放的AD输入信号调理电路
调理电路与信号处理电路
集成运放的基本应用
反相放大器
RF R1
闭环增益：A VF＝－ 输入电阻：R i＝R 1 输出电阻：R O ≈ 0
平衡电阻：R P＝R 1 // RF
集成运放的基本应用
同相放大器
RF 闭环增益：A VF＝1+ R1 输入电阻：R i＝ric
VO Vi RP
RF R1
输出电阻：R O ≈ 0 平衡电阻：R P＝R 1 // RF
• 当4个桥臂的电阻值变化同号时，即
R1＋∆R1、 R2＋∆R2、 R3＋∆R3、 R4＋∆R4 且R1=R2=R3=R4>> ∆R
1 ∆R1 ∆R 2 ∆R 3 ∆R 4 eo = ( − + − )ex 4 R R R R
桥臂阻值变化对输出电压的影响规律
相邻两桥臂电阻变化引起的输出电压为两桥臂各阻 值变化引起的电压之差； 相对两桥臂电阻变化引起的输出电压为两桥臂各阻 值变化引起的电压之和； 和差特性的应用：连接导线的自动补偿。
集成运放的基本应用
弱信号检测放大器
R 1＝ R 2， R 3＝ R 4， R 5＝ R 6， R 7＝ R F A V D＝ VO R ＋R4 RF ＝ 1＋ 3 ＝4641 V 2－ V1 R R5
集成运放的基本应用
窗比较器
OP07管脚图
试验箱管脚定义
＋5V －12V ＋12V ＋5V －12V ＋12V
集成运放的基本应用
差动放大器
RF R3 RF VO = − V1 + 1 + V2 R1 R1 R2 + R3 当R1＝R 2，RF＝R3时为差动放大器， 差模电压增益：A VD＝ VO R R ＝ F＝ 3 V2－V1 R1 R 2
信号调理电路.
V IN -
+
R2
A1
-
放大
输入 信号
RG (外接)
R 1
的差
R 1
值
RS
(外接)
A3
V O UT
负载
R2
RS
A2
V IN+
外接地
(a) 经典的前置放大器
电路结构： 对称输入级，由运放A1、A2组成 差动输出级，由运放A3组成
对称输入级对共模干扰信号具有很强的抑制能力 差动输出级将电路双端输入方式变换成单端对地输出方式
理想运放分析要点: 假设运放为理想运放，输入阻抗无穷大、开环放大倍数为无穷 大、输出阻抗为零，不计偏置电流和失调电压。
（1）虚断 （2）虚短 测量常用运放：
OPO7 uA741 LM324 LM358 等
放大电路关键器件-运算放大器
实际运放的设计指标考虑: (1) 输入失调电压 (2) 输入偏置电流
四. 隔离放大器
隔离放大电路定义 隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没
有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共 的接地端。
隔离放大器的应用于场合
隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系 统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控 制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能 力传送信号。它对消除来自大地回路的各种干扰和噪声具 有积极的作用。
C1：隔直电容 R3 ：C1的放电回路
R2
R1 ui N1
R3
(3) 交流电压跟随电路
R2
同相放大电路的特例
为减小失调电流，R3= R2
ui C1
-∞ +
uo
+ N1
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
33
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§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
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从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
电子电路设计中常见的信号调理电路与技巧
