传感器和信号调理电路运放
多种温度传感器信号调理电路设计
多种温度传感器信号调理电路设计兀伟;王航宇【摘要】For measuring multi-point temperature of a specimen, and the temperature span, but also to achieve the required accuracy,this paper describes several signal regulated circuits for different types and outputs temperature sensors, such as ADS90, PT1000, and K-type thermocouple. Power supply circuit, signal transmission conversion circuit and amplifier circuit are designed,which achieves the outputs from 1to 5 volt standard signal. In the laboratory using high-precision voltage and current source and resistor box thermoconple, ADS90, and the PT1000 simulation results show that the method is feasible, the relative accuracy of the conditioning circuit can reach 0.1.%为了测量某试件多点温度，且温度跨度很大，还要达到要求精度，本文利用几种不同类型的传感器（AD590、PT1000和K型热电偶）进行采集，其输出形式（电流源、电阻和热电势）和大小均不相同，设计了电源电路、信号转换电路和放大抬升电路．使各种传感器的输出达到统一的1-5V的标准信号；在实验室利用高精度电压、电流源和电阻箱分别对热电偶、AD590和PT1000进行模拟，结果表明该方法可行，调理电路的相对精度可达到0．1级。
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。
传感器与信号调理电路
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训练目的
►建立对测试系统的初步认识。 ►掌握一种常用的信号调理器件——运算
产生标准信号 调试和维修时，模拟传感器的输出信 号
示波器
测量并显示电路 中不同点的信号
运算放大器
►简称运放，是一种包含许多晶体管的集成电 路，常用于信号调理；
►具有高放大倍数，高输入电阻，低输出电阻 ►能完成加、减、乘、除、微积分等多种运算
而被称为运算放大器。当然应用范围远不止 运算。
运算放大器
传感器
►本质：将被测量从一种能量形式转换成另一 种能量形式，并作为可用信号输出；
►狭义的传感器：被测量电信号； ►分类：
按输入端被测量分：力，温度，转速，位移等 按转换原理分：应变式，差动式等 按输出量分：模拟式，数字式。
信号调理电路
► 传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当， 或信号形式不适合，不能直接用于工业系统的状 态显示和控制。
放大器。 ►了解常用信号调理电路的基本输入输出
特性。
设备与器材
►信号发生器 ►双踪示波器 ►自制电路板 ►各色导线若干
现场 物理量
测量系统的构成
传感器
信号调理 电路
显示装置
►传感器：能感受规定的被测量，并按一定规 律将其转换成可用信号的器件或装置；
►信号调理电路：对传感器的输出信号施行一 定预处理的装置，使信号适于显示或控制。
－
Ud=0
同相输入端
U-
电子称重传感器及信号调理电路
电子称重传感器及信号调理电路燕山大学课程设计说明书题目：精密四应变片称重传感器信号调理电路设计学院（系）：电气工程学院年级专业： XX学号： XX学生姓名： XX指导教师： XX教师职称： XX燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号Xx学生姓名Xx专业（班级）Xx设计题目精密四应变片称重传感器信号调理电路设计设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
月日燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日答辩小组评语：成绩：组长：年月日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年月日目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章基本原理 (3)第4章参数设计及运算 (5)4.1 结构设计 (5)4.2 电容设计与计算 (8)4.3 其他参数的计算 (10)4.4 测量电路的设计 (12)第5章误差分析 (14)第6章结论 (16)心得体会……………………………………………… (17)参考文献 (18)第1章摘要在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。
结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。
第2章引言随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。
由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。
在称重传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。
电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。
霍尔型传感器信号调理电路的设计
霍尔型传感器信号调理电路的设计【摘要】所谓信号调理就是通过电子元器件的有机组合，对传感器输出的信号进行调节、变换和整理的过程。
信号调理电路的具体设计需要综合考虑数据采集的目的、现场环境及控制系统的算法设计等各种因素。
本文论述了霍尔型电压、电流传感器信号的调理电路的具体实现方法，并应用试验方法验证了电路的可靠性等有关特征参数。
