基于运放的AD输入信号调理电路设计说明书

i2 = 273uA i2 = 273uA
T(℃)
100
i = 0uA i = 100uA
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
V0 (V)
5
V0
i(uA)
0
100
Vo=50×(i1- 273)×10-3
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
1K vi
V0 (V)
v1
5
V0
0.273V V1= Vi ,
R1
Rf
0
Vo= V1(1 + Rf /R1)
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
T = 0℃ Vi=0.273V Vo= -0×50=0V
T = 100℃ Vi=0.373V Vo= -0.1×50= -5V
七.信号调理电路设计
1. 恒流补偿原理变送器电路
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-
基于运放的AD输入信号调理电 路设计
一.电流/电压转换电路设计
1. AD592 特性分析
VCC
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. 变送器特性分析
V0 (V)
5
0
T=0℃ vo=0V T=100℃ vo=5V
T(℃)
100
5V/100 ℃ = 0.05V/℃
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
Vi=0.273V Vi=0.373V
⑵ 运算放大器电流→电压转换电路
4. 模拟/数字电源的区分使用 模拟电路与数字电路的电源尽量分开，否则会
产生不良耦合，干扰模拟测量电路的正常工作。
5. 限幅电路设计注意 限幅电路由限幅二极管和限流电阻组成，用于
保护后级电路。限流电阻不可以没有，也不可以太 大，否则会造成信号衰减，影响测量精度。
四.标定原理与标定方法
1.通过标定解决的问题
2. 稳压二极管的使用 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。使用中应注意稳压二 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。
3. 电路干扰的抑制 可以在直流放大电路的负反馈电阻上并接电容
来降低交流增益抑制噪声。但是电容不宜太大，否 则会延长放大器对于被测信号的响应时间。
T = 100℃ i0 = 373uA Vo=18.65V
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
T = 0℃ T = 100℃
0
i1 = 273uA i1 = 373uA
1 00 u
D1 3 .3 V
+12 1 04 R2 1 0K
1 04 R5 4 7K
VR2 1 0K
+12 1 04
AD592+
R1 1 0K
AD592-
-1 2
1 04
R6
4 7K
-1 2
1 04 -1 2
+5
D2 1 N41 4 8 R7 1K
D3 1 N41 4 8
V0
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
R1 取 1K
恒压补偿电路 — 提供 273uA 恒定补偿电流
限流电阻 R2 VR1 9.1V 273A 33.3K
R2 取 30K，VR1 取 5K 增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电流为 373A - 273A 100A
电阻 R4 VR2 5V 100 A 50K
---调“满度”
⑶ 加法平移变送器电路标定方法
+12
R3 3K
VR1
5K
R4 1 0K
1 00 u
D1 3 .3 V
1 04
VR2
R5
1 0K
4 7K
AD592+
R1
1 0K
+12 1 04 R2 1 0K
1 04
R6
4 7K
+12 1 04
1 04
+5
D2 1 N41 4 8 R7 1K
D3 1 N41 4 8
解得：Rf /R1=49
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
R
V0 (V)
0.273 0.373 Vi(V)
V0
- 13.65V
- 18.65V
i1=0 i2=i - i1= i V1=V2=0 i=Vi/R1
i0=0 Vo= -Rf×i = -Vi×Rf/R1
-V
T(℃)
0
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 is i i1 i2
V0 (V)
5
V0
i100
R
0
-V
T(℃)
100
T = 100℃，i2= i100 - is=100uA，多种原因导致 V0≠5V 解决方法：调整VR2，改变 i2 在VR2上的压降，使
R4 取 47K，VR2 取 10K
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
-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
V0 (V)
5
0
T(℃)
100百度文库
T = 0℃ vo 0V 使 vo 0V 的过程称为调“零” T = 100℃ vo 5V 使 vo 5V 的过程称为调“满度”
2.恒流补偿变送器标定原理与标定方法 ⑴ 恒流补偿变送器电路调“零”原理
+V
VR1 is
R
i i1 i2
V0 (V)
5
V0
i0 R
V0 - 5V
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
- 18.65V
