第二章_信号放大电路设计.
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测控电路-2第二章2解读
RS1
ui1 C1
a 差动
ui2 C2
放大器 b
uo
RS2
其共模抑制比的幅值为： CMRR
1
| RS 2C1 RS 2C1 |
高共模抑制比放大电路
共模电压自举（输入保护技术）
∞
ui1 ui2
+ -
+ N1
R1
RP
∞
+
N2+
R2
R4
R0 uc R0
R3 R3
+
∞ N3+
R4
uo
高共模抑制比放大电路
反相放大器
同相放大器
差动放大器
第二章 信号放大电路
（五）高共模抑制比放大电路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压） 的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如 人体心电测量。
高共模抑制比放大电路
1）双运放高共模抑制比放大电路
号与输入信号的比值 。 共模增益Kc :共模增益指共模信号输入时,其输出信
号与输入信号的比值 。
第二章 信号放大电路
序号 参数名称
1 差模增益
2 共模增益
3 输入阻抗
4 输出阻抗
5
带宽
理想
实际
∞
90~100dB以上
0
0dB以上
∞
100k欧~数兆欧
0
10欧~数百欧
0~∞ 0~10Hz（或0~10kHz）
高输入阻抗,易受干扰 共模误差大
R1
i- - ∞
+
uo
i1
+ N1
第二章 放大电路的基本原理和分析方法
' uCE iC RL
iC 0 4 4 (mA )
uCE (4 1.5) 6 (V )
交流负载线是放大电路动态工作点移动的轨迹
假设一个输入 电压uI, 在线性范 围内确定uBE、 iB、 iC、和uCE的波形。
估算电压 放大倍数
u0 uCE Au u I u BE
u
B 'E
iE I S e
iE I S e
rb'e uB' E iE
UT
u
B 'E
UT
u B ' E UT
UT 26 iE I CQ
uBE iB rbb' iE rb'e iB rbb' (1 )iB rb'e
rbe rbb ' 26 (1 ) I CQ
Q2
(c) Rc增大，Vcc、 Rb、β不变 直流负载线变平坦
工作点移近饱和区
Q2
(d) β增大，Vcc、 Rc、 Rb不变
IC增大，工作点移近饱和区
2.4.4 微变等效电路法 微变等效电路 在一个微小的工作范围内，用一 个等效的线性电路来代替三极管，使 得从线性电路的三个引出端看进去， 其电压、电流的变化关系和原来的三 极管基本一样。这样的线性电路称为 三极管的微变等效电路
6. 最大输出功率与效率 放大电路的最大输出功率，是指在输出信号不产 生明显失真的前提下，能够向负载提供的最大输出功 率，通常用符号Ｐom表示。
放大电路的效率η定义为输出功率Ｐ o 与直流电 源消耗的功率ＰＶ之比， 即 :
η =ＰＯ /ＰＶ
7. 非线性失真系数 所有的谐波总量与基波成分之比，定义为 非线性失真系数。符号为Ｄ
第2章 射频小信号放大器电路
ABA52563是Agilent公司生产的宽带放大器电路芯片 ABA51563、ABA52563、ABA53563之一，工作频率 范围为DC～3.5GHz，增益为21.5dB，在整个工作频 率范围电压驻波比(VSWR)<2.0，输出P1dB为9.8dBm， 噪声系数为3.3dB，电源电压为5V，电流消耗为35mA。 ABA52563采用SOT-363/SC70封装，各引脚端功能如 下：引脚端Input为信号输入端，Output&Vcc为输出和 输出级电源电压引脚端，Vcc为前级放大器电源电压输 入端，GND1/2/3为地。
2)电作用转换成机械效应。在压电陶瓷片的极板上加 一电压u，则在陶瓷介质内建立起电场，在电场力的作 用下，陶瓷介质将发生极化并产生机械变形(伸长或收 缩)。当u的极性改变时，介质极化及机械变形的方向 也改变。 设u为某一频率的交流信号，则压电陶瓷片也按同一频 率伸缩，形成机械振动，u愈大，则振动愈强。压电陶 瓷片的机械振动有一个固有频率。如果所加电压u的频 率正好等于其固有频率，则很小的u就可使压电陶瓷片 发生很强的机械振动，即压电陶瓷片处于共振状态(谐 振状态)。