【关键词】传感器；信号调理；放大器；电路设计；霍尔当代社会中在工业控制等方面，经常要将电流、电压、温度、湿度等模拟量转换成数字量，然后在微处理器内作进一步运算和处理，完成相应的数据存储、数据传输和数据输出，达到分析和控制的目的。
模拟量的采集一般使用传感器来将它们转换为电气量来进行处理。
然而传感器送出的信号往往不能满足处理器输入信号的要求，这就需要我们设计相应的信号调理电路来把这种不合要求的信号变换为符合处理器输入信号要求的信号。
此电路设计的优化程度如何，直接关系到微处理器采集到的信号的准确程度。
霍尔型电压、电流传感器具有结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成化等优点，在测量技术、自动化技术和信息处理等新技术领域得到广泛的应用。
本文就其输出信号特点设计了相应的信号调理电路，并且通过实验验证了所设计电路的可行性及可靠性。
1 霍尔型传感器霍尔传感器是一种磁传感器。
用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。
它采用双电源供电，可采集电压、电流等电气信号，输出信号可以是电压信号，也可以是电流信号。
本文以LV28-P型霍尔电压传感器为例说明霍尔型传感器输出信号调理电路的设计过程。
传感器LV 28-P的原边与副边之间是绝缘的，主要用于测量直流、交流电压和脉冲电压。
其各参数指标如下：1）电参数IP N：原边额定有效值电流10mA IS N：副边额定有效值电流25mAKN：转换率2500：1000 VC：电源电压（±5%）±15V2）精度-动态参数XG：总精度@IP N，TA = 25℃±0.6 %IO T ：IO 的温漂：0℃～+25℃± 0.2mA+25℃～70℃± 0.3mATr：响应时间@90% of VPmax 40μs。
传感器与信号调理电路完整 ppt课件
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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传感器与信号调理电路完整
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器与信号调理电路完整
6
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。
压力传感器调理电路的设计
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载压力传感器调理电路的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容天津大学毕业设计（论文）题目：压力传感器信号调理电路的设计学院电气与自动化工程学院专业电气自动化技术学生姓名汪文腾学生学号 4009203024指导教师陈曦提交日期 2012年 6月 2日摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛的应用于我们的日常生活中，为了使同学们对压力传感器有较深入的理解。
经过综合的解析选择了由实际中的应用作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的实际电路搭建的设计方法，该控制器以压力传感器为核心，通过具备运放来实现放大电路等功能。
另外，使用运放的压力传感器再实际电路搭建中被广泛应用。
通过对模型的设计可以非常好的延伸到具体的应用案例中。
关键词：压力传感器；运放；电路；目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc326965022" 第一章绪论 PAGEREF _Toc326965022 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965023" 1.1器械基本组成及制作工艺PAGEREF _Toc326965023 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965024" 1.2压力传感器 PAGEREF_Toc326965024 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965025" 1.2.1压力传感器的原理 PAGEREF _Toc326965025 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965026" 1.3通过运放实现的放大电路的压力传感器 PAGEREF _Toc326965026 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965027" 1.3.1三运放差分放大电路 PAGEREF _Toc326965027 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965028" 1.3.2 UA741运放型号的介绍PAGEREF _Toc326965028 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965029" 1.3.3运算放大器在实际中的应用PAGEREF _Toc326965029 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965030" 第二章电路仿真 PAGEREF_Toc326965030 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965031" 2.1 EWB简介 PAGEREF_Toc326965031 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965032" 2.2 EWB5.0的基本功能 PAGEREF _Toc326965032 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965033" 2.2.1建立电路原理图方便快捷PAGEREF _Toc326965033 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965034" 2.2.2用虚拟仪器仪表测试电路性能参数及波形准确直观 PAGEREF _Toc326965034 