1、 3 5差动放大器和仪表放大器 1差动放大器 采用一个运放和四个电阻的差动放大器 共模抑制比CMRR 差模增益Gd和共模增益Gc之比 单位 分贝db20lg Gd Gc Gd Gc 10000 80db对于具有容差tR的电阻 在最坏的情况下 Ad k 1时 Gd K Gd 1000 一般运放都满足 太低的Ad 将导致增益的不确定性匹配条件难以严格满足 抑制共模信号的能力受到限制 用共模抑制比表示 右图所示电路 增加了一只电阻 将共模电压范围扩大到超出运放的电源电压范围 若R1 R3 R3 R4 R1 R2 R5 k 则vo v2 v1 R2 R5 kR5 上述两种电路差动放大电路有广泛的应用
2、缺点是每个输入端的输入电阻有限 输入端1 输入端2 在差模情况下 vc 0 v1 v2 Zi1 k 1 R1 2K 1 Zi2 R3 R4在共模情况下 vd 0 v1 v2 Zi1 k 1 R1Zi2 R3 R4缺点 若要取得高增益和高输入电阻 R2和R4要采用阻值很高的电阻 另外要改变增益 必须在不破坏匹配的情况下 同时调整两个电阻 计算一个与例图电桥相连的差分放大器应具有的最小差模输入电阻 共模电阻和CMRR 使它们得有限值给出的误差可以忽略 相对于电桥设计时规定的误差0 5 读数 0 2 满标度 5V 共模电压 8V 100 3900 100 0 2V 允许的最大共模增益Gc 0 002
3、 5V 10 0 2V 0 005 所要求的增益Gd是128 2 CMRR 128 0 005 25640 88dB有限的输入差模电阻使Vo减小 Vd VoRd Rd 116 4 97 5 VoRd Rd 213 9 产生的相对误差为 213 9 Rd 213 9 若使这个误差小于0 5 的1 10 则可得 Rd 428k 例题 2利用两个运放组成的仪表放大器 重复单运放的差分放大器的推导过程 在满足匹配条件R4 R3 R2 R1 k时 输出电压Vo为优点 只要调节Rg 就可以调节增益 而不破坏电阻匹配 缺点不能得到单位增益信号较大时 第一个运放输出可能饱和 3利用三个运放组成的仪表放大器 特
4、点设v1 v2求得共模增益为1 不易出现饱和 增益用R1控制 不影响CMRRCMRR取决于输入运放的匹配和输出运放的电阻匹配 例3 13如果我们要求差模增益为1000并利用容差为5 的电阻器 试确定G和k之值对三运放仪表放大器中CMRR的影响 1000 1 G k 1 G 1000 kCMRR 1 G k 1 4tr 1000 k 1 k 4tr当k 1时 CMRR 1000 1 1 4tr 10000 80db 当k 10时 CMRR 1000 10 1 10 4tr 5500 75db 例3 14 传感器电桥包括四个350 应变片 应变系数为2 0 REF102电压基准在其接线端之间建立恒
5、定10V电压 假定OA为理想放大器 计算在允许功耗为250mW时 通过每一级的最大电流 为了将电流控制在25mA 计算R及其额定功率 若将应变片贴到E 210GPa的钢梁上 他们的变化方向相反 计算当负荷为50Kg cm2时 为获得0 5V输出的仪表放大器增益G 若放大器在25 时 失调电压为 250 900 G uV 失调漂移为 2 20 G uV 热阻105 W 及供电电流为8 5mA 计算当G 1000同时环境为30 的误差 kg cm2 250mW功耗限制 运放OA将电桥左臂中点控制在0V REF102使电桥供电电压保持在10V I2R 250mW I 250mW 350 0 5 26
6、 7mAR电阻的选择 由于供桥电压为10V 则I 30V 10V 2R 25mA 得R 400 R上的功耗P V2 R 15V 5V 2 400 250mW R选择1 4W电阻 应变片输出电压 Vo x Vr x 10 V 50kg cm2对应每个应变电阻变化比例 x k k E 2 50 9 8 104 210 109 46 7 10 650kg cm2对应电桥电压输出 Vo x Vr x 10 V 46 7 10 6 10V 467 10 6V输出0 5V信号需要的增益 G 0 5V 46 7 10 6 1071运放的失调电压 取决于温度漂移 内部温度Tj Tj Ta ja PIA 30 102 W 2 15V 8 5mA 56 失调电压 vio 250 900 1000 uV 2 20 1000 uV 56 25 313uV引起的误差 e 313uV 467uV 50kg cm2 33 5kg cm2 Vo x Vr