电子电路设计中常见的信号调理电路与技巧电子电路设计中的信号调理电路与技巧一、引言- 介绍电子电路设计中信号调理的重要性和应用场景二、信号调理的基本概念- 解释信号调理的定义和意义- 介绍信号调理的主要任务：增强信号、滤除噪声、调整信号幅度和频率等三、常见信号调理电路1. 放大器电路- 介绍放大器电路在信号调理中的作用和功能- 详细介绍常见的放大器类型：运放放大器、功放、差分放大器等- 分别解释每种放大器的原理和特点2. 滤波器电路- 介绍滤波器电路在信号调理中的作用和功能- 详细介绍常见的滤波器类型：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等- 分别解释每种滤波器的原理和适用范围3. 限幅电路- 介绍限幅电路在信号调理中的作用和功能- 详细介绍常见的限幅电路类型：正向限幅电路和反向限幅电路等- 分别解释每种限幅电路的原理和应用场景4. 整形电路- 介绍整形电路在信号调理中的作用和功能- 详细介绍常见的整形电路类型：整流电路、斜波整形电路和曲线整形电路等- 分别解释每种整形电路的原理和应用场景5. 转换电路- 介绍转换电路在信号调理中的作用和功能- 详细介绍常见的转换电路类型：模数转换电路和数模转换电路等- 分别解释每种转换电路的原理和适用范围四、信号调理的技巧与注意事项1. 电源和接地- 解释良好的电源和接地是信号调理电路中的基础- 建议选用稳定和低噪声的电源，在接地设计中注意减小回路干扰2. 信号线路的布线与屏蔽- 强调信号线路的合理布线与屏蔽设计对于降低噪声的重要性- 提供合适的线路长度和屏蔽材料选择的建议3. 阻抗匹配与匹配网络- 解释阻抗匹配的基本概念和目的- 介绍常见的匹配网络类型：L型网络、T型网络和π型网络等- 提供阻抗匹配和匹配网络设计的技巧和注意事项4. 噪声抑制与滤除- 介绍在信号调理中常见的噪声类型和来源- 提供一些噪声抑制和滤除的技巧和方法，如信号平均、降噪滤波器和隔离放大器等五、实际应用案例分析- 提供一些实际应用案例，如音频放大器、调制解调器和传感器信号调理电路等- 分析每个案例中的信号调理需求和采用的电路设计及技巧六、结论- 总结信号调理电路设计中的主要内容和技巧- 强调信号调理在电子电路设计中的重要性和实际应用价值。
电路中的信号调理与检测
电路中的信号调理与检测在电子领域中，信号调理与检测是非常重要的一部分。
它们在各种电路中起着关键的作用，帮助我们获取、处理和分析信号，在不同应用中实现精确的控制和测量。
首先，我们来讨论信号调理。
电路中的信号往往需要经过一系列的调理才能被有效地处理。
信号调理的主要目的是消除干扰并增强信号质量。
在实际应用中，信号往往会受到来自外部环境的各种干扰，例如噪声、电磁干扰等。
为了解决这些问题，我们需要使用各种信号调理技术，如滤波、放大、增益控制等。
滤波是最常见的信号调理技术之一。
它通过选择性地通过或阻塞一定频率范围内的信号来削弱或消除干扰。
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。
低通滤波器可以通过消除高频噪声来提高信号质量，而高通滤波器则可以削弱低频噪声。
带通滤波器和带阻滤波器则可以在指定的频率范围内增强或抑制信号。
通过合理选择滤波器类型和参数，我们可以根据不同需求对信号进行调理。
除了滤波，放大也是信号调理的重要手段之一。
放大器可以增加信号的幅度，从而提高信号的强度和可靠性。
常见的放大器有运算放大器、差分放大器、功放等。
运算放大器是最常见的放大器之一，它具有高开环增益和输入输出之间的线性关系。
通过选择合适的反馈电阻或电容，我们可以根据需要调整放大器的增益，实现对信号的精确放大。
除了信号调理，信号检测也是电路中的重要环节。
信号检测的主要目的是确定信号的存在和参数，例如频率、幅度、相位等。
对于连续信号，我们通常使用一些传统的检测方法，如幅度检测和频谱分析。
幅度检测可以通过采样和测量信号的幅值来确定信号的强度和变化。
频谱分析则可以将信号分解成不同频率分量，帮助我们研究和理解信号的频域特性。
对于数字信号，我们通常使用数字信号处理技术进行检测和处理。
数字信号处理涉及到信号的数字化、滤波和变换等过程。
通过AD转换器，我们可以将连续信号转换为数字信号，并利用数字滤波器对信号进行滤波。
此外，我们还可以使用快速傅里叶变换等技术对信号进行频谱分析和频域处理。
基于运放的AD输入信号调理电路设计
2. 恒压补偿原理变送器电路 ⑴ 电路原理图
+12 +12 +12 104 104 D2 1N4148 R5 1K D3 1N4148 +5
AD592+ AD592R2 10K
V0
104 -12 VR1 5K R1 3K
104
R4 -12 39K
VR2 5K
100u
D1 3.3V
-12
R3 10K 104
二.放大与平移电路设计
1.运算放大器电流 电压转换电路的平移方案 运算放大器电流→电压转换电路的平移方案 运算放大器电流 ⑴ AD592的恒流补偿电路 的恒流补偿电路 +V i(uA)
273uA 恒流源 AD592
i2 i i1
-V
373 273
200 100
0
T(℃) ℃ i2 = 273uA i2 = 273uA
