传感器电路
第二章传感器测量电路
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2.1传感器测量电路的作用
2.1.1 测量电路的基本概念及要求
在传感技术中，通常把对传感器的输出信号进行加工的 电子电路称为传感器测量电路。传感器的输出信号一般具有 如下特点 : 1 ．传感器输出信号的形式有模拟信号型、数字信号型和开 关信号型等。 2 ．传感器输出信号的类型有电压、电流、电阻、电容、电 感、频率等，通常是动态的。 3 ．传感器的动态范围大 4 ．输出的电信号一般都比较弱，如电压信号通常为 µv-mv Company Logo 级，电流信号为 uA-mA 级。
2.2.3 数字式测量电路
根据不同的数学式传感器的信号特点，选择合适的测量 电路。光栅、磁栅、感应同步器等数字式传感器，输出的是 增量码信号，其测量电路的典型组成框图如图 2-4 所示。
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2.3噪声与抗干扰技术
在传感器电路的信号输入输出转换过程中，所出现的与 被测量无关的随机信号被称为噪声。由噪声所造成的不良效 应被称为干扰。 为了减小测量误差使用时需注意下面几个问题 : 1 ．使用传感器时，灵敏度这项指标不宜选得太高，尤其是 使用环境比恶劣、比较复杂时要根据测量项目精度要求选择 合适的传感器的灵敏度等级。 2 ．降低外界因素对传感器实际作用的功率。
3. 传感器的非线性校正
4. 补环境温度对传感器的影响，
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5.A/D 变换
常用的单元电路有 : 电桥电路、谐振电路、脉冲调宽电路、调频电路、取样保 持电路、模 / 数 (A/D) 和数 / 模 (D/A) 转换电路、调 制解调电路。传感器测量电路前、后两端的配置一般如图 2-1 所示。
5 ．光电藕合使用光电藕合器是切断地环路电流干扰的十分有 效的方法，其原理如图 2-9 所示。由于两个电路之间采用了 光电搞合，两个电路的地电位即使不同也不会造成干扰。
传感器电路
K fv
[1 (
KA(
f f0
)2
f )2 ] j( 1 )(
f
)
f0
Q f0
(11.12)
其中,f0=1/(2πRC),Q=1/(3-KA),KA=Rf/R1。其幅
频特性曲线,如图11.11所示。
同样,KA必须小于3,否则会引起自激振荡。
第11章 传感器电路
3) 带通滤波器
带通滤波器的特点是让在某一个频率段的信号通
过。图11.12是典型的有源带通滤v
K
A
a
a K
A
1
jQ(
f0 f
f f0 )
其中
f0 f
（11.13）
a 1 C1 R1 ,Q 1
R1C1 ,Q 1
C2 R2
a KA R2C2
a
其典型的幅频特性曲线如图11.13所示。
R1C1 R2C2
第11章 传感器电路
C1 Ui
＋E
R1
Rg
G
R2 C2 Rs
图11.2 场效应管的自举反馈电路
第11章 传感器电路
R1
C1
Rg
Ui
R2
＋E G Rs
图11.3 普通的场效应管电路
第11章 传感器电路
在实际应用中,通常还采用运算放大器来实现放大
器的高阻抗输入。图11.4为自举型高输入阻抗放大器。
R1
－
R
R
＋A
Ui
C
C
图11.7 有源低通滤波器
第11章 传感器电路
该电路中,电信号经过阻容低通滤波器后,经过同相 放大,一部分通过电阻反馈到同相输入端。该低通滤波 器的高端的频响有较好的改善。它的传输函数为
传感器电路原理
传感器电路原理传感器是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域。
传感器电路是传感器工作的基础，对于了解传感器原理和应用非常重要。
本文将详细介绍传感器电路的原理。
1. 传感器电路的基本原理传感器电路的基本原理是将传感器所感知到的物理量转化为电信号。
传感器通过特定的物理效应，如光电效应、电磁感应等，与所感知的物理量产生相互作用，将其转化为电信号输出。
