传感器信号调理电路
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。
传感器与信号调理电路-运放PPT资料36页
性稳定、测量范围宽、响应迅速。
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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。
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典型测量系统的组成
直流电源
现场 物理量
传感器
可用
信号 信号调理 电路
测量系统 显示装置
万用表
控制装置
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）；
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；
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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1入端_
V2
Vi
ri ro
_
AVi +
V1
2+
3
Vo
2同相输入端
V oA V i A (V +-V -)
压力传感器信号调理电路设计
压力传感器信号调理电路设计压力传感器是工业自动化中常见的一种传感器，通过其可以测量物体表面的压力及其变化。
在实际工程应用中，传感器采集到的信号需要经过一定的处理和调理，以提高测量精度并减少误差。
本文将介绍一种基于运算放大器的压力传感器信号调理电路的设计方法。
1. 信号调理电路基础信号调理电路通常由四个部分组成：输入级、滤波电路、增益电路和输出级。
其中输入级接收传感器的模拟信号，滤波电路用于去除高频噪声，增益电路可以将信号放大至合适的范围，输出级最终将信号送入控制系统进行处理。
2. 压力传感器信号特性压力传感器输出的信号通常为微小的电压信号，其幅值与被测物体的压力成正比。
由于压力传感器常常需要在恶劣的环境中工作，因此其输出信号往往存在一定的噪声和漂移。
为了减小这些误差，我们需要将信号放大并进行滤波处理。
3. 压力传感器信号调理电路设计流程3.1 输入级设计输入级通常由一个运算放大器和一个 RC 滤波器组成，其中RC 滤波器用于去除高频噪声。
假设传感器输出电压为 V，那么输入级的运算放大器输入电压应设计为 V/2，通过调整 R 和C 的值可以得到合适的截止频率，同时保证输入电阻尽量大，以避免对传感器输出的干扰。
3.2 滤波电路设计滤波电路可以采用低通或带通滤波器，以去除输入信号中的高频干扰。
常见的滤波器类型有二阶 Butterworth 滤波器、Sallen-Key 滤波器以及多极 RC 滤波器。
选择滤波器类型时需要考虑频率响应、阶数、带宽和幅值响应等因素。
3.3 增益电路设计增益电路的作用是将输入信号放大至合适的范围，以方便后续数字化处理或控制。
增益电路可以采用单级或多级放大器，也可以采用可调增益放大器，以便根据实际应用场景灵活调整增益大小。
3.4 输出级设计输出级通常由一个运算放大器和一个反馈电阻网络组成，反馈电阻网络可以通过调整电阻比例实现信号输出的零漂和增益校准。
同时需要考虑输出电压的范围、输出阻抗和功率等因素，以确保输出信号能够被控制系统准确接收。
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。
电路中的传感器与信号调理技术
电路中的传感器与信号调理技术现代社会的发展离不开科技的进步和创新。
在各个领域中，电路的应用越来越广泛。
而在电路中，传感器和信号调理技术起着至关重要的作用。
本文将着重讨论电路中的传感器和信号调理技术的应用。
一、传感器的作用传感器是电路中的重要组成部分，它能够将感知到的现实世界信息转化为电信号，为电路系统提供输入。
不同类型的传感器有着各自独特的功能和用途。
例如，温度传感器可以感知环境的温度变化，而压力传感器则可以感知物体所受到的压力大小。
传感器的应用领域非常广泛。
在环境监测方面，传感器可以用于测量空气质量、水质状况等。
在工业生产中，传感器可以用于物流仓储、自动化生产等领域。
传感器的作用不仅仅局限于生活和工业领域，还涉及医疗、农业等多个领域。
可以说，传感器已经渗透到了我们生活的方方面面。
二、传感器的种类传感器的种类繁多，按照不同的物理量可以被分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光照传感器等。
其中最常用的传感器是温度传感器，它可以测量环境的温度，用于室内温控、温度报警等方面。
不同类型的传感器也有不同的工作原理。
以温度传感器为例，它常见的工作原理有热敏电阻式、电动势式和非接触式等。
热敏电阻式温度传感器利用温度对电阻值的影响进行测量。
而电动势式温度传感器则是通过测量温度对某些电特性的影响来实现测量。
三、信号调理技术在电路中，传感器产生的信号往往比较微弱和不稳定，需要经过信号调理来提高其可靠性和精确性。
信号调理技术能够将传感器信号进行放大、滤波、增强等处理，以适应电路系统的需求。
信号调理技术主要包括放大、滤波和模数转换等步骤。
放大可以提高信号的幅值和增益，使其能够更好地传递和处理。
滤波则通过去除噪声、抑制干扰等方式，提高信号的准确性和稳定性。
模数转换则是将模拟信号转换为数字信号，并进行数字化处理。
模数转换是现代传感器与控制系统之间的桥梁，广泛应用于自动化控制领域。
它可以将传感器的输出信号转换为计算机可以理解和处理的数字信号，从而实现更高精度的测量和控制。
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。
过载传感器信号调理电路设计
过载传感器信号调理电路设计摘要本文介绍了研究电容微加速度传感器信号调理电路设计的意义与目的，分别阐述了电容微加速度传感器的发展历程、国内外发展现状以及在多个领域中的应用，简述了信号调理电路的原理和评价的主要性能指标，以及电容微加速度传感器的原理和优点。
电容微加速度传感器目前已被广泛应用，基于能更好应用电容微加速度传感器的目的，需要为其配备合适的信号调理电路。
