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  • 仪用放大器与很多放大电路一样,都是用来放大信号的目的,但仪用放大电路的特点是,它所测量的信号通常都是在噪声环境下的微小信号。而噪声通常都是共模噪声,所以在电路设计要求上,电路有很高的共模抑制比,利用...
  • 本文给大家分享了一个OPA37构成的低噪声仪用放大电路图。
  • 仪表放大电路设计

    2020-10-24 16:39:36
    在阐述仪表放大电路结构、原理的基础上,基于不同电子元器件设计了四种仪表放大电路实现方案。通过仿真与实际电路性能指标的测试、分析、比较,总结出各种电路方案的特点,为电路设计初学者提供一定的参考借鉴。
  • AD627仪表放大电路

    2020-08-09 05:27:07
    本文介绍的是AD627仪表放大电路
  • 本文从仪表放大电路的结构、原理出发,设计出四种仪表放大电路实现方案,通过分析、比较,给出每一种电路方案的特点,为电路设计爱好者、学生进行电子电路实验提供一定的参考。
  • 将惠斯通电桥输出的电压通过仪用放大放大,并设计一个报警电路,使用单片机的I/O端口进行驱动。 原理 一、仪用放大仪用放大器是差分放大器的一种,其共模抑制比可以高达80~120dB,能够有效抑制共模信号,放大...

    目标


    将惠斯通电桥输出的电压通过仪用放大器放大,并设计一个报警电路,使用单片机的I/O端口进行驱动。


    原理


    一、仪用放大器

    仪用放大器是差分放大器的一种,其共模抑制比可以高达80~120dB,能够有效抑制共模信号,放大差模信号。此外,仪用放大器还具有低漂移、低噪声、高开环增益、高输入阻抗等特性。
    其结构一般由三颗运算放大器组成,分成两级,其中输入级提供高输入阻抗,输出级过滤共模电压并提供差分电压。其高阻抗与高共模抑制比的特性能够为温度传感器、心电图(ECG)和血糖仪等众多传感器和生物计量应用提供关键支持。

    1、同相并联放大电路

    同相并联的第一级电路并不要求外网路电阻有任何形式的匹配来保证它的共模抑制能力,因此也就通免了电阻精确匹配的麻烦。实质上,第一级的输出回路里不产生共模电流,加在电阻R7上的差动电压决定了整个电路的工作电流,而加在这个电阻上的共模电压对电流毫无影响。所以电路的共模抑制能力与外围电阻是否匹配完全无关。与基本的差动放大电路先比,这种并联结构的电路能方便第实现增益的调节,为使用者带来使用上的很大方便。第一级电路其有完全对称形式,这种对称结构有利于克服失调、漂移的影响。利用电路结构对称、失调互补的原理,就能获得低漂移的基本方法。

    下面我们来分析第一级电路的放大倍数。
    Ui为输入电压,根据虚短虚断的原理,有

    Un = Up
    即U1A的3、4管脚电压相等,U1B的5、6管脚电压相等,于是有
    Ui = UA - UB
    那么,此时电流I为
    I = (UA -UB)/R7 = Ui/R7
    Uo就可以写成R13的电压、R7的电压与R12的电压之和,即
    Uo = U13 + U7 + U12
    而电流已求得,所以U13和U12为
    U13 = I*R13
    U12 = I*R12
    代入电流得
    Uo = Ui/R7*R13 + Ui + Ui/R7*R12
    一般有R12=R13,化简得
    U0 = Ui*(1+2*R7/R13)
    代入数据可得
    A1 = Uo/Ui = 1+2*R7/R13 = 41

    2、差分放大电路

    仅仅用U1A、U1B组成前置级是不足的。因为尽管这一级不存在共模电压向差模电压的转换,但U1A、U1B的输出端就存在与输入端相同的差模电压。这样共模电压在输入端占用了一定的工作范围,致使差动信号的有效工作范围变小。为了隔断共模电压在电路中的传递,我们选择在U1A、U1B并联电路后面接入一级差分放大电路构成两级放大电路。将 R11接地可抑制零点漂移。