传感器电路负责接收和处理这些电信号，进一步转化为我们可以使用的信号。
2. 传感器电路的构成要素传感器电路主要由传感器元件、信号调理电路和输出电路三部分组成。
- 传感器元件是将物理量转化为电信号的关键部分，根据实际需求可以选择光传感器、压力传感器、温度传感器等不同类型的传感器元件。
- 信号调理电路用于调整传感器输出信号的幅度、频率等参数，以使其适应后续电路的要求，保证测量的准确性和可靠性。
- 输出电路将调理后的信号转化为我们所需要的电压、电流、频率等形式，以便用于数据采集、控制等应用。
3. 传感器电路的工作原理传感器电路的工作原理可以简单描述为：传感器元件感知物理量并转换为电信号，信号调理电路对信号进行调整，输出电路将调理后的信号转化为需要的形式。
以光传感器为例，光传感器是通过光电效应将光信号转化为电信号的传感器。
当光线照射到光传感器上时，光电效应产生电荷，进而产生电流。
传感器电路会接收这一电流信号，并经过放大、滤波等处理，最终得到可用的光信号输出。
4. 传感器电路的应用举例传感器电路应用广泛，下面介绍几个常见的应用举例：- 温度传感器电路：将温度传感器感知的温度转换为电信号，可以应用于室内温度控制、温度采集等领域。
- 压力传感器电路：将压力传感器感知的压力转换为电信号，可用于压力监测、工业自动化等应用。
- 光电传感器电路：将光电传感器感知的光信号转换为电信号，可用于光敏开关、光电测距等场景。
总结：传感器电路是将传感器感知到的物理量转换为电信号的重要组成部分，常用于各个领域，如温度控制、压力监测、光敏开关等。
传感器基本滤波电路
传感器基本滤波电路传感器基本滤波电路是将传感器输出信号进行处理，以去除噪声和干扰，提取出所需的有效信号的电路。
在传感器应用中，由于环境的复杂性和电路的特性，传感器输出的信号往往会受到各种噪声和干扰的影响，因此需要进行滤波处理。
传感器基本滤波电路主要包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
低通滤波器主要用于去除高频噪声，使得低频信号能够通过；高通滤波器主要用于去除低频噪声，使得高频信号能够通过；带通滤波器则可以选择性地通过一定范围内的频率信号。
在实际应用中，常用的传感器基本滤波电路有RC滤波器、LC滤波器和激励式滤波器等。
其中，RC滤波器由一个电阻和一个电容组成，可以通过改变电阻和电容的数值来调整滤波器的截止频率；LC滤波器由一个电感和一个电容组成，可以通过改变电感和电容的数值来调整滤波器的截止频率；激励式滤波器则是利用激励信号与输入信号进行运算，通过调整激励信号的频率和幅度来实现滤波效果。
在选择滤波器时，需要根据具体的应用需求来确定滤波器的类型和参数。
一般而言，低通滤波器适用于对信号的平滑处理，高通滤波器适用于对信号的快速变化部分进行分析，带通滤波器适用于对特定频率范围内信号的提取和分析。
传感器基本滤波电路还可以结合数字滤波器来进行滤波处理。
数字滤波器是通过数字信号处理器或微控制器实现的滤波器，具有较高的精度和可调性，能够更好地满足不同应用的需求。
数字滤波器可以采用差分方程、离散傅里叶变换等算法来实现滤波效果，可以根据需要选择不同的滤波器类型和参数。
传感器基本滤波电路是保证传感器输出信号质量的重要手段。
通过合理选择滤波器类型和参数，可以有效地去除噪声和干扰，提取出所需的有效信号，从而提高传感器的测量精度和可靠性。
在实际应用中，需要根据具体的传感器类型和测量需求来设计和优化滤波电路，以获得更好的滤波效果。
(完整word版)光电传感器电路
光电传感器电路设计1、设计要求利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。
图1 光电对管实物图2、电路设计电路原理图如图2所示。
图2 光电传感器电路原理图电路由四部分组成。
光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。
3、电路测试测试电路如图3所示。
由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。