本课题开发一种适用电容微加速度传感器的信号调理电路，该电路首先对电容微加速度传感器的信号进行电压转换，然后进行适调放大后经过滤波和信号二级放大电路，最后通过积分电路排除一定干扰后，使传感器的输出信号能被识别获取。
经过仿真和实验检测表明，此电路性能可靠，效果良好。
关键词：电容微加速度传感器，信号调理，高低通滤波，信号放大Overload Sensor Signal Conditioning Circuit DesignAbstractThis paper introduces the significance and purpose of the study of Signal conditioning circuit design for MEMS acceleration sensor , then clarifies the development of domestic and international situation and the application in areas of the constant current source and piezoelectric acceleration sensor. The difference between ideal Signal conditioning circuit and the actual is presented. And then introduces the principle and the main source of constant evaluation of performance indicators of the Constant current source and MEMS acceleration sensor’s principle and advantages.With MEMS acceleration sensors being widely used , and for the purpose of better application , a suitable Signal conditioning circuit supply circuit is needed. This topic develops a kind of Signal conditioning circuit which is applicable to the MEMS sensor and supply current for it. The Signal conditioning circuittransfer Signal sourceto stable voltage, and then filtered Conditioning amplified signal and the second stage amplifier circuit, and finally exclude certain interference by integrating circuit,Through simulation and experiment show that the performance of this circuit is reliable and the effect is good .Key words:MEMS Acceleration Sensors, Signal Conditioner circuit, High And Low Pass Filter目录1 绪论 (5)1.1本课题的研究背景 (5)1.2本课题的研究目的和意义 (6)1.3本课题国内外研究现状 (7)2电容微加速度传感器原理 (9)2.1基本工作原理 (9)2.2电容微加速度传感器的三种常见结构 (10)2.2.1梳齿式硅微机械加速度传感器 (10)2.2.2扭摆式电容加速度传感器 (11)2.2.3三明治摆式电容加速度传感器 (11)2.3本课题研究的MEMS加速度传感器 (12)3 系统的总体方案设计 (15)3.1信号检测方案选择 (15)3.1.1电容-频率转换法 (15)3.1.2开关电容法 (15)3.1.3电容电桥法 (15)3.1.4电荷放大法 (15)3.2信号检测电路的基本要求及实现方案 (15)3.3方案选用 (16)3.4器件选择 (16)4信号调理硬件电路设计 (19)4.1 信号调理电路的功能和目的 (19)4.2 信号调理电路的组成 (19)4.2.1 信号转换电路 (19)4.2.2放大电路 (19)4.2.3低通滤波电路 (19)4.2.4 信号调理电路 (19)4.3 信号转换电路的设计 (20)4.3.1电荷转换部分: (20)4.3.2适调放大部分 (21)4.4 低通滤波电路的设计 (22)4.4.1低通滤波电路的选择和组成 (22)4.4.2参数计算 (23)4.5放大电路设计 (24)4.6积分器设计 (25)4.7噪声分析 (26)4.8整体电路图 (28)5 总结与展望 (29)5.1总结 (29)5.2展望 (29)参考文献 (31)附录A (33)附录B (34)附录C (35)致谢 (36)1 绪论1.1本课题的研究背景信息的获取与处理已经成为现代信息技术领域的核心，对社会发展、科技进步起着重要的作用。
压力传感器混合信号调理电路的设计与实现
压力传感器混合信号调理电路的设计与实现压力传感器的混合信号调理电路，听起来就像是高科技的黑科技，其实呢，就是把物理世界的压力变化转化成电信号的一个小玩意儿。
想象一下，当你在炎热的夏天喝冰镇饮料，瓶子里产生的压力就像是个小精灵，时刻提醒你小心别喝得太急，这时候，压力传感器就像个小侦探，帮你监测瓶子里的压力变化，及时传递信息。
这些小设备在我们生活中无处不在，汽车、家电、甚至医疗设备里，都能看到它们的身影。
在设计和实现这个调理电路时，我们就像是在做一道复杂的菜，材料得选对，火候得掌握好，才能煮出美味的佳肴。
压力传感器获取的信号可不是那种干净利落的，而是带着噪音的小家伙，像是那些在你耳边叽叽喳喳的小鸟。
我们得想办法把这些噪音过滤掉，确保我们听到的是重点信息。
