隔离放大器与仪用放大器
四、隔离放大电路
第四节隔离放大器定义：隔离放大器是一种特殊的测量放大电路，其输入、输出和电源电路之间没有直接电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。
输入电路和放大器输出之间有欧姆隔离的器件。
用途：隔离放大器用于防止数据采集器件遭受远程传感器出现的潜在破坏性电压的影响。
这些放大器还用于在多通道应用中放大低电平信号。
它们也可以消除由接地环路引起的测量误差。
由于不需要附加的隔离电源，带有内部变压器的隔离放大器可以降低电路成本。
组成：它由仪器放大器（或运放）和单位增益隔离级构成。
单位增益隔离级完全隔离了器件的输入和输出（欧姆隔离），使电信号没有欧姆连续性。
仪用放大器+隔离电路===隔离仪器放大器运放+隔离电路===隔离放大器理想特性：理想的隔离放大器要求电信号完全没有欧姆连续性，被传送的信号则要求无任何衰减，信号源不必接地。
应用：隔离放大器优良的输入输出欧姆隔离特性，使它适合于用做医疗监护仪器和病人之间的接口。
隔离电平高且漏电流极小，对保护电子仪器有重要的作用。
电力测试仪器设备。
（将高电压部分和弱电部分隔离）。
保护人身及仪器设备的安全。
①主要用于便携式测量仪器和某些测量系统中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
②应用于生物医学测量中，确保人体不受超过10uA以上漏电流和高电压（可达几百伏以及数千伏）的危害。
③应用于工业中，防止因故障而使电网电压对低压信号电路（包括计算机）造成损坏。
分类：⑴按隔离模式分类：①两口隔离：指信号输入部分和信号输出部分欧姆隔离。
采取其它措施进行电源隔离。
②三口隔离：指输入、输出和供电部分三部分彼此欧姆隔离。
⑵按隔离方法分类：①光电隔离②电容隔离③变压器隔离（电磁隔离）一.基本原理⑴组成：由输入放大器，输出放大器，隔离器以及隔离电源等几部分组成；注意：两种地(GND)，三种信号输入，符号u d：差模输入电压u c：共模输入电压u iso：隔离模电压（加在两种地之间，即隔离壁上）⑵特点：输入放大器及其电源是浮置的，放大器输入端浮置，泄漏电流极小；隔离电阻约为：R iso=1012Ω（采用变压器或光耦合器）；隔离电容(典型值) 为：C iso=20pF隔离放大器的输出与输入隔离，消除了通过公共地线的干扰，大大地提高了电路的共模抑制比。
电路中的绝缘放大器有哪些应用
电路中的绝缘放大器有哪些应用绝缘放大器是一种特殊的放大器，主要用于隔离和放大信号，并保护电路中的前级和后级设备。
它在许多领域中都有广泛的应用。
本文将介绍绝缘放大器的原理，并讨论其在工业控制、电力系统、医疗设备和测量仪器等领域的应用。
一、绝缘放大器的原理绝缘放大器是通过光耦合器、变压器或差动放大电路等组件实现信号的隔离和放大。
它将输入信号转换为光或电信号，并将其隔离开来，以防止信号的干扰和损坏。
绝缘放大器的基本原理是利用输入端与输出端之间的隔离元件，使得输入信号和输出信号之间没有任何物理连接。
这种隔离可以通过光耦合器来实现，其中输入信号被转换为光信号，然后再通过光电转换器将其转换回电信号。
通过这种方式，输入信号与输出信号之间达到了电气上的隔离。
二、绝缘放大器的应用1. 工业控制绝缘放大器在工业控制领域中起着至关重要的作用。
它可以用于隔离和放大传感器信号，以控制温度、压力、流量等参数。
例如，在温度控制系统中，绝缘放大器可隔离输入信号并放大，确保温度传感器的信号不受干扰，并将信号传递给控制器。
2. 电力系统在电力系统中，绝缘放大器常用于监测和保护设备。
它可以隔离电力系统中的高电压信号，以保护低压设备的安全运行。
此外，绝缘放大器还能够放大来自电流互感器和电压互感器的信号，以便进行参数测量和故障检测。
3. 医疗设备绝缘放大器在医疗设备中广泛应用。
例如，在心电图仪中，绝缘放大器可以隔离和放大来自心电信号的微弱电流，以保证信号的准确传输。
此外，绝缘放大器还可用于其他医疗设备，如血压计、体温计等。
4. 测量仪器绝缘放大器在测量仪器中也扮演着重要的角色。
它可以隔离被测信号并将其放大到可测量范围内。
例如，绝缘放大器可用于音频测量、电压测量、频率测量等领域，确保测量结果的准确性和可靠性。
总结：绝缘放大器是一种用于隔离和放大信号的重要器件。
它在工业控制、电力系统、医疗设备和测量仪器等领域中有广泛的应用。
通过隔离和放大信号，绝缘放大器不仅可以保护设备，还可以提高系统的可靠性和精度。
TI运算放大器仪表放大器电路设计说明书
1ZHCA850–December 2018三级运算放大器仪表放大器电路Analog Engineer's Circuit:AmplifiersZHCA850–December 2018三级运算放大器仪表放大器电路设计目标输入V idiff (V i2-V i1)共模电压输出电源V i diff Min V i diff Max V cm V oMin V oMax V cc V ee V ref -0.5V+0.5V±7V–5V+5V+15V–15V0V设计说明此设计使用3个运算放大器构建分立式仪表放大器。
