信号检测与处理电路8.1信号检测系统中的放大电路8.1.1精密仪用放大器1．精密仪用放大器的特点可以看出：放大器的放大能力将随或被测物理量和环境的变化而变化。为保证放大器对不同测试物理量具有稳定的放大倍数，或者说为了降低对放大倍数的影响，就必须使得放大器的输入电阻，越大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就愈小。此外，从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。综上所述，精密仪用放大器除具备足够大的放大倍数外，还应具有高输人电阻和高共模抑制比。2．精密仪用差分放大器电路（1）电路组成和工作原理图8-1所示电路中，由于A1、A2组成了对称的差分式放大电路，因此，可把的中点看成零电位，相当于虚地。这样A1、A2各自构成了同相比例放大电路。故其输出为：第二级A3组成为差分放大电路，因而有：（2）应用举例图8-2温度测量电路图8-1所述测量放大电路中，A1、A2运放特性难以匹配，电阻值也不可能特别精确，因此放大还有一定的误差。目前采用混合集成工艺，可将高性能集成运放和精密电阻都集成在一个单片电路中，使电阻的阻值和运放特性匹配达到极高精度和相对温度的稳定性。常用集成精密测量放大器型号有：LH0036、LH0037、LH0038C、LF352、AD521、AD522；超高精度有：INAl01、IN104；低功耗型：INl02；精密型：LMl63、LM363。数字可控增益：LH0086。低漂移型：3626、3629等。图8-3所示是型号为INA102的集成仪用放大器，图中各电容均为相位补偿电容。第一级电路由A1和A2组成，与图8-1所示电路中的A1和A2对应，第二级电路的电压放大倍数为1。图8-3INA102集成仪用放大器INA102是高精度单片仪表放大器，设计用于低静态功率条件下的信号放大。INA102使用方便，只需简单地选择连接适当的引脚，就可得到增益1（管脚6和7相连）、10（管脚2、6和7相连）、100（管脚3、6和7相连）或1000（管脚4和7，5和6相连）。当要求共模抑制比高于芯片自身共模抑制比时，芯片引脚外部提供调节以满足要求，在输出部分完成平衡滤波。1NA102可用于各种信号源的放大，如应变计量器(重量计的应用)、热电偶、桥路传感器，还可用于远程传感器放大、低电平信号放大、多通道系统、电池供电设备等。INA102的输入电阻可达，共模抑制比为100，输出电阻为，小信号带宽为；当电源电压为时，最大共模输入电压为。8.1.2电荷放大器（8-3）将（8-2）式代入上式可得：在实用电路中，为了减少传感器输出电缆的电容对放大电路的影响，一般常将电荷放大器装在传感器内；而为了防止传感器在过载时有较大的输出，则在集成运放输入端加保护二极管。在数据采集系统中，通常要将连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号，这个过程称为A/D转换。在A/D转换前，需要及时地跟踪采样模拟信号，在A/D转换过程中，需要保持采样值不变，直至A/D转换结束，然后开始下一个采样阶段。实现这种功能的电路叫做采样保持电路(SampleandHold，简称S/H)。1．电路工作原理（a）基本S/H电路（b）相应曲线图8-6基本S/H电路及相应曲线实际采样保持电路中，上述要求是很难实现的。如图8-6（b）图所示，设在时刻，开关闭合，电路进入采样期，输出随着被输入信号充电而逐渐上升，直到时刻才等于，并在以后的时间里继续跟踪输入信号的变化。称为捕捉时间，显然捕捉时间和信号源的输出电阻、模拟开关的导通电阻、保持电容的容量有关。为了使信号源与S/H电路之间有良好的隔离，减小信号源内阻对捕捉时间的影响，通常信号先经一电压跟随器，然后在接入S/H电路，如图8-7所示。图中，A1为输入缓冲器，A2为输出缓冲器，结型场效应管VT为电子开关，是它的控制电压。当时，VD1截止，VT导通，电路工作在采样期；当时，VDl导通而VT截止，电路工作在保持期。在这个电路中，A1、A2各构成跟随器形式，整个电路是开环的，具有较高的工作速度。但是，由于场效应管栅——漏沟道电容将夺取保持电容上的部分电荷，从而造成一定的电压误差。为了提高整个电路的精度，不得不适当地加大的容量，而这又会降低工作速度。图8-7开环型S/H电路在采样期，VT导通，输出电压由于硅二极管的起始导通电压约为0.7V，因此，在用二极管组成的普通整流电路中，当被整流的信号电压在1V以下时，将会产生很大的整流误差，面对小于二极管起始导通电压的交流信号，就无法整流。用二极管和运算放大器组成的精密整流电路，可以克服上述缺点。如图8-9（a）所示电路.在图8-9（a）所示的电路中，设被整流电路为正弦信号将理想二极管电路和加法器结合，就构