图2.33二端陶瓷元件的等效电路
图2.34二端陶瓷元件等效阻抗的频率特性
(3)三端陶瓷元件 三端陶瓷元件的结构与符号如图2.35所示，由两片陶 瓷片A和B用导电胶粘合起来，由粘合面 引出的端子作为公共端，而由另两面引出的端子分别 作为输入端和输出端。 输入信号u加在A片上，它将电能转换成机械能，并产 生机械振动。机械振动通过粘合面传到B片上，又将机 械能转换成电能，输出给外接负载RL。同样，当信号 频率与陶瓷片固有的机械振动频率相等时，形成共振。 共振状态可形成强的电流，提供最大的电流到外部电 路。在共振的条件下，输出和输入信号间可能是同相 位，也可能有180°的相位差，与A、B陶瓷片的粘合 面有关。
第二章：放大电路分析基础
放大电路分析基础在我们的生活中，经常会把一些微弱的信号放大到便于测量和利用的程度。
这就要用到放大电路，它是我们这门课程的重点。
放大的基础就是能量转换。
在学习时我们把这一章的课程分为六节，它们分别是：§2、1 放大电路工作原理§2、2 放大电路的直流工作状态§2、3 放大电路的动态分析§2、4 静态工作点的稳定及其偏置电路§2、5 多级放大电路§2、6放大电路的频率特性§2、1放大电路工作原理我们知道三极管可以通过控制基极的电流来控制集电极的电流，来达到放大的目的。
放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。
我们下面以共发射极的接法为例来说明一下。
一：放大电路的组成原理放大电路的组成原理（应具备的条件）（1）：放大器件工作在放大区（三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置）（2）：输入信号能输送至放大器件的输入端（三极管的发射结）（3）：有信号电压输出。
判断放大电路是否具有放大作用，就是根据这几点，它们必须同时具备。
例1：判断图（1）电路是否具有放大作用不满足条件（1），所解：图（1）a不能放大，因为是NPN三极管，所加的电压UBE以不具有放大作用。
图（1）b具有放大作用。
二：直流通路和交流通路在分析放大电路时有两类问题：直流问题和交流问题。
（1）直流通路：将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。
它又被称为静态分析。
（2）交流通路：将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。
它又被称为动态分析。
例2：试画出图（2）所示电路的直流通路和交流通路。
解：图（2）所示电路的直流通路如图（3）所示：交流通路如图（4）所示：§2、2 放大电路的直流工作状态这一节是本章的重点内容，在这一节中我们要掌握公式法计算Q点和图形法计算Q点在学习之前，我们先来了解一个概念：什麽是Q点？它就是直流工作点，又称为静态工作点，简称Q点。
测控电路第二章信号放大电路
例如：电阻应变式传感器——电压放大器
光电池、光敏电阻——电流放大器
一、测量放大电路的基本要求和类型
①阻抗匹配
②增益稳定
③低噪声
④低的输入失调电压和输入失调电流、低温漂
⑤足够的带宽和转换速率（放大瞬态信号、输出电压跟踪输入电压的能力）
⑥高共模输入范围（几百伏）和高共模抑制比
⑦可调的闭环增益
⑧线性好、精度高
抑制能力的大小，常用共模抑制比CMRR来表示
CMRR共 差模 模增 增益 益 K Kdc
如何求差动放大电2 R4 R1 R3
工程上为了减少器件品 种和提高工艺性
R1=R3 R2=R4
五、高共模抑制比放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路 称为高共模抑制比放大电路。 应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测 量。一般的运放共模抑制比80db左右
