式传感器时，若配备相应的动态电阻在检测系统设计中，当选择应变式传感器时，若配备相应的动态电阻在检测系统设计中，当选择应变式传感器时，若配备相应的动态电阻应变仪，该仪器输入设计为电桥电路式，可利用电桥电路调零，解决应变仪，该仪器输入设计为电桥电路式，可利用电桥电路调零，解决应变仪，该仪器输入设计为电桥电路式，可利用电桥电路调零，解决应变仪，该仪器输入设计为电桥电路式，可利用电桥电路调零，解决应变式传感器在生产制作中存在的零点输出电压。应变式传感器在生产制作中存在的

7、零点输出电压。应变式传感器在生产制作中存在的零点输出电压。应变式传感器在生产制作中存在的零点输出电压。n n当配备一般的电压放大器时，该仪器无调零功能，若传感器零点输出当配备一般的电压放大器时，该仪器无调零功能，若传感器零点输出当配备一般的电压放大器时，该仪器无调零功能，若传感器零点输出当配备一般的电压放大器时，该仪器无调零功能，若传感器零点输出电压较大时，直接影响到检测精度。所以，必须设计电桥调零电路，电压较大时，直接影响到检测精度。所以，必须设计电桥调零电路，电压较大时，直接影响到检测精度。所以，必须设计电桥调零电路，电压较大时，直接影响到检测精度。所以，必须设计电桥调零电路，解决传感器电

8、桥电阻不相同的问题，如图解决传感器电桥电阻不相同的问题，如图解决传感器电桥电阻不相同的问题，如图解决传感器电桥电阻不相同的问题，如图4-14-14-14-1所示。所示。所示。所示。上一页 下一页图图图图4-1 4-1 4-1 4-1 电桥电路原理图电桥电路原理图电桥电路原理图电桥电路原理图 上一页 下一页n n2.2.2.2.应变量测量电桥电路设计应变量测量电桥电路设计应变量测量电桥电路设计应变量测量电桥电路设计n n在机械结构强度研究中，应变量的测量常采用应变计进行检测，当选在机械结构强度研究中，应变量的测量常采用应变计进行检测，当选在机械结构强度研究中，应变量的测量常采用应变计进行检测，当

9、选在机械结构强度研究中，应变量的测量常采用应变计进行检测，当选择应变计是低阻值时，应变计的电阻为择应变计是低阻值时，应变计的电阻为择应变计是低阻值时，应变计的电阻为择应变计是低阻值时，应变计的电阻为120120120120，应选配无感电桥盒中，应选配无感电桥盒中，应选配无感电桥盒中，应选配无感电桥盒中的三个标准电阻分别为的三个标准电阻分别为的三个标准电阻分别为的三个标准电阻分别为120120120120与应变计组成全桥结构，按照上述方法与应变计组成全桥结构，按照上述方法与应变计组成全桥结构，按照上述方法与应变计组成全桥结构，按照上述方法设计电桥调零电路。若选择应变计是大电阻时，应选配无感电阻，

10、电设计电桥调零电路。若选择应变计是大电阻时，应选配无感电阻，电设计电桥调零电路。若选择应变计是大电阻时，应选配无感电阻，电设计电桥调零电路。若选择应变计是大电阻时，应选配无感电阻，电阻值的大小与所选用的应变计电阻值大小一致，误差不大于阻值的大小与所选用的应变计电阻值大小一致，误差不大于阻值的大小与所选用的应变计电阻值大小一致，误差不大于阻值的大小与所选用的应变计电阻值大小一致，误差不大于0.10.10.10.1。n n 3.3.3.3.高阻变化测量电桥电路设计高阻变化测量电桥电路设计高阻变化测量电桥电路设计高阻变化测量电桥电路设计n n在机电一体化系统设计中，温度、位移、湿度、角度等物理信号检