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965035" 2.3实际电路的搭建流程 PAGEREF _Toc326965035 \h 7HYPERLINK \l "_Toc326965036" 2.4实际电路在EWB上的波形图PAGEREF _Toc326965036 \h 11HYPERLINK \l "_Toc326965037" 第三章实际电路的搭建 PAGEREF _Toc326965037 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965038" 3.1实际实验电路的搭建 PAGEREF _Toc326965038 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965039" 第四章误差分析 PAGEREF_Toc326965039 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965040" 4.1误差分析 PAGEREF_Toc326965040 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965041" 第五章总结与展望 PAGEREF _Toc326965041 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965042" 5.1总结 PAGEREF_Toc326965042 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965043" 5.2展望 PAGEREF_Toc326965043 \h 25HYPERLINK \l "_Toc326965044" 致谢 PAGEREF_Toc326965044 \h 26HYPERLINK \l "_Toc326965045" 参考文献 PAGEREF_Toc326965045 \h 27第一章绪论传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
传感器输出信号的调理电路 电气检测技术
直流 数字 电压 表
交流 数字 电压 表
峰值交 流数字 电压表
平均值 交流数 字电压 表
有效值 交流数 字电压 表
二. 模拟式直流电压测量 （一）动圈式电压表
被测量X
与X 成正比、测 量机构能接受 的“中间变量
仪表指针 的偏转角
测量机构：
固定部分 ：由固定在仪表外壳上的线圈、 磁铁、轴承、支架和标度盘等组成。
❖ 在数字化测量仪器中,离散化过程和量子化 过程是同时存在的。
1.直流数字电压表
Vx
输入电路
A/D转换器
数字 显示器
逻辑控制 电路
时钟 发生器
模拟部分
数字部分
数字电压表DVM（Digital Voltage Meter）组成框图
2. 数字多用表 （1）线性AC/DC转换器
（2）I/V转换器
（3）Ω/V转换器 3. 数字电压表的技术指标 • 测量范围
(1
2Rf R
)x
UR
U s (1
x) 2
U s (1
R ) 2R
供桥电压稳 定性提高
IR
2U R 2R R
1 RUs
供桥电压稳定性提高：
二. 高输入阻抗放大器
反馈式反相放大器
U0
R3 R1
Ui
U 02
2R1 R3
U0
2U i
Ii
I1
I2
Ui R1
U02 Ui R2
Ri
Ui Ii
R2 R1 R2 R1
以可以
1）减小填充脉冲的周期；
2）增大 Tx
dB
1. 噪声源
噪声
电路中的噪声源
干扰噪声源
热噪声 散粒噪声 低频噪声
传感器的信号调理
Agenda
信号调理
信号调理的概念
信号调理的作用
信号调理的分类
电平调整 线性化 信号形式变换
滤波及阻抗匹配
电平调整
无源电平调整电路
最简单的电平调整电路
R2 VO Vi R1 R2
R1和R2的精度和稳定性直接影响电平调整的效果； R1和R2的选取需要综合考虑：
RHb ( RHa RHc ) 2RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
无源线性化电路
线性化后的电压输出曲线如下图所示，也是一个S形
曲线。
无源线性化电路
热敏电阻的非线性校正也常采用类似的方法
热敏电阻的阻值与温度呈指数关系，实践中可用温度系数很
小的金属电阻与其串联或并联或同时串、并联，构成电阻网
无源线性化电路
无源线性化电路
运算后可得：
RHb ( RHa RHc ) 2RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
无源线性化电路
无源线性化电路
经修正后的特性曲线呈S形，线性度得到改善，各点R H 值与直线
'
(图中虚线)关系对应值的偏差 R如图b所示 ：
无源线性化电路
电路的输入阻抗约为Ri ，输出阻抗接近于0； 不仅实现了传感器输出与后续电路之间的电压调整，而且满
足了阻抗匹配的要求.
电平调整
有源电平调整电路
反相放大电路：
是最常见的有源电平调整电路，电压增益为：
G
Rf Ri
电路的输入阻抗约为Ri ，输出阻抗接近于0； 不仅实现了传感器输出与后续电路之间的电压调整，而且满
信号形式变换 -电压电流转换电路
三运放仪表放大器工作原理
三运放仪表放大器工作原理一、三运放仪表放大器简介三运放仪表放大器是一种常用于电子测量与控制系统中的重要电路组件。
它能够提供高精度和稳定性的放大器功能，常用于信号调理、传感器接口、自动控制等领域。
本文将详细探讨三运放仪表放大器的工作原理。
二、三运放仪表放大器的基本结构三运放仪表放大器的基本结构由三个运算放大器、一个稳流源和几个电阻组成。
其中，稳流源提供稳定的直流偏置电流，电阻用于设置放大倍数和偏置电流。
运算放大器则起到信号放大、滤波和输出的作用。
2.1 运算放大器的作用运算放大器是三运放仪表放大器中最关键的元件。
它能够将输入信号放大，并根据反馈电路的设计提供所需的增益和频率响应。
2.2 稳流源的作用稳流源是三运放仪表放大器中的一种特殊电路。
它能够提供预定的电流，用于保持运算放大器工作在合适的工作状态，同时还能提高系统的稳定性。
2.3 电阻的作用电阻在三运放仪表放大器中起到两个主要作用：设置放大倍数和偏置电流。
通过选择适当的电阻值，可以实现所需的放大倍数，并通过电阻网络将输入信号与运算放大器连接。
三、三运放仪表放大器的工作原理三运放仪表放大器通过运算放大器、稳流源和电阻的合理组合，实现对输入信号的放大和调理。
下面将详细讨论其工作原理。