VR2
R
is i i1 i100
R
-V
V0 (V)
i2
5
V0
0
T(℃) ℃ 100
T = 100℃，i2= i100 - is=100uA，多种原因导致 V0≠5V ℃ ， 解决方法：调整 上的压降， 解决方法：调整VR2，改变 i2 在VR2上的压降，使 ， 上的压降 V0= 5V ---调“满度” 调 满度”
三.设计注意事项
1. 滑动变阻器的使用 电路中电阻的阻值需要调整的可以使用滑动变 阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻，使滑动变阻 阻器。使用中滑动变阻器应串接电阻， 器单位旋转角度的阻值变化尽量小， 器单位旋转角度的阻值变化尽量小，以保证调整更 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。 精确，并减小各种因素对阻值稳定的影响。 2. 稳压二极管的使用 为了获得稳定的电压， 为了获得稳定的电压，可以利用稳压二级管的 反向击穿特性设计稳压电路。 反向击穿特性设计稳压电路。使用中应注意稳压二 极管只有通过一定的电流的情况下， 极管只有通过一定的电流的情况下，才能获得稳定 的电压，应正确计算限流电阻的阻值。 的电压，应正确计算限流电阻的阻值。
信号调理电路说明
信号调理电路说明信号特征：肌电信号的特征为频率低，能量主要的集中频段为3~60HZ；幅度小，为uF级信号；人体阻抗环境下会不断变化，最高可达2MΩ，所以要求一级放大的输入阻抗非常高；在提取过程中伴有非常大的从人体引入的50HZ工频干扰，而且刚好在我们所需要分析的信号的频段内，这就对了我们的前级采集电路提出了很高的要求。
芯片选型：仪表放大器由于其内部精密匹配的电阻可以提供非常高的共模抑制比，且输入阻抗大，满足我们的要求，我们采用了TI公司的INA128及AD公司的AD8221两种芯片具体实现。
由于系统为锂电池供电，所以要求芯片必须有轨到轨输入输出，为精密运算放大器，具有低噪声和低失调电压，且最好可以满足低电压供电，我们验证后采用了TI公司的LMP7704四通道运放以满足我们系统要求。
1、一级差模放大及共模抑制由于需要非常高的共模抑制以降低50HZ工频共模信号的干扰，且需要将双端输入转为单端输出，由于仪表放大器可以很好的满足上述两个要求，我们一级放大器拟采用仪表放大。
我们实际实验了两种方案，一种是TI公司的INA128，一种是AD公司的AD8221，验证后发现，AD8221在使用的过程中稳定性更高，效果更显著，所以我们采用AD8221仪表放大作为我们的一级放大电路，如图1.3.1所示。
图1.3.12、二级仪表放大由于一级放大之后低频噪声仍十分明显，我们的二级放大依旧采用仪表放大。
我们需要的信号为交流信号，在两级之间需要隔直电路，实际验证之后发现隔直电路之后INA128的效果较AD8221效果更好，所以采用INA128作为我们的二级放大，如图1.3.2所示。
图1.3.23、直流偏置调节电路由于采集到的信号为交流信号，经放大、滤波、降噪后直接输入到AD采集，但AD不能采集负电压信号，所以我们需要给信号提供合适的直流偏置以满足AD的要求。
由于AD采集的电压范围为0~3.3V，所以我们提供的直流偏置大概为1.6V左右，通过加法器实现，如图1.3.3所示。
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。
信号调理电路
1．信号调理电路信号调理电路是接口板的重要组成部分，信号精度决定了系统控制性能的优劣。
如果直接采用DSP2812的采样模块进行设计存在以下缺点：只能接收0~3V 的单极性信号输入，对于交流信号需要另外设计限幅抬压电路；同一排序器内各通道串扰严重；12位的转换精度难以满足高性能系统的要求。
综合考虑后，本文选用合众达的DSP2812M电力应用控制板，其AD输入范围为-10V至+10V，12路16位高精度外扩A/D模块能够很好满足用户对采样的需求。
为了最大程度地让信号无失真地进行传输，我们采用的传感器均为电流型，下图为接口电路板上的信号调理电路图。
为了最大限度利用控制板采样电压为正负10V，电流信号由取样电阻转换成电压信号后，经过稳压管（保证输入电压小于10V，保护AD芯片），再加一级运放将电压信号放大至10V后，输入2812控制板，这样既能很好利用开发板也能提高采样精度和准确度。
a）负载电流取样电路原理图b）APF输出电流取样电路原理图c）APF直流侧电压取样电路原理图反向比例运算放大电路放大倍数A=120/1/R R u u i +=RC 滤波电路的时间常数τ=RC=10k ⨯0.1⨯10-6=1ms 。