11、测在机电一体化系统设计中，温度、位移、湿度、角度等物理信号检测在机电一体化系统设计中，温度、位移、湿度、角度等物理信号检测在机电一体化系统设计中，温度、位移、湿度、角度等物理信号检测时所用的传感器电阻变化量从几欧姆到几百欧姆，而应变式传感器在时所用的传感器电阻变化量从几欧姆到几百欧姆，而应变式传感器在时所用的传感器电阻变化量从几欧姆到几百欧姆，而应变式传感器在时所用的传感器电阻变化量从几欧姆到几百欧姆，而应变式传感器在测量时，电阻变化量小于测量时，电阻变化量小于测量时，电阻变化量小于测量时，电阻变化量小于1111，在设计电桥电路时，基本上是根据，在设计电桥电路时，基本上是根据，在设计电桥电路时

12、，基本上是根据，在设计电桥电路时，基本上是根据传感器应变计电阻大小来设计电桥。传感器应变计电阻大小来设计电桥。传感器应变计电阻大小来设计电桥。传感器应变计电阻大小来设计电桥。n n当测量传感器电阻变化量较大时，仍按照以上方法设计电桥，就无法当测量传感器电阻变化量较大时，仍按照以上方法设计电桥，就无法当测量传感器电阻变化量较大时，仍按照以上方法设计电桥，就无法当测量传感器电阻变化量较大时，仍按照以上方法设计电桥，就无法实现高精度测量，因此，在设计电桥时，要根据电桥输出的电压大小实现高精度测量，因此，在设计电桥时，要根据电桥输出的电压大小实现高精度测量，因此，在设计电桥时，要根据电桥输出的电压大小

13、实现高精度测量，因此，在设计电桥时，要根据电桥输出的电压大小设计电桥电路参数，电桥设计电桥电路参数，电桥设计电桥电路参数，电桥设计电桥电路参数，电桥电路如图电路如图电路如图电路如图4-24-24-24-2。n n选择配桥电阻，精度小于选择配桥电阻，精度小于选择配桥电阻，精度小于选择配桥电阻，精度小于0.10.10.10.1 如图如图如图如图4-34-34-34-3所示。电桥电压选用所示。电桥电压选用所示。电桥电压选用所示。电桥电压选用6V6V6V6V电电电电压。压。压。压。上一页 下一页图图图图4-2 4-2 4-2 4-2 单电阻电桥电路单电阻电桥电路单电阻电桥电路单电阻电桥电路上一页 下一

14、页上一页 返回图图图图4-3 4-3 4-3 4-3 双电阻电桥电路双电阻电桥电路双电阻电桥电路双电阻电桥电路第二节第二节 检测信号放大电路设计检测信号放大电路设计 n n目前所使用的各种各样的传感器受结构尺寸、体积、功耗及转换功能等因素目前所使用的各种各样的传感器受结构尺寸、体积、功耗及转换功能等因素目前所使用的各种各样的传感器受结构尺寸、体积、功耗及转换功能等因素目前所使用的各种各样的传感器受结构尺寸、体积、功耗及转换功能等因素的限制，传感器的输出信号都比较小，只有几个毫伏到几十毫伏，很难直接的限制，传感器的输出信号都比较小，只有几个毫伏到几十毫伏，很难直接的限制，传感器的输出信号都比较小

15、，只有几个毫伏到几十毫伏，很难直接的限制，传感器的输出信号都比较小，只有几个毫伏到几十毫伏，很难直接用来进行显示和记录，并且在信号传输过程中容易受环境的电磁场干扰，为用来进行显示和记录，并且在信号传输过程中容易受环境的电磁场干扰，为用来进行显示和记录，并且在信号传输过程中容易受环境的电磁场干扰，为用来进行显示和记录，并且在信号传输过程中容易受环境的电磁场干扰，为此在设计检测系统中必须解决信号放大问题。此在设计检测系统中必须解决信号放大问题。此在设计检测系统中必须解决信号放大问题。此在设计检测系统中必须解决信号放大问题。n n常用的方法是在传感器输出配置电压放大器，对有用信号进行放大，对噪声常用

16、的方法是在传感器输出配置电压放大器，对有用信号进行放大，对噪声常用的方法是在传感器输出配置电压放大器，对有用信号进行放大，对噪声常用的方法是在传感器输出配置电压放大器，对有用信号进行放大，对噪声进行抑制。进行抑制。进行抑制。进行抑制。n n一、一、一、一、电压放大器电路设计电压放大器电路设计电压放大器电路设计电压放大器电路设计 n n1.1.1.1.同相电压放大器电路设计同相电压放大器电路设计同相电压放大器电路设计同相电压放大器电路设计n n同相电压放大电路如图同相电压放大电路如图同相电压放大电路如图同相电压放大电路如图4-44-44-44-4所示，同相电压放大器的增益计算式为所示，同相电压放