图3 测试电路测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。
(a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形(c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形图4 测试波形4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm）PCB图如图5所示。
其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。
图5 光电传感器电路PCB图5、完成实物图实物图如图6所示。
(a)未焊接的PCB板(b)焊接好的PCB板(c)板子的外加塑料壳图6 实物图6、小结在本次电路设计中，主要的难点有两个。
一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。
滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。
二是PCB板的绘制。
本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。
首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件和封装要事先画好，画元件要注意引脚，画封装要注意尺寸，必要时需要查看数据资料或者自己用尺子量。
导入到PCB后，下面就要进行元件的布局，布局应合理紧凑。
布局之后，设置自动布线规则，线间距根据实际情况合理设置。
自动布线后，可以自己再进行局部修改，然后布线规则检查，看看有没有不符合要求的地方，直到修改无误。
传感器电路设计与分析
传感器电路设计与分析在现代科技的发展中，传感器技术起到了举足轻重的作用。
作为测量和检测物理量的重要工具，传感器在各个领域应用广泛，如工业控制、医疗设备、汽车制造等。
传感器电路的设计与分析对于传感器的性能和稳定性至关重要。
本文将介绍传感器电路的设计原理、常见的传感器电路类型以及电路分析方法，以帮助读者更好地理解和应用传感器电路。
一、传感器电路设计原理传感器电路的设计原理基于信号的传递和转换。
传感器接收外部的物理量信息，并将其转换为电信号输出。
设计一个有效的传感器电路需要考虑以下几个方面：1. 传感器性能要求：根据应用需求确定传感器的输入和输出范围、精度、灵敏度等参数。
例如，温度传感器需要能够测量一定范围内的温度变化，并输出相应的电压或电流信号。
2. 信号转换电路：传感器的输出信号通常需要经过信号转换电路进行放大、滤波、线性化等处理，以获得可用的电信号。
放大电路可以使用运算放大器等元件进行放大增益的调整。
3. 噪声抑制：传感器会受到各种干扰源的影响，例如电源噪声、环境干扰等。
在传感器电路设计中，需要采取一些措施来减小这些干扰源对信号的影响，以提高测量的准确性和稳定性。
二、常见的传感器电路类型根据传感器的工作原理和应用需求，传感器电路可以分为几种常见类型：1. 电阻式传感器电路：电阻式传感器通常通过改变器件的阻值来感知物理量的变化。
常见的电阻式传感器有温度传感器、压力传感器等。
电阻式传感器电路的设计可以使用电桥、差分放大电路等。
2. 容性传感器电路：容性传感器利用电容的变化来感知物理量的变化。
例如，湿度传感器可以测量环境中的湿度变化。
容性传感器电路设计常常需要考虑电容的充放电过程以及放大电路的设计。
3. 感应式传感器电路：感应式传感器利用感应原理来感知物理量的变化。
例如，磁力传感器可以测量磁场的变化。
感应式传感器电路设计涉及到信号的放大和滤波。
4. 光电传感器电路：光电传感器通过光敏元件接收光信号，并将其转换为电信号。
什么是传感器电路它在电路中的应用有哪些
什么是传感器电路它在电路中的应用有哪些传感器电路是指由传感器、信号处理电路和输出设备组成的一种电路系统。
其作用是将感受到的各种物理量或环境信号转化为电信号，并通过信号处理电路进行处理，最终输出用于监测、测量、控制或反馈的相关信息。