想象一下，一个吵闹的市场，能听见的只有小贩的叫卖声和顾客的谈话，这样一来，重要的东西才能被听到，调理电路就是这么个道理。
再说到混合信号，顾名思义，就是模拟信号的结合。
简单来说，就是把传统的模拟信号转成数字信号，这样一来，计算机就能轻松处理。
就像是你用手机拍照，按下快门的那一瞬间，光线被转化为数字信息，保存下来的不仅仅是一张图片，还有你那一瞬间的心情与记忆。
调理电路在这里发挥的作用就像是一个翻译官，把压力变化翻译成数字，让大脑能够理解。
设计调理电路的过程中，电阻、电容这些元件就像是厨房里的调味料，各有各的用处。
有时候加点盐，有时候加点糖，绝不能多也不能少。
电阻可以限制电流的流动，保护电路，电容则可以存储能量，释放的时候帮助平衡信号。
这些小配件在一起，仿佛是乐队里的乐器，缺一不可，齐心协力演奏出动人的旋律。
当我们把这些元件拼在一起，就像搭积木一样，得小心翼翼。
每一个连接都得确认，避免发生短路，就像拼乐高，拼错了就得重新来。
这时候，焊接工艺显得尤为重要，细致的手工活儿，能决定整个电路的质量。
想象一下，拼完了乐高，突然掉了几块，那种心疼可不是一般的，得花多少时间才能重新捡起来。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 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。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、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。
1309 检测A9-传感器信号调理电路(1).
ui
R1 R’
_ + +
uo
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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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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
QS
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。
传感器与信号调理电路
请同学们自己推导
工作方式： 差动、反馈
差动放大器
运算放大器及其芯片
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
管脚起始
朝左
管脚序号逆时针方向增长！！
OP07LM324来自_+STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
用OP07构成反相放大电路；
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p=0.4V、1.8V、2.5V；
ε
ε
Usat
Usat
运算放大器的外特性
运算放大器的一种等效电路：
理想情况： 输入电阻ri无穷大 放大倍数A无穷大
理想运算放大器
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”；
01
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”。
02
202X
（2学时）
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传感器与信号调理电路
CONTENTS
训练目的
1
WORKREVIEW
建立对测试系统的初步认识。
2
掌握一种常用的信号调理器件——运算放大器。
UNDERWORK
3
了解常用信号调理电路的基本输入输出特性。
WORKHARVEST
CONTENTS
设备与器材
1
WORKREVIEW
训练内容2：同相放大器的测试
用OP07构成电压跟随器电路；
01
输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p=0.5V；
02
双踪观察输入输出波形并记录；
03
训练内容3：电压跟随器的测试
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
3.6 信号调理电路由传感器直接输出的信号一般是非常微弱的，不能直接被测量电路所利用，所以要根据不同形式的传感器采取不同的方式对信号进行处理，例如对微弱的信号放大、滤波、变换等等，最终将传感器最初的输出信号调理成能被测量电路所利用的信号。
3.6.1 仪器放大器仪器放大器（或称数据放大器）是用于测量两个输入端信号之差的集成模块，其放大增益可设定。
仪表放大器具有输入阻抗高、失调和温漂小、增益稳定、输出阻抗低等特点，主要用于作热电偶、应变电桥、分流器及生物传感器的接口电路，这种放大器能够将叠加在大共模电压上的小的差模信号进行前置放大。
仪表放大器的增益可任意设定，一般有两种方法，一是通过数字量直接控制，另一种是通过外部电位器调节，目前有各种型号的仪器放大器可供选择使用。
仪表放大器的功能框图如图3.6.1所示。
图3.6.1仪表放大器有它自己参考端，这些参考端均于地线相连，可以驱动以地为参考的负载。
此外仪表放大器的输入地和输出地都汇集在一点，该点又与电源地相连，这样可以减小电路中接地环路电阻，从而减少因接地电阻带来的影响。
下面以AD620为例介绍其典型应用。
AD620是低成本仪表放大器，用户仅通过外接一个电阻，就可以在1~1000倍的增益范围内任意设置放大倍数。
该器件具有宽的供电电源范围±2.3V~±18V ，较低的功耗（≤1.3mA ），输入失调电压小于50μV ，输入失调电压温漂小于0.6μV/℃，具有低的噪声输入。
其管脚排列如图3.6.2所示。
G REFOUT +Vcc R图 3.6.21、8脚是外接电阻端子，以调节放大倍数；7、4脚是正、负电源端子；2、3脚是输入电压端；6脚是输出电压端；5脚是参考端，若该端接地，则6脚输出为对地之间的电压。
AD620仪表放大器的放大倍数表达式为：14.49+=GR kG 1 基本放大器电路图3.6.3是AD620组成的基本放大器，根据放大倍数的要求，可以决定出电阻R G 的值。