17、大器的增益计算式为所示，同相电压放大器的增益计算式为所示，同相电压放大器的增益计算式为 上一页 下一页图图图图4-4 4-4 4-4 4-4 同相电压放大器电路同相电压放大器电路同相电压放大器电路同相电压放大器电路上一页 下一页n n2.2.2.2.反相电压放大器电路设计反相电压放大器电路设计反相电压放大器电路设计反相电压放大器电路设计n n反相电压放大器如图反相电压放大器如图反相电压放大器如图反相电压放大器如图4-54-54-54-5所示，反相电压放大器的输入信号所示，反相电压放大器的输入信号所示，反相电压放大器的输入信号所示，反相电压放大器的输入信号U U U Ui i i i经输入端电阻

18、经输入端电阻经输入端电阻经输入端电阻R R R R1 1 1 1送入反相输入送入反相输入送入反相输入送入反相输入2 2 2 2端，同相输入端经平衡电阻端，同相输入端经平衡电阻端，同相输入端经平衡电阻端，同相输入端经平衡电阻R R R Rp p p p接地。接地。接地。接地。R R R Rf f f f为反馈电阻，它跨接为反馈电阻，它跨接为反馈电阻，它跨接为反馈电阻，它跨接在输出端与反相端之间，形成深度电压并联负反馈，称之为反馈放大电路。在输出端与反相端之间，形成深度电压并联负反馈，称之为反馈放大电路。在输出端与反相端之间，形成深度电压并联负反馈，称之为反馈放大电路。在输出端与反相端之间，形成深

19、度电压并联负反馈，称之为反馈放大电路。输出电压与输入电压相反。电路参数计算方法输出电压与输入电压相反。电路参数计算方法输出电压与输入电压相反。电路参数计算方法输出电压与输入电压相反。电路参数计算方法上一页 下一页n n3.3.3.3.交流电压放大器电路交流电压放大器电路交流电压放大器电路交流电压放大器电路n n图图图图4-6 4-6 4-6 4-6 所示的交流电压放大器，可用于低频交流信号的放大，其输出信号与所示的交流电压放大器，可用于低频交流信号的放大，其输出信号与所示的交流电压放大器，可用于低频交流信号的放大，其输出信号与所示的交流电压放大器，可用于低频交流信号的放大，其输出信号与输入信号

20、的关系为输入信号的关系为输入信号的关系为输入信号的关系为n n式中式中式中式中上一页 下一页图图图图4-5 4-5 4-5 4-5 反相电压放大器电路反相电压放大器电路反相电压放大器电路反相电压放大器电路上一页 下一页图图图图4-6 4-6 4-6 4-6 交流电压放大器电路交流电压放大器电路交流电压放大器电路交流电压放大器电路上一页 下一页二、二、测量放大器电路设计测量放大器电路设计n n测量放大器是一种高性能的差动放大器，由几个运算放大器组成。一测量放大器是一种高性能的差动放大器，由几个运算放大器组成。一测量放大器是一种高性能的差动放大器，由几个运算放大器组成。一测量放大器是一种高性能的差

21、动放大器，由几个运算放大器组成。一个理想的测量放大器的输出电压，仅取决于其输入端的两个电压个理想的测量放大器的输出电压，仅取决于其输入端的两个电压个理想的测量放大器的输出电压，仅取决于其输入端的两个电压个理想的测量放大器的输出电压，仅取决于其输入端的两个电压U U U U1 1 1 1和和和和U U U U2 2 2 2之差，即之差，即之差，即之差，即n n U U U Uo o o o=A(=A(=A(=A(U U U U2 2 2 2-U U U U1 1 1 1)(4-1)(4-1)(4-1)(4-1)n n式中增益式中增益式中增益式中增益A A A A是已知的，它可以在一个宽广的范围内