传感器电路在日常生活和工业领域中有广泛的应用。
下面将针对传感器电路在不同领域的应用进行论述。
一、环境监测领域中的传感器电路应用在环境监测领域中，传感器电路广泛应用于气象观测、空气质量检测、水质监测等方面。
例如，在气象观测中，使用温度传感器、湿度传感器和风速风向传感器等监测各项气象指标，并通过传感器电路将这些数据转化为电信号进行处理，实现对气象变化的监测和预测。
二、工业自动化领域中的传感器电路应用在工业自动化领域中，传感器电路被广泛应用于生产过程的监测和控制。
例如，在流水线生产中，使用光电传感器监测物品的到位与否，通过传感器电路将感测到的信号转化为电信号，并传输给控制系统，实现对生产过程的自动控制和调节。
三、生物医学领域中的传感器电路应用传感器电路在生物医学领域中也有重要的应用。
例如，在心电图监测中，使用心电传感器将人体心电信号转化为电信号，并通过传感器电路进行放大、滤波和处理，最终呈现在医生的监测设备上，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
四、智能家居领域中的传感器电路应用在智能家居领域，传感器电路起到了重要的作用。
例如，使用温度传感器、湿度传感器和光照传感器等，通过传感器电路对家居环境的各种物理量进行感知和监测，实现对温控、湿控和照明控制等功能的智能化管理。
总结起来，传感器电路作为一种重要的电路系统，广泛应用于环境监测、工业自动化、生物医学和智能家居等领域。
传感器电路能够准确感知和转化各种物理量或环境信号，通过信号处理电路对这些信号进行处理，并最终输出给相关设备进行控制和反馈，为现代生活和工业生产提供了便利和智能化的解决方案。
最简单的传感器应用原理电路图
最简单的传感器应用原理电路图1. 概述在现代科技发展中，传感器起到了至关重要的作用。
传感器是一种能够感知环境中某一种物理量并将其转化为可用电信号的装置。
传感器应用广泛，涵盖了工业、农业、医疗、安防等领域。
本文将介绍最简单的传感器应用原理电路图。
2. 传感器简介传感器是一种能够感知并测量物理量的器件。
常见的传感器种类包括光敏传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等等。
传感器通过与环境物理量的相互作用，将物理量转化为电信号输出。
3. 传感器应用原理电路图3.1 光敏传感器应用电路图光敏传感器常用于光照强度的测量和控制。
下面是一种常见的光敏传感器应用原理电路图：•光敏传感器•电位器•电阻•运算放大器3.2 温度传感器应用电路图温度传感器广泛应用于温度监测和控制领域。
以下是一种常见的温度传感器应用原理电路图：•温度传感器•器件接口电路•微控制器3.3 湿度传感器应用电路图湿度传感器用于测量环境湿度。
以下是一种常见的湿度传感器应用原理电路图：•湿度传感器•电源电路•运算放大器3.4 压力传感器应用电路图压力传感器常用于测量气体或液体的压力。
以下是一种常见的压力传感器应用原理电路图：•压力传感器•电源电路•运算放大器4. 传感器应用实例4.1 光敏传感器应用实例光敏传感器可以应用于智能照明系统中，通过感知环境光照强度来自动调节灯光亮度。
光敏传感器应用电路图如下：•光敏传感器接入电源电路•将传感器输出连接到运算放大器输入端•运算放大器输出连接到照明系统控制电路4.2 温度传感器应用实例温度传感器可以应用于恒温控制系统中，通过感知环境温度来实现自动调节空调温度。
温度传感器应用电路图如下：•温度传感器接入电源电路•将传感器输出连接到器件接口电路•器件接口电路连接到微控制器•微控制器与空调控制回路连接4.3 湿度传感器应用实例湿度传感器可以应用于温室监测系统中，通过感知温室内湿度来自动调节水分供给。
湿度传感器应用电路图如下：•湿度传感器接入电源电路•将传感器输出连接到运算放大器输入端•运算放大器输出连接到水分供给系统控制电路4.4 压力传感器应用实例压力传感器可以应用于工业流程控制中，通过感知管道内液体或气体的压力来实现自动控制。
如何设计一个简单的光电传感器电路
如何设计一个简单的光电传感器电路设计一个简单的光电传感器电路可以实现对光的检测和测量。