3.1 输入信号放大当输入信号进入三运放仪表放大器时，首先经过电阻网络，将信号与运算放大器连接。
运算放大器将输入信号放大并输出，放大倍数由电阻网络的设计决定。
3.2 滤波在运算放大器输出信号的同时，反馈电阻网络将一部分输出信号反馈到运算放大器的负输入端。
通过合理设计反馈电阻的值，可以实现对输出信号频率特性的调整，从而实现滤波的效果。
3.3 输出经过放大和滤波后的信号将被输出到目标设备或下一级电路中。
输出信号的幅度和频率响应取决于三运放仪表放大器的设计以及反馈电路的参数。
3.4 稳定性和精度三运放仪表放大器在设计时需要考虑稳定性和精度的问题。
通过合理选择运算放大器的参数、稳流源的设计和电阻的匹配，可以提高系统的稳定性和精度。
传感器信号调理电路
传感器信号调理电路传感器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。
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。
通常，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。
此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。
然后，设计人员必须选择ADC。
ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。
传感器传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。
传感器可进一步分类为有源或无源。
有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。
通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN二极管是无源传感器。
为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标：·源阻抗——高的源阻抗大于100KΩ——低的源阻抗小于100Ω·输出信号电平——高信号电平大于500mV满标——低信号电平大于100mV满标·动态范围在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。
它取决于所用传感器类型。
放大器功用放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。
放大器有两个关键职责。
一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。
另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。
1309 检测A9-传感器信号调理电路(1).
ui
R1 R’
_ + +
uo
质量与安全工程学院
QS
第9章 信号调理电路(1)
9.1 信号放大与隔离 (4) 差动放大器
ui2 RF
复习_补充
i- =0
ui1
R1 R1
_ + +
RF
uo
uo R1 + ui2 RF u- = R1 + RF i+ =0 ui1RF u+ = R + R 1 F u- = u+ uo R1 + ui2 RF R1 + RF = ui1RF R1 + RF
uo ui ui RF R1 RF uo (1 )ui R1
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QS
第9章 信号调理电路(1)
9.1 信号放大与隔离
复习_补充
同相比例运算放大器输入电阻： RF
ui
Rf RP
_ + +
uo
输入电阻(大): Ri=
• 运算放大器输入端有共模信号
• 运算电路输入电阻很大
质量与安全工程学院
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第9章 信号调理电路(1)
9.1 信号放大与隔离
虚短、虚断、虚地
理想运放工作于线性区： uo Aod (u u )
复习_补充
u+ u-
i+
+ -
A
uo
而Aod , uo为有限值, 所以， (u u ) 0, 故 u u
i-
“虚短”：运放的同相输入端和反相输入端的电位“无 穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。
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。
电子称重传感器及信号调理电路设计
目录目录-----------------------------------------------------------------------------1 摘要-----------------------------------------------------------------------------2一、方案设计-----------------------------------------------------------------------31.1.选择的传感器类型------------------------------------------------------------3 1.2.对传感器的分析---------------------------------------------------------------41.3.系统方案------------------------------------------------------------------------6二、理论分析-----------------------------------------------------------------------62.1.应变片的电阻应变效应------------------------------------------------------6 2.2.应变灵敏度---------------------------------------------------------------------72.3.测量电路------------------------------------------------------------------------8三、电路设计：电路原理图及各部分分析-----------------------------------103.1.