最基本的方法就是把fo1移到更低的频率处来工作。
相位补偿：在反馈放大电路的适当部分加入RC网络，以改
变AF的频率响应。
很多集成运 放都有外接 ui 相位补偿网 络端
R1
C1
R3
C2
R2
+
∞ +
N1
防止自激振 荡的
uo
2.2 典型测量放大电路
测控电路第二章信号放大电 路
❖ 测量放大电路的结构形式是由传感器的类型决定的。
R2
成分。
R2
ui1 R1
R3 ui2
-∞ +
+ N1
ud/2 R1
-∞
uo
R3
测控电路(第5版)第二章习题及答案
第二章 信号放大电路2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？2-2 (1)利用一个741μA 和一只100k Ω的电位器设计可变电源，输出电压范围为1010S V u V -≤≤； (2)如果10S u V =时，在空载状态下将一个1k Ω的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741μA 参数：输入阻抗2d r =MΩ，差模增益200a V mV =，输出阻抗75o r =Ω）2-3 在图2-2所示的电路中，已知110R k =Ω，21R =MΩ，并令运算放大器的100B I n =A 和30OS I n =A ，在以下不同情况下，计算输出失调误差o u 。
(1)0P R =；(2)12P R R R =P ；(3)12P R R R =P ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的10分之一；(4)在(3)条件的基础上，使用3OS I n =A 的运算放大器。
R R ou图2-2 题2-3图2-4 在图2-47所示的电路中，已知10R k =Ω,1C nF =和()00o u V =。
假设运算放大器有100B I n =A ，30OS I n =A 和输出饱和电压13sat V V ±=±，在不同情况下，计算运算放大器经过多长时间进入饱和。
(1)0P R =；(2)P R R =。
ou图2-47 题2-4图2-5 (1)在图2-48所示的电路中，运算放大器的10B I n =A ，所有电阻都为100R k =Ω，分析B I 对反相放大器性能的影响；(2)为了使o u 最小，在同相端上应该串联多大的电阻P R ？ou i图2-48 题2-5图2-6 图2-4b 所示中的运算放大器使用741μA ，电路增益为20V V A =-，为使电路输入电阻最大，求满足条件的电阻值（令输入失调可调范围为20mV ±，最大失调电流200OS I n =A ，最大失调电压6OS V mV =）。
第二章(简好用新)-基本放大电路..
五、实用共发射极放大电路
1．温度对工作点的影响
温度升高
UBE减小 ICBO增大
β增大
注：旁路电容的作用。接人发射极电阻 RE，一方面发射极电流的直流分量IE 通过它能起到自动稳定静态工作点的作 用；另一方面发射极电流的交流分量ie 也会产生交流压降，使uBE减小，这样 就会降低电压放大倍数，因此增加了旁 路电容，使交流信号从电容上流过。
ic
ii
ib
C
+ BE
+ Rs ui RB RE
RL
+
uo
us
–
E B
V
us+-
Rs
RB C ui+-
RE
RL
+-uo
交流通路
二、共集电极放大电路分析 1.静态工作点的计算
VCC IBQRB U BEQ IEQRE
I BQ
VCC U BE
RB (1 )RE
ICQ I BQ I EQ
动态分析步骤：
1.先画出交流通路， 有时为了便于分析， 还要把电路变形为我 们便于分析的方式。
2.根据交流通路画微 变等效电路
E B
V
RB C ui+-
RE
RL
+-uo
ic
ii
ib
C
+ BE
+ Rs ui RB RE
RL
+
uo
us
–
Ii B
Ib
Ic
画微变等效电路时需注意的 问题：
1.交流通路变化成微变等效
RC
C2
＋－
uCE