光电传感器电路由光电二极管和相关元件组成，能够将光信号转换为电信号。
接下来将介绍一个简单的光电传感器电路设计。
1. 光电二极管光电二极管是光电传感器电路的核心部件。
光电二极管的作用是将光信号转换为电信号。
一般常用的光电二极管有PIN型光电二极管和PN型光电二极管。
在这个简单的电路设计中，我们选择使用PN型光电二极管。
2. 光敏电阻光敏电阻也是光电传感器电路中重要的元件之一。
光敏电阻的电阻值会随着光照的强弱而发生改变。
在设计中，我们将光敏电阻与光电二极管串联连接，通过测量电阻值的变化来间接测量光的强弱。
3. 运算放大器为了使光电信号能够被电路检测到并输出，需要使用运算放大器来放大信号。
运算放大器是一种具有高增益和低失真的放大器，能够增强电路的灵敏度和稳定性。
4. 电源与滤波电路为了确保电路正常工作，需要为电路供电，并通过滤波电路去除杂散信号和噪声。
一般选用5V的直流电源，并通过低通滤波器滤除高频噪声。
5. 输出装置为了能够直观地观察到光电传感器的输出结果，可以选择添加一个LED或蜂鸣器等输出装置。
通过输出装置的亮灭或声音来反映光强的变化。
在设计光电传感器电路时，需要注意以下几点：1. 光敏元件的选择：根据实际需求选择合适的光敏元件，如光敏电阻、光电二极管等。
2. 电源电压的选择：根据电路元件的工作电压范围选择合适的电源电压。
3. 输出信号的处理：可以根据实际需求使用运算放大器、比较器等对输出信号进行处理和判断。
4. 接地和屏蔽：在布线过程中，确保良好的接地和屏蔽，减少干扰信号的影响。
5. 光源的选择：根据实际需求选择合适的光源，如白光LED、红外LED等。
综上所述，设计一个简单的光电传感器电路需要考虑光敏元件的选择、电源电压、输出信号的处理以及接地和屏蔽等因素。
根据实际需求和具体情况，可以进行相应的调整和优化，以实现更加稳定和准确的光电传感器电路。
传感器全桥电路
传感器全桥电路
全桥传感器电路是一种常见的电桥电路，用于测量传感器（例如压力传感器、温度传感器等）的变化。
这种电路常用于测量传感器的阻值变化，将其转换为电压输出。
一个典型的全桥传感器电路由四个电阻组成，通常是两个传感器阻值和两个已知阻值的电阻，连接成一个平衡电桥。
当传感器的阻值发生变化时，电桥就会失去平衡，产生一个输出电压信号，该信号与传感器的阻值变化成正比。
传感器全桥电路的基本构成：
1.传感器元件：例如压力传感器、温度传感器等，其阻值随着测量量的变化
而变化。
2.已知阻值电阻：两个固定的、已知阻值的电阻，通常称为参考电阻。
3.电桥：由四个电阻组成的电路，连接在一个电源电压上。
4.输出信号检测：连接在电桥的中间节点，检测电桥失衡时产生的输出电压
信号。
工作原理：
•当传感器的阻值变化时，电桥失衡，电桥两端产生不同电位差。
•输出信号检测电路检测到这一电位差，将其转换为可读的电压信号。
应用场景：
•压力传感器、应变计等传感器的阻值随被测量量的变化而变化时，利用电桥来转换为电压信号进行测量和监测。
全桥传感器电路的设计需要考虑传感器阻值范围、电桥电路的灵敏度、输出电压的测量和校准等因素，以确保准确可靠地转换传感器的变化为电压输出。
传感器信号调理电路
对于数字测量系统，除了使传感器输出信号（包括电压、 动态范围、信号源内阻、带宽等参数指标）适合于转换 为离散数据流外，信号调理的作用还在于满足模拟传感 器与数字DAQS之间的接口要求：(1)信号隔离，(2)信号
的预处理，(3)去除无用信号。
传感器输入的信号是一种原始的待处理电信号， 一般不方便直接使用，需要进行加工处理，这就是 传感器的信号调理。信号调理电路将传感器输出的 微弱信号转换为电压、电流或频率等便于测量的电 信号，输出信号精度较高。
1 概述
在数据采集中, 经常会遇到一些微弱的微伏级信号， 例如热电偶的输出信号，需要用放大器加以放大。
运算放大器
第一个使用真空管设 计的放大器大约在 1930年前后完成，这 个放大器可以执行加 与减的工作。 60年代 晚期，仙童半导体推 出了第一个被广泛使 用的集成电路运算放 大器，型号为μ A709.
