(10)模拟调理电路和测量系统
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些信号调理电路是指将待测信号进行放大、滤波、调节等处理，并将其转换为适合模拟或数字处理的形式的电路。
在仪器仪表中，信号调理电路起着至关重要的作用，可以有效地提取和处理信号，确保测量结果的准确性和可靠性。
本文将从信号调理电路的定义、原理、分类和在仪器仪表中的应用等方面进行探讨。
一、信号调理电路的定义信号调理电路是一种专门用于放大、滤波、调节信号的电路。
它可以对原始信号进行采样、放大、滤波、线性化等处理，以使信号具备更好的稳定性、准确性和可靠性。
二、信号调理电路的原理信号调理电路的原理基于电子元器件的特性和电路设计的原则。
其中，放大电路利用放大器放大信号的幅值，使得信号能够足够强大以便于后续处理；滤波电路通过选择性地通过或阻断不同频率的信号，去除噪声和无用的信号成分；调节电路通过改变电压、电流或其他信号的特性，使得信号适应处理的要求。
这些原理的综合运用，能够有效地处理各种类型的信号。
三、信号调理电路的分类根据信号的性质和处理要求，信号调理电路可分为放大电路、滤波电路和调节电路等多种类型。
1. 放大电路：放大电路主要用于增加信号的幅值，使得信号能够达到合适的水平以便于后续处理。
常见的放大电路包括电压放大电路、电流放大电路和功率放大电路等。
2. 滤波电路：滤波电路用于去除信号中的噪声和无用成分，以保留所需的信号。
根据滤波特性的不同，滤波电路可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 调节电路：调节电路根据需要改变信号的某些特性，例如调节电压、频率、相位等。
它可以用于校准、线性化和调整信号的参数等。
四、信号调理电路在仪器仪表中的应用信号调理电路广泛应用于各种仪器仪表中，以提高测量系统的性能并满足特定的应用要求。
以下列举几个典型的应用案例：1. 传感器信号调理：传感器常常输出微弱的信号，容易受到噪声和干扰的影响。
通过对传感器信号进行放大、滤波和线性化等处理，可以提高信号质量，减小误差并增强测量系统的稳定性。
模拟信号调理与处理电路设计
音频信号调理与处理电路设计
音频信号调理与处理电路概述
音频信号调理与处理电路是用于改善音频信号质量、增强音频效果并确保音频设备正常工 作的电路。
音频信号调理电路
包括前置放大器、滤波器、均衡器和压缩器等，用于调整音频信号的幅度、频率和动态范 围，以满足后续处理或播放的需求。
音频信号处理电路
包括效果器、混响器和均衡器等，用于添加特效、调整音色和改善音质，以提供更好的听 觉体验。
视频信号调理与处理电路设计
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视频信号调理与处理电路概述
视频信号调理与处理电路是用于改善视频信号质 量、增强视频效果并确保视频设备正常工作的电 路。
视频信号调理电路
包括同步分离器、行场再生电路和钳位电路等， 用于恢复和调整视频信号的同步和幅度，以确保 图像的稳定性和清晰度。
视频信号处理电路
包括彩色校正器、亮度/对比度调整器和噪声抑 制器等，用于调整色彩、亮度和对比度，以及降 低噪声和改善画质。
用于固定和连接被测电路，确保测试过程 中的稳定性和可靠性。
测试方法与步骤
电源供电
为模拟信号调理与处理电路提供稳定的电源，确 保电路正常工作。
输出信号测量
使用示波器等测量仪器，对调理与处理后的输出 信号进行测量，记录相关数据。
ABCD
输入信号设置
根据需要设置输入信号的频率、幅度等参数，以 测试不同条件下的电路性能。
模块化设计
将模拟信号调理与处理电路划分为多个独立的功能模块，便于模块间 的组合和替换，提高设计的灵活性和可维护性。
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信号噪声抑制
01
噪声抑制
通过技术手段降低信号中的噪声成 分，提高信号质量。
什么是模拟电路它有哪些常见的应用
什么是模拟电路它有哪些常见的应用什么是模拟电路，它有哪些常见的应用模拟电路是一门研究与设计电子电路中使用的模拟信号的学科。
相对于数字电路，模拟电路处理的是连续变化的信号，而数字电路则处理离散变化的信号。
模拟信号可以是声音、图像、电压、电流等连续变化的波形。
模拟电路广泛应用于各种电子设备和系统中，包括通信系统、音频设备、测量仪器以及控制系统等。
下面将详细介绍模拟电路的一些常见应用。
1. 通信系统中的模拟电路通信系统中，模拟电路用于信号的调制与解调、放大与滤波等处理。
在手机、电视、广播等通信设备中，模拟电路起到了关键的作用。
