信号调理电路
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理信号调理电路工作原理信号调理电路是一种用于优化和改善信号质量的电路，它在电子设备中起到至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨信号调理电路的工作原理。
什么是信号调理电路？信号调理电路是一种用于处理传感器信号、放大信号、滤波信号等的电路。
它可以帮助我们从原始信号中提取所需的信息，并减少噪音和失真。
信号调理电路的组成信号调理电路由多个组件组成，包括：1.放大器：用于放大输入信号的电压或电流。
放大器可以增加信号的幅度，提高信噪比。
2.滤波器：用于去除信号中的杂散噪声和不必要的频率成分。
滤波器根据信号频率特性，通过滤波器形成期望的输出信号。
3.转换器：用于将输入信号从一种形式转换为另一种形式，例如模数转换器将模拟信号转换为数字信号，或者数字模数转换器将数字信号转换为模拟信号。
4.压缩器：用于压缩信号的动态范围，以适应特定应用的需求。
压缩器能够对信号进行动态范围的调整，使得信号在不同场景下得到最佳的表现。
5.校准电路：用于调整和校准传感器输出的电路。
校准电路能够对传感器输出的信号进行校准，以保证准确性和可靠性。
信号调理电路的工作原理信号调理电路的工作原理主要包括以下几个步骤：1.采集信号：首先，信号调理电路会采集传感器或其他信号源发出的原始信号。
这个原始信号可能被噪音、失真等干扰所影响。
2.放大信号：接下来，信号调理电路会使用放大器放大输入信号的幅度。
这样做可以增加信号的强度，提高信噪比，并将信号范围调整到合适的水平。
3.滤波信号：信号调理电路还会使用滤波器来滤除干扰信号和不必要的频率成分。
这可以帮助提取我们所需的特定信号，并减少对后续处理环节的影响。
4.转换信号：根据应用需求，信号调理电路可能会将信号从一种形式转换为另一种形式。
例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，以便进行后续数字处理。
5.压缩信号：如果信号的动态范围太大，信号调理电路可能会使用压缩器来压缩信号的幅度范围。
这样可以确保信号在不同场景下得到适当的展示和处理。
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。
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
第3讲：信号调理电路
为何要进行调制处理？
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调制的意义
• 某些传感器变换后得到的信号为低频信 号，直接进行直流放大会带来零漂和级 间耦合问题，造成信号失真。
• 直流信号的传输很容易被干扰。 • 防止所发射的信号间的串扰。主要是无
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简单的一阶系 统，频率衰减 慢，倍频程选 择性仅为6dB ／倍频程。可 通过RC电路级 联方式改善。
相频特性为负，何含义？ 倍频程选择性在图上的含义？
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RC级联电路
多个RC网络的级联 可以提高滤波网络的 阶次，提高衰减速度。 但必须考虑各个环节 之间的负载效应，可 通过运放构成的有源 滤波器解决。
RCdeo eo ei dt
•
传递函数
H(s)eo(s) 1
ei s1
• 幅频特性见下页图
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1 eo jwC 1 ei R 1 jwRC 1
jwC
20 lg(| eo |) 20 lg( (w )2 1) 3 当 w 1/
ei
arctan( wRC ) arctan( w ) / 4 当 w 1/
• 滤波器的性质分： ➢无源滤波器：L、C等储能元件构成 ➢有源滤波器：包含运算放大器
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滤波器的特征参数
• 理想滤波器与实际滤波器的幅频特性如下图
Fc1处增益为多少
• 主要特征参数：上下截止频率、带宽、纹波幅度、倍频 程选择性等。
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滤波器的特征参数
• 截止频率：幅频特性值为A0／√2（－3dB）所 对应的频率点，即半功率点。
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交流电桥的特点
优点：电源频率一般为5k-10kHz，此时电桥的输 出为调制波，工频干扰不易引入电桥线路中；交流 放大电路设计简单，没有零漂问题。
4 信号调理电路
4.1.1霍尔传感器信号调理电路
当有钢球滚过传感器时，传感器UGN-3501T可以输出20mV的脉冲； 脉冲信号经22μF电容耦合再经运放放大后，输入至三极管的基极； 运算放大器主要起到阻抗匹配作用，为功率放大三极管提供足够的 驱动电流； l0K电阻和 22μF电容构成去噪声电路。
I 4 I5 I 6 I 4 U R U / R
I1 I 2 I 3
I2 U / R
I1 U R U / R
UR / R U 1 / R 1 / R f 1 / Rx
I5 U / R f