-
R4
R6
A2
器A3，将双端 Ui2
+
U4
输入变为对地
测量放大器原理电路
的单端输入。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器的增益
K U0 Ui1 Ui2
Ui1
+
U3 R3 U5
R5
A1
(U3 U 4 )U0
-
R1
-
(Ui1 Ui2 )(U3 U 4 ) IG RG
R2
A3
UO
+
U3 Ui1 IG R1
而同比例运算放大器可以得到较大的
输入电阻，较低的输出电阻
R2
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
测量放大器
测量放大器是一种带有精密差动电压增益的 器件，具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗 共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳 定增益等特点，在检测微弱信号的系统中， 被广泛用作前置放大器。
传感器信号调理电路
软件设计
数据采集与处理
编写程序实现数据的实时采集、 存储和处理，利用算法对信号进 行去噪、补偿和特征提取等操作。
通信接口
实现与上位机或其他设备的通信接 口，以便将调理后的传感器信号传 输到外部设备进行进一步处理或显 示。
嵌入式系统开发
针对具体硬件平台，进行嵌入式系 统开发，包括驱动程序编写、系统 配置和优化等。
用于各种科研实验中的信号 采集、传输和处理，如生物
医学实验、物理实验等。
02 传感器信号调理电路的工 作原理
信号采集
传感器将物理量（如温度、压力、位移等）转换 为电信号。
不同类型的传感器对应不同的物理量，如热敏电 阻对应温度，差分变压器对应位移等。
采集的信号通常比较微弱，需要进一步处理才能 使用。
和陷波滤波器等。
滤波器的选择需要根据实际需求进行，不同的滤波器对不同频
03
率的噪声和干扰有不同的抑制效果。
信号转换
01
02
03
转换器将调理后的电信 号转换为数字信号或模 拟信号，以便于计算机
处理或传输。
转换器有多种类型，如 模数转换器和数模转换
器等。
转换器的选择需要根据 实际需求进行，不同的 转换器适用于不同的应
组合型
由以上几种类型的电路组合而 成，具有多种功能，能够满足
复杂的应用需求。
应用领域与场景
医疗电子
用于医疗设备的信号采 集、传输和处理，如心 电监护仪、血压计等。
环境监测
用于各种环境参数的测 量和监测，如温度、湿
度、压力等。
工业控制
用于工业生产过程中的各 种参数测量和控制，如流
量、液位、压力等。
科研实验
用场景。
传感器电路板说明
传感器电路板说明
1、下方端口“RGGT”为超声发射、接收传感器接口，其中“T”为发射，“R”为接收，“G”是公共端，注意，传感器管脚有方向，2个传感器的接地端，即接外壳的管脚应相邻安装；
2、右侧“EC+-”为红外收发传感器，其中“+-”为发射管，“EC”为接收管，注意，接收管（黑色）短脚为+；
3、右侧“G+5DA”为TCR5000红外传感器的输出，其中“G”为公共端接地，“+5”为接正5V电源，“D”为数字量输出，可作为电机测速信号，“A”为模拟量输出，可作为心率计传感器；
4、右侧“GI”为电机PWM控制输入，其中“G”为公共端，“I”为输入端；
5、左侧“DC”为电机电源端，可接+5V；“M”为接电机两端；
6、请自行画出原理图并分析。
焊接时元件要压到底，焊正；电阻误差可在±20内，二、三级管，传感器等都有方向。
注意：认真完成安装该板，并画出原理图和分析，以上内容要作为这次培训的成绩占一定比重。
传感器信号处理电路..
U o
所以：
U i I o 2 U o1R ( R f 1 R f 2 R1 R2 R
1 R1
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
1 R )U i
Ri
)U i
R R1 R R1
I i I i1 I o 2 (
R f 1 R f 2 R1 R2 R1 R2 R
解：根据虚地原理
I i1
Ui R1
Rf 1 R1
Uo Rf 1
输入阻抗：
U0
U o1
U i
R f 1 R f 2 R1 R2
Ri
U i
U o1 o Ii2 U R2 Rf 2
Rf 2 R2
Ui IiLeabharlann 11 R1
R f 1R f 2 R1R2 R1R2 R
2. 直流电桥 四个桥臂由电阻R1、R2、R3 a 和R4组成。
R1 I1 I2 R4
b
R2 c Uo R3 d Ui
直流电桥
R1
R3
V
R4 R2
