董祺圣

【摘 要】在高職類電子專業(yè)的《傳感器技術(shù)》課程中，模擬傳感器中電壓信號的放大是一個重點，也是難點。這類放大電路與傳統(tǒng)由運放或晶體三極管構(gòu)成的基本放大電路有何不同？很多學(xué)生學(xué)完整門課程都不甚理解。本文以三運放的儀表放大電路入手，分析其性能和特點，深入講解如何有效的放大小信號，以及如何應(yīng)用此類電路。

【關(guān)鍵詞】差分放大；共模抑制；差模信號

中圖分類號： TN72 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0198-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.092

0 引言

隨著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器的應(yīng)用場合也越來越廣。由于模擬傳感器件所產(chǎn)生的信號非常微弱，通常只有mV級別，要想有效的放大mV級別的信號，必定需要高共模抑制比的放大電路。儀表放大器就是其中的一種放大電路，它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、音響、精密儀器中。儀表放大電路主要可以分為由分立元器件和集成芯片構(gòu)成。本文以獨立三運放構(gòu)成的儀表運放為例，分析它如何抑制共模信號和放大差模信號，以及其電路特點。

采用差分方式的輸入，它不依賴于基準地作為信號輸入端，有效避免了地線電位的不一致導(dǎo)致輸入信號的干擾。它的每根信號線只要接各自的放大電路，并保證電路結(jié)構(gòu)的對稱和放大倍數(shù)的一致，即可在電路輸出就可得到準確的信號。如果利用單獨的晶體管組成放大電路，比較難精確保證放大電路性能和參數(shù)的對稱。因為每個晶體管參數(shù)及溫升后的參數(shù)不盡相同。

運算放大器具有精確的放大增益和高輸入阻抗等優(yōu)勢，所以非常普遍的運用在小信號的差分放大電路中，下圖為由三運放組成的儀表放大電路。

1 電路結(jié)構(gòu)

運放在選型時，需要盡量選用高共模抑制比、低噪聲、低輸入失調(diào)電壓的型號。同時在對電阻選型時，也要選擇偏差為±0.1%的高精度電阻，因為電阻阻值微弱的偏差，會嚴重降低電路的共模抑制比。U1A和U1B組成信號v1和v2的輸入緩沖隔離級，主要作用提高放大電路的輸入阻抗，并將傳感器與后級電路隔離。U1C構(gòu)成的減法器，將U1A和U1B的輸出信號進行減法運算。此電路如何抑制共模信號的具體過程如下。

就三運放和雙運放組成的儀表放大器有各自的特點：雙運放從結(jié)構(gòu)上簡化，從而節(jié)約電路的成本。然而，這種簡化使得電路的不對稱，最終勢必降低了共模抑制比。同時，輸入信號Ui1經(jīng)由第一級運放輸出為Uo1，Uo1與Ui1和Ui2相比會有一定的信號延時，在延時階段會在Uo斷形成短暫的共模誤差，并且這種誤差會隨著輸入信號頻率的增大而增大。

【參考文獻】

[1]涂劍鵬，何尚平，羅小青，郭波.基于差分放大電路的寬帶直流放大器的設(shè)計，自動化與儀器儀表，2010（2）：91-93.

[2]盛潔，馮哲昀，陳孝楨.運算放大器輸入電路對方波發(fā)生電路的影響，實驗技術(shù)與管理，2009，26（7）：6467.