电路将差动信号转换为单端输出信号。
仪表放大器能否以线性模式运行取决于其构建块（即运算放大器）能否以线性模式运行。
当输入和输出信号分别处于器件的输入共模和输出摆幅范围内时，运算放大器以线性模式运行。
这些范围取决于用于为运算放大器供电的电源电压。
设计说明1.使用精密电阻器实现高直流CMRR 性能2.R 10设置电路的增益。
3.向输出级添加隔离电阻器以驱动大电容负载。
4.高电阻值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中产生额外的噪声。
5.能否以线性模式运行取决于所使用的分立式运算放大器的输入共模和输出摆幅范围。
线性输出摆幅范围在运算放大器数据表中A OL 测试条件下指定。
2ZHCA850–December 2018三级运算放大器仪表放大器电路设计步骤1.此电路的传递函数：2.选择反馈环路电阻器R 5和R 6：3.选择R 1、R 2、R 3和R 4。
要将Vref 增益设置为1V/V 并避免降低仪表放大器的CMRR ，R 4/R 3和R 2/R 1的比值必须相等。
4.计算R 10以实现所需的增益：(1)5.要检查共模电压范围，请从参考文献[5]中下载并安装程序。
通过为内部放大器具有所选放大器（在本例中为TLV172）所定义的共模范围、输出摆幅和电源电压范围的三级运算放大器INA 添加代码，对安装目录中的INA_Data.txt 文件进行编辑。
智能仪器复习资料
1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用，因而被称为智能仪器。
特点：1操作自动化2具有自测功能3具有数据分析和处理能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。
简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。
硬件包括微处理器，存储器，输入/出通道，人机接口电路，通信接口电路等。
功能：微处理器仪器核心，存储器包括数据存储器和程序存储器，用来存储程序和数据。
输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等，完成信号的滤波，放大，模数转换。
输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理后的数字信号转换为模拟信号。
人机接口电路主要包括键盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁。
操作者可通过键盘向仪器发出控制命令，仪器可通过显示器将处理结果显示出来。
通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。
智能仪器常用放大器的种类和特点？程控放大器：为适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。
仪用放大器：输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。
隔离放大器：输入端和输出端各有不同的参考点。
可保护电子仪器设备和人生安全，提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。
常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理⑴并联比较型A/D转换器：转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快⑵逐次逼近型A/D转换器：抗干扰能力差，所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。
⑶双积分型A/D转换器：能起到滤波作用提高了抗干扰能力。
由于转换速度依赖于积分时间，所以转换速度慢。
⑷Σ-△调制型A/D转换器：制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
化工仪表受外部干扰的因素分析及防范措施
一
导致 的垂 直干扰 称为 横 向干扰 ， 而纵 向干 扰指 的是 漏 电阻导致 的平 行干 扰， 由供 电线路 引入 。通常 ， 横 向干扰 产生 的 电压在 几毫 安到几 十毫 安之 间， 而 纵 向干扰 电压一般 是几伏 到几十伏 ， 横 向干扰 的 电压 可 以与测 量信
号叠 合， 这 样就对 化工仪表 的正 常工作产 生 了影响 。
表 隔 离， 切断 纵 向干扰 电压 的途 径 ， 这样 对避 免 电压 泄露 很有 效 果， 杜绝 了纵 向干扰 。仪 表受 到影 响主要 原 因之 一就 是 电源的干 扰 ， 这种 干扰 是 由于 供 电线 路的 阻抗耦 合而 产生 ， 一 些大功 率的 用 电设备都 会成 为干 扰 源， 通常 情况是 大功 率的变 频器 。为了预 防这种 干扰， 我们可 以在 仪器 的 交流 电源输 入端 加上 隔离变 压器 ， 这 样保护 好 电源使之 与干 供 电线路 隔