I6 U / Rx
I3 U Uo / Rf
Rx 1 R
1
U R Uo R 2 R / Rf Rf
U
U R / R Uo / R f 2 / R 1/ R f
UR / R U 1 / R 1 / R fR f 2 / R 1/ R f
U R Uo R 1 1 1 R / R f Rf
霍尔传感器与TTL电平接口电路
TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic)，5V电源，输入高电平≥2V，输入低电平≤0.8V；输出高电平≥2.4V， 输出低电平最大≤0.4。 CMOS电路输入电阻极大，对干扰信号敏感，因此不用的输入端接地或接 电源，输入高电平≥0.7VCC，输入低电平≤0.2VCC；输出高电平≈VCC， 输出低电平≈GND。 因此，在系统供电5V情况下，CMOS电路可以直接驱动TTL，反之不行。 UGN -3000是集电极开路型输出，需外接上拉电阻。电阻R作为霍尔元件 的集电极电阻，电容C是高频噪声信号的旁路电容，74LS14施密特触发器 对霍尔元件输出的电平信号整形，使之符合TTL电平标准。
信号调理电路
Vo AVi A(V+ - V- )
3
Vi V2
Vo
A：放大倍数
理 想 运 •高增益 A很大，1000倍以上 放 •高输入电阻 r 很大，兆欧以上 i 的 特 •低输出电阻 ro很小，可以忽略 点
运算法则：1、U 4、 ro
同相 输入端
A→∞
v2 - v1
ri→∞ 故： I 0 i ro→0
运算放大器
• 运算放大器是信号调理电路的常用器件，掌 握运算放大器的特性及其工作方式，对于掌 握信号调理电路的工作原理非常重要。
• 运算放大器是一个集成电路芯片，将其连接
成不同的工作方式，便可实现多种数学运算 故称为运算放大器，简称运放。
运算放大器
E+
电路符号
+Vcc uN uP
-
uo
+
-Vcc
R2
运算放大器总结
工作方式
R1 10k
i -
R2 100k +10V
i1
R2
ui
R3 10k
a
uib
uo
-10V
R1 R3 i2 R4 +
+
uia
uo
单端输入方式
一端接输入信号，而另 一端接地（或通过电阻 接地） 同相输入 反相输入
差动输入方式（双端输入）
输入信号uib和uia同时加在 同相端和反相端
ui uib - uia
运算放大器总结
工作方式
+10V
i R2 100k R1 10k +10V -
ui
Vr
+
uo
ui
R3 10k
【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
整理课件
34
§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。
整理课件
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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。
整理课件
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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。
信号调理电路基础知识教案
信号调理电路基础知识教案一、引言本教案旨在介绍信号调理电路的基础知识。
信号调理电路是一种用于加工、放大和滤波传感器或传输线上的信号的电路。
它起着将原始信号转换为更易处理、更适合输入到数据采集、控制或通信系统的形式的作用。
本教案将重点介绍信号调理电路的基本概念、常见的调理电路类型以及它们在不同领域的应用。
二、信号调理电路的概述1. 信号调理电路的定义信号调理电路是一种电路系统，通过它可以对原始信号进行放大、过滤、线性化、增益控制等处理，以便满足特定的应用需求。
2. 信号调理电路的作用信号调理电路在信号处理系统中起着重要作用，它能够提高信号质量、抑制噪声、调整信号幅度和频率等，使得信号更适合被后续的数据采集、控制或通信系统使用。
三、常见的信号调理电路类型及其原理1. 放大电路放大电路是信号调理电路中最常见的类型之一，它可以将传感器输出的微弱信号放大到适合后续电路处理的级别。
常见的放大电路包括运算放大器放大电路、差分放大电路等。
2. 滤波电路滤波电路用于去除原始信号中带有的不需要的频率成分，例如高频噪声或低频干扰等。
常见的滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3. 线性化电路线性化电路用于将非线性传感器输出的信号进行线性化处理，使得输出信号与输入量之间满足线性关系。
例如，使用二次特性校正电路可以将非线性传感器输出的信号近似线性化。
4. 增益控制电路增益控制电路用于调整信号的幅度，以适应不同的应用需求。
通过增益控制电路可以灵活地调节信号的大小，以满足后续电路的输入要求。
四、信号调理电路的应用案例1. 工业控制系统中的应用信号调理电路在工业控制系统中广泛应用。
例如，在温度控制系统中，信号调理电路可以将传感器输出的温度信号放大并线性化，以便送入后续的控制器进行控制。
2. 医疗仪器中的应用在医疗仪器中，信号调理电路可以用于放大、滤波和线性化生理信号，如心电图、血压信号等，以便医生进行诊断和治疗。
3. 通信系统中的应用信号调理电路在通信系统中起到重要作用。
11.02 二、信号调理电路
二、信号调理电路 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
