5.2 仪表放大器及转换器的选择（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

5.2 仪表放大器及转换器的选择 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握仪表放大器及转换器的选择。 能力目标 理解和运用仪表放大器及选择、A/D 转换器的性能指标与选择等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结A/D转换器的性能指标与选择。 新知学习 一 、仪表放大器及选择 由传感器送来的测量信号往往很微弱，因而对放大器的精度要求很高，要求它能鉴别被测 量的微小变化，进行缓冲、隔离、放大和电平转换等处理，这些功能大多可用运算放大器来实 现。 新知学习 一 、仪表放大器及选择 然而传感器的工作环境往往是较复杂和恶劣的，在传感器的两条输出线上经常产生较大的 干扰信号(噪声),有时是完全相同的干扰，称为共模干扰。因此，引入另一种形式的放大器，即仪表放大器，它的抗共模干扰信号的能力优于运算放大器，广泛用于传感器信号放大， 特别是微弱信号及具有较大共模干扰的场合。 新知学习 一 、数据采集系统的组成 仪表放大器又称数据放大器。 一般是由三只高精度运放及精密电阻一起组装而成。其中两 只高精度运放参数对称，构成电路对称的差动输入级。整个组件输入阻抗高，共模抑制比高 噪声低，稳定性好。 1. 仪表放大器 新知学习 一 、数据采集系统的组成 它主要用于微小信号的精确测量。在工业自动控制、多点数据采集系统、 航空及生态研究中，广泛用于传感器信号放大、高阻电桥、光电管、生物电放大及高阻比较器 等各种场合。 1. 仪表放大器 新知学习 一 、数据采集系统的组成 ZF603、ZF604、ZF605 参数性能表 仪表放大器型号 ZF603A/B ZF604 ZF605 参数名称 条件 单位 最小 典型 最大 最小 典型 最大 最小 典型 最大 增益范围 倍 1000 1 — 1000 1 1000 失调电压 G=1000 mV 可调零 可调零 0.2 0.3 输入电流 nA — 50 80 一 50 80 — 30 50 共模抑制比 G=1000 dB 94 100 94 100 — 100 110 输出电流 Vm=±10 V mA 8 10 —— 8 10 — 2 5 — 失调电压温漂 G=1000 μV/℃ 7/2 5 1 增益精度 G=100 % 0.2 0.2 0.1 非线性畸变 G=100 % 0.05 0.05 0.02 大信号带宽 G=1 kHz 25 25 15 输人噪声 G=10000.1～10Hz μV 2 2 1.5 输人阻抗 Ω 10⁸ 10° 10° 输入电压 V ±10 ±10 ±10 外形尺寸 mm 22×22×12 28×28×18 38×38×14 新知学习 一 、数据采集系统的组成 仪表放大器应具有如下性能要求 2. 仪表放大器的选择 01 02 03 (1)低噪声 采用低噪声放大器件并采取有效地减小噪声措施，以免测量信号被淹没在 噪声中。 (2)高稳定性、低漂移 减小温度漂移、防止自激振荡等。 (3)高抗干扰性能 放大器的前级最易受干扰，要尽量减少导线影响，采用调制的方法 和妥善的屏蔽措施等。 新知学习 一 、数据采集系统的组成 仪表放大器应具有如下性能要求 2. 仪表放大器的选择 04 05 06 (4)高输入阻抗 由于传感器输出信号很微弱，要求放大器的接入尽可能对传感器影响 小。特别是当传感器输出阻抗很高时，更要求放大器有高输入阻抗。 (5)高共模抑制比 一方面由于许多被测量本身(如锥度)是差模信号，另一方面由于 许多干扰为共模干扰，因此高共模抑制比有利于提高抗干扰性能。 (6)高线性度 在较大量程内有良好的线性。 新知学习 一 、数据采集系统的组成 仪表放大器应具有如下性能要求 2. 仪表放大器的选择 07 (7)适宜的频率特性 为使放大后的信号不失真，要求它有宽频带。为抑制某些干扰， 又要求它有合适的频带。 仪表放大器应在考虑以上性能要求后进行选择，当然在满足要求时还应考虑价格、生产厂 商的信誉等问题。 新知学习 二 、A/D 转换器的性能指标与选择 (1)分辨率 A/D 转换器的分辨率D 是指输出数字量对输入模拟量变化的分辨能力，利 用它可以决定使输出数码增加(或减少)一位所需要的输入信号最小变化量。分辨率D 可用 A/D 转换器数字信号输出端的位数表示，可写成 1. 性能指标 新知学习 二 、A/D 转换器的性能指标与选择 (2)转换时间 设 A/D 转换器已处于准备就绪状态，从A/D 转换的启动信号 (Start) 加 入时起，到获得数