离， 受 干扰几 率也就 减小 了。 ４ ． 接地法 接 地 法 主 要 是 分 配 好 接 地 点 数 量 和 线长 ， 如 果 干 扰 源 的频 率在 １ ＭＨ ｚ以下， 只 需要用 一点接 地 即可； 在 ｌ ～ １ ０ ＭＨ ｚ 这一 范围 内时， 可采取
其 一是一 点接地 ， 这是需 得注 意地线 的长度 要控 制在波 闭合 断开动 作时触 点会产 生火花 ， 这些 火花都 是高频 干扰 源， 极 大影 响触 两种接地 的方式 ， ／ ２ ０以下， 其二 则是 多点接 地， 这一方 法 则没有 注意事 项 ； 若是 频 率 发 电路的运 作 。但是 由于 大多数 的化 工仪 表的 工作是 在低 频状 态， 因此 长的 １ 在 ］ Ｏ ＭＨ ｚ 以上 时， 则必 须采 取多点 接地 的方法 。 受到 的影响较 小 。
现代检测理论与技术网课题目和答案
第一讲：1、传感器是一种将特定的被测信号按照一定的规律转换为可用输出信号的装置，它主要由敏感元件和转换元件组成。
2、基本型现代检测系统一般包括传感器、信号处理、数据采集、计算机、输出显示等五部分。
3、传感器技术发展趋势及重点研究开发主要体现在高精确度、小型化、集成化、多功能化、智能化等方面。
4、检测技术的发展主要体现在①不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性②传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展③重视非接触式检测技术研究④检测系统智能化等方面。
5、一个完整的检测过程包括信息数据采集、信号处理、信号传输、信号记录、信号显示等方面。
6、现代检测系统的基本结构大致可分为智能仪器、个人仪器和自动测试系统等三类。
7、传感器按能量关系可分为能量变换型和能量控制型两类。
8、传感器按输出量可分为模拟式和数字式两类。
9、智能传感器一般具有①自校零、自标定、自矫正②自动补偿③自动采集数据。
并对数据进行预处理④自动进行检测、自选量程、自寻故障⑤数据存储、记忆与信息处理功能⑥双向通讯、标准化数字输出或符号输出等功能。
第二讲：1．仪表的精度等级是指仪表的（）A．绝对误差B．最大误差 C．相对误差 D．最大引用误差2.属于传感器动态特性指标的是( )A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率3.按照分类，阈值指标属于( )A.灵敏度B.静态指标C.过载能力D.量程4.与价格成反比的指标是( )A.可靠性B.经济性C.精度D.灵敏度5.属于传感器静态指标的是( )A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性6. 属于传感器动态特性指标的是( )A.量程B.过冲量C.稳定性D.线性度7.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.灵敏度越高8.传感器的灵敏度越高，表示传感器( )A.线性度越好B.能感知的输入变化量越小C.重复性越好D.迟滞越小9.传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下，利用某种( )对传感器进行标定。
电子设计竞赛需准备的主要器件
电子设计竞赛需准备的主要器件一、放大电路类1、集成运算放大器类（1）通用运算放大器LM741、LM1458、LM324、OP07（精密/低噪声运算放大器）（2）优值运算放大器TL080、TL082、TL084（3）宽带/高速运算放大器OP147（4）低压满幅运算放大器SGM321、SGM322|、SGM324（5）仪表放大器AD624、PGA206/207、INA121、LT1102、2、差分放大器AD8132、AD83513、隔离放大器电路ISO120/121、AD2154、可编程增益放大器AD603、VCA26125、采样/保持电路AD783、SHC5320、MAX51656、宽带放大器设计所需器件RF3377、ABA52563、OPA642、TLV5618（D/A）、2M3004MSC、2M3006MSC、AD6377、高效音频功率放大器所需器件LM4766、LM311（高速精密电压比较器）、TLC4502（运算放大器）、2SA8050、2SA8550、IRFD9120、IRFD120、NE5532、LM5532、LM393、CD7666GP（电平指示驱动电路）8、测量放大器设计所需器件OP077、AD7520（D/A）、OP079、实用低频功率放大器设计所需器件NE5532、u PC1228H、NE5534、TN9NP10（大功率配对管模块TN9NP10）LM1875、u