应变片全桥电路分析---------------------------------------------------------103.2. 差动放大器器电路分析-----------------------------------------------------10四、实验-----------------------------------------------------------------------------114.1.实验目的------------------------------------------------------------------------114.2.实验步骤------------------------------------------------------------------------11五、数据分析-----------------------------------------------------------------------18六、误差分析------------------------------------------------------------------------19七、总结------------------------------------------------------------------------------20 参考文献-----------------------------------------------------------------------------21摘要本设计采用检测实验室的CSY-3000型传感器与检测技术实验台设计并制作了一台简易电子秤。
运放的几种用法
运放的几种用法
运放，全称为运算放大器，是一种常用的电子器件，主要用于放大输入信号，提供给后续电路使用。
它有多种用法，常见的包括如下几种：
1. 放大器：运放最基本的用法就是放大输入信号。
通过调整运放的电路配置和参数，可以实现不同的放大倍数和频率响应。
这使得运放在音频放大、信号调理以及传感器信号放大等领域有广泛应用。
2. 比较器：运放可以将输入信号与一个参考电平进行比较，并输出一个相应的逻辑电平。
这种用法常用于电压判别、信号检测和电路保护等应用中。
通过设定适当的阈值电平，可以实现不同的比较功能。
3. 整流器：运放可以将交流信号转换为直流信号。
在正半周和负半周的运算过程中，运放的输出极性不同，从而实现了信号的整流。
这种用法广泛应用于功率转换、电源供应和通信调制等领域。
4. 仪表放大器：运放具有高精度、低噪声和高输入阻抗等特点，使其非常适合作为测量仪器的前置放大器。
它可以将微弱的信号放大，同时抑制噪声和干扰，提高测量精度。
5. 滤波器：运放配合电感、电容等元件可以构成滤波器电路。
通过调整电路参数，可以实现不同的滤波特性，如低通滤波、高通滤波和带通滤波等。
这种用法常用于音频处理、信号调理和通信系统等领域。
运放作为一种多功能的电子器件，在电子电路设计和信号处理中发挥着重要的作用。
其具有低成本、易获取、易应用的特点，因此被广泛应用于各个领域。
op07工作原理
op07工作原理OP07是一种高精度运算放大器，被广泛应用于传感器信号调理、自动控制、仪表和数据采集等领域。
它的工作原理是基于电流反馈的运放电路。
下面我们将详细介绍OP07的工作原理。
在OP07的内部，主要包含一个差分放大器、一个输入分别器、一个输出缓冲器和一个偏置电流源。
差分放大器负责放大输入信号，并对输入信号进行差分处理。
输入分别器负责对输入信号进行比较，从而判断输出信号的极性。
输出缓冲器负责增强输出信号的驱动能力，使得输出信号能够驱动较大的负载。
偏置电流源则用于提供稳定的偏置电流，使得差分放大器能够正常工作。
在工作时，OP07的输入端根据输入信号的变化，产生相应的电流。
这些电流通过输入分别器进行比较，得到一个比较结果。
如果输入信号的极性与参考电压的极性相同，那么输出信号的极性将与输入信号保持一致；如果输入信号的极性与参考电压的极性相反，那么输出信号的极性将与输入信号相反。
差分放大器接收输入信号并进行差分放大，使得输出信号的幅度得到放大。
其放大倍数是由反馈电阻和电阻的比值决定的。
如果电阻的比值较大，那么输出信号的幅度将得到较大的放大；反之，如果电阻的比值较小，那么输出信号的幅度将得到较小的放大。
差分放大器中的电流反馈也起到了抑制偏置电流和温度变化对放大器性能影响的作用。
输出缓冲器接收差分放大器的输出信号，并增强其驱动能力，使得输出信号能够驱动更大的负载。
输出缓冲器的增益稳定，能够保持输出信号的稳定性和一致性。
此外，OP07的偏置电流源非常重要，它能够提供稳定的偏置电流。
在不同温度和工作条件下，偏置电流源能够保持输出信号的稳定性，使得OP07在各种工作环境下都能够正常工作。
总结起来，OP07的工作原理主要是通过差分放大器对输入信号进行差分放大，并通过输入分别器对输入信号进行比较。
在差分放大过程中，利用电流反馈的方式来抑制偏置电流和温度变化对放大器性能的影响。
最后，通过输出缓冲器对差分放大器的输出信号进行增强，使得输出信号能够驱动较大的负载。
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i R2 100kW
ui
Vr
+
R1 10kW
+10V -
uo
uiБайду номын сангаас
R3 10kW
uo
+ -10V
开环方式
反馈方式
输出端与输入端之间除 地线外没有连接； 如：比较器。
有信号从输出端经过某 种电路回到输入端，构 成反馈回路。
2018/11/21
西安交通大学工程训练中心
14
正确理解运放的“工作方式”
运放内部并没有所谓的“工作方式”，它只会按
照运放的工作特性曲线工作（即对所有的“工作 方式”都一样）；
所谓的“工作方式”是依运放的外部连接而引入
的说明。
2018/11/21
西安交通大学工程训练中心
15
运放的分析方法——三步走
虚断：把电路分为两个电阻串并联的支路； 虚短：V+=V-，即两个支路之间的关系； 使用电阻串并联的方法求解（设电流
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
直流电源：为系统各部分供电； 万用表：最方便的检测仪器
可测量电压、电流、电阻、电容、电感、温度……
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 6