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 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。
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。
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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。
关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离，电容负载效应和ADC的输入阻抗。
选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。
可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。
例如，PH电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。
PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。
具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的最好选择。
另外，对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。
传感器和放大器匹配电路
PH电极缓冲器
高阻抗PH传感器可与具有低功率电路(仅需要2个1.5V电池供电)的放大器配对。
放大器MOS输入晶体管为传感器提供高阻抗，传感器输出阻抗为1MW或更大。
此放大器的输入偏置电流小于1pA，所以，放大器工作消耗非常小的电流。
放大器的失调电压小于1mV。
放大器提供轨到轨工作并具有高驱动能力，能在长线上发送信号(放大器远离ADC的情况)。
在电路中增加了一个精密温度传感器，可以测量PH传感器的温度。
这使得具有精确的PH温度补偿值。
完整的传感器桥接口
·测量应变片传感器通常要通过桥网络，应变片构成桥的两个(或4个)臂。
应变片是低源阻抗器件，其输出信号范围是小的(几百微伏~几毫伏)。
图3所示的电路能为精确测量传感器信号提供测量桥稳定激励电压和高共模电压抑制(CMR)，消除了任何共模电压。
用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。
这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。
因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。
放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比(CMRR)，所以仅测量差分电压。
这些放大器也必须具有低值输入失调电压(VOS)漂移(也称之为失调电压温度系数TCVOS)和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。
放大器A1~A4连接成仪表放大器以达到上述目标。
这种配置的电压增益(AV)为：AV=(1+2R2/bR2)(aR1/R1)，其中a和b是确定总增益的比值。
辐射分析仪通道
辐射谱测量来自辐射源的发射能量的分布，辐射源可以是粒子，X射线或γ射线。
辐射照到闪光晶体上并发射强度正比于能量的短脉冲。
然后由PIN光电二极管把光转换为电流。
放大器(见图4)用做首置放大器和PIN光电二极管输出的电流/电压转换器。
此电路为用于基本辐射谱的单通道分析仪。
信号的脉冲幅度包含重要信息，所以低输入失调电压和低失调电压漂移是重要的。
宽带宽为处理脉冲(可窄到几纳秒)提供快速响应。
首置放大器输出(VOUT)到脉冲幅度分析仪(如快速ADC)来测量和储存每个峰值发生的数。
分布是单个源的光谱。
反馈电阻R1值取决于来自PIN光电二极管的最大电流和到ADC的最大输出电压。
因此，R1=(MaxVOUT)/(MaxISIGNAL)。
电容C1用于PIN光电二极管寄生电容的补偿。
R2和C2相当于R1和C1用于补偿放大器非倒相输入的输入偏置电流。
热电耦接口电路
热电偶根据两个不同金属线结点之间的温度差提供电压信号。
热电偶温度传感器具有一个感测端(金属A/金属B连接端)和一个参考端(金属A和金属B与铜导线连接端)。
冷端参考温度与热电偶信号一道进行控制和测量。
热电偶具有大约10mV/℃~80mV/℃的小信号电平范围和小的源阻抗。
配置成差分放大器的单放大器(图5)把信号放大到ADC输入所需的电平。
差分放大器增益为：
AV=xR/R
其中x是电阻比，它决定增益。
差分配置有助于抑制热电偶线的共模拾取。
放大器应具有低失调电压和低失调电压漂移。
信号调理系统的最后级——ADC
信号调理系统的基本目标是尽可能快速、完整和便宜地把模拟传感器数据变换为数字形式，此任务就落在ADC身上。
所用ADC的类型由一系列参数决定。
这包括所需的分辨率(位数)、速度(数据吞吐率)、ac 或dc信号输入、精度(dc和ac)、等待时间(取样周期开始和第一个有效数字输出之间的时间)和电源电平。
在输出端(接口到微控制器或数字信号处理器)的重要参数包括串行或并行、处理器的输入电压电平、有效的电源电压和功耗考虑。
大多数信号调理应用采用逐次逼近(SAR)或积分型ADC。
这两种ADC能很好地处理dc信号，而SAR型ADC对快速ac信号能提供更好的支持。
SAR转换器是所有ADC中最通用的，这种转换器把高分辨率(高达
16位)和高吞吐能力结合在一起。
积分ADC具有长操作时间，这是因为所用转换方法的原因，但通过信号平均使其具有噪音低的特点。
对于中频ac信号，D-S转换器是最好的选择，因为它们具有高分辨率和高精度。
D-S转换器分辨率高达24位，但以降低速度为代价，其等待时间非常长。
其他两类ADC—流水线和分段ADC是高速器件，非常适合用于转换高频ac信号。