Vi2 )
可得放大器前级的差模增益AVD1和共模增益AVC1
AVDI
R1
RW RW
R2
AVCI 0
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
仪器放大器前级的差模 增益AVD和共模增益AVC
AVD
R1 RW RW
R2
R4 R3
AVC
R6 R5 R6
R3 R4 R3
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
三、集成运算放大器的最主要参数： 开环增益A 闭环增益Af 差模开环直流电压增益（差模增益）AVD 共模开环直流电压增益（共模增益）AVC 输入失调电压VI0 输入失调电流II0 共模抑制比KCMR = 差模增益AVD/共模增益AVC
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
四、 应用集成运放应注意的事项 (1) 调零消除失调误差
“调零”技术是使用运放时必须掌握的。调 零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压， 以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。 有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规 定，接入调零电路进行调零即可。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
频率；交流与直流。 传感器输出结构形式有：直接、电桥、差分等；
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2 信号放大 2.2.1 概述 一、什么是测量放大电路？
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的 微弱电压、电流或电荷信号的放大电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下 的低频信号，在大多数的情况下，都可以用放大 器集成芯片来设计放大电路。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
二、对测量放大电路的基本要求： ①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； ②一定的放大倍数和稳定的增益； ③低噪声； ④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂
移； ⑤足够的带宽和转换速率； ⑥高共模输入范围和高共模抑制比 ⑦可调的闭环增益； ⑧线性好、精度高； ⑨成本低。
1 Vic 2 (Vi1 Vi2 ) Vid (Vi2 Vi1 )
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V0
( R4 R3 R4
R1 R2 R1
R2 R1
)Vic
1 ( R4 2 R3 R4
R1 R2 R1
R2 R1
)Vid
AVCVic AVDVid
式中
AVC
( R4 R3 R4
K CMR
1 AVD
4
上式表明，电阻的误差越小，差动增益
AVD越大共模抑制比越高。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
输入电阻：
rid 2R1 ric (R1 R2 ) / 2
难以避免的缺点：
1. 输入阻抗低 2. 共模抑制比低 3. 工艺性差
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
R4 R3
因此，三运放电路的共模抑制比在电阻匹配精度相同的
情况下，要比基本差动放大器高 倍。由此可见，由
三运放组成的差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻
抗和可变增益等一系列优点，它是目前测控系统和仪器
仪表中最典型的前置放大器。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.5 仪器（仪用）放大器
(1
R2 R1
)uI 1
(1
R4 R3
)uI 2
28
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
R1 R2 R4 R3
uO
(1
R4 R3
)( uI 1
uI 2 )
(1
R4 R3
)uI
双端输入，输入电阻为无穷大。
29
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.7 隔离放大器 1. 采用集成的线性光电耦合放大器 2. 采用集成前置放大器和线性光电耦 合放大器在一起的大规模集成电路
3. 采用数字信号隔离技术
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组成及符号
R2
隔离器
R1
－
ud
输入 放大器
uo
uc
＋
R1
R2
2.2.7 隔离放大电路 什么是隔离放大电路？
隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间 没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共的接地端。
应用于何种场合？ 隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某
些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验 设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境 下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术
Modern testing and measurement technology
苏州科技学院 电子与信息工程学院
电子科学技术系 潘敬熙
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
第2章 测试信号转换处理电路
本章学习要求： 理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号
集成运算放大器可以作为一个器件构成各种 基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元 电路组成电子应用电路。
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗 很低的特点，广泛用于前置放大级。
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗 很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感 器的测量放大电路。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路 的基本原理，掌握其参数设计方法。
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.1 概述 2.1.1对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、
记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻 抗变换。 2.有些传感器输出的是电参量，需要转换成电信号才能进行 处理。 3.有些传感器输出的是电信号，但信号中混杂有干扰噪声， 需要去掉噪声，提高信噪比。 4.某些场合，为便于信号的远距离传输等原因，需要对传感 器测量信号进行调制解调处理。
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。
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交流反相放大电路 Af= –R2 / R1 R3= R2 C1：隔直电容 C3：旁路电容，防止振荡
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
一、电桥
电桥的作用：将电阻R(应变片)、电感L、电容C等 电参数变为电压ΔU或电流ΔI信号后输出。
b
a 、c两端接电
Z1
源Ui，称供桥端；
b、d两端接输出 a
Z2 c Uo
电压Uo，称输出 端。
Z4
Z3
d
Ui
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1. 电桥的分类 ➢ 根据桥臂阻抗性质的不同为 :
同相放大器输入阻抗ri+ ri+= ri(1+AF) 同相放大器输出阻抗ro+ ro+= ro/(1+AF)
教材约定：在涉及同相放大器的输入阻抗时，均 以ri+来表示，即指同相放大器所具有的最低在 107Ω以上的输入电阻，而不器刻意指明其具体 的数值。
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2.2.3 反相放大器 闭环增益：
R4 (1 4 ) R3 (1 3 ) R4 (1 4 )
R2 (1 2 ) R1 (1 1 )
在最坏的情况下，即所有的电阻都取最大的误差值， 并且取最不利的方向，可得最大的共模电压增益(忽略 高阶小量)
AVC
4
1 R1
R2
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
共模抑制比KCMR为
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 串联差分式输入仪用放大器
输入信号加于两个运放的同 相输入端，差分输入电阻近 似为两个运放的共模输入电 阻之和，提高了输入电阻。
uI uI1 uI 2
利用迭加原理， uI1、uI 2分别作用于输入端
uO
R4 R3
uO1
(1
R4 R3
)uI 2
R4 R3
输出 Riso 放大器
－ ＋
uiso
Ciso
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原理框图
浮置电源
浮置电源
－
输入 ＋
输入 放大器
V
LED 光耦合器
输 出 输出 放大器
－
输入
输入调制 放大器
输出解调 输出 放大器
b) 光电耦合
＋
耦合变压器
a) 变压器耦合
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路 常见的几种光电耦合器的内部电路
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2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
2.2.6 可变增益放大器
现代测试技术第2章 测试信号转换与处理电路
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2.1.2传感器接口电路形式 传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。 按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器（智能传
感器一般都是有源传感器）。 按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。 传感器主要变化参数有：电阻、电感与电容。 传感器输出信号主要形式有：电压、电流（或电荷）与