例如，调制与解调电路用于将音频或视频信号转换为适合传输的高频信号，使其可以通过天线或电缆传输。
放大电路可以增加信号的强度，确保信号在传输中不会失真。
滤波电路可以去除无用频率成分，使信号更加纯净。
2. 音频设备中的模拟电路音频设备如音响、耳机、麦克风等都使用了模拟电路。
放大器是音频设备中最常见的模拟电路之一，用于放大音频信号，提供足够的音量。
均衡器则用于调节音频信号的音调，使其更加丰富和平衡。
滤波器则用于去除杂音和回声，提升音频质量。
此外，音频设备中还常常使用模拟开关电路、混音电路等。
3. 测量仪器中的模拟电路测量仪器如示波器、万用表、信号发生器等中大量应用了模拟电路。
示波器中的放大器和滤波器用于放大和滤波待测信号，以便观察波形。
万用表中的放大器和采样电路用于测量电压、电流和阻抗等物理量。
信号发生器则用于产生各种频率、幅度和波形的信号，以供其他电路进行测试和校准。
4. 控制系统中的模拟电路控制系统中的模拟电路用于实现信号的采集、处理和控制。
例如，传感器将物理量转化为模拟电信号，然后经过调理电路处理后，输入到控制器进行分析和判断，最终控制执行器对被控对象进行操作。
在工业自动化、家庭自动化、机器人等领域，模拟电路在控制系统中起到了至关重要的作用。
总结起来，模拟电路在通信系统、音频设备、测量仪器以及控制系统等领域都有广泛的应用。
信号调理电路
信号调理电路信号调理电路就是信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。
是指利用内部的电路，如滤波器、转换器、放大器等来改变输入的讯号类型并输出。
在实际应用中工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC）的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟－数字转换器（ADC）的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号－噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压（即将被数字化的）超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。
5.过滤滤波器在一定的频率范围内去处不希望的噪声。
什么是电路中的信号调理
什么是电路中的信号调理电路中的信号调理（Signal Conditioning），是指对输入的原始信号进行处理和调整，使其适应于目标设备或系统的工作要求。
在电子领域中，信号调理是实现电路或系统中准确、稳定地传输和处理信号的重要环节。
一、信号调理的作用信号调理在电路和系统中扮演着至关重要的角色。
其主要作用包括：1. 放大信号：通过信号调理可以放大输入信号的幅度，以提高其强度和可靠性。
在许多应用中，输入信号往往非常微弱，需要经过放大才能达到目标设备的工作范围。
2. 滤波：信号调理可以去除输入信号中的噪音和干扰，提高信号的纯度和稳定性。
滤波器的使用可以选择性地通过特定频率范围的信号，同时阻止其他频率范围的信号。
3. 线性化：对于非线性信号，信号调理可以通过一定的算法或函数将其转换为线性信号，简化信号的处理和分析过程，提高系统的准确性和可靠性。
4. 偏置和校准：信号调理可以对输入信号进行偏置和校准，使其适应目标设备或系统的工作要求。
通过对信号的偏置和校准，可以消除由于传感器不精确或环境变化等因素引起的误差。
5. 传输和接口：信号调理可以将信号从一个设备传输到另一个设备，或将信号与其他设备进行接口连接。
适当的信号调理可以确保信号的传输质量和可靠性，同时避免信号在传输过程中的降噪和衰减。
二、常见的信号调理技术1. 放大器：放大器是最常见的信号调理元件之一，可用于增加信号的幅度。
根据应用的需要，可以选择不同类型的放大器，如运算放大器（Operational Amplifier）和差分放大器（Differential Amplifier）等。
2. 滤波器：滤波器用于去除输入信号中的噪音和干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 数字转模拟转换器（DAC）和模拟转数字转换器（ADC）：DAC 和ADC用于模拟信号和数字信号之间的转换。
DAC将数字信号转换为模拟信号，而ADC则将模拟信号转换为数字信号。
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
分布式的特点是每一路信号都有一个S／H和A/D,因而也不再需要模拟多路切换器MUＸ。每一个S/H和A/Ｄ只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