集成运算放大器
集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放
大器件； 完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对 数、反对数、平方、开方等）、信号处理（滤波、 调制等）以及波形的产生和变换等功能； 由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、 体积小、重量轻、耗电量少等优点，得到了广泛 的应用； 注意：集成运算放大器是一个有源器件。
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 7
运算放大器
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
V+ VE+
+
OP07
Vo
8 +V 7 6 5
LM324
14 13 12 11 GND 或－V 10 9 8
E-
-
+
_ +
1
OP07 +
+
324
+ + -
+V
2 3 4 -V
1
2
3
4
5
6
7
管脚起始
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 4
典型测量系统的组成
直流电源
现场 物理量
测量系统
可用 信号
传感器
信号调理 电路
显示装置
控制装置 万用表
信号发生器
示波器
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 5
常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不
同频率和幅值的信号）；
VVi V+
+ EE+ -
Vo
E+
Vo
线性放大区
正向饱和
0
Vi
Vo AVi A(V+ -V- )
“放大”的含义
反向截止 E运放的工作特性曲线
Vo∈( E- , E+ )
2018/11/21
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理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。
1反相输入端
i1
R2
ui
a
uib
uo
R1 R3 i2 R4 +
uia
uo
单端输入方式
差动输入方式（双端输入）
一端接输入信号，另一 端接地（或通过电阻接 地） 同相输入 反相输入
输入信号V1和V2同时加在同相 端1和反相端2上 Vi＝V1－V2
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开环方式与反馈方式
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率
－电压转换等； 信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预 处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术——运算放大器 测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感 器及相应的信号调理电路。 同一传感器可以用于不同的工业系统。
工业系统测量
传感器与信号调理电路
引言
如何测量你的体温？
包括：获取温度信号以及处理温度信号
温度测量系统
温度 电信号
温度 传感器
信号 预处理
符合要求 的信号
本讲我们将了解测量系统的组成，包括信号的获
取以及信号的预处理。另外，着重介绍在信号处 理中使用最多的器件：运算放大器。
2018/11/21 力的测量与差动放大 2
2018/11/21
朝左
管脚序号逆时针方向增长！！
8
西安交通大学工程训练中心
运算放大器
运算放大器简称为运放； 运放有两个输入端：
同相输入端 反相输入端 有单端和差动两种输入方式
一个输出端；
VVi V+
E+ + E9
Vo
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运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线
若同相端（反相端）接地，即同相端（反相端）电位为 零，则反相端（同相端）电位也为零，称为“虚地”；
在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相
输入端之间的电流为零，称为“虚断”。
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 12
单端输入与差动输入
i
R1 10kW R2 100kW +10V + R3 100kW -10V
被测量
可用信号
传感器
物理量 化学量 生物学量
传感器
传感器定义：能感受某种信息（被测量），并 按一定规律将其转换成可用信号的器件或装置；
可用信号：某一定场合中便于传输和处理且可以使用 的信号，常是电量。
传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换 成另一种能量形式，并作为可用信号输出； 狭义的传感器：被测量电信号； 传感器是工业系统的感官，获取工业系统中的 位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特 性稳定、测量范围宽、响应迅速。
虚通 Vo Vo ( E- , E+ ) V =V Vi 0 + - 虚短 A A
ri
ri
Ii=0
虚断
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考虑电流 11
理想运算放大器 I 0
i
1
_
Vi 0
3
V2 V1
2
+
Vo
在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相
输入端的电压相等，称为“虚通”或“虚短”；
1
_
V2 V1
Vo AVi A(V+ -V- )
A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
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Vi
2
ri
_ AVi +
ro
3
+
Vo
考虑电压
2同相输入端 A→∞ ri→∞ ro→0 Vi Vi 0 0 Vo∈(E-,E+) I i