    下面我们来分析第二级电路即差分放大电路的放大倍数
    首先,运放的同相输入端的电压为

    Up = UB*R11/(R10+R11)
    由虚短分析可以得到,运放的负向输入端电压为
    Un = Up = UB*R11/(R10+R11)
    由虚断分析可以得到,流过R8和R9的电流相等,即
    (UA - UN)/R8 = (UN - Uo)/R9
    UA - UB = Ui
    所以,Uo的表达式为
    Uo = UB*R11/(R10+R11)*(1+R9/R8)-UA*R9/R8
    在实际电路中,一般要求R8=R10且R9=R11,化简得
    Uo = R9/R8*(UB-UA) = Ui*R9/R8
    代入数据可得
    A2 = R9/R8 = 1
    综上,仪用放大器的放大倍数为两级电路的放大倍数相乘,即
    A = A1*A2 = 41*1 = 41

    二、报警电路

    报警电路由两部分组成,一是文氏电桥,用于产生方波。二是输出电路,蜂鸣器与发光二极管串接,由三极管控制电路的通断,而文氏电桥产生的方波接入三极管的基极,控制三极管的通断。三极管的集电极则接单片机的IO接口,用于驱动输出电路。

    1、文氏电桥

    文氏电桥实际上由两部分组成,选频网络和放大电路。

    选频网络即为一个带通滤波器,可以看作是由高通滤波器与低通滤波器组成。有传递函数

    可以看出,当频率非常高时,其放大倍数很小;当频率非常低时,放大倍数也很小。只有在一个合适的频率范围内,放大倍数才能达到最大值。

    这是运放的负反馈部分,可以看出,其放大倍数是一个恒定值,为

    A = 1 + R1/R13

    从整个电路来看,当负反馈的放大倍数大于3时,正反馈支路占优势,电路起振,但是不稳定,而且会出现削顶失真。当负反馈的放大倍数小于3时,负反馈支路占优势,电路不起振。只有当放大倍数等于3时,正负反馈平衡,电路才能稳定工作。但是,由于电路的扰动,会使得正负反馈不可能恒定相等,所以加入了两个反向相接的二极管,目的是起稳幅作用。由于现在我们需要的是方波信号,所以,放大倍数为10倍,直接产生方波信号。
    文氏电桥的震荡频率为

    为了简化计算,一般取R11 = R12,C2 = C3,所以有

    所以,本电路的震荡频率为f = 3.12Hz

    2、输出电路

    输出电路是蜂鸣器与一个电阻并联,然后与一个发光二极管串接,后接一个三极管。当V1为低电平时,相当于整个电路没有电源供电,蜂鸣器与放光二极管均不工作;当V1为高电平时,在文氏电桥产生的方波驱动下,三极管间歇导通与截至,蜂鸣器跟着文氏电桥的频率鸣叫,放光二极管也跟着文氏电桥的频率闪烁。起到报警作用。


    实现


    1、仪用放大器

    用上一篇文章的惠斯通电桥产生的输出电压作为放大器的输入,在Multisim中仿真如下:

    可以看到,XMM1为输入电压,XMM2为输出电压,实际输出电压与计算出来的输出电压相差了0.023V,相对误差为0.065%,存在一定的精度损失,但相对较小。

    2、文氏电桥

    文氏电桥不需要接输入信号,其输出由电桥的自激振荡产生,在Multisim中仿真如下:

    可以看到,在1s内,波形跳变了3次,频率接近3Hz,由于我们不需要高精度的频率。所以,设计已符合要求。

    3、输出电路

    输出电路在Multisim中仿真如下:

    可以看到,在文氏电桥输出低电平的时候,发光二极管熄灭。

    当文氏电桥输出高电平的时候,发光二极管点亮。设计符合要求。


    总结


    仪用放大器与文氏电桥都是模拟电子电路中非常基础的东西,本次实验也使我重新复习到了这些知识,也学习了一些以前没有注意到的细节,完善了我的知识体系。至此,前置电路已经设计完成,接下来的是利用单片机进行采样,这一部分将在下一篇博客中详解。

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  • 在阐述仪表放大电路结构、原理的基础上,基于不同电子元器件设计了四种仪表放大电路实现方案。通过仿真与实际电路性能指标的测试、分析、比较,总结出各种电路方案的特点,为电路设计初学者提供一定的参考借鉴。...
  • 本文从仪表放大电路的结构、原理出发,设计出四种仪表放大电路实现方案,通过分析、比较,给出每一种电路方案的特点,为电路设计爱好者、学生进行电子电路实验提供一定的参考。
  • 经典放大电路原理图和pcb图,能够实现电路的放大,非常完整的例程
  • 仪表放大基于op07的仪表放大电路设计基于op07的仪表放大电路设计基于op07的仪表放大电路设计
  • 该文档仔细描述了恒流源电路和仪表放大器的原理
  • 我们导出了这个经典电路的来龙去脉: 差分放大器-->前置电压跟随器-->电压跟随器变为同相放大器-->三运放组成的仪用放大器。
  • 运算放大器典型电路原理

    万次阅读 多人点赞 2019-06-10 20:08:24
     运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,在分析运算放大器工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。本文收集运放电路的应用电路,希望看完后有所收获。但是在分析各个电路之前,还是先回忆一下两个运放教材...