定频调幅式测量电路 R
振荡器
（稳频稳幅） LUFra bibliotekC二、信号调理电路 变频调幅式测量电路
检
电容三点 式振荡器
波 器
滤 波 器
射 极 跟 随
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
二、信号调理电路 调频式测量电路
L
C 高频
振荡器
e
鉴频器
z 以LC振荡回路的谐振频率作为输出量。 z 鉴频器将调频信号转换为电压信号输出。
二、信号调理电路 定频调幅式测量电路
振荡器
R
（稳频稳幅）
L
放大器 C
检波器
滤波器
z 涡流传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振回路，由 恒流源石英晶体振荡器供电。
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。
信号调理电路
与传统无线电不同，软件无线电要求尽可能地以数字形式处理无线信号，因此必须将A/D和D/A转换器尽可 能地向天线端推移，这就对A/D和D/A转换器的性能提出了更高的要求。主要体现在两个方面。
（1）采样速率。依据采样定理，A/D转换器的抽样频率fs应大于2Wa（Wa为被采样信号的带宽）。在实际中， 由于A/D转换器件的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，一般选取fs>2.5Wa。
（2）分辨率。采样值的位数的选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，一般分辨率80dB 的动态范围要求下不能低于12位。
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信号调理电路
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的电路
01 简介
目录
02 信号调理
03 调理技术组成
04 信号滤波
05 信号隔离
06 模数转换
基本信息
信号调理电路（signal conditioning circuit）是指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的电路。
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理一、引言信号调理电路是指对输入信号进行处理和调整，使其能够适应后续电路的工作要求。
它是电子系统中非常重要的一部分，能够对信号进行放大、滤波、增益控制等操作，以保证信号在传输过程中的稳定性和准确性。
本文将从信号调理电路的基本原理、常见的调理方法以及应用案例等方面进行介绍。
二、信号调理电路的基本原理信号调理电路的基本原理是通过对输入信号进行各种操作，以使得信号能够适应后续电路的工作要求。
其核心思想是根据输入信号的特点和要求，选择合适的电路结构和参数，对信号进行放大、滤波、增益控制等处理，以达到信号传输的目的。
三、常见的信号调理方法1. 放大放大是信号调理电路中最常见的操作之一。
通过放大电路，可以将输入信号的幅度增大，以增强信号的强度和稳定性。
常见的放大电路有运算放大器、差分放大器等。
2. 滤波滤波是对信号进行频率选择性处理的方法。
通过滤波电路，可以去除输入信号中的杂波和干扰信号，保留需要的有效信号。
常见的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3. 增益控制增益控制是调节信号放大倍数的方法。
通过增益控制电路，可以根据需要调整信号的放大倍数，以满足不同信号传输要求。
常见的增益控制电路有可变增益放大器、自动增益控制器等。
4. 去噪去噪是对输入信号中的噪声进行消除或减弱的方法。
通过去噪电路，可以提高信号的信噪比，使得信号更加清晰和可靠。
常见的去噪电路有降噪滤波器、自适应滤波器等。
四、信号调理电路的应用案例1. 传感器信号调理在传感器应用中，信号调理电路起到了至关重要的作用。
传感器常常输出微弱的信号，需要通过信号调理电路进行放大和滤波，以提高信号的可靠性和准确性。
2. 通信系统中的信号调理在通信系统中，信号调理电路用于对输入信号进行放大、滤波和增益控制等处理。
通过信号调理电路，可以保证信号在传输过程中的稳定性和完整性，提高通信质量。
3. 生物医学信号调理生物医学领域中的信号调理电路常常用于对生物信号进行处理和分析。
模拟电子技术基础知识信号调理电路的设计原则与分析方法
模拟电子技术基础知识信号调理电路的设计原则与分析方法信号调理电路作为模拟电子技术中的重要组成部分，广泛应用于各种电子设备中，起到了信号处理和优化的作用。
本文将介绍信号调理电路的设计原则与分析方法，并分析其在模拟电子技术中的应用。
一、设计原则1. 信号调理电路的功能需求：在设计信号调理电路之前，首先要明确信号调理电路需要实现的功能，比如滤波、放大、信号匹配等。
根据具体的需求确定信号调理电路的设计方案。
2. 信号调理电路的输入输出：对于任意一个信号调理电路，需要确定其输入信号和输出信号的特性。
如输入信号的幅度范围、频率范围，输出信号的幅度范围、频率范围等。
这有助于确定电路中各个元器件的选择和参数设计。
3. 信号调理电路的线性性能：信号调理电路在输入信号的幅度范围内应保持线性增益特性，即输出信号的幅度与输入信号的幅度成正比。
这要求设计过程中要注重电路的线性度分析和设计。