22、变化。实际的测量是已知的，它可以在一个宽广的范围内变化。实际的测量是已知的，它可以在一个宽广的范围内变化。实际的测量是已知的，它可以在一个宽广的范围内变化。实际的测量放大器应该具有设计时所要求的增益、高输入阻抗、高共模抑制比、放大器应该具有设计时所要求的增益、高输入阻抗、高共模抑制比、放大器应该具有设计时所要求的增益、高输入阻抗、高共模抑制比、放大器应该具有设计时所要求的增益、高输入阻抗、高共模抑制比、低输入失调电压和低的失调电压温度系数。低输入失调电压和低的失调电压温度系数。低输入失调电压和低的失调电压温度系数。低输入失调电压和低的失调电压温度系数。图图图图4-7 4-7 4-7 4-7 表

23、示一个典型的表示一个典型的表示一个典型的表示一个典型的测量放大器。测量放大器。测量放大器。测量放大器。对于共模增益，因对于共模增益，因对于共模增益，因对于共模增益，因U U U U1 1 1 1=U U U U2 2 2 2，所以，所以，所以，所以I I I IG G G G=0=0=0=0，即，即，即，即I I I I1 1 1 1=I I I I2 2 2 2=0=0=0=0，则，则，则，则U U U Uo1o1o1o1=U U U U1 1 1 1，U U U Uo2o2o2o2=U U U U2 2 2 2，因此为单位共模增益。输出放大器，因此为单位共模增益。输出放大器，因此为单位共模

24、增益。输出放大器，因此为单位共模增益。输出放大器A A A A3 3 3 3为差动放为差动放为差动放为差动放大器，其增益为大器，其增益为大器，其增益为大器，其增益为 测量放大器的总增益为测量放大器的总增益为测量放大器的总增益为测量放大器的总增益为 上一页 下一页图图图图4-7 4-7 4-7 4-7 典型的测量放大器电路典型的测量放大器电路典型的测量放大器电路典型的测量放大器电路上一页 下一页 AD521 AD521 AD521 AD521和和和和AD522AD522AD522AD522集成测量放大器，是美国集成测量放大器，是美国集成测量放大器，是美国集成测量放大器，是美国Analog Dev

25、icesAnalog DevicesAnalog DevicesAnalog Devices公司的公司的公司的公司的产品。使用接线如图产品。使用接线如图产品。使用接线如图产品。使用接线如图4-84-84-84-8所示。所示。所示。所示。n n以以以以AD522AD522AD522AD522为例，它的为例，它的为例，它的为例，它的1 1 1 1号和号和号和号和3 3 3 3号脚是测量放大器的一对高输入阻抗输入端号脚是测量放大器的一对高输入阻抗输入端号脚是测量放大器的一对高输入阻抗输入端号脚是测量放大器的一对高输入阻抗输入端子。子。子。子。2 2 2 2脚和脚和脚和脚和14141414脚用来连接电

26、阻脚用来连接电阻脚用来连接电阻脚用来连接电阻R R R RG G G G。4 4 4 4脚和脚和脚和脚和6 6 6 6脚用于放大器调零，脚用于放大器调零，脚用于放大器调零，脚用于放大器调零，13131313脚为数脚为数脚为数脚为数据屏蔽端，用于连接输入信号引线的屏蔽端，以减少外电场对信号的干据屏蔽端，用于连接输入信号引线的屏蔽端，以减少外电场对信号的干据屏蔽端，用于连接输入信号引线的屏蔽端，以减少外电场对信号的干据屏蔽端，用于连接输入信号引线的屏蔽端，以减少外电场对信号的干扰。放大器的增益由外接电阻扰。放大器的增益由外接电阻扰。放大器的增益由外接电阻扰。放大器的增益由外接电阻R R R RG

27、G G G来调节，输出电压来调节，输出电压来调节，输出电压来调节，输出电压u u u uo o o o由下式给出计算：由下式给出计算：由下式给出计算：由下式给出计算：n n其中其中其中其中U U U Ui1i1i1i1是同相端输入电压，是同相端输入电压，是同相端输入电压，是同相端输入电压，U U U Ui2i2i2i2是反相端输入电压，当放大倍数为是反相端输入电压，当放大倍数为是反相端输入电压，当放大倍数为是反相端输入电压，当放大倍数为100100100100，输出电压输出电压输出电压输出电压5 5 5 5时，时，时，时，AD522AD522AD522AD522的非线性误差小于的非线性误差小于