R1R3 R2 R4 Ui 电桥的输出： U o ( R1 R2 )(R3 R4 )
平衡的条件： 温敏电阻 R1 R3
平衡条件
R 1·R 3= R 2·R 4
（2）描述电路各部分作用。
+12V
R6
100M R3 10K C 10uF
热电偶
+
+
AD707
+12V
R2 RP1 1K 20 R5 91 R1 232K RP2 20K
LM35D
R4 24.3K
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第11章 传感器电路
E＋
U1 D1 － A ＋
RP E－ ＋ －
D2 U2
~
图11.16 电平转换电路
第11章 传感器电路
11.2.3 采样-保持电路 采样-保持电路通过逻辑指令控制, 使电路对输入信号进行采样,并使电路的 输出级跟踪输入量。通过保持指令,使输 入量在电路中一直保留着,直到下一个新 的采样指令到来。在需要对输入信号瞬 时采样和存储的场合,都需要采样保持电 路,如峰值检波、瞬时量的测量和模拟信 号的采样电路。
A
[(
f0
) 1] j
f (1 K A ) f0
第11章 传感器电路
Rf R1 C Ui R R C C R － A ＋ Uo
图11.14 有源带阻滤波器
第11章 传感器电路
Kf
0
1
f / f0
图11.15 有源带阻滤波器的幅频曲线
第11章 传感器电路
11.2.2 电平转换电路 对于一些采样器件,输入的电压必 须限制在一定的范围内。所以,需要将电 平调整为合适值。图11.16是最基本的电 平转换电路。 图中的电位器Rp 用来调整信号的 电平偏移。U1 、U2 为采样器件对输入电 平的上下限。选择合适的A,使得信号范 围在U1~U2 之间。D1 、D2 用于限定输入 范围,起到过压保护的作用。电平转换电 路的形式是多样的,应该根据具体的要求 设计。
Uo Rf1 R1 Ui
(11.2)
第11章 传感器电路
Rf2 Uo1 Io2 R Ii Ui Ii1 RP R1 － A1 ＋ A2
Ii2 R2 － ＋ RP Rf1
Uo
图11.4 自举型高输入阻抗放大器
第11章 传感器电路
同理
U o 0 0 U o1 Ii 2 R2 Rf 2 U o1 Rf 2Rf 1 R1R2 Ui
C1 R1 1 a 1 ,Q C2 R2 a KA
Rf 1 R1C1 , KA R2C2 Rf 2
其典型的幅频特性曲线如图11.13所示。
第11章 传感器电路
Rf1 Rf2 － A ＋ Ui R2 C1 C2 R1 Uo
图11.12 有源带通滤波器
第11章 传感器电路
Kf
(11.3)
(11.4)
所以
Io2
U o1 U i ( R f 1R f 2 R1R2 )U i R R1R2 R
(11.5)
1 R f 1R f 2 R1R2 I i I i1 I i 2 ( )U i R1 R1R2 R
(11.6)
第11章 传感器电路
因此输入阻抗为
第11章 传感器电路
11.1.3 电荷放大器 电荷放大器,顾名思义是用来放大 电荷的。其输出的电压正比于输入电荷。 它要求放大器的输入阻抗非常高,以至于 电荷损失很少。通常,电荷放大器利用高 增益的放大器和绝缘性能很好的电容来实 现,如图11.5所示。 图11.5中,电容Cf 是反馈电容,将输 出信号Uo反馈到反向输入端。当A为理想 Q Uo （11.9） Ct 放大器时,根据虚地原理,反向端接地,所 以,Ui=0。有Q=(0-Uo)Cf,即
K fv KA( f0 ) f 2 1 f [1 ( ) ] j ( )( ) f0 Q f0
(11.12)
其中,f0=1/(2πRC),Q=1/(3-KA),KA=Rf/R1。其幅 频特性曲线,如图11.11所示。 同样,KA必须小于3,否则会引起自激振荡。
第11章 传感器电路
第11章 传感器电路
Kf 10 0 －10 －20 －30 －40 Q＝2 Q＝1
Q＝0.5
0
0.2 0.3 0.5
1
f / f0
图11.8 有源低通滤波器的幅频曲线
第11章 传感器电路
2) 高通滤波器 与低通滤波器相反,高通滤波器用 于衰减低频信号,而让频率较高的信号通 过。图11.9是阻容高通滤波器和它的幅频 K 特性。
K fv R1 Rf 2 2 2 (1 R C ) (3 ) j RC R1
（11.10）
我们令f0=1/(2πRC),Q=1/(3-KA),KA=Rf/R1,所以
K fv
KA f 2 1 f [1 ( ) j ( )( ) f0 Q f0
(11.11)
其幅频特性曲线,如图11.8所示。
第11章 传感器电路
