传感器和信号调理电路运放

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”；
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
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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-
-
+
_ +
1百度文库
OP07 +
+
324
+ + -
+V
2 3 4 -V
1
2
3
4
5
6
7
管脚起始
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+ )
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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

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”。
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单端输入与差动输入
i
R1 10kW R2 100kW +10V + R3 100kW -10V

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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。
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……
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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。
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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
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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）；
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。
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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
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朝左
管脚序号逆时针方向增长！！
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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
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
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
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。
+10V
i R2 100kW
ui
Vr
+
R1 10kW
+10V -
uo
ui
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。
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正确理解运放的“工作方式”