电磁流量计前置放大电路
电磁流量计前置放大电路
传感器得到的测量信号很弱，一般为微伏、毫伏级别，要进行精确测量就需要对其进行放大处理。前置放大电路的作用就是把传感器得到的微弱的流量信号放大，同时还可以抑制变送器两电极对地之间存在的同相干扰。前面提到放大电路输入阻抗R和信号源内阻尺。组成分压电路如图2．10。图2．10传感器输入阻抗和信号源内阻关系
为了降低信号源内阻的影响，放大电路要采用高输入阻抗。同时为了解决供电电源干扰耦合到输入回路所带来的工频干扰以及励磁磁场的交变变化所产生的其它干扰(共模干扰)，我们采用差分电路来减少共模干扰的影响。线路如图2．11 该电路特点是一个差分电路，只对两信号差值进行放大，它的差分能力用抑制比来表示。两个输入对地电位相异时的增益和电位相同时的增益之比即称为“抑制比"，理想上抑制比可以无穷大。这样我们就能用这个电路测量传感器两个电极之间的电位，这样两电极对地的干扰电压(同相干扰)可以在放大时受到抑制。综合起来，此电路具有放大放大差模信号、抑制共模信号、输入阻抗高、输出阻抗低、失调小、温漂小、线性好和增益稳定可调等优点。图2．11前置放大电路该电路Fh----个放大器组成。4、A：、R1、R：和RG组成的级放大电路为同相放大电路，该电路实际是两电压跟随器，它们两个反相端由恐相连，具有非常高的输入阻抗，适合放大微信号；R，、R。、R，、R。和A，组成第二级基本差动放大器，它可以消除级的共模信号，整个电路通过对RG的改变来调整放大倍数。按照差模和共模输入的定义，可将巧。和巧：表示为： ，忙％+三％ 协5， L巧：：％一委％ 令运算放大器4、A2、A3的输入失调电压分别为V,ol、V,02、tl,03，A，和彳2 相互失调电压为V,o，失调电流为，，D；其中V,o=V,o。一％：，这样简化得到图2．12。图2．12日IJ置放大电蹯，寺，双电路图1、闭环差模电压增益么玎令v／K=0，假设电路*平衡对称，A。和A2匹配；V,o和110均为零；Rl=R2， R，=R。，R，=R。。由理想运放基本特性■=K得r圪=一等("㈨．{％。一％：刮p(R1+RG+R2) (2-6) L铲万1。i1％_(-吉％)】上式解得理想条件下闭环差模电压增益彳玎： 铲丽Vo=苦一等∽净协7， 由4和A2组成差动输入、差动输出的电压增益A盯。为：由A3和R3、R。、R5、R。组成的差动输入、单端输出电压增益彳玎2： 锄锄：2=酉去最一一蓄鲁(2-9，’ 由上面可以看出，通过对比的调节可以改变放大倍数，而且这样不会改变整个电路的对称性，不会降低共模抑制特性。由式看出整个电路电阻采用精密电阻(例如±O．01％)且温度匹配到小于2ppm／。C时，A咿精度可以达到±0．01％，a断≤5ppm／。C。2、闭环差模输入阻抗R。， ％的中心点是差模信号零电位点，从彳，和A：的同相端看输入闭环差模输入电阻如为： R矿=[R耐l(1+AOdlE)／／R时l】+【R耐2(1+,,40d2E)／／R捃2】(2—10) 其中R埘l、R心：和R七。、R缸2分别为A1、A：的差模输入电阻和共模输入电阻； Aod。、‰：分别是A，、A：的开环差模电压增益；E和E是电压反馈系数。互啦孟1 R=彘p11R ， ^ u Ⅳ =五=—午=而{丁(2·) l+去如削～利k 由于运放有很高的差模输入阻抗，选择合适的运放可以使R，，达1G以上。
3、输入失调特性和温漂