第2章放大电路原理分析方法(16学时)
图解法的应用
(一)用图解法分析非线性失真 1. 静态工作点 过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真 —— 截止失真 结论：iB 波形失真
IBQ
O
iB / µ A
iB / µ A
ib Q t O
O
uBE/V uBE/V
t
ui
iC 、 uCE (uo )波形失真
iC / mA iC
NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。
Q
iB
输入回路 工作情况：
0
20
uBE/V t
0 0
0.68 0.7 0.72
可见在UBEQ从0.68到0.72变化 时，基极电流以40微安为中心，从 20微安变化到60微安。
uBE
uBE/V UBEQ
t
iC / mA iC / mA
4
交流负载线 80 60
IC
Q
iC 2
Q
IB = 4 0 µA
输出不失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom PV
：效率
PV：直流电源消耗的功率
六、通频带
Aum fL：下限频率
1 2
Aum
BW fL fH
fH：上限频率
由于放大电路中存在电抗性元件，所以放大倍数会随 信号频率的变化而变化，通常将放大倍数在低频和高频段下 降至 1 Aum 时所包括的频率范围定义为放大电路的通频带 。 理论上希望通频带的宽度越大越好
要求：会画放大电路的直流通路和交流通路
共射放大电路
直流通路
+
交流通路
注意：实际的放大电路其直流和交流通路是叠加在一起的。 根据放大电路的直流通路和交流通路，即可分别进行静态分析和动态分 析，进行静态分析时，有时也采用一些简单实用的近似估算法。
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用来衡量差分放大电路对差模信 号的放大能力和对共模信号的抑制 能力的指标 。它定义为差模电压 增益Avd与共模电压增益Avc之比 的绝对值 ，或用分贝（dB）表示。
知识回顾
• 4.输入失调电压Uos a.运放不加调零，其输入端短路并接地时， 运放所产生的输出电压折算到输入 端的电压大小； b. 在运放的两输入端外加一直流补偿电压， 使放大器输出端的电压为0（或规 定值），此时外加的补偿电压即输入失调 电压Uos（大小相等极性相反）。
• （3）ICL7650的误差等效 • （4）ICL7650的使用 ICL7650 有两种封装形式， 14 脚 DIP 封 装和 8 脚圆形金属管壳封装 。下面是它的 14脚DIP封装的引脚图： 1—7：C1 、C2 、保护 、+IN 、-IN 、保护 、 -US； 8-14：C+ 、钳位输出 、U0 、+US 、内时 钟输出 、外时钟输入 、GND
C1 +输入
－输入
G
∞ + + -N1 R2 ∞ + + -N2 R2 C2
输出
a) N2处于自动校零状 态
C1 +输入 －输入 ∞ + + -N1 R2 ∞ + + - N2 R2 C2 b) N1处于自动校零状态
输出
G
4、斩波稳零集成运算放大器
（1）ICL7650简介 ICL7650是美国Intersil公司首先研制的一 种CMOS单片集成动态自校零运算 、放大 器 。它属于第四代运放，其特点是低失 调 、低漂移（≤1µV，0.01µV/℃），高 增益134dB），高共模抑制比（130dB）， 高输入阻抗（1012Ω） 。国产型号为 5G7650 。
• ICL7650电路图
Ui Sb1
+ N 1 + A1 + ∞ Uo2 Sb2 Sa2
+
∞
Uo
外时钟输入
时钟输出
Sa Sb
C1
G
Sa1
+ N - -2 A2
内部调制 补偿电路 C2
箝位电路
• 第一阶段：误差检测和寄存阶段，此时 Sa1 、Sa2闭合，Sb1 、Sb2断开
• 第二阶段：Sa1、Sa2断开，Sb1、Sb2闭合