PC1188H、HA1397、LF357、9014、9012、9013、9018二、信号源类1、乘法器AD835、MC1495、2、V/F和F/V变换电路VFC121、AD6503、数字电位器X9541、MAX5494～MAX54994、正弦信号发生器设计所需器件AD8320、AD9852（正弦波发生器）、50MHZ晶振、74HC573、74HC14、MAX038、MC145151、MAX412、MAX7547、2N3904、2N3906、MAX427、晶振8.192MhzAD9851、AD98565、波形发生器设计所需器件74HC04、CD4060、32.768KHz晶振、CD4046、82C54（可编程计数器）、CC4040（地址计数器）IDT7132（RAM）、TLC7254（D/A）、DAC0832、LF351、AD817、X5043/456、实用信号源设计所需器件36MHz晶振、MC12022、MC145152、DAC0808（D/A）、DAC0832、LM311、CD4051、NE5532、11.0592MHz三、电源类1、开关电源电路设计所需器件TOP242P～TOP244P、TOP242G～TOP244G、TOP242R～TOP250R、TOP242Y～TOP250Y、TOP242F～TOP250F、TEA152X2、DC/DC变换电路MC34063、TL497A、MAX756/MAX757、MAX649/MAX651/MAX6523、恒流源电路设计LM134/234/334、4、三相正弦波变频电源设计所需器件BUP304、EXB841、U8100（快速恢复二极管）、TLP521（光电耦合器）、2SK1358、IR2111、AD637、AD548JN、TL431（三端可调分流基准源）5、数控直流电流源设计所需器件IRF5210（P沟道MOS管）、SG3525（PWM芯片）、HCNR200（线性光电耦合器）、ADS7841（A/D）、DAC7512（D/A）、AD5846、直流稳定电源设计所需器件TL494、TIP32A（大功率开关管）、MR850（二极管）、TL431（稳压管，2.5V）、MJE3055（达林顿管）、LM324、LM317K。
运算放大器的分类
运算放大器的分类
运算放大器可以根据其内部电路结构和应用领域来分类，主要分为以下几种：
1. 基本型运算放大器：传统的运算放大器，内部由一个差分放大器和一个级联缓冲器组成，用于放大、滤波、积分、微分等基本电路。
2. 差分型运算放大器：内部电路结构和基本型类似，但增益更高，具有更高的共模抑制比和更低的失调电压。
3. 仪器放大器：专用于测量和检测的放大器，具有高共模抑制比、高精度、低噪音等特点。
4. 高速运算放大器：适用于高速信号处理，具有更高的带宽和更快的响应速度。
5. 低功耗运算放大器：适用于低功率应用，具有低静态电流、低供电电压等特点。
6. 压限放大器：用于对信号进行压限，可保护信号处理电路免受过大电压的损害。
7. 电流型运算放大器：通过输入电流控制输出电压，适用于电流驱动应用。
8. 隔离型运算放大器：可实现输入端和输出端的电气隔离，适用于对输入信号进行隔离和放大的应用。
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11
2021/3/10
讲解：XX
12
50K二个内部反馈电阻之和,RG为外部可调电阻.
2021/3/10
讲解：XX
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例2 程控指数增益仪用放大器
利用仪用放大器AD612或AD614外接多路开关组 成，其原理图如下：
2021/3/10
讲解：XX
14
仪用放大器
四选一多路开关
(23.24)引脚为 输入信号端, 14引脚为输出信 号端 3-12引脚为内部 可调电阻端
③一般为了保证电路参数的对称性，改变增益最合
理，最简单的办法是改变RG的阻值。当采用集成仪 用放大器时，RG一般为外接电阻
④若改变RG的阻值用程序控制,就可成为程控仪用
放大器. 2021/3/10
讲解：XX
6
3. 仪用放大器的特点及应用
1）仪用放大器由于采用对称结构且信号直接加 在输入端，因此输入阻抗很高，有很强的抑制共 模干扰能力。 2）仪用放大器特别适合用于长距离的测量。
16
仪用放大器
四选一多路开关
控制端口用 8031单片机的 P1.0-P1.3， 其输出控制代 码NC与闭环增 益Aƒ的关多路开关
讲解：XX
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由P1.3控制使能端,P1.0-P1.2控制增益的放大倍数. 当0 NC<8时（低8位时）， P1.3=0，AD7503被 选通，选通21 - 28的闭环增益； 当8 NC 9时，（高2位时） P1.3=1， AD7503 被禁止， AD7510工作，选通29， 210的闭环增益。
2021/3/10
讲解：XX
5
假设R3=R5，即第二级运算放大器增益为1，则可 以推出仪用放大器闭环增益为：
Af (12R1/RG)
从上式可看出:
①由于电路参数选择对称形式,放大倍数和二个输入
端的失调电压无关.所以输出信号不会受共模干扰的
影响.即仪用放大器可抑制共模干扰.