28、的非线性误差小于的非线性误差小于0.0050.0050.0050.005。共模抑制比大于。共模抑制比大于。共模抑制比大于。共模抑制比大于120dB120dB120dB120dB。图。图。图。图4-94-94-94-9是是是是AD522AD522AD522AD522应用于测量电桥的典型应用电路。应用于测量电桥的典型应用电路。应用于测量电桥的典型应用电路。应用于测量电桥的典型应用电路。上一页 下一页图图图图4-8 AD5124-8 AD5124-8 AD5124-8 AD512和和和和AD522AD522AD522AD522的应用电路的应用电路的应用电路的应用电路上一页 下一页图图图图4-9 AD

29、5224-9 AD5224-9 AD5224-9 AD522的电桥测量电路的电桥测量电路的电桥测量电路的电桥测量电路 上一页 下一页三、三、程控增益放大器设计程控增益放大器设计n n程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在对动态信号进行自动检测程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在对动态信号进行自动检测程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在对动态信号进行自动检测程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在对动态信号进行自动检测时，如果检测系统的增时，如果检测系统的增时，如果检测系统的增时，如果检测系统的增n n益是固定的，则会出现信号大时超量程与信号小时测量精度低的矛盾。益是固定的，则会出现信号大时超

30、量程与信号小时测量精度低的矛盾。益是固定的，则会出现信号大时超量程与信号小时测量精度低的矛盾。益是固定的，则会出现信号大时超量程与信号小时测量精度低的矛盾。为了保证测量系统在为了保证测量系统在为了保证测量系统在为了保证测量系统在n n信号大和信号小时都有较高性能，要求系统增益能够根据信号的检测信号大和信号小时都有较高性能，要求系统增益能够根据信号的检测信号大和信号小时都有较高性能，要求系统增益能够根据信号的检测信号大和信号小时都有较高性能，要求系统增益能够根据信号的检测情况作自适应调节（自动换挡）。而这一功能一般是由程控放大器来情况作自适应调节（自动换挡）。而这一功能一般是由程控放大器来情况作

31、自适应调节（自动换挡）。而这一功能一般是由程控放大器来情况作自适应调节（自动换挡）。而这一功能一般是由程控放大器来实现的。实现的。实现的。实现的。上一页 下一页图图图图4-10 LH00844-10 LH00844-10 LH00844-10 LH0084电路原理图电路原理图电路原理图电路原理图 上一页 下一页四、四、隔离式电压放大器隔离式电压放大器n n在强电或强电磁场干扰的环境中，传感器输出的电压信号不可避免地在强电或强电磁场干扰的环境中，传感器输出的电压信号不可避免地在强电或强电磁场干扰的环境中，传感器输出的电压信号不可避免地在强电或强电磁场干扰的环境中，传感器输出的电压信号不可避免地混

32、有静电耦合、电磁耦合和接地回路干扰信号。混有静电耦合、电磁耦合和接地回路干扰信号。混有静电耦合、电磁耦合和接地回路干扰信号。混有静电耦合、电磁耦合和接地回路干扰信号。n n隔离电压放大器具有以下特点：隔离电压放大器具有以下特点：隔离电压放大器具有以下特点：隔离电压放大器具有以下特点：n n(1)(1)(1)(1)能保护系统中的器件不受高共模电压损害，防止高压对低压信号能保护系统中的器件不受高共模电压损害，防止高压对低压信号能保护系统中的器件不受高共模电压损害，防止高压对低压信号能保护系统中的器件不受高共模电压损害，防止高压对低压信号系统的损坏；系统的损坏；系统的损坏；系统的损坏；n n(2)(

33、2)(2)(2)泄漏电流小，对于测量放大器的输入端无须提供偏置电流回路；泄漏电流小，对于测量放大器的输入端无须提供偏置电流回路；泄漏电流小，对于测量放大器的输入端无须提供偏置电流回路；泄漏电流小，对于测量放大器的输入端无须提供偏置电流回路；n n(3)(3)(3)(3)抗共模抑制比高，能对直流和低频信号准确安全地测量。抗共模抑制比高，能对直流和低频信号准确安全地测量。抗共模抑制比高，能对直流和低频信号准确安全地测量。抗共模抑制比高，能对直流和低频信号准确安全地测量。n n1.AD202/AD2041.AD202/AD2041.AD202/AD2041.AD202/AD204隔离电压放大器性能隔

