電磁流量計前置放大電路

電磁流量計前置放大電路
    傳感器得到的測量信號很弱，一般為微伏、毫伏級別，要進行精確測量就需要對其進行放大處理。前置放大電路的作用就是把傳感器得到的微弱的流量信號放大，同時還可以抑制變送器兩電極對地之間存在的同相干擾。前面提到放大電路輸入阻抗R和信號源內阻尺。組成分壓電路如圖2．10。圖2．10傳感器輸入阻抗和信號源內阻關系
    為了降低信號源內阻的影響，放大電路要采用高輸入阻抗。同時為了解決供電電源干擾耦合到輸入回路所帶來的工頻干擾以及勵磁磁場的交變變化所產生的其它干擾(共模干擾)，我們采用差分電路來減少共模干擾的影響。線路如圖2．11 該電路特點是一個差分電路，只對兩信號差值進行放大，它的差分能力用抑制比來表示。兩個輸入對地電位相異時的增益和電位相同時的增益之比即稱為“抑制比"，理想上抑制比可以無窮大。這樣我們就能用這個電路測量傳感器兩個電極之間的電位，這樣兩電極對地的干擾電壓(同相干擾)可以在放大時受到抑制。綜合起來，此電路具有放大放大差模信號、抑制共模信號、輸入阻抗高、輸出阻抗低、失調小、溫漂小、線性好和增益穩定可調等優點。圖2．11前置放大電路該電路Fh----個放大器組成。4、A：、R1、R：和RG組成的級放大電路為同相放大電路，該電路實際是兩電壓跟隨器，它們兩個反相端由恐相連，具有非常高的輸入阻抗，適合放大微信號；R，、R。、R，、R。和A，組成第二級基本差動放大器，它可以消除級的共模信號，整個電路通過對RG的改變來調整放大倍數。按照差模和共模輸入的定義，可將巧。和巧：表示為： ，忙％+三％ 協5， L巧：：％一委％ 令運算放大器4、A2、A3的輸入失調電壓分別為V,ol、V,02、tl,03，A，和彳2 相互失調電壓為V,o，失調電流為，，D；其中V,o=V,o。一％：，這樣簡化得到圖2．12。圖2．12日IJ置放大電蹯，寺，雙電路圖1、閉環差模電壓增益么玎令v／K=0，假設電路*平衡對稱，A。和A2匹配；V,o和110均為零；Rl=R2， R，=R。，R，=R。。由理想運放基本特性■=K得r圪=一等("㈨．{％。一％：刮p(R1+RG+R2) (2-6) L鏟萬1。i1％_(-吉％)】上式解得理想條件下閉環差模電壓增益彳玎： 鏟麗Vo=苦一等∽凈協7， 由4和A2組成差動輸入、差動輸出的電壓增益A盯。為：由A3和R3、R。、R5、R。組成的差動輸入、單端輸出電壓增益彳玎2： 鋤鋤：2=酉去最一一蓄魯(2-9，’ 由上面可以看出，通過對比的調節可以改變放大倍數，而且這樣不會改變整個電路的對稱性，不會降低共模抑制特性。由式看出整個電路電阻采用精密電阻(例如±O．01％)且溫度匹配到小于2ppm／。C時，A咿精度可以達到±0．01％，a斷≤5ppm／。C。2、閉環差模輸入阻抗R。， ％的中心點是差模信號零電位點，從彳，和A：的同相端看輸入閉環差模輸入電阻如為： R礦=[R耐l(1+AOdlE)／／R時l】+【R耐2(1+,,40d2E)／／R捃2】(2—10) 其中R塒l、R心：和R七。、R缸2分別為A1、A：的差模輸入電阻和共模輸入電阻； Aod。、‰：分別是A，、A：的開環差模電壓增益；E和E是電壓反饋系數。互啦孟1 R=彘p11R ， ^ u Ⅳ =五=—午=而{丁(2·) l+去如削～利k 由于運放有很高的差模輸入阻抗，選擇合適的運放可以使R，，達1G以上。
   3、輸入失調特性和溫漂