Vo= -Rf×i2 = -(Vi+Vs)×Rf/R1 = -(Vi+Vs) ×50
Vs = -Vi0= -0.273V
限流电阻 R3 (12V 3.3V) 3mA 2.9K
R3 取 3K
平移电路 — 抵消 0℃ 取样电压
电阻 R4 VR1 3.3V (2.73V/10K) 12.1K
R4 取 10K，VR1 取 5K
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电压为 2.73V 3.73V 1.00V
R2 取 10K，VR1 取 5K
增益控制电路 — 控制输出满度电压为 5V
满度输入电压为 100A12.1K 1.21V
电阻 R4 VR2 5V 1.21V 4.13K
R4 取 39K，VR2 取 5K
3.反相加法平移原理变送器电路 ⑴ 电路原理图
+12
R3 3K
VR1
5K
R4 1 0K
电阻 R5 VR2 (5V 1V)10K 50K
R5 取 47K，VR2 取 10K
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 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。
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
R=50K T = 0℃ i0 = 273uA Vo=13.65V
R3 1 0K
1 04
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变取样电压，使V0=0V 设置T = 100℃，调整VR2阻值，改变放大器增益，使V0=5V
以上操作重复2~3遍，标定工作完成。
4.加法平移变送器标定原理 ⑴ 加法平移变送器电路调“零”原理
R1
i0
V-
Es VR1
Ri2s
Vi i1
R3
R4
-1 2
R4 4 7K
+12
VR2 1 0K
1 04
1 04 -1 2
+5
D2 1 N41 4 8 R5 1K
D3 1 N41 4 8
V0
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 稳压二极管 D1 工作电流取 3mA
限流电阻 R1 (12V 9.1V) 3mA 970
-1 2
-1 2
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变补偿电流，使V0=0V 设置T = 100℃，改变I→V转换电阻VR2阻值，使V0=5V 以上操作重复2~3遍，标定工作完成。
3.恒压补偿变送器标定原理与方法 ⑴ 恒压补偿变送器电路调“零”原理
+V
i0
V0 (V)
5
Vi
V0
VR1
Es
R3
R4
0
V0
AD592-
-1 2
-1 2
-1 2
设置T = 0℃，调整VR1阻值，改变通过VR1电流，使V0=0V 设置T = 100℃，调整VR2阻值，改变放大器增益，使V0=5V
---调“满度”
⑶ 恒压补偿变送器电路标定方法
+12
AD592+
AD592-
R2 1 0K
+12 1 04
1 04
+12 1 04
1 04
+5
D2 1 N41 4 8
R5 1K
D3 1 N41 4 8
V0
1 00 u
-1 2 VR1 5K
R1 3K
D1
-1 2
3 .3 V
R4 3 9K
-1 2
VR2 5K
D2 1 N41 4 8
R5 1K
D3 1 N41 4 8
V0
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 R1 (12V 3.3V) 3mA 2.9K
R1 取 3K
恒压补偿电路 — 提供 3.3V 恒定压降
电阻 R2 VR1 3.3V 273A 12.1K
V0= 5V ---调“满度”
⑶ 恒流补偿变送器电路标定方法
+12
R1 1K
1 04
1 00 u
D1
9 .1 V
VR1
5K
is
R2 3 0K
AD592+
R3 4 7K
R4 4 7K
+12
VR2 1 0K
1 04
1 04
+5
D2 1 N41 4 8 R5 1K
D3 1 N41 4 8
V0
AD592-
T(℃)
100
T = 0℃，Vi≠0 或其他原因，导致 V0≠0 解决方法：调整VR1，改变 i0 在VR1上的压降 ，使Vi
发生变化，并且使V0= 0 --- 调“零”
⑵ 恒压补偿变送器电路调“满度”原
理 +V
V0 (V)
5
i100
Vi
V0
R4
VR2
Es
R3
0
T(℃)
100
T = 100℃，多种原因导致 V0≠5V 解决方法：调整VR2，改变 放大器增益，使 V0= 5V
i1 = 273uA(0℃) i1 = 373uA (100℃)
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
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
ΔVi = 0.1V Vo= -ΔVi×Rf/R1= -5V Rf/R1= 50
T = 0℃ Vi=0.273V Vo= -13.65V T = 100℃ Vi=0.373V Vo= -18.65V
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 0.273 0.373
V0 (V)
5
V0
0
T(℃)
100
T = 0℃， is – i1≠0 或其他原因，导致 V0≠0
解决方法：调整VR1，改变 is ，使V0= 0 --- 调“零”
⑵ 加法平移变送器电路调“满度”原
理
Es R4
VR2
V0 (V)
5
R1
R2
V0
i100
R3
0
V-
T(℃)
100
T = 100℃，多种原因导致 V0≠5V 解决方法：调整VR2，改变 放大器增益，使 V0= 5V