34、离电压放大器性能隔离电压放大器性能隔离电压放大器性能n n功率小于功率小于功率小于功率小于35 mW35 mW35 mW35 mW（AD204AD204AD204AD204）或）或）或）或75 mW75 mW75 mW75 mW（AD202AD202AD202AD202）；）；）；）；n n最大非线性度最大非线性度最大非线性度最大非线性度0.0250.0250.0250.025；n n高的高的高的高的CMR130 dBCMR130 dBCMR130 dBCMR130 dB；n n频带宽度可达频带宽度可达频带宽度可达频带宽度可达5 kHz (AD204)5 kHz (AD204)5 kHz (A

35、D204)5 kHz (AD204)。n nAD202/AD204AD202/AD204AD202/AD204AD202/AD204是低成本隔离电压放大器。二者区别在于：是低成本隔离电压放大器。二者区别在于：是低成本隔离电压放大器。二者区别在于：是低成本隔离电压放大器。二者区别在于：AD202AD202AD202AD202直接由直接由直接由直接由+15 V+15 V+15 V+15 V直流电压供电，而直流电压供电，而直流电压供电，而直流电压供电，而AD204AD204AD204AD204则是通过外部提供时钟供电，则是通过外部提供时钟供电，则是通过外部提供时钟供电，则是通过外部提供时钟供电，AD

36、202/204AD202/204AD202/204AD202/204的应用电路如图的应用电路如图的应用电路如图的应用电路如图4-114-114-114-11所示。所示。所示。所示。上一页 下一页图图图图4-11 4-11 4-11 4-11 传感器信号输入放大电路传感器信号输入放大电路传感器信号输入放大电路传感器信号输入放大电路上一页 下一页n n2 2 2 2 AD210 AD210 AD210 AD210三端隔离电压放大器三端隔离电压放大器三端隔离电压放大器三端隔离电压放大器n nAD210AD210AD210AD210提供将放大器的输入，输出及电源都隔离的性能。它由提供将放大器的输入，输

37、出及电源都隔离的性能。它由提供将放大器的输入，输出及电源都隔离的性能。它由提供将放大器的输入，输出及电源都隔离的性能。它由+15 V+15 V+15 V+15 V供供供供电。电。电。电。AD210AD210AD210AD210性能指标如下：性能指标如下：性能指标如下：性能指标如下：n n非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差 0.012 0.012 0.012 0.012 频带宽度频带宽度频带宽度频带宽度 f f f f20 kHz20 kHz20 kHz20 kHzn n低增益漂移低增益漂移低增益漂移低增益漂移 25PPM/25PPM/25PPM/25PPM/高的高的高的高的 CMR 12

38、0dB CMR 120dB CMR 120dB CMR 120dBn n隔离电压隔离电压隔离电压隔离电压 15 V 15 V 15 V 15 V，5 mA5 mA5 mA5 mAn n温度测量隔离电压放大电路如图温度测量隔离电压放大电路如图温度测量隔离电压放大电路如图温度测量隔离电压放大电路如图4-124-124-124-12所示，其冷端采取所示，其冷端采取所示，其冷端采取所示，其冷端采取AD590AD590AD590AD590补偿。补偿。补偿。补偿。n n3.AD2903.AD2903.AD2903.AD290（TD290TD290TD290TD290）三端隔离电压放大器）三端隔离电压放大器

39、）三端隔离电压放大器）三端隔离电压放大器n nAD290AD290AD290AD290系列是高增益型，增益为系列是高增益型，增益为系列是高增益型，增益为系列是高增益型，增益为1 1 1 1100100100100倍，可通过改变外加增益电阻倍，可通过改变外加增益电阻倍，可通过改变外加增益电阻倍，可通过改变外加增益电阻调节。其中调节。其中调节。其中调节。其中AD290AD290AD290AD290是通用型，是通用型，是通用型，是通用型，AD291AD291AD291AD291是输出增强型，除增加了输出跟随是输出增强型，除增加了输出跟随是输出增强型，除增加了输出跟随是输出增强型，除增加了输出跟随器，