答:
据题知， ， ,代入公式(2－１－38）计算得该地震仪的A/D转换器的转换周期为 ,为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms,则信号道数应减小为 ，否则Ａ/D转换器就转换不过来。
据题知, , ,代入公式(2-1－17）计算得C=5，将C=5和ＴS=１mｓ代入公式(2-１－1７）计算得,抗混叠滤波器截止频率应减小为 ，将 代入公式(2-1-１8)计算得 ，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到２50Hz,因而,可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率,将 代入公式(2-1-1８）计算得 ,使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在１25Ｈｚ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高,这就使减少采样周期的优越性发挥不出来。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器；
②MUX选用Roｎ极小、Rｏｆf极大的开关管;
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式(2-1-５1）,减少MＵX输入端并联的开关数N,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因N＝１代入公式(2－1-51)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么？
3、图2-1-14（a)所示采集电路结构只适合于什么情况？为什么？
答:
图2-1-１4(a) 所示采集电路仅由A/Ｄ转换器和前面的模拟多路切换器MUＸ构成,只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。因为恒定信号不随时间变化,无须设置S／H, 各点基本相同的信号无需设置PＧA。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
现代检测技术
现代检测技术(专升本)综合测试1总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 一般说来，电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关，示值范围大的分辨力和示值精确度将相应降低。
(1分)正确错误参考答案：正确解题思路：2. 一般情况下，物性型传感器的响应时间比结构型传感器短。
(1分)正确错误参考答案：正确解题思路：3. 提高准确度，就是要减少或消除仪器的系统误差。
(1分)正确错误参考答案：错误解题思路：4. 二阶检测装置的阻尼比越大其动态响应越快。
(1分)正确错误参考答案：错误解题思路：5. BOD是指由于水中的好氧生物的繁殖或呼吸作用，水中所含的有机物被微生物生化降解时所消耗溶解氧的量。
(1分)正确错误参考答案：正确解题思路：(1). : 气体污染物固体污染物变极距型电容传感器(2). 参考答案: 变介电常数型电容传感器8. 光纤传感器与常规传感器相比有特点：（1）抗电磁干扰能力强；___(5)___ ；（3）质量轻、体积小；___(6)___ 。
(2分)(1). 参考答案: 灵敏度高(2). 适于遥测(2). 参考答案: 仪器分析法10. 安全检测的任务是为___(9)___ 和___(10)___ 有效实施提供丰富、可靠的安全因素信息。
(2分)(1). 参考答案: 安全管理决策(2). 参考答案: 安全技术11. 按误差出现的规律划分误差可分为：___(11)___ 、渐变误差、___(12)___ 、粗大误差(2分)(1). 参考答案: 系统误差(2). 参考答案随机误差(1). 粉尘云发生装置(2). 参考答案: 能否造成均匀的粉尘云13. 测量系统的动态特性用数学模型来描述，主要有三种形式：___(15)___ 、②复频域中的传递函数、___(16)___ 。
(2分)(1). 参考答案: 时域中的微分方程(2). 频率域中的频率特性(2). 参考答案: 动态特性15. 热电势：由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势所组成。
计算机控制技术题库(附答案).