②改变电路参数RG或R都可改变其放大倍数.
构成的仪用放大器. 在原有的放大器的增益的基础上增加
了100倍,分别得到了101,202,104,108的放大倍数,适当改
变200Ω(RG)的阻值,和程控放大器一样还可得到其它放大
2021/3/10
讲解：XX
8
4. 集成程控仪用放大器
1) 典型的程控仪用放大器集成电路芯片
例如AD512, AD522， AD612，AD614 ,AD620， AD623都
是美国AD公司生产的集成仪用放大器芯片，另外
INA114/118则是BB公司提供的二种高精度仪用放大 器。
其主要性能指标均超过AD512, 还有MAX公司的
MAX4195/4196/4197等其中INA114是一种通用 仪用放
大器2021,/尺3/10寸小,精度高,价格讲便解：宜XX.
9
电源引起的失调是指电源电压每变化1%，引起放大 器的漂移电压值.对于共电源系统，该指标则是设计 系统稳压电源的主要依据之一
2021/3/10
讲解：XX
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例3: 多档程控仪用放大器 使用AD612或AD614外接电阻替代RG实现多档增益程
控仪用放大器。如下图所示：各档增益所需RG的阻值
可用下式计算：
其中Aƒi为各档所需闭 环增益。
202程1/3控/10仪用放大器
讲解：XX
19
例4: 线性程控增益仪用放大器
在仪用放大器中，前级共模增益与电阻R1，R2， RG无关，因此可利用这一特点，通过改变R1，R2 的阻值来改变整个放大器的闭环增益，可获得增益 与控制代码成线性关系的程控仪用放大器。其原理 图如下所示：
例如工业过程中的温度传感器热电偶就经常用在很恶 劣的环境中，如用普通放大器放大这样微弱的传感器 输出信号，放大器对干扰的抑制能力作用将很弱。一 般使用差分仪用放大器.
如下图所示:
2021/3/10
讲解：XX
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图中使用可变增益放大器PGA203作为输出放大器,由二
个运放OPA27作为输入放大器,电阻网络选择对称形式,使之
2021/3/10
八选一多路开关
讲解：XX
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仪用放大器
使用2片模拟多路开关
四选一多路开关
AD7503，AD7510， 其中AD7503为八选
一的
模拟多路开关接
3-10引脚用于选
择2-256倍增益
电阻； AD751
接11-12引脚,
用于选择29.210
倍增益电阻.
2021/3/10
八选一多路开关
讲解：XX
2021/3/10
讲解：XX
2
一.仪用放大器（测量放大器）
1.仪用放大器的作用
用单个运放组成的基本放大器综合性能指标一般都不 高，只能用在要求不高，条件不太恶劣的场合，当它 们的性能不能满足应用要求时，可以使用仪用放大器。 仪用放大器是一种精密的差动电压增益器件，它的特 点是：高输入阻抗，低偏置电流，低漂移，高共模抑 制，平衡的差动输入和单端输出，放大增益可由用户 选择电阻来设定。它的主要用途是作传感器信号的放 大，或作差动小信号的前置放大。所以仪用放大器也 是智能仪器中最常用的放大器之一。
2021/3/10
讲解：XX
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从上图可看出,由三个放大器和一些电阻构成,电阻选择对 称形式.V0(6引脚)为输出信号,V1+和V1-(2,3引脚)为对 称输入信号,(4,7引脚)为供电电源,(1,8引脚)为外接可调电 阻RG,(5引脚)为基准电压端.
使用时2021基/3/10本连接方法如下图讲所解：示XX :
2021/3/10
讲解：XX
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2.仪用放大器的工作原理
2021/3/10
讲解：XX
仪用放大器又称 测量放大器或数 据放大器。典型 的仪用放大器电 路结构为对称性 结构如左图所示： 它由三个运放和 几个电阻组成。
由同相放大器 A1,A2构成输入 极,信号从A3输 出,
4
仪用放大器 上下对称， 即图中 R1=R2，R3 ＝R4，R5＝ R6。则放大 器闭环增益 为：
智能仪器与系统
5~6学时
第二章 智能仪器的输入/输出通道及接口技术
（二）仪用放大器及隔离放大器
主要讲解的内容: 1)仪用放大器的作用及原理 2)仪用放大器的接口及使用 3)隔离放大器的作用及原理 4)隔离放大器的接口及使用
2021/3/10
讲解：XX
1
重点：1）了解仪用放大器的基本工作原理 2)掌握程控指数增益仪用放大器和多 档程控仪用放大器的使用及接口形 式. 3）了解隔离放大器的基本工作原理 和使用