    1.运算放大器工作原理综述:
      运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,在分析运算放大器工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。本文收集运放电路的应用电路,希望看完后有所收获。但是在分析各个电路之前,还是先回忆一下两个运放教材里必教的技能,就是“虚短”和“虚断”。

    “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。

    “虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性 称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

    2.运算放大器工作原理经典电路图一
      图一运算放大器的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。

    在这里插入图片描述

    3.运算放大器工作原理经典电路图二
      图二中Vi与V-虚短,则 Vi = V- ……a 因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过R1和R2 的电流相等,设此电流为I,由欧姆定律得: I = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压, 即:Vi = IR2 ……c 由abc式得Vout=Vi(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。

    在这里插入图片描述

    4.运算放大器工作原理经典电路图三
      图三中,由虚短知: V- = V+ = 0 ……a 由虚断及基尔霍夫定律知,通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,故 (V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (Vout – V-)/R3 ……b 代入a式,b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3,则上式变为Vout=V1+V2,这就是传说中的加法器了。
    在这里插入图片描述

    (编辑者注)质疑:(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (V- – Vout)/R3 ……b 图三公式中少了个负号?

    5.运算放大器工作原理经典电路图四
      请看图四。因为虚断,运算放大器同向端没有电流流过,则流过R1和R2的电流相等,同理流过R4和R3的电流也相等。故 (V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 ……a (Vout – V-)/R3 = V-/R4 ……b 由虚短知: V+ = V- ……c 如果R1=R2,R3=R4,则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2 也是一个加法器,呵呵!

    在这里插入图片描述

    6.运算放大器工作原理经典电路图五
      图五由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b 如果R1=R2, 则V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4, 则V- = (Vout + V1)/2 ……d 由虚短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。

    在这里插入图片描述

    7.运算放大器工作原理经典电路图六
      图六电路中,由运算放大器的虚短知,反向输入端的电压与同向端相等,由虚断知,通过R1的电流与通过C1的电流相等。通过R1的电流 i=V1/R1 通过C1的电流i=CdUc/dt=-CdVout/dt 所以 Vout=((-1/(R1C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。若V1为恒定电压U,则上式变换为Vout = -Ut/(R1*C1) t 是时间,则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。

    在这里插入图片描述

    8.运算放大器工作原理经典电路图七
      图七中由虚断知,通过电容C1和电阻R2的电流是相等的,由虚短知,运算放大器同向端与反向端电压是相等的。则: Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt 这是一个微分电路。如果V1是一个突然加入的直流电压,则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。

    在这里插入图片描述

    9.运算放大器工作原理经典电路图八
      图八.由虚短知 Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的,电流I=(Vx-Vy)/R2 ……c 则: Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ……d 由虚断知,流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7, 则Vw = Vo2/2 ……e 同理若R4=R5,则Vout – Vu = Vu – Vo1,故Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f 由虚短知,Vu = Vw ……g 由efg得 Vout = Vo2 – Vo1 ……h 由dh得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值,此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了。

    在这里插入图片描述

    10.运算放大器工作原理经典电路图九
      分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的020mA或420mA电流,电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号,图九就是这样一个典型电路。如图420mA电流流过采样100Ω电阻R1,在R1上会产生0.42V的电压差。由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,则流过R3和R5的电流相等,流过R2和R4的电流相等。故: (V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b 由虚短知: Vx = Vy ……c 电流从0~20mA变化,则V1 = V2 + (0.4~2) ……d 由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e 如果R3=R2,R4=R5,则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f 图九中R4/R2=22k/10k=2.2,则f式Vout = -(0.884.4)V,即是说,将420mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压,此电压可以送ADC去处理。

    在这里插入图片描述

    11.运算放大器工作原理经典电路图十
      电流可以转换成电压,电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈,而是串联了三极管Q1的发射结,大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路,虚短虚断的规律仍然是符合的!

