当前课程知识点：现代电子系统设计 > 第三章 模拟电路和模数混合电路 > 3.2 信号放大和隔离电路 > 3.2 信号放大和隔离电路
下面讲第三章第二节
信号放大和隔离电路
首先看信号放大电路
那么信号放大电路有几种
其中最简单的就是电压放大电路
也叫电压放大器
由于它可以把输入电压成比例地
放大为输出电压
所以也称它为比例运算电路
比例运算电路有两种
一种是反相比例运算电路
左边那个图所示
一种是同相比例运算电路
右边这个图所示
这两种电路相同的地方
就是它们都通过电阻Rf引入了负反馈
不同的地方
就是它们的输入电压
一个从反相端进去
一个从同相端进去
因此从反相端进去的话
那么输出电压就与输入电压成反相的关系
从同相端进去
那么输入输出就是同相的
由于这两个电路都引入了负反馈
所以我们可以用虚短虚断的方法来分析
对于左边的反相比例运算电路
那么它的输入端用虚短的话
这时候它两个端的电位都是0
另外用虚断的话
那么它的反相端的电流也为0
右边这个用虚断的话
那么它的反相端的电流为0
用虚短的话
那么它的反相端和同相端的电压都是uI
然后根据这个方法
我们计算出来这两个比例运算电路
或者是电压放大电路
它的这个输入输出之间的关系是这个样子
这时候反相电压放大电路
它的输入输出之间是一个反相的关系
这是这两种电压放大电路
怎么样来选择这两种放大电路呢
这时候还要根据它的性能指标来选择
例如输入电阻
对于反相电压放大电路
那么它的输入电阻就是它的输入端的电阻R
而对于同相电压放大电路
由于它的输入端是有虚断的特点
所以这时候的输入电阻就是无穷大
另外对于运放的共模输入电压
左边这个反相的电压放大电路
那么它的运放的两个输入端的电压都是0
所以这时候它的共模输入电压就是0
而右边这个同相电压放大电路
那么它的两个输入端的电压都是uI
所以运放的共模输入电压就是uI
所以在选择的时候
如果希望输入电阻大
就选同相电压放大电路
如果希望运算的精度高
那么就选反相电压放大电路
因为共模输入电压越大
越会影响它的运算的精度
而反相电压放大电路
它的共模输入电压为0
所以运算精度就会比较高
第二种信号放大电路
就是电压到电流的转换电路
一个实用的电压到电流的转换电路
就是豪兰德电流源
我们来看一下它的电路
这个电路通过电阻R2引入了一个负反馈
同时又通过另外三个电阻
引入了一个正反馈
那对于电路工作的时候
如果负反馈它的反馈深度
比正反馈的反馈深度强
那么这时候电路就能够稳定地工作
这时候它可以把输入的电压uI
转换为负载上的电流iO
那我们分析它的这个运算关系的时候
也可以近似利用虚短和虚断的办法来分析
这时候如果四个电阻之间
成一个比例的关系
也就是R2比R1等于R3比R的话
那么这时候iO就等于负的uI比上R
那么这时候就把输入电压uI
成比例地转换为输出的电流iO
这就是一个实用的电压到电流转换电路
接下来第三种是电荷放大器
什么情况下会用到电荷放大器呢
有一些传感器它是电容传感器
比如说压力传感器
那么它可以把一个物理量
也就是压力转换为电荷
那我们就可以用一个电荷放大器
把这个电容传感器输出的电荷
转换为一个输出电压
来看一下这个电路
左边这个代表的是电容传感器Ct
然后电路是由运放和一个反馈电容Cf组成
引入了一个交流的负反馈
假设电容上面积累的电荷是q
那么这时候电容传感器的电压ut
就等于q比上Ct
这时候因为引入了负反馈
我们可以用虚短和虚断的方法来分析电路
运放的反相端有虚断的特点
同时它的电位近似为0
这时候电容传感器上面的电流
就等于Cf上的电流
于是输出电压uo
跟电容传感器的电压ut的比值
就与这两个电容的比值成一定的比例关系
也就是uo等于负的Ct比上Cf乘以ut
将ut带进来
就得到uo等于负的q比上Cf