40、具有较低的输出阻抗外，其他与器，具有较低的输出阻抗外，其他与器，具有较低的输出阻抗外，其他与器，具有较低的输出阻抗外，其他与AD290AD290AD290AD290基本相同。基本相同。基本相同。基本相同。AD290AD290AD290AD290是多片专是多片专是多片专是多片专用型，内部不带振荡器，其他与用型，内部不带振荡器，其他与用型，内部不带振荡器，其他与用型，内部不带振荡器，其他与AD291AD291AD291AD291基本相同。图基本相同。图基本相同。图基本相同。图4-134-134-134-13给出了给出了给出了给出了AD290AD290AD290AD290系列隔离放大器原理图。系列隔

41、离放大器原理图。系列隔离放大器原理图。系列隔离放大器原理图。上一页 下一页图图图图4-12 4-12 4-12 4-12 温度测量电压放大电路图温度测量电压放大电路图温度测量电压放大电路图温度测量电压放大电路图上一页 下一页图图图图4-13 AD2904-13 AD2904-13 AD2904-13 AD290系列原理图系列原理图系列原理图系列原理图上一页 下一页n n隔离电压放大器使用方法如下：增益和零点调节如图隔离电压放大器使用方法如下：增益和零点调节如图隔离电压放大器使用方法如下：增益和零点调节如图隔离电压放大器使用方法如下：增益和零点调节如图4-144-144-144-14所示。所示。

42、所示。所示。R R R RG G G G为为为为增益调节。图增益调节。图增益调节。图增益调节。图4-154-154-154-15给出了如何将给出了如何将给出了如何将给出了如何将AD290AD290AD290AD290系列隔离放大器和低漂移的前系列隔离放大器和低漂移的前系列隔离放大器和低漂移的前系列隔离放大器和低漂移的前置放大器置放大器置放大器置放大器AD517LAD517LAD517LAD517L结合，用于测量低电平、高共模电压的传感器信号。结合，用于测量低电平、高共模电压的传感器信号。结合，用于测量低电平、高共模电压的传感器信号。结合，用于测量低电平、高共模电压的传感器信号。隔离电源为前置放

43、大器和传感器供电。隔离电源为前置放大器和传感器供电。隔离电源为前置放大器和传感器供电。隔离电源为前置放大器和传感器供电。n nAD290AD290AD290AD290系列隔离电压放大器在工业中得到广泛应用，图系列隔离电压放大器在工业中得到广泛应用，图系列隔离电压放大器在工业中得到广泛应用，图系列隔离电压放大器在工业中得到广泛应用，图4-164-164-164-16给出传感给出传感给出传感给出传感器信号检测隔离电路。增益通过器信号检测隔离电路。增益通过器信号检测隔离电路。增益通过器信号检测隔离电路。增益通过R R R RG G G G电阻进行调整，即通过输入增益公电阻进行调整，即通过输入增益公电

44、阻进行调整，即通过输入增益公电阻进行调整，即通过输入增益公式式式式n n G G G G=1+200=1+200=1+200=1+200k k k k/R R R RG G G G上一页 下一页图图图图4-144-144-144-14TD290TD290TD290TD290系列增益和零点调节电路图系列增益和零点调节电路图系列增益和零点调节电路图系列增益和零点调节电路图上一页 下一页图图图图4-154-154-154-15采用采用采用采用TD290TD290TD290TD290系列的低电平信号放大电路图系列的低电平信号放大电路图系列的低电平信号放大电路图系列的低电平信号放大电路图上一页 下一页图

45、图图图4-16 4-16 4-16 4-16 桥路检测隔离电路图桥路检测隔离电路图桥路检测隔离电路图桥路检测隔离电路图上一页 下一页五、五、集成运算放大器应用选择原则集成运算放大器应用选择原则 n n集成运算放大器有多种类型，主要有通用型、高输入阻抗型、高速型、集成运算放大器有多种类型，主要有通用型、高输入阻抗型、高速型、集成运算放大器有多种类型，主要有通用型、高输入阻抗型、高速型、集成运算放大器有多种类型，主要有通用型、高输入阻抗型、高速型、低功耗型、低漂移型、高精度型、自动稳零型、单电源型等。对于市低功耗型、低漂移型、高精度型、自动稳零型、单电源型等。对于市低功耗型、低漂移型、高精度型、自