滤波器通常可分为低通滤波器、 高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 等。 1)低通滤波器 低通滤波器用于衰减高频信号,而 让频率较低的信号过去。图11.6是阻容滤 波器和它的幅频特性。
第11章 传感器电路
K R ＋ － 1
1
~
E
C
2
0
1
f / f0
图11.6 阻容低通滤波器和幅频特性曲线
第11章 传感器电路
虽然阻容滤波器电路简单,但是它 的缺点是明显的。其在通频带内,增益随 着频率的增大而下降。所以,为了改善在 上界频率附近的频响特性,通常可以采用 R1 有源滤波,如图11.7所示的电路。
R Ui R C － A ＋
C
图11.7 有源低通滤波器
第11章 传感器电路
该电路中,电信号经过阻容低通滤 波器后,经过同相放大,一部分通过电阻反 馈到同相输入端。该低通滤波器的高端 Rf 的频响有较好的改善。它的传输函数为
1
第11章 传感器电路
基准 电压 －Ui Ur K2
K1
R － ＋
积分器 比较器 － ＋
K
控制 开关
C
n位计数器 … 时钟脉冲 发生器 D1 D0
Dn －1
数字输出
图11.18 双积分型A/D转换器原理
第11章 传感器电路
假设从T1 时刻开始，开关K连接 K2侧，一直到t1时刻，期间由于积分器上 加上基准电压Ur，输出电压Uo(t)为
第11章 传感器电路
场效应管的电路,虽然可以用自生 偏置来获得静态工作电压。但是,为了使 场效应管工作在线性区,通常用分压电路 来获得静态工作电压。在图11.2中的电路 中,电源电压E经过R1 和R2 分压,通过Rg 耦 合,作为场效应管的偏置电压。
第11章 传感器电路
我们来观察一下图11.2中电路的输 入阻抗。这是一个跟随电路。我们观察 Rg 两端的电压,交变信号通过电容C1 耦合 到电阻Rg的一端,同时,由于是跟随设计,所 以场效应管G的源极的电压和栅极的电压 大小近似相等,相位相同。这个信号通过 C2 耦合到电阻Rg 的另一端。这样,Rg 两端 的电压接近相同,所以流过Rg 的电流很小。 也就是说,场效应管的输入阻抗并没有因 为分压电路的存在而降低。
第11章 传感器电路
传 感 器
输出
图11.1 变压器匹配
第11章 传感器电路
11.1.2 高输入阻抗放大器 在实际应用中,很多传感器的阻抗 很高,如压电换能器,光敏二极管、压电加 速度计等。要进行高精度的测量,传感器 和输入电路必须很好地匹配。这就要求 放大器有较高的输入阻抗,其数量级在MΩ 以上。由于场效应管或集成运算放大器 的本身的输入阻抗非常高,所以通常用场 效应管或集成运算放大器来实现高阻抗 放大器。下面通过两个例子,介绍高阻抗 匹配的方法。
第11章 传感器电路
第11章 传感器电路
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5
传感器的匹配 信号处理电路 信号传输 抗干扰设计 实际传感器电路举例
第11章 传感器电路
11.1 传感器的匹配
11.1.1 变压器匹配 利用变压器可以很方便地进行阻抗 匹配,在一定的带宽范围内,无畸变地传输电 压信号。具体电路应该根据传感器信号的 情况而定。 例如,动圈式麦克风的输入通常用一 个小型的变压器来匹配,如图11.1所示。
C
1
＋ R －
~
1
E R
2
0
1
f / f0
图11.9 阻容高通滤波器和特性曲线
第11章 传感器电路
和阻容低通滤波器相同,虽然阻容 高通滤波器电路简单,但是在其通频带内, 幅频特性曲线不是特别理想。增益随着 频率的下降而下降。所以,为了改善其下 界的频率附近的频响,可以采用如图11.10 所示的电路。
Ui 1 Ri 1 R f 1R f 2 R1R2 Ii R1 R1R2 R
我们令Rf1=R2,Rf2=2R1，则
(11.7)
RR1 Ri 1 1 R R1 R1 R
1
(11.8)
当R=R1时,Ri趋于无穷。输入电流 R Ri Ii实际由A2提供。当然,实际应用时,R和R1 R 存在一定的偏差。若 为0.01%时,R1=10kΩ时,则输入阻抗高达 100MΩ。一般的反向放大电路是达不到 的。
第11章 传感器电路
采样-保持电路主要由模拟开关、 电容和缓冲器组成,如图11.17所示。模拟 开关在逻辑指令的控制下,用于决定当前 是采样还是保持。电容用于存储模拟信 号。缓冲器放大器由射随电路组成,提供 高的输入阻抗和低的输出阻抗。
第11章 传感器电路
模拟开关 K Ui C 逻辑指令
缓冲放 大器 存储电容
第11章 传感器电路
Rf R1 C Ui R C R － A ＋
Uo
图11.10 有源高通滤波器
第11章 传感器电路
Kf Q＝1 Q＝0.5 Q＝2
0
1
f / f0
图11.11 有源高通滤波器的幅频曲线