计算机控制技术练习题（附答案）一、填空题（每空2分，共20分）1．闭环负反馈控制的基本特征是。
2．闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母。
3．惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按变化。
4．静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度。
5．系统的相稳定裕度γM，定义为开环频率特性在截止频率ωc处。
6．离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。
7．零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性φ(ω)= 。
8．若已知闭环系统自然频率为ωn，经验上，采样频率ωs应取。
9．通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。
10．为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入。
二、选择题(每题2分，共10分)1．在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。
A 增大；B 减小；C 不变。
2．控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差。
A 较大；B 较小；C 相当。
3．某系统的Z传递函数为G(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ，可知该系统是。
A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。
4．若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为环节。
A 积分；B 微分；C 惯性。
5．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应传感器的精度。
A 大于；B 小于；C 等于。
三、简答题（每小题5分，共20分）1．图1为水箱水位自动控制系统，试说明基本工作原理。
图12．已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少?3．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。
4．试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信号。
四、（10分）已知单位负反馈系统开环传递函数为G(s)=ωn 2/s(s+2ζωn )实测求得单位阶跃响应的σ%=4.3%，t s =2.5秒，试写出闭环传递函数并求ωn ，ζ为多少。
传感器与自动检测技术习题参考答案
第一章习题参考解1.1 什么是传感器？传感器特性在检测系统中起什么作用？答：传感器（Transducer/sensor）的定义为：“能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器的基本特性是指传感器的输入—输出关系特性，是传感器的内部结构参数作用关系的外部特性表现。
不同的传感器有不同的内部结构参数，这些内部结构参数决定了它们具有不同的外部特性。
对于检测系统来说存在有静态特性和动态特性。
一个高精度的传感器，必须要有良好的静态特性和动态特性，从而确保检测信号（或能量）的无失真转换，使检测结果尽量反映被测量的原始特征。
1.2 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成，组成框图如图所示。
敏感元件——感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件，如膜片和波纹管，可以把被测压力变成位移量。
若敏感元件能直接输出电量（如热电偶），就兼为传感元件了。
还有一些新型传感器，如压阻式和谐振式压力传感器、差动变压器式位移传感器等，其敏感元件和传感器就完全是融为一体的。
变换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。
它可以直接感受被测量（一般为非电量）而输出与被测量成确定关系的电量，如热电偶和热敏电阻。