46、动稳零型、单电源型等。对于市低功耗型、低漂移型、高精度型、自动稳零型、单电源型等。对于市场品种繁多的集成运算放大器选择的一般原则是选用性能价格比高，场品种繁多的集成运算放大器选择的一般原则是选用性能价格比高，场品种繁多的集成运算放大器选择的一般原则是选用性能价格比高，场品种繁多的集成运算放大器选择的一般原则是选用性能价格比高，通用性强的器件。针对不同需要，具体选用原则是：通用性强的器件。针对不同需要，具体选用原则是：通用性强的器件。针对不同需要，具体选用原则是：通用性强的器件。针对不同需要，具体选用原则是：n n(1)(1)(1)(1)设计没有特殊要求，一般可选用通用型，这类器件直流性能较好，

47、设计没有特殊要求，一般可选用通用型，这类器件直流性能较好，设计没有特殊要求，一般可选用通用型，这类器件直流性能较好，设计没有特殊要求，一般可选用通用型，这类器件直流性能较好，种类较多，价格较低种类较多，价格较低种类较多，价格较低种类较多，价格较低n n(2)(2)(2)(2)通用型中有单放、双放、四放等多种。通用型中有单放、双放、四放等多种。通用型中有单放、双放、四放等多种。通用型中有单放、双放、四放等多种。n n(3)(3)(3)(3)设计要求放大器的输入阻抗很大，则可选用高输入阻抗型。设计要求放大器的输入阻抗很大，则可选用高输入阻抗型。设计要求放大器的输入阻抗很大，则可选用高输入阻抗型。设

48、计要求放大器的输入阻抗很大，则可选用高输入阻抗型。n n(4)(4)(4)(4)在毫伏级或更微弱信号检测时，精密模拟运算、高精度稳压源、在毫伏级或更微弱信号检测时，精密模拟运算、高精度稳压源、在毫伏级或更微弱信号检测时，精密模拟运算、高精度稳压源、在毫伏级或更微弱信号检测时，精密模拟运算、高精度稳压源、高增益电流放大等，应选用高精度、低漂移、低噪声类型的运算放高增益电流放大等，应选用高精度、低漂移、低噪声类型的运算放高增益电流放大等，应选用高精度、低漂移、低噪声类型的运算放高增益电流放大等，应选用高精度、低漂移、低噪声类型的运算放大器。大器。大器。大器。n n(5)(5)(5)(5)对于视频信

49、号放大、高速采样对于视频信号放大、高速采样对于视频信号放大、高速采样对于视频信号放大、高速采样/保持、高频振荡及波形发生器设保持、高频振荡及波形发生器设保持、高频振荡及波形发生器设保持、高频振荡及波形发生器设计时，则需选用高速宽频带型运算放大器。计时，则需选用高速宽频带型运算放大器。计时，则需选用高速宽频带型运算放大器。计时，则需选用高速宽频带型运算放大器。n n(6)(6)(6)(6)对于要求低功耗使用场合应选低功耗型。对于要求低功耗使用场合应选低功耗型。对于要求低功耗使用场合应选低功耗型。对于要求低功耗使用场合应选低功耗型。n n(7)(7)(7)(7)设计放大器需要自动稳零时，应选择自动

50、调零型运算放大器器件。设计放大器需要自动稳零时，应选择自动调零型运算放大器器件。设计放大器需要自动稳零时，应选择自动调零型运算放大器器件。设计放大器需要自动稳零时，应选择自动调零型运算放大器器件。上一页 下一页六、六、运算放大器应用性能扩展技术运算放大器应用性能扩展技术n n在应用放大电路设计中，根据综合检测性能比和设计要求等多种因素，在应用放大电路设计中，根据综合检测性能比和设计要求等多种因素，在应用放大电路设计中，根据综合检测性能比和设计要求等多种因素，在应用放大电路设计中，根据综合检测性能比和设计要求等多种因素，已经选定运算放大器型号以后，还可以利用相关技术，设计辅加电路，已经选定运算放