• （5）ICL7650的补充说明 它的内部调制补偿电路是整个放大器频 响的补偿电路，使放大器具有较宽的相位 裕度和较宽的频响特性，钳位电路一旦出 现过载，电路能有效的防止阻塞 。 ICL7650是一种低压CMOS器件，电源电 压的典型值为(双电源) 。两个记忆电容C1 、 C2需外接，均为0.1微法，一般宜采用漏电 流较小的高质量电容器 。
一 、测量放大电路
放大微弱电压 、电流 、电荷信号的电路，也 称为仪用放大电路 。可分为调制式 、差动直接耦 合式 、自动稳定式三大类 。 （一）、稳零放大电路 针对输入为0mV到数mV的直流电压，而抑制零 漂的情况 。这是因为零漂成为无法与信号分离的 “误差信号（电压）” 。当被放大的信号为微弱的 直 流信号时，必须选用斩波放大器和动态校零放大器 两种低漂移直流放大器对信号进行放大 。
第二章 信号放大电路
知识回顾
• 1.漂移
在理想情况下，当输入信号为0时，放大 器输出的直流电压应该为0，一般称此为零工 作点，简称零点 。 随着温度等因素的变化，若输入信号为0 时，放大器输出端却出现了一定的直流电 压，则该直流电压就被称为“零工作点漂移”， 简称为“零漂”或“漂移” 。
知识回顾
• （2）ICL7650的工作原理
• 电路由两个运放组成N1和N2，其中 N1为主放大器，N2为调零放大器 。 两个运放都有第3输入端—侧向输入 端 。4个模拟开关Sa1 、Sa2 、Sb1 、 Sb2由内部或外部时钟驱动 。 • 第一阶段：误差检测和寄存阶段，此 时Sa1 、Sa2闭合，Sb1 、Sb2断开 ；
• 2. 差模输入 、共模输入 差模输入：当差分放大电路两输入端加上 大小相等 、极性相反的信号时，称为差模输 入方式 。此时的输入被称为差模输入信号 ； 共模输入：运放两输入端加上大小相等， 极性相同的信号时，称为共模输入方式 。此 时的输入被称为共模输入信号 。
知识回顾
• 3.共模抑制比CMRR(KCMR)
c) 调零放大输出
• 3、轮换自动校零集成运算放大器（CAZ）
(1)思想：CAZ运算放大器是轮 换自动校零集成运算放大器的简称， 它通过模拟开关的切换，使内部两 个性能一致的运算放大器交替地工 作在信号放大和自动校零两种不同 的状态 。 若N1进行信号放大，则 N2进行自动校零，反之亦然 。
• （2）工作原理
知识回顾
• 5.输入偏置电流IB（共模信号） 集成运放的失调电压被补偿后，使其输出 电压为0时，运放两输入端所需偏流的平均 值。 6.输入失调电流Ios 集成运放的失调电压被补偿后，使其输出 电压为0时，运放两输入端偏流之差的绝对 值。
知识回顾
• 7.理想运放的性能指标
开环差模增益 Avd 为∞；差模输入 电阻 Ri 为∞；输出电阻 R0 为 0 ；共 模抑制比 KCMR 为∞；上限截至频 率 fH=∞；输入失调电压 Uos 、输 入失调电流Ios 、温漂均为0，且无 任何内部噪声 。
1. 斩波稳零放大器（调制解调型直流放大器） （1）电路工作原理
将输入的直流信号电压经斩波器（调制 器）转换为交流电压，由交流放大器放大 后再经解调器将放大后的交流电压转换为 直流电压 。 斩波稳零放大器的工作原理图如图所示 。
（2）电路工作过程
2、自动调零放大电路（动态校零放大电路）
（1）设计思想和目的 将放大器的失调电压记忆在记忆电容上， 然后将它回送到放大器的输入端，以抵消 掉放大器本身的失调电压 。电路在一定频 率的方波信号控制下分两个阶段工作：第 一阶段为放大器的误差检测与寄存阶段， 第二阶段为电路的校零与放大阶段 。 目的：消除漂移，主要是消除失调电压带 来的漂移 。
• （2）电路的工作原理
R2
R2 Ui R1
#
#
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
Sa2
R1
K1 - + +N1
# Sa1
K - 2 + + N2
# Sb2 ∞ - + +N4 Uo
C1
UC1 C1
K1 Uo1 K2 + + + N1 +N2
b) 误差保持
R2 Ui R1 C1 K - 1 +N1+ Uo
∞ - + +N3
a) 电路原理图