传感元件也可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。
例如差动变压器式压力传感器，并不直接感受压力，而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量，然后输出电量。
一般情况下使用的都是这种传感元件。
信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。
信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类，常用的电路有电桥、放大器、振荡器和阻抗变换器等。
1.3 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入—输出关系。
模拟电子电路基础
03
基本模拟电路
放大器
总结词
放大器是模拟电子电路中的基本元件，用于放大输入信号的幅度。
详细描述
放大器通过使用三极管、场效应管等器件，将输入信号的幅度放大，以满足后续电路或应用的需求。 根据工作原理和应用需求，有多种不同类型的放大器，如电压放大器、电流放大器和功率放大器等。
滤波器
总结词
滤波器用于筛选信号中的特定频率成分 ，抑制不需要的频率成分。
稳压电源
总结词
稳压电源是一种将电压稳定在特定值附近的电源电路。
详细描述
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。通过调节输出电压的 反馈和控制电路，稳压电源能够将输出电压稳定在设定值附近，为电子设备提供稳定的
供电。
04
模拟电路分析方法
线性与非线性分析
线性分析
非线性分析
适用于小信号分析，电路中元件的电压和电 流关系呈线性，可以使用叠加原理进行计算。
适用于大信号分析，电路中元件的电压和电 流关系呈非线性，需要使用非线性方程进行 计算。
交流与直流分析
交流分析
研究电路在交流信号下的工作状态，主要考 虑电路的阻抗、感抗和容抗等参数。
直流分析
研究电路在直流信号下的工作状态，主要考 虑电路的电阻、电流和电压等参数。
瞬态与稳态分析
要点一
瞬态分析
研究电路在输入信号变化时的工作状态，主要考虑电路的 动态过程和响应时间。
课程目标
01
掌握模拟电子电路的基本概念、原理和分析方法。
02
学会使用电子测量仪器进行实验和测量。
03
培养学生对模拟电子电路的实践能力和创新思维。
02
电子元件基础
电阻
信号调理电路工作原理与应用
信号调理电路工作原理与应用电子设备中常常需要对各种信号进行调理，以便在后续处理中能够得到准确而可靠的结果。
信号调理电路作为一种重要的功能模块，起到了连接传感器和信号处理器之间的桥梁作用。
本文将深入探讨信号调理电路的工作原理和应用。
一、工作原理1. 信号调理电路的基本组成信号调理电路通常由模拟信号调理和数字信号调理两部分组成。
模拟信号调理：主要包括信号放大、滤波、放大器等模块。
其中，信号放大模块负责将微弱的传感器信号放大到适合后续处理器的输入幅度。
滤波模块则用于滤除噪声和不希望的频率成分，以保留感兴趣的信号。
另外，放大器模块还可以对信号进行增益的调节，以适应不同的输入信号强度。
数字信号调理：数字信号调理主要包括模数转换（A/D转换）、数字滤波、数字放大器等模块。
其中，模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，以方便数字处理。
数字滤波器则可对采样后的信号进行滤波处理，以去除噪声和不需要的频率分量。
数字放大器则可对信号进行数字放大，以适应后续处理器的输入要求。
2. 信号调理电路的工作原理信号调理电路的工作原理可以概括为以下几个步骤：(1) 传感器感知环境中的物理量，并产生微弱的模拟信号。
(2) 模拟信号经过信号放大模块，进行放大处理，使其达到适合后续处理器的输入幅度。
(3) 放大后的信号经过滤波模块，滤除噪声和不需要的频率分量，保留感兴趣的信号。
(4) 经过模拟信号调理后，信号可进一步经过A/D转换，转换为数字信号。
(5) 数字信号经过数字滤波、数字放大器等模块的处理后，变得更加准确和可靠，以便后续的数字处理。
二、应用领域信号调理电路广泛应用于各种领域，例如：1. 传感器信号处理传感器广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗器械等领域。
而信号调理电路可以将传感器输出的微弱信号放大、滤波，以保证传感器信号的准确性和稳定性。