2．保护电路系统工作过程中，由于外部原因造成逆变模块直流侧电压的抬高甚至电压的飙升，进而影响到系统的补偿性能，甚至危及系统的安全。
同时，如果逆变器的输出补偿电流大于所要补偿的电流值造成过补，也会对整个系统的补偿性能和安全带来危害。
为确保上述状况发生后装置的安全，设置了大功率逆变模块过压过流保护电路，其原理图如图4.13所示a ）直流侧电压过压保护检测电路b ）APF 输出电流过流保护检测电路图4.13 保护电路原理图电压电流信号经电流传感器和电压传感器及取样电路一并转化为输入信号在-10V 到+10V 的电压信号，考虑到采用有效值芯片的成本较高，该论文选择使用整流电路将传感器检测的三路APF 电流信号进行整流后变换成一直流电压信号，后端接一大电容平波，再与LM393比较器芯片进行比较，如果任何一路电流、电压值超过安全设定则保护电路驱动继电器跳闸。
第五章信号调理电路
因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多 变的接法，可获得各种各样函数变换。原则上， 任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的 直线特性。电路复杂、调整不便、成本较高。 28
5.3线性化
几种有源线性化电路 非线性反馈电路 多放大器反馈电路 电桥传感器非线性校正电路 分段式电路
RL IL
R1
ui
-+
R2 + R2
R1
I1 - +
ui
R2 + R2
IL
Ui RL
45
5.4信号变换
具有放大作用的浮地电压-电流变电路：
R2
R2
R1 ui
-
RL
+
R3 + R2
IL R4
R1 I-
RL
+
ui
R3 + R2
IL
R4
1 R2
IL
R4 R1
Ui
1 R1 R2
振弦式传感器的特 性曲线中，频率的 平方与张力的成正 比，通过施加预紧 力，调整到中间一 段测量，非线性显 著减小。
f Hz
4000 3000 2000
F1 F 0 F2
FN
振弦式传感器的特性曲线 27
5.3线性化
5.3.4有源线性化电路 无源线性化的缺点是降低了灵敏度。
有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管等有
信号调理与检测电路关系：界限不很清楚，有 时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转 换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为 信号调理电路。
3
5.1概述
5.1.3信号调理的类型
信号调理电路
摘要信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。
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之。
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。
但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。
信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。
信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。
若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。
关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路1.2设计要求1.2.1设计目的（1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法1.2.2基本要求（1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值（2）信号的频率范围在50Hz-10KHz（3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小1.2.3发挥部分（1）超出上下限的保护电路及指示（2）电桥信号采集（3）其他2设计思路这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。
信号调理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。
在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。