4. 信号调理电路的稳定性：信号调理电路在不同工作条件下应保持稳定的特性，即在输入信号的变化、温度变化等情况下，电路的输出应保持一致。
需要选取合适的元器件，做好温度补偿和负反馈等措施，以确保电路的稳定性。
5. 信号调理电路的功耗：在设计信号调理电路时，要考虑功耗的因素，尽量选择低功耗的元器件，并合理设计功耗分配。
这有助于提高电路的效率和使用寿命。
二、分析方法1. 信号调理电路的频率响应分析：通过对信号调理电路的频率响应进行分析，可以了解电路在不同频率下的增益、相位等特性。
一般可以使用示波器、频谱分析仪等工具进行频率响应测试，在测试结果的基础上进行调整和改进。
2. 信号调理电路的幅度响应分析：根据输入信号的幅度和输出信号的幅度，可以分析信号调理电路的幅度响应特性。
通过对输入-输出曲线的绘制和观察，可以了解电路的增益、线性度等特性。
3. 信号调理电路的稳定性分析：通过对信号调理电路的稳定性进行分析，可以了解电路在不同工作条件下的响应情况。
可以通过改变输入信号的幅度、频率、温度等条件，观察电路输出的变化情况，判断电路的稳定性。
信号调理电路参数、adc采集频率、位数等参数。
信号调理电路参数、ADC采集频率、位数等参数在数字信号处理中扮演着重要的角色，对于数字信号的准确采集和处理起着至关重要的作用。
在本文中，我将从简到繁，由浅入深地探讨这些参数对数字信号处理的影响，帮助您更深入地理解这一主题。
一、信号调理电路参数1. 信号调理电路的增益信号调理电路中的增益是指输入信号与输出信号之间的比值。
增益的大小直接影响着信号的灵敏度和分辨率。
当增益过大时，会导致信号失真，影响ADC采集的准确性；而增益过小则会导致信号被噪音淹没，使得信噪比过低。
在设计信号调理电路时，需要根据具体的应用场景来合理设定增益。
2. 滤波器的设计滤波器在信号调理电路中起着关键作用，能够滤除掉频谱中不需要的成分，提高信号的质量。
根据信号的特点，可以选择不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器等，来达到所需的信号处理效果。
3. 输入输出阻抗匹配为了最大限度地减小信号源和信号采集器之间的失配带来的误差和失真，需要在信号调理电路中进行输入输出阻抗的匹配。
这样可以有效地提高信号的传输效率，并减小信号的失真程度。
二、ADC采集频率1. 采样定理根据采样定理，信号的采样频率至少要是信号本身最高频率的两倍，才能够准确地还原原始信号。
在确定ADC的采集频率时，需要考虑被采集信号的频率范围，以及信号中所包含的有效信息。
2. 信号失真当采集频率过低时，会导致信号失真，从而影响信号的准确性。
需要根据具体应用需求来合理地设置ADC的采集频率，以充分保留信号的信息。
三、位数1. 位数与分辨率ADC的位数决定了其分辨率，位数越高，分辨率越高，可以更精细地表示被采集信号的大小。
在应用中，需要根据被采集信号的范围和精度要求来选择合适的位数。
2. 位数与存储空间位数的增加会导致采集数据的存储空间增大，因此需要在存储介质有限的情况下，权衡位数和存储空间之间的关系，以确保数据能够被有效地存储和处理。
总结回顾：在数字信号处理中，信号调理电路参数、ADC采集频率、位数等参数的合理设置对于数字信号的准确采集和处理至关重要。
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2章信号调理电路主讲放大滤波
3. 能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如 耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干 扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。
4. 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
(二) 可供选用的传感器类型
对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量，
例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻 、热敏电阻、半导体PN结、IC温度传感器、光纤
图3.1 数据采集系统的基本组成
实际的数据采集系统往往需要同时测 量多种物理量或同一种物理量的多个测 量点。因此，多路模拟输人通道更具有 普遍性。按照系统中数据采集电路是各 路共用一个还是每路各用一个，多路模 拟输人通道可分为集中采集式和分散采 集式两大类型。
一、集中采集式
图3.2 集中式数据采集系统的典型结构
外接电阻RG来调控，并由式
G 1确5定0。
INA115的电路结构、基本接法与INA114R基G本相同。
(2）典型应用
图为热电偶传感器与INA114连接的应用电路。当测 量点T过远时，应增加低通滤波电路，以免噪声电压损 坏器件。增益要根据具体所选的热电偶的类型而定。
INA114基本测量电路
其他型号仪表放大器
低通滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Avp
通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，
性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的， 阻带内的电压放大倍数基本为零。
要提高程控增益放大倍数的准确度，可采用下 列措施：
（1）选用精密测量电阻。因为程控增益放大器的