   令％=0，只有％作用，設％，=0。由圖寫出A。、A：的輸入偏流k．、，餾： 和整個放大器的輸入偏流％、失調電流k分別為： I L隊=I IB+三I|o I 2 I ‰叫腰一吉％ (2-12) 一<I <佃=丟(‰+％：) ＼ 110 2 I ml—IIB2 當R3=R4=R5=R6時， Vo=-(Vo．％)-_(1嘍肌一％H以(2-15) 上式表明差模輸入信號(％一％)的電壓增益彳玎=一(1+等) 等效輸入電壓溫漂為： aTo 亟：.aVo盟．一R2 (2-16) 一==.. ●n- A盯a丁aT A盯、7 分析得出，要求運放具有超低失調和超低溫漂特性時，應使A。、A：的％。和V,02盡可能小(例如5pV～10／aV)，在溫度域使其匹配到7,o=(％l一％2)專0 (例如％≤(5～10)uV，還應使其匹配到％=(，加1一％2)_O(IJo≤O．1nA)。在A盯=1時，R：越大或％越大，輸入失調溫漂越大，故應選使R。、R：盡可能小。
   4、共模抑制特性共模抑制比Kc揪是用來衡量放大器抑制共模信號的一個綜合指標，差模電壓增益越大，共模電壓增益越小，共模抑制能力越好，放大電路性能越好，因此Kc凇越大越好。令％=0，除4、彳：和A，的K=腳，、Kc揪：和K：枷，不是無窮大外，設
   4、彳2和A；的其余指標均為理想。作用在放大電路第二級A，輸入端的共模電壓為％3=ii(％。+Vo：)，其共模輸出電壓％，為： V03--[彳玎：1．巒磊1+i1]。％s (2_17) 等效到第二級輸入端的共模輸入誤差電壓‰，為‰s 2％s‘瓦1忑+i1】(2一18) 按定義得到第二級的共模抑制比為： ‰。=瓦V／c3=二[1=二[ ‘2—19) (Kc懈)R Kc搬3 其中(Kc枷)R是假設Kc凇，=∞時，僅考慮電阻R3、R。、R，、R。間失配的共模抑制比： c‰小矗嘗‰ 浯2∞ 上式表明，Kc揪3≥10(Kc黼)R時，第二級放大器的Kc凇。主要受到電阻失配偏差6限定。下面分析圖2．12中的K徹。分別求出％通過4、A：在D】、Q點產生的誤差分量設加在A：同相端的％=0，則％=0，經4在q點產生電壓為： ％·=哪+憊)(1一去) c2乏·， 再設加在同相端％=0，但％經彳：和R：構成電壓跟隨器得％=％，作用于4反相端，在q產生誤差電壓為： Vo。：--KR：,(1-去)％(2-22) 得到Dl的共模誤差電壓為‰·=％·+嵫：=％(1+iRl，瓦i1一旦≠。去) (2-23) 同理，％經彳2、與通過彳l再經過么：在02點所得到的總共模電壓為： 協啊啥唧+去。去一警，忐， p24， 由圖2．12得整個電路共模誤差電壓‰為： ‰=瑟：二(‰，+‰z) (2-25) 如果運放4、A2及外部電阻精確匹配，即Kc艦．=Kc艦2、R。=R：=R，上式可化簡為： ‰=‰叱(1一去)(2-26) 1 ‰=忐”i1)(2-27) 彳咿。=1+罷，Avy：=0等效到放大器輸入端的共模誤差電壓為： ％2等2殺”去，c‰0)．1(2-28) 放大器的共模抑制比Kc艦為‰=鼉=圭‰o≈Av_nK懈。億2" Kc凇1 可見，在4、么，及兄、R，精確匹配條件下，放大器的K～。與Kr.．、K～。，無關，僅與級的增益彳玎。和第二級的Kc柳。有關。要提高Kc腳就要Kc褓，、Kc艦2 及R1、R2盡量匹配；要提高Kc凇o，R3、R4與R5、R6也要盡量匹配。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：