这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。
因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。
如何进行电路的信号调理和增强
如何进行电路的信号调理和增强电路的信号调理和增强是一项重要的技术，能够有效地提高电路的性能和信号质量。
本文将介绍电路信号调理和增强的基本概念、方法和应用，帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、信号调理的基本概念信号调理是指对原始信号进行采集、滤波、放大等处理，以获得更稳定和符合需求的信号。
在电路设计和应用中，信号调理是非常重要的环节，能够提高信号的抗干扰能力和传输质量。
1. 信号采集信号采集是将原始信号转化为电压或电流信号的过程。
常见的信号采集方式包括传感器输入、模拟电路输入和数字信号输入等。
通过合理选择采集方式和采集元件，可以保证信号的准确性和可靠性。
2. 信号滤波信号滤波是对采集到的信号进行去除杂波、滤除噪声的处理。
常见的信号滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
通过滤波处理，可以提高信号的纯净度和稳定性。
3. 信号放大信号放大是指对滤波后的信号进行增益放大，使其达到适合后续处理或传输的水平。
放大电路通常使用放大器或运放来实现，通过合理选择放大电路参数和增益大小，可以获得合适的信号放大效果。
二、信号调理的方法信号调理的方法包括模拟信号调理和数字信号调理两种。
模拟信号调理主要应用于模拟电路和传感器系统，数字信号调理适用于数字电路和嵌入式系统。
1. 模拟信号调理模拟信号调理主要包括信号放大、滤波、匹配、线性化等处理。
常用的模拟信号调理电路包括共射放大器、差动放大器、滤波电路等。
模拟信号调理的关键是选择适当的电路拓扑和元件参数，以满足信号处理的要求。
2. 数字信号调理数字信号调理主要利用数字信号处理器（DSP）或专用芯片进行信号处理。
常见的数字信号调理方法包括滤波、采样、编码、解码、时域分析等。
数字信号调理的优势在于信号处理灵活性高、精度高和可重复性好。
三、信号增强的应用信号增强在实际应用中具有广泛的应用领域，包括通信、音频、视频、医疗等。
1. 通信领域在通信系统中，信号调理和增强是确保传输质量和通信稳定性的关键步骤。
一种过载信号调理电路设计
一种过载信号调理电路设计王大伟;任勇峰;单彦虎【摘要】Output signal of accelerometer which is used for over-loading signal test system is often mixed with noise. The mismatch of bidirectional accelerometer and single direction of over-loading signal leads to the full-scale of AD converter cannot be put into full play. Aiming at these problems,a kind of conditioning circuits is developed to re⁃ducenoise,increase signal to noise ratio and regulate signal amplitude accurately. Test results show that stop band attenuation is up to-69.19 dB,when the input frequency is twice of the cutoff frequency. Accuracy of stationary sig⁃nals regulation is controlled within 1%. This circuit has been successfully applied in engineering practice.%在过载信号测试系统中，加速度计感知到的信号常混有噪声，并且过载信号方向没有往复性，而加速度计对正反方向加速度均会作出响应，导致AD转换器量程无法充分利用。
针对上述问题设计了一种信号调理电路，降低噪声，提高信噪比，并对信号进行高精度幅值调理。
测控电路文档
测控电路简介测控电路是一种用于测量和控制系统的电路设计。
它具有广泛的应用，常见于各类工业生产设备和科学研究实验中。
在测控电路中，通过使用传感器和执行器，可以对待测对象进行测量和控制操作，以实现对系统状态的监测和调节。