令％=0，只有％作用，设％，=0。由图写出A。、A：的输入偏流k．、，馏： 和整个放大器的输入偏流％、失调电流k分别为： I L队=I IB+三I|o I 2 I ‰叫腰一吉％ (2-12) 一<I <佃=丢(‰+％：) ＼ 110 2 I ml—IIB2 当R3=R4=R5=R6时， Vo=-(Vo．％)-_(1喽肌一％H以(2-15) 上式表明差模输入信号(％一％)的电压增益彳玎=一(1+等) 等效输入电压温漂为： aTo 亟：.aVo盟．一R2 (2-16) 一==.. ●n- A盯a丁aT A盯、7 分析得出，要求运放具有超低失调和超低温漂特性时，应使A。、A：的％。和V,02尽可能小(例如5pV～10／aV)，在温度域使其匹配到7,o=(％l一％2)专0 (例如％≤(5～10)uV，还应使其匹配到％=(，加1一％2)_O(IJo≤O．1nA)。在A盯=1时，R：越大或％越大，输入失调温漂越大，故应选使R。、R：尽可能小。
4、共模抑制特性共模抑制比Kc揪是用来衡量放大器抑制共模信号的一个综合指标，差模电压增益越大，共模电压增益越小，共模抑制能力越好，放大电路性能越好，因此Kc凇越大越好。令％=0，除4、彳：和A，的K=脚，、Kc揪：和K：枷，不是无穷大外，设
4、彳2和A；的其余指标均为理想。作用在放大电路第二级A，输入端的共模电压为％3=ii(％。+Vo：)，其共模输出电压％，为： V03--[彳玎：1．峦磊1+i1]。％s (2_17) 等效到第二级输入端的共模输入误差电压‰，为‰s 2％s‘瓦1忑+i1】(2一18) 按定义得到第二级的共模抑制比为： ‰。=瓦V／c3=二[1=二[ ‘2—19) (Kc懈)R Kc搬3 其中(Kc枷)R是假设Kc凇，=∞时，仅考虑电阻R3、R。、R，、R。间失配的共模抑制比： c‰小矗尝‰ 浯2∞ 上式表明，Kc揪3≥10(Kc黼)R时，第二级放大器的Kc凇。主要受到电阻失配偏差6限定。下面分析图2．12中的K彻。分别求出％通过4、A：在D】、Q点产生的误差分量设加在A：同相端的％=0，则％=0，经4在q点产生电压为： ％·=哪+惫)(1一去) c2乏·， 再设加在同相端％=0，但％经彳：和R：构成电压跟随器得％=％，作用于4反相端，在q产生误差电压为： Vo。：--KR：,(1-去)％(2-22) 得到Dl的共模误差电压为‰·=％·+嵫：=％(1+iRl，瓦i1一旦≠。去) (2-23) 同理，％经彳2、与通过彳l再经过么：在02点所得到的总共模电压为： 协啊啥唧+去。去一警，忐， p24， 由图2．12得整个电路共模误差电压‰为： ‰=瑟：二(‰，+‰z) (2-25) 如果运放4、A2及外部电阻精确匹配，即Kc舰．=Kc舰2、R。=R：=R，上式可化简为： ‰=‰叱(1一去)(2-26) 1 ‰=忐”i1)(2-27) 彳咿。=1+罢，Avy：=0等效到放大器输入端的共模误差电压为： ％2等2杀”去，c‰0)．1(2-28) 放大器的共模抑制比Kc舰为‰=鼍=圭‰o≈Av_nK懈。亿2" Kc凇1 可见，在4、么，及兄、R，精确匹配条件下，放大器的K～。与Kr.．、K～。，无关，仅与级的增益彳玎。和第二级的Kc柳。有关。要提高Kc脚就要Kc褓，、Kc舰2 及R1、R2尽量匹配；要提高Kc凇o，R3、R4与R5、R6也要尽量匹配。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