2. 无线通信系统无线通信系统中的信号调理电路用于放大和滤波接收到的信号，以提高信号质量和通信距离。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
工程测试技术答案（第三版）孔德仁主编
⼯程测试技术答案（第三版）孔德仁主编第1章测量的基础知识书本：1-1.欲使测量结果具有普遍科学意义的条件是什么答：①⽤来做⽐较的标准必须是精确已知的，得到公认的；②进⾏⽐较的测量系统必须是⼯作稳定的，经得起检验的。
1-2.⾮电量电测法的基本思想是什么答：基本思想：⾸先要将输⼊物理量转换为电量，然后再进⾏必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。
1-3.什么是国际单位制其基本量及其单位是什么答：国际单位制是国际计量会议为了统⼀各国的计量单位⽽建⽴的统⼀国际单位制，简称SI，SI制由SI单位和SI单位的倍数单位组成。
基本量为长度、质量、时间、电流强度、热⼒学温度、发光强度，其单位分别为⽶、千克、秒、安培、开尔⽂、坎德拉、摩尔。
1-4.⼀般测量系统的组成分⼏个环节分别说明其作⽤答：⼀般测量系统的组成分为传感器、信号调理和测量电路、指⽰仪器、记录仪器、数据处理仪器及打印机等外部设备。
传感器是整个测试系统实现测试与⾃动控制的⾸要关键环节，作⽤是将被测⾮电量转换成便于放⼤、记录的电量；中间变换（信号调理）与测量电路依测量任务的不同⽽有很⼤的伸缩性，在简单的测量中可完全省略，将传感器的输出直接进⾏显⽰或记录；信号的转换（放⼤、滤波、调制和解调）；显⽰和记录仪器的作⽤是将中间变换与测量电路出来的电压或电流信号不失真地显⽰和记录出来；数据处理仪器、打印机、绘图仪是上述测试系统的延伸部分，它们能对测试系统输出的信号作进⼀步处理，以便使所需的信号更为明确。
1-5.举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么答：⽆需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量，可分为直接⽐较和间接⽐较两种。
直接将被测量和标准量进⾏⽐较的测量⽅法称为直接⽐较；利⽤仪器仪表把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另⼀种物理量的变化，并以⼈的感官所能接收的形式，在测量系统的输出端显⽰出来，弹簧测⼒。
间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的⼤⼩。
bms高压采样电路电压
bms高压采样电路电压
BMS（电池管理系统）的高压采样电路用于监测电池组的电压。
在电动汽车、电动工具和其他需要电池供电的设备中，BMS的高压采样电路起着至关重要的作用。
这个电路通常设计用来监测电池组的总体电压，以及单个电池模块或电池单体的电压。
高压采样电路的电压范围通常取决于所使用的电池类型和应用需求。
例如，在电动汽车中，电池组的总体电压可能在200至400伏之间，而在其他应用中可能会有所不同。
因此，高压采样电路需要能够稳定可靠地工作在这样的高电压范围内。
这种电路通常包括电压分压器、模拟信号调理电路和模数转换器（ADC）。
电压分压器用于将高电压降低到微控制器或其他电子设备可以接受的范围内，同时保持电压测量的准确性。
模拟信号调理电路用于滤波和放大信号，以确保准确的电压测量。
最后，模数转换器将模拟电压信号转换为数字信号，以便微控制器或其他数字系统进行处理。
另外，高压采样电路还需要考虑安全性和隔离性。
由于高压环境下存在安全隐患，因此这些电路通常需要具有电气隔离和安全隔
离功能，以确保操作人员和设备的安全。
总的来说，BMS的高压采样电路需要能够稳定可靠地工作在特定的高压范围内，并且需要具备准确性、安全性和隔离性。
这些特性对于确保电池系统的安全性和性能至关重要。
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高速运放有较高的SR，用于大脉冲信号延时小； 宽带运放用于高频小信号的放大。
集成运放的输出特性参数
(1)．输出电压的摆幅
集成运放的输出电压范围总是在运放的正负电源电压所规定的上下限 以内。早期产品的最高输出正电压VOH和最低的输出VOL一般距离其正负 电源电压有一段小“距离”。这个“距离”主要是由于其推挽输出电路 中的上拉管和下拉管的压降造成的，例如ADI的低成本仪表放大器 AD620A的最高输出电压为比正电源电压低1.2V，而最低输出电压比负 电源电压高1.1V。