测控电路的组成一个典型的测控电路包含以下几个主要组成部分：1.传感器（Sensor）：传感器是测控电路中的输入设备，用于将待测物理量转换为电信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
传感器的选择取决于需要测量的物理量类型和精度要求。
2.信号调理电路（Signal Conditioning Circuit）：信号调理电路用于对传感器输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理。
这些处理可使信号满足控制系统输入端的要求，并提高测量的准确性。
3.AD转换器（Analog-to-Digital Converter）：AD转换器将传感器输出的模拟电信号转换为数字信号，以便控制系统对信号进行处理和运算。
AD转换器的精度和采样率决定了对待测信号的准确度和响应速度。
4.控制算法（Control Algorithm）：控制算法根据经过信号处理的数据，计算出控制器对待控制对象的控制命令。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制、自适应控制等。
5.控制器（Controller）：控制器通过接收控制算法计算出的控制命令，驱动执行器对待控制对象进行控制操作。
控制器可采用模拟电路或数字电路实现，常见的控制器有比例控制器、PID控制器、PLC控制器等。
6.执行器（Actuator）：执行器是测控电路中的输出设备，通过接收控制器的控制信号，对待控制对象进行控制。
常见的执行器有电动阀门、电动马达、液压缸等。
测控电路的应用测控电路在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
在工业上，测控电路常被应用于自动化生产线上。
通过对生产线上的关键参数进行实时监测和调节，可以提高生产效率和产品质量。
例如，在液体灌装生产线中，通过使用流量传感器测量液体的流量，控制阀门的开关，可以确保每个容器中的液体量精确达到设定值。
模拟量输入通道
3.5 A/D转换器
主要知识点
工作原理与性能指标 ADC0809芯片及其接口电路 AD574A芯片及其接口电路
3.5.1 工作原理与性能指标
逐位逼近式A/D转换原理 双积分式A/D转换原理 电压/频率式A/D转换原理 A/D转换器的性能指标
1．逐位逼近式A/D转换原理
图 逐位逼近式A/D转换原理图
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例题3-2：一个8位A/D转换器，设VR+ = 5.02 V， V R = 0 V,计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。 解：把已知数代入公式（3-4）： V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。 此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801～ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位单路AD574A、ADC803等。
定时方式读A/D转换数
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这两种方法的共同点： 硬软件接口简单，但在转换期间独占了CPU时间，好在这种逐位逼近式A/D转换的时间只在微秒数量级。 当选用双积分式A/D转换器时，因其转换时间在毫秒级，因此采用中断法读A/D转换数的方式更为适宜。 因此，在设计数据采集系统时，究竟采用何种接口方式要根据A/D转换器芯片而定。
1.无源I/V变换
构成－－无源器件电阻＋RC滤波＋二极管限幅等实现， 取值: 输入0- 10 mA，输出为0 -5 V ，R1=100Ω，R2=500Ω； 输入4 -20 mA，输出为1 - 5 V，R1=100Ω，R2=250Ω； 电路图：
构成－－ 运算放大器＋电阻电容组成； 电路放大倍数－－同相放大电路 取值－ R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ 输入0 ~ 10 mA输出0 ~ 5 V R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ 输入4 ~ 20 mA输出1 ~ 5 V 电路图：
ad输入串联电阻
ad输入串联电阻