放大倍数一般是由外接电阻决定的，电阻值的准确度决 定了放大倍数的准确度，所以电阻要选用精密测量电阻 ，并且要精确匹配。
（2）选择转换开关。电路中的转换开关应根据不同
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。
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。
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I N -
+ 2 4 8 16 32 64 128 256 A
1
16K
16K
80K
26.67K
11.43K 5.33K 2.58K 1.27K
(外接)
A
3
V
O UT
负载
630Ω
314Ω
16K A V
I N + 2
16K
外接地
可变增益放大器
把测量放大电路中的外接电阻RG换成一组精 密的电阻网络，每个电阻支路上有一个开关，通 过支路开关依次通断就可改变放大器的增益，根 据开关支路上的电阻值与增益公式，就可算得支 路开关自上而下闭合时的放大器增益分别为2、4、 8、16、32、64、128、256倍。显然，这一组开 关如果用多路模拟开关(类似CD4051)就可方便地 进行增益可变的计算机数字程序控制。此类集成 电路芯片有AD612/614等。
振荡器
3.2 信号滤波电路
一、滤波器概述 1、功能定义 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处 理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功 能（信号分离电路）。 2、类型
• 按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器 • 按选频特性分：低通、高通、带通、带阻 • 按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的 无源滤波器、RC有源滤波器 • 按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶
因此通常采用测量放大电路作为信号调理电路的前置放大级。
测量放大电路的特点：高共摸抑制比、高速度、宽频带、 高精度、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪音
V
IN -
+
R
2
R
S
A1
-
放大 输入 信号 的差 值
(外接) R
G
R R
(外接)
1
A3
V O UT
1
负载 R A2 V
I N+
2
R
S
外接地 (a) 经典的前置放大器
a) 变压器耦合
b) 光电耦合
AD293/294 AD277
3、AD277变压器耦合隔离放大器
2 6 8 7 3 4 输入屏蔽 输出屏蔽 100kΩ 调制器 解调器
1MΩ 100kΩ
13 12
-
∞
+
∞
+ + N2 10 －U 14 11 15 ＋U 16
+ N1
＋15V 1 9 5 －15V
隔离 电源
群时延函数 • 当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证 输出信号失真度不超过允许范围，对其相频 特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计 中，常用群时延函数d∮(w)/dw评价信号经 滤波后相位失真程度。群时延函数 d∮(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。
20lgA/dB
20
α=0.1 0 -1 α=2.5 α=1.67 α=1.25 α=0.8
3、滤波器的基本参数
通带增益A0
频带宽度BW
谐振频率f0、
品质因素Q、
截止频率fp
阻尼系数ξ
二、模拟滤波器的传递函数与频率特性
（1）模拟滤波器的传递函数 • 模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。 传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏 变换之比。 • 经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后， 总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。 这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单 的一阶与二阶滤波电路级联构成。
常用运放的基本类型: (1) 通用运放 (2) 高速运放 (3) 低损耗运放 (4) 高精度运放 (5) 宽带运放 (6) 大功率运放
二. 测量（仪器）放大电路
基本放大电路能够对微弱信号进行放大，适用于不受干 扰的场合。由于检测装置的传感器工作环境恶劣，传感器的输 出线上有较大的干扰信号，基本放大电路的同相端和反向端的 电路结构不对称，削弱了对共模干扰信号的抑制能力。