多点接地的地电位差引起的共模分量UG
电容耦合造成共模信号
静电场耦合引起共模电压
仪表放大器
三运放仪表放大电路（测量放大器）
VIN1 A1 VA=(1+R1/0.5RG)VIN1 A
R2
D
R3
I=0
R1 RG R1
VA-VB
Output A3
VINΒιβλιοθήκη I=0R2 R3Reference VREF
VIN2
集成运放的动态响应指标
2. 转换速率(电压摆率)SR(V/us)：
运算放大器在额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时 ，输出电压的最大变化速率(Slew Rate)。该指标以阶跃响应的上 升速率来反映放大电路响应快速变化信号的能力。 例如OP07的电压摆率为0.3V/μs而OPA637的SR=135 V/μs ， 明显比OP07快。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于 集成运放的 SR 值，否则输出电压会因集成运放来不及响应而产生 畸变。
A2 C B VB=(1+R1/0.5RG)VIN2
三运放仪表放大电路分析
， Reference端接VREF时，由于A3 的两个输入电流近似为零，有：
VIN1 A1
VA=(1+R1/0.5RG)VIN1 A
R2
VA VD R2 V B VC R2
V D V out R3 V C V REF R3
• 中间级：进一步放大和相位补偿。补偿电容防止闭环应用出现自激
振荡。
运放性能指标-输入失调指标
1.输入失调电压input offset voltage 为使运算放大器输出端为0V所需加于两输入端间的补偿电 压。输入失调电压的大小主要就反应了该集成运放内部差 分电路参数的不对称或不平衡程度。 2.输入失调电流input offset current 放大器两个输入端偏置电流之差即为输入失调电流。
其它要求对称的参数的失配同样会影响差分放大电路抑制共模信号的能 力，如从运放两个输入端看出去的信号源内阻抗不平衡就常常导致某些放 大电路虽然采用了共模抑制性能优异的集成运放，但放大电路的共模抑制 性能远远达不到集成运放的共模抑制性能。
集成运放的动态响应指标
1. -3dB带宽和单位增益带宽
• -3dB带宽是指集成运放在小电压信
• 共模抑制分析
差模输入： 共模输入：
VIN＝(V+-V-) VCM＝(V++V-)/2
仪表放大器原理和特性分析
• 共模抑制分析
仪表放大器原理和特性分析
• 差分放大器实现共模抑制
作用: 放大 差分信号的同时抑制共模信号。 缺点： 同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不 相等。 （在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 kΩ， 而VIN2同相输入阻 抗等于反相输入阻抗的两倍，即 200 kΩ)
仪表放大器原理和特性分析
• 测量放大器的共模抑制
仪表放大器主要用途
仪表放大器的主要用途是放大噪声环境中传感 器输 出的弱信号。 • 电桥（基于电阻应变片压力测量，基于热电阻的温度测 量等） • 热电偶 • 霍尔传感器 • 双恒流源电路
典型集成仪表（仪用）放大器
号输入条件下开环增益幅频特性从直流 增益下降到-3dB（对应的电压放大倍 数为0.707）时所对应的频率范围。
• 不同电压增益下该增益与带宽的乘积
为一个常数，称为增益带宽积（Gain Bandwidth Product）。它实际上就 等于单位增益下的带宽，如AD620的 单位增益带宽为1000kHz。
（2）输出电流 按照集成运放的输出电流的流向不同，分为灌电流(source current)和拉电流（sink current），前者是指电流由集成运放通过输 出管脚流向外部电路，而拉电流则相反。除非特别申明具有大电流输出 特性，一般运放的输出电流的极限在10-20mA，但长期工作的输出电流 则在几个mA。
Reference端的使用
•
Reference在一般的应用中接电源地，但当后级为单极性的A/D 转换器时，Reference端接A/D转换器的参考电压，可以给输出 电压加上一个恒定的偏置电压，从而允许放大电路的输入VIN为 双极性的信号，这大大简化了交流电气量的A/D转换前级的放大 电路的设计。
V out (1
种类繁多
区别何在? 如何选择? 理解重要的技术参数是关键.