于是就把电容传感器的电荷q
转换为了输出电压uo
这是一个电荷放大器的例子
接下来我们再看一下隔离放大器
什么情况下要用隔离放大器呢
在一些工业现场它的干扰比较大
可以上百伏甚至上千伏
会对设备或者人体造成伤害
那么这时候就需要用隔离放大器了
隔离放大器可以提供电气的隔离
和电气安全的屏障
隔离放大器通常有两类
一类就是用变压器来实现隔离的
变压器隔离放大器
比如说AD210
我们看这个图
输入信号从左边输入运放A1
然后运放A1的输出
再进入一个叫调制电路的一个电路
那么调制电路将运放的输出
和一个高频的信号进行相乘
就把这个输出信号
载到一个高频的信号上面去
然后再通过变压器耦合
给右边的这个解调电路
解调电路就去除高频的信号
提取出A1的输出信号
然后送给A2进行放大
这时候通过这种变压器隔离的办法
就可以实现电气的隔离
这样的话输入端如果有大的干扰信号
那么不会被传到输出端来
第二种隔离放大器是称为光电隔离放大器
例如ISO100
那么这个隔离放大器
它内部有一个特殊的器件
是光电耦合器件
由发光二极管和光电二极管组成
这时候输入端的信号进入A1放大以后
输出的信号作用在一个发光二极管上面
那么发光二极管发出光
然后光电二极管接收到这个光以后
就把光信号转换为电信号
然后输出给A2的输入端
那这时候A2再进行放大以后输出
于是就通过这种光电耦合器
实现了信号的这个隔离
这就是隔离放大器
感谢您的观看
-课程简介
-1.1 电子系统简介
-1.2 现代电子系统举例
-1.3 现代电子系统的组成
-1.4 现代电子系统设计方法
-第一章 作业
-2.1 传感器定义
-2.2 传感器的分类和性能指标
-2.3 常用传感器介绍
-2.4 常用执行器介绍
-第二章 作业
-3.1 模拟信号处理简介
-3.2 信号放大和隔离电路
-3.3 滤波电路
--3.3 滤波电路
-3.4 运算电路(一)
-3.5 运算电路(二)
-3.6 电压比较器
-3.7 功率放大电路
-3.8 模-数转换器
-3.9 数-模转换器
-第三章 作业
-4.1 直流电源简介
-4.2 线性稳压电源
-4.3 开关稳压电源
-第四章 作业
-5.1 微处理器简介
-5.2 微处理器和片上系统的发展历程
-5.3 微处理器分类
-5.4 微处理器和片上系统举例
-5.5 微处理器和片上系统硬件结构
-5.6 外围接口和设备
-5.7 嵌入式软件开发方法
-5.8 嵌入式操作系统
-5.9 外围设备应用程序开发简介
-第五章 作业
-6.1 TM4C123 简介
-6.2 TM4C123 实验板
-6.3 TM4C123 软件开发
-6.4 TM4C123 实验举例
-第六章 作业
-7.1 PSoC简介
-7.2 PSoC实验板
-7.3 PSoC软件开发
-7.4 PSoC实验举例
-第七章 作业
-8.1 FPGA简介
-8.2 FPGA的发展趋势
-8.3 FPGA的特点
-8.4 FPGA的结构
-8.5 FPGA结构举例
-8.6 FPGA设计工具和方法
-8.7 QuartusⅡ集成开发环境
-8.8 DE2-115实验平台简介
-8.9 Verilog硬件设计语言
-- 8.9.8 设计仿真
-8.10 数字电路设计与仿真举例
-第八章 作业
-9.1 SOPC简介
-9.2 Nios II 微处理器简介
-9.3 Avalone总线简介
-9.4 SOPC设计方法简介
-9.5 SOPC设计举例
-- 9.5.1 设计内容
-9.6 Nios II 软件设计
-第九章 作业
-10.1 实验内容与要求
-10.2 实验设备与器材
-10.3 注意事项与调试方法
-10.4 实验结果展示
-第十章 作业
-期末考试
--期末考试