（2）模拟滤波器的频率特性 • 模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输 入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号 Ui是角频率为w的单位信号，滤波器的输出 Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的 输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频 率特性函数，简称频率特性。 • 频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为 幅频特性，其幅角∮(w)表示输出信号的相位相 对于输入信号相位的变化，称为相频特性。
增益与衰耗 滤波器在通带内的增益并非常数。 • ①对低通滤波器通带增益Ao一般指w=0时的 增益；高通指w→∞时的增益；带通则指中心 频率处的增益。 • ②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定 义为增益的倒数。 • ③通带增益变化量△Ao指通带内各点增益的 最大变化量，如果△Ao以dB为单位，则指增 益dB值的变化量。
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
ห้องสมุดไป่ตู้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 为了减小和削弱以上影响, 设计电路时须采取的措施: (1)保证所使用的电阻尽可能取最小值; (2)保证连接在运放两个输入端的电阻值匹配; (3)选取低输入失调电压的运放; (4)设计时尽量避免选用大于1M以上的电阻; (5)注意运放的增益带宽积是否满足要求; （6）运放的供电方式
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
图中RG是外接电阻，专用来调整放大器 增益。因此，放大器的增益G与这个外接电 阻RG有着密切的关系。增益公式为：
VOUT RS 2 R1 G (1 ) VIN VIN R2 RG
uo
+ N1
R3
ui
2.反相放大器 Kf= uo / ui = -Rf / R1 R3= R1 // R2
3.交流放大器
(1)交流反相放大电路 Kf= –R2 / R1 R3= R2 C1：隔直电容 C3：旁路电容，防止振荡 C3R3>C1R1
C3 R3 R2
ui C1 R1
-
∞
+
uo
+ N1
(2) 同相交流放大电路 C1：隔直电容 R3 ：C1的放电回路
目前这种测量放大器的集成电路芯片有 多种，如AD521/522、INA104等。
INA104的基本电路
三. 程控增益放大电路（PGA）
在多路检测系统中，多路被测信号常常共用一
个测量放大器，而各路的输入信号大小往往不同,
但都要放大到A/D转换器的同一量程范围。因此，
对应于各路不同大小的输入信号，测量放大器的 增益也应不同。具有这种性能的放大器称为可变 增益放大器或可编程放大器，如下图所示。
α=0.1 α=0.2
α=0.33 1 lg(ω/ω0)
α=2.5
a) 幅频特性
-20
α=1.67 α=1.25 α=0.8 α=0.5 -40 /(°) 180° α=2.5 90°α=1.67 α=1.25 α=0.8 0° -1 0
α=0.1 α=0.2 α=0.33 α=0.5 1 lg(ω/ω0)
b) 图4-4
b) 相频特性
二阶高通滤波器
三、RC有源滤波电路
有源滤波器是指采用有源器件和电阻、 电容组成的滤波器，有源滤波器中的有源器 件可以用晶体管，也可是运算放大器，特别 是运放组成的有源RC滤波器可以做到体积 小，重量轻，损耗小，并且可以提供一定的 增益（放大），还可以起到缓冲作用。 因此在低频（1MHz）场合得到极为广 泛的应用，由于受有源器件带宽的限制，有 源滤波器一般不能用于高频场合，高频场合 一般采用无源滤波器，另外需要提供电源。
1、组成及符号
R2
R1 ud uc uiso R1 隔离器 －
－ uo 输入 放大器 输 出 ＋ Riso 放大器 R2
Ciso
＋
2、原理框图
浮置电源 浮置电源
－ － V 输 出 输出 输出解调 输出 输入 输 入 输入调制 输入 放大器 放 大 器 放大器 LED 放 大 器 ＋ ＋ 光耦合器 耦合变压器
（3）滤波器的主要特性指标 • 特征频率： • ①通带截频fp=wp/(2)为通带与过渡带边界点的频 率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 • ②阻带截频fr=wr/(2)为阻带与过渡带边界点的频率， 在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的 下限。 • ③转折频率fc=wc/(2)为信号功率衰减到1/ 2 (约 3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或 阻带截频。 • ④固有频率f0=w0/(2)为电路没有损耗时，滤波器 的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。
R1
R2
ui C1 R3
∞ +
uo
+ N1
(3) 交流电压跟随电路 同相放大电路的特例
R2
为减小失调电流，R3= R2
ui C1 R3
-
∞
+
uo
+ N1
放大电路关键器件-运算放大器
运放特点: 输入阻抗高、输出阻抗低、高放大倍数、使用方便、 运放组成的闭环负反馈放大电路其电压放大倍数只与外接电阻 有关、可靠性高的优点。
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。