•
比较器 (82) 仪表放大器 (31) • • 单电源 (17) 双电源 (12)
差动放大器 (25) 可编程增益放大器 (11) 隔离放大器 (3) 特殊功能放大器 • • 跨导放大器 (3) 对数放大器 (7)
•
• •
多路复用器 (4)
高精度运放的实质-低失调
提高运放精度的手段:
原理不变，改进IC生产工艺，使差分电路更趋平衡;
如uA741-LM324-Op07分别是各自时期的典型代表, 输 入失调都有不同程度的改进。
辅以外部调零,尽可能克服输入失调
• 外设调零电位器，补偿输入差分电路的不平衡 • 缺点: 静态调零， 无法解决失调的温漂。
乘法器 (1) PWM 功率驱动器 (16)
可变增益放大器 (21)
集成运放典型产品性能指标
运放 类型 典型运放产品 输入失 调电压 输入偏 置电流 输入 电阻 DC CMRR -3db带宽 (Gain=1)
通用型 低失调型 斩波型 高阻抗型 高速型 仪表型 差分型
uA741 OP-07 ICL7650 CA3140 AD8033 AD623 AD8210
2 R1 RG
)
R3 R2
(V IN 1 V IN 2 ) V REF
仪表放大器的主要特点
A
U OUT U IN U IN
R3 R2
(1
2 R1 RG
)
特点：（1）很高的输入阻抗； （2）共模抑制比大。
仪表放大器原理和特性分析
• 输入阻抗分析
仪表放大器原理和特性分析
运放性能指标-增益和共模抑制比
1. 差模电压增益A0d
放大器在开环时(没有外部反馈)输出直流电压增量与输入直流差模电压增 量之比，即为开环差模电压增益：AOd=△Uo/△UI Aod通常以dB表示：A0=20lg△Uo/△UI(dB) 理想情况 Aod 为无穷大； 实际情况 Aod为 100 ~ 140 dB。 2 共模电压增益Avcm 放大器在开环时施加共模电压时输出直流电压与输入直流共模电压增量之 比，即为共模电压增益。 3. 共模抑制比CMRR 运算放大器的差模电压增益与共模电压增益之比，即为共模抑制比。 CMRR一般用dB来表示。 CMRR=20lgK(dB） 理想的CMRR是无穷大的，实际运放由于或多或少存在输入失调的问题， CMRR不可能无穷大，集成运放CMRR一般在80dB-120dB，少数可达 140dB。
改进原理，采用动态调整失调技术
• 斩波-稳零(chopper-stablizer)运放.
电气测量中的共模信号
电桥输出含共模
U
•
Z0
b
Z0
a
•
Z0-DZ
•
Va=0.5U+U*DZ/2Z0
DVab=U*DZ/Z0
•
Z0+DZ
VCM=0.5U
电流采样电阻两端的电压含高共模信号
不同地电位造成的共模信号
测量系统的调理电路
本节主要内容
通用运算放大器 仪表放大器 程控、隔离放大器
数字化电气测量系统构成
电气测量系统的调理电路
在现代电气测量系统中，调理电路是一个重要组成部分，其功能 可以概括成以下几点： 放大作用：将传感器的输出的小信号放大成ADC所需要的单端（ single-ended）电压信号。 共模抑制：针对含共模分量的差分信号输入，调理电路的输出应只 放大输入的差模信号，输出信号中共模分量理想情况下应为零。 阻抗转换：将高阻信号源输出的信号转变成低内阻信号后，再送至 下级放大电路放大。 电气隔离：电气隔离是指高电压和大电流的主回路与电子测量和控 制系统间的隔离，隔离最好在传感器/变换器处完成, 也可采用隔离 调理电路, 实现的方法有光电隔离和变压器隔离。
D
R3
I=0
R1 RG R1
VA-VB
Output A3
VIN
根据运放“虚短”原则有VC=VD ，两式相减，得：
VA VB R2 V REF V OUT R3
I=0
R2 R3
Reference VREF
VIN2
A2 C B VB=(1+R1/0.5RG)VIN2
将VA、VB代入，整理可得：
通用集成运放uA741原理图
通用运放电路的结构特点
• 前级：差分输入放大电路
• 共模抑制 • 差模信号放大
• 输出：推挽输出电路(push-pull)
• 降低输出电阻，增强带负载能力
• 输出电压摆幅取决于上拉管和下拉管的饱和压降Vces（Rail
to Rail除外）
最高输出正电压=V+-Vces 最低输出负电压=V-+Vces