在电子设计中，将电阻串联到信号线（如AD输入线）上是一种常见的做法，主要用于两个主要目的：信号衰减和阻抗匹配。
首先，电阻的串联可以用来衰减信号。
这在ADC（模数转换器）的输入端尤为常见。
当信号源的内阻与ADC输入阻抗不匹配时，如果没有适当的阻抗匹配，信号源可能会产生不必要的反射，这可能导致信号失真。
通过在信号线上串联适当的电阻，可以调整信号的幅度，使其更适合ADC的输入范围。
其次，串联电阻也可以用于阻抗匹配。
在高频信号传输中，如果源阻抗、传输线阻抗和负载阻抗不匹配，信号可能会在传输过程中产生反射，导致信号质量下降。
通过在传输线上串联适当的电阻，可以调整线的阻抗，使其与源和负载的阻抗相匹配，从而减少反射和信号损失。
然而，选择合适的电阻值并不总是直观的。
这通常需要详细的系统建模和仿真，以确定最佳的电阻值。
在设计过程中，也需要考虑其他因素，如电源电压、电流、热噪声、机械稳定性等。
虽然串联电阻可以提高系统的稳定性和性能，但它们也有缺点。
首先，它们会增加线路的电阻，这可能会增加功耗并产生热量。
其次，如果电阻值选择不当，可能会导致信号失真或频率响应问题。
因此，选择合适的电阻值和材料非常重要。
总的来说，虽然串联电阻在许多应用中都起着重要的作用，但它们的使用需要仔细考虑和精确的设计。
在实施之前进行全面的设计和模拟是至关重要的。
基于运放的AD输入信号调理电路设计
+V
•R1 •i 2 •i
•i
1
-V
•50K
•V2 •V1
•R
•V1=V2=0 •i2= +V/R1 = 273uA •i = i1- i2=i1- 273uA
•V0 (V)
5
•V0
•i(uA)
0
100
•Vo=50×(i1- 273)×10-3
•i1 = 273uA(0℃) •i1 = 373uA (100℃)
VR1
•R
•i s •i •i •i
12
•i
•R
0
-V
•V0 (V)
5
•V0
0
•T(℃)
100
•T = 0℃，i≠0 或理想运放条件不成立，导致 V0≠0 •解决方法：调整VR1，改变 is使 V0= 0 ---调“零”
•⑵ 恒流补偿变送器电路调“满度”原
理 +V
VR2
•R •i s •i •i •i
•T(℃)
100
•Vi=VR+VS=0V •Vi=VR+VS=0.1V
•⑵ 用同相比例放大电路实现设计要求
VCC
• AD592
•v
•1K
i
•0.273V
•V0 (V)
•v
5
1
•V0
•R1 •Rf
•V1= Vi , •T = 0℃,
0
•Vo= V1(1 + Rf •/RV11)= 0V, •Vo= V1×(1 + Rf /R1)=0V
•Vo=0V •Vo=5V
•2.电阻取样电路的平移方案
•⑴ 电阻取样恒压补偿电路
VCC
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1
一.电流/电压转换电路设计
1. AD592 特性分析
V CC
i(uA)
AD592
373
i2
273
i1
电流表
0 1uA/℃ T=0℃
T=100℃
i1=273uA i2=373uA
T(℃) 100
i2-i1=100uA
2
2. 变送器特性分析
V0 (V)
5
T(℃)
0.1
Vi(V)
T = 0℃, V1= 0V, Vo= V1×(1 + Rf /R1)=0V T = 100℃, V1= 0.1V, Vo= 0.1×(1 + Rf /R1)=5V
解得：Rf /R1=49 9
3.反相加法电路实现的平移方案
⑴ 运算放大器实现的反相放大电路
Rf
Vi R1 V2 i1 i2 i V1
稳压二极管 D1 工作电流取 3mA 限流电阻 R (1 12 9 .1 V ) V 3m 9 A 70
R1 取 1K
恒压补偿电路 — 提供 273uA 恒定补偿电流
限流电阻 R V 2 R 9 .1 V 2 17 A 3 3 .3 3K
R2 取 30K，VR1 取 5K
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
-18.65V
Vo= -Rf×i2 = -(Vi+Vs)×Rf/R1 = -(Vi+Vs) ×50
Vs = -Vi0= -0.273V
T = 0℃ Vi=0.273V Vo= -0×50=0V T = 100℃ Vi=0.373V Vo= -0.1×50= -5V
11
七.信号调理电路设计
1. 恒流补偿原理变送器电路
0
100
T=0℃ vo=0V T=100℃ vo=5V
5V/100 ℃ = 0.05V/℃
3
3. 电流→电压转换电路方案
⑴ 电阻取样电路
VCC
Vi(V)
0.373 i
0.273
0.200
+
vi
0.100