    在这里插入图片描述

    由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,

    则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a

    同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b

    由虚短知 V1 = V2 ……c

    如果R2=R6,R4=R5,则由abc式得V3-V4=Vi

    上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等,则通过R7的电流I=Vi/R7,如果负载RL<<100KΩ,则通过Rl和通过R7的电流基本相同。

    12.运算放大器工作原理经典电路图十一
      来一个复杂的,呵呵!图十一是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线,接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用,静态分析时可不予理会,Z1、Z2、Z3可视为短路,D11、D12、D83及各电容可视为开路。由电阻分压知, V3=2R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ……a 由虚短知,U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等 V4=V3 ……b 由虚断知,U8A第2脚没有电流流过,则流过R18和R19上的电流相等。 (V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ……c 由虚断知,U8A第3脚没有电流流过, V1=V7 ……d 在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联,PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚, V7=2(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) ……e 由虚短知,U8A第3脚和第2脚电压相等, V1=V2 ……f 由abcdef得, (V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2V7-100V3)/2.2 即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11 ……g 上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22,加至U8C的第10脚,由虚断知, V5=V8=V9=2R0/(R15+Rx+2R0) ……a (V6-V10)/R25=V10/R26 ……b 由虚短知, V10=V5 ……c 由式abc得 V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知,如果测出V5、V6的值,就可算出Rx及R0,知道Rx,查pt100分度表就知道温度的大小了。

    在这里插入图片描述
    本文改自:http://forum.eepw.com.cn/thread/196953/1
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  • 仪表放大电路学习

    千次阅读 2019-06-28 16:19:23
    1、典型差分放大电路 由虚短知Vx=V1……aVy=V2……b由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的,电流I=(Vx-Vy)/R2……c则:Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3)=(Vx-Vy...

    1、典型差分放大电路

    由虚短知Vx=V1……aVy=V2……b由虚断知,运算放大器输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的,电流I=(Vx-Vy)/R2……c则:Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3)=(Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2……d由虚断知,流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7,则Vw=Vo2/2……e同理若R4=R5,则Vout–Vu=Vu–Vo1,故Vu=(Vout+Vo1)/2……f由虚短知,Vu=Vw……g由efg得Vout=Vo2–Vo1……h由dh得Vout=(Vy–Vx)(R1+R2+R3)/R2上式中(R1+R2+R3)/R2是定值,此值确定了差值(Vy–Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了。

      

     

    差分信号接在两个前级运放的同相输入端,由这两个反馈回路可得:

    [公式]

    可解得 [公式] , [公式]

    再看第二级放大器反馈回路,由叠加原理可得:

    [公式]

    当 [公式] 时:

    [公式]

    最终可得:

    [公式]

    其实在实际应用中,改变 [公式] 就能改变整个电路的增益,但这要保证上述几个阻值的高度对称,如果工程师们用分立的元件实现这样的电路显得很困难,所以半导体厂家把上述电路制成在一块硅片上,硅片上的电阻可以做到近乎统一,所以实际的放大器内部结构如下图所示(图为TI公司的低功耗、零漂移的轨至轨放大器INA333)。

    图中 [公式] 即为公式中 [公式] ,可以看出电路图与之前的三运放仪表放大器电路图完全相同。其中 [公式] 。

     

     

    参考链接:

    https://mp.weixin.qq.com/s/EVPhRZXVThwgisreIoD5HA

    https://zhuanlan.zhihu.com/p/33040671

    展开全文
  • 放大电路采用仪表放大器,其能有效抵抗共模干扰且具有很高的输入电阻,有效提高信噪比。 以下总结常用的仪表模拟放大电路设计。 1、单运放仪表放大器 2、双运放仪表放大器 3、三运放仪表放大器 4、改进...

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    以下总结常用的仪表模拟放大电路设计。

    1、单运放仪表放大器

    2、双运放仪表放大器

    3、三运放仪表放大器

    4、改进三运放仪表放大器

     

    各类放大器的优劣,欢迎评论留言~~。

    展开全文
  • 典型差动放大电路既可利用电路的对称性、采用双端输出的方式抑制零点漂移;又可利用发射极公共电阻RE的作用抑制每个三极管的零点漂移、稳定静态工作点。
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空空如也

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仪用放大电路原理