传感器信号处理电路PPT

Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
教材约定：在涉及同相放大器的输入阻抗时，均 以ri+来表示，即指同相放大器所具有的最低在 107Ω以上的输入电阻，而不器刻意指明其具体 的数值。
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电压放大器电路举例
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。 求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
4、分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
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5、输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
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改进电路：自举型高输入阻抗放大器
输入阻抗
Rin
Vi Ii
R1R R R1
Uo1
2R1
-
A2
Ii2
R2
Io2
上式表明：只要R稍大
+
Rp
于Rr，就能获得很高的输
R
入阻抗，可高达100M。
R2
但R绝对不能小于Rr，否
Ii
Ii1
则输入阻抗为负，会产生
-
严重自激。
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
传感器检测电路设计
传感器检测与处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
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第一节 检测电路设计概述
为什么需要信号转换和处理电路？ 检测与处理电路设计的基本要求？
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为什么需要信号转换和处理电路？
对测试信号进行转换处理的目的： 1.传感器输出的信号很微弱，大多数不能直接输送 到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大， 有的还要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电参量，需要转换成电信号 才能进行处理。 3.有些传感器输出的是电信号，但信号中混杂有干 扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。 4.某些场合，为便于信号的远距离传输等原因，需 要对传感器测量信号进行调制解调处理。
信号的共模成分。
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U0 R R12（V2V1） R R12VS
差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高 的特点，通常用作传感放大器的前端放大器。
高输入阻抗反相放大器
A2提供补偿电流，减小A1从信号源吸取的电流，可以大幅度地提 高主放大器的等效输入阻抗Rin
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高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1
-
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
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解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
Leabharlann Baidu
i
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• 2） 同相放大器
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
闭环增益：
Af
1
R2 R1
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
14
•
集成运算放大器可以作为一个器件构成各
17
+12V
R6 100M
AD707
LM35D
热电偶 +
-
+12V
R3 +
10K C 10uF
-
RP2 R2
RP1 R4
24.3K
20
232K 20K 1K R1
R5 91
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解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
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3） 基本差动（差分）放大器
• 什么是差动放大器？
•
差动放大器是把二个输入信号分别输入到
运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输
出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个
3
检测与处理电路设计的基本要求：
1、稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
2、频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
4
3、线性度
检测的非线性由传感器、传感器检测电路、显示 执行机构这三部分的非线性度产生。
种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单
元电路组成电子应用电路。
•
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
•
高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻
抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传
感器的测量放大电路。
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• 同相放大器输入阻抗ri+ • ri+= ri(1+AF) • 同相放大器输出阻抗ro+ • ro+= ro/(1+AF)
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一. 基本放大电路
1. 比例放大器 反相与同相放大电路是集成运算放大器两种最基本的应用电 路，许多集成运放的功能电路都是在反相和同相两种放大电 路的基础上组合和演变而来的。
2、差动放大电路
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1） 反相放大器
闭环增益：
Af
R2 R1
反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移， 一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源 Ui的内阻。(放大倍数小，噪声大，输入阻抗小)
传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微 机接口的阻抗相匹配。
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• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出
变压器匹配
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第二节 信号放大电路
传感器输出的信号常为微弱电压、电流或电荷信号， 因此需要接放大电路。对信号的放大有很多种电路可以实 现，但工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下的低 频信号，在大多数的情况下，都可以用放大器集成芯片来 设计放大电路。
1、基本放大电路 2、仪表放大电路 3、电桥放大电路 4、程控增益放大电路 5、隔离放大电路