- R=1K
0
T = 0℃ i = 273uA T = 100℃ i = 373uA
T(℃)
100
恒压补偿电路 — 提供 3.3V 恒定压降
电阻 R V 2 R 3 .3 V 1 27 A 1 3 .1 2K
R2 取 10K，VR1 取 5K
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
⑴ 电路原理图
+12
R1 1K
1 04
1 00 u
D1
9 .1 V
VR1
5K
R2 3 0K
AD592+
R3 4 7K
AD592-
-1 2
R4 4 7K
+12
VR2 1 0K
1 04
1 04 -1 2
+5
D2 1 N4 1 48
R5 1K
D3 1 N4 1 48
V0
12
⑵ 电路参数计算
稳压电路 — 为恒压补偿电路提供稳定的电压
R
V0 (V)
0.273 0.373 Vi(V)
V0
-13.65V
-18.65V
i1=0 i2=i - i1Байду номын сангаас i V1=V2=0 i=Vi/R1
i0=0 Vo= -Rf×i = -Vi×Rf/R1
ΔVi = 0.1V Vo= -ΔVi×Rf/R1= -5V Rf/R1= 50
T = 0℃ Vi=0.273V
满度输入电流为 3 7A -3 2 7A 31 0A 0 电阻 RV 4 R 5 V 2 10 A 050K
R4 取 47K，VR2 取 10K
13
2. 恒压补偿原理变送器电路 ⑴ 电路原理图
+12
AD592+
+12 1 04
+12 1 04
AD592-
R2
1 0K
1 04
1 04
1 00 u
T = 0℃ T = 100℃
0
i1 = 273uA i1 = 373uA
i2 = 273uA i2 = 273uA
T(℃)
100 i = 0uA i = 100uA
6
⑵ 平移后的电流→电压转换电路特性
+V
R1 i2 i
i1
-V
50K
V2 V1
R
V1=V2=0 i2= +V/R1 = 273uA i = i1- i2=i1- 273uA
Vo= -13.65V
T = 100℃ Vi=0.373V
Vo= -18.65V
10
⑵ 运算放大器平移电路方案
R2 Vs
Rf
Vi
R1 is V2 i1 i2
i V1
V0 (V)
0.1
V0 - 5V
0.2730.373
Vi(V)
R
-13.65V
i1=0 i2= i + is - i1= i + is i2= Vi/R1+ Vs/R2 若 R1=R2 i2= (Vi+ Vs)/R1
-1 2 VR1 5K
R1 3K
D1
-1 2
3 .3 V
R4 3 9K
-1 2
VR2 5K
R3 1 0K
1 04
+5
D2 1 N4 1 48 R5 1K
D3 1 N4 1 48
V0
14
⑵ 电路参数计算
稳压电路 — 为恒流补偿电路提供稳定的电压 稳压二极管 D1 工作电流取 3mA 限流电阻 R (1 12 3 .3 V ) V 3m 2 .9A K R1 取 3K
R=50K T = 0℃ i0 = 273uA Vo=13.65V
T = 100℃
i0 = 373uA
Vo=18.65V
5
二.放大与平移电路设计
1.运算放大器电流→电压转换电路的平移方案
⑴ AD592的恒流补偿电路
+V
i(uA)
273uA 恒流源
AD592
i2 373
i 273
200
i1 100
-V
Vi=0.273V Vi=0.373V
4
⑵ 运算放大器电流→电压转换电路
R
V0 (V)
i0 V2 i1 i2 V1
18.65V V0
13.65V
R i(uA)
273A 373A
i1=0 i2=i0-i1=i0 V1=V2=0 Vo=R×i0
i0=0 Vo=R×i0=0V i0=100uA Vo=R×i0=5V
V0 (V)
5
V0
i(uA)
0
100
Vo=50×(i1- 273)×10-3
i1 = 273uA(0℃)
Vo=0V
i1 = 373uA (100℃)
Vo=5V 7
2.电阻取样电路的平移方案
⑴ 电阻取样恒压补偿电路
VCC
Vi(V)
0.373 i
vi 0.273
+
0.200
vR R=1K
-
0.100
vs
0
Vs= -0.273V T = 0℃ T = 100℃
VR = 0.273V VR = 0.373V
T(℃) 100 Vi=VR+VS=0V Vi=VR+VS=0.1V
8
⑵ 用同相比例放大电路实现设计要求
VCC
AD592
1K vi
V0 (V)
v1
5
V0
0.273V V1= Vi ,
R1
Rf
0
Vo= V1(1 + Rf /R1)