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
一二什么是信号调理电路 传感器输出的是幅值相对较小的电压、电流信号，而不能直接是数字信号，在变换为数字数据之前必须进行调理，信号调理将数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统。
信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。
什么是信号调理电路? 信号调理电路(signal conditioning circuit)是指把模拟量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它目的的数字信号的电路。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，因此在变换为数字信号之前必须进行调理。
调理就是放大、缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其它数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路主要实现哪些功能? 对于绝大多数数据采集和控制系统来说，信号调理是非常重要的，典型的系统一般都需要信号调理硬件，用于将原始信号以及传感器的输出接口到数据采集板或模块上。
信号调理电路主要具有以下几点功能： 1、传感器驱动：包括为无源传感器提供所需的电压源或电流源，为有源传感器提供其运转所需的特殊电路结构； 2、信号放大：为了提高模拟信号转换成数字信号时的精度，我们希望输入的模拟信号的最大值刚好等于A/D转换设备输入范围。
大多数传感器的输出范围在mV级，而A/D转换设备输入范围为V 级，因此我们需要使用信号调理电路对传感器的信号放大； 3、隔离：在测量高电压信号时，隔离电路可以保护后端设备被意外的高电压输入损坏，常用的有光隔离和磁隔离。
隔离放大电路的缺点是可能引入噪声； 4、信号滤波：模拟信号在数字化前必须进行低通滤波，以消除噪声和防止混叠现象； 5、扩展通道数：有些信号调理电路具有多路转换器或矩阵变换电路功能，可以把信号通道扩展至上千路。
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
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
24
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
27
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。
第九章信号调理电路
一个用于放大力敏传感器输出信号的增益 可调差动放大器实际电路
实际的增益可调差动放大器
传感器与检测技术
三、专用单片集成放大器
1.集成仪器放大器 集成仪器放大器AD521/AD522 集成仪器放大器 AD521/AD522是美国 （Analog Devices） 是美国AD（ 是美国 ） 公司推出的单片集成放大器，采用标准14脚双 公司推出的单片集成放大器，采用标准 脚双 列直插式封装， 列直插式封装，放大倍数由外接的精密电阻决 定。
uc ud uc ua uc uo + + =0 KR 2 R2 R2
u d uc ud ub u d + + =0 KR 2 R2 R2
考虑
增益可调差动放大器
u a = u b ，得 ：
传感器与检测技术
1 1 R2 u o = 21 + u cd = 21 + (u i1 u i 2 ) K K R1
传感器与检测技术
AD522
AD522管脚功能 管脚功能
传感器与检测技术
用AD522作为电桥放大器的实例电路 AD522作为电桥放大器的实例电路
传感器与检测技术
电路的输出电压
：
200 K 1 u i1 + u i 2 (u i1 u i 2 ) u o = 1 + × RG 2 CMRR
传感器与检测技术
3.基本应用电路 3.基本应用电路
传感器与检测技术
4. AD694与12位D/A转换器AD7541A接 AD694与12位D/A转换器AD7541A接 转换器AD7541A 口的电路图
传感器与检测技术
电流二、电流-电压转换技术
1.将0~10mA直流信号不存在共模干扰 1.将0~10mA直流信号不存在共模干扰 时的电阻式I/V转换 时的电阻式I/V转换
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。
谢谢观看
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。
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。
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
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。
电子电路中的信号调理方法有哪些
电子电路中的信号调理方法有哪些信号调理是指对原始信号进行处理和改变，以便于后续电路对信号进行更精确的分析和处理。
在电子电路中，信号调理方法多种多样，常见的有模拟信号调理和数字信号调理两种方法。
一、模拟信号调理方法1.放大：在信号调理过程中，经常需要将信号放大到合适的范围，以提高信号的识别和测量精度。
常用的放大电路有运算放大器、差分放大器等。
2.滤波：滤波是为了去除信号中的噪声或者不需要的频率成分，常用的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
3.补偿：有时信号在传输过程中会受到衰减或者失真，需要通过补偿电路进行修正。
比如使用补偿电路对信号进行均衡，使其在传输中恢复原始的波形。
4.整流：整流电路将交流信号转化为直流信号，常用于对传感器输出信号的处理，如光电传感器、温度传感器等。
5.调制：调制是将低频信号转化为高频信号的过程，常用于无线通信中。
常见的调制方法有幅度调制、频率调制和相位调制。
6.采样与保持：信号调理中需要进行信号采样和保持，以便于数字化处理。
采样电路可以根据一定的时间间隔对连续信号进行抽样，而保持电路可以将采样的信号保持在一定的时间内，以供后续处理。
二、数字信号调理方法1.模数转换：模数转换将模拟信号转换为数字信号，常用的模数转换器有ADC（模数转换器），其中包括逐次逼近型ADC、压缩型ADC等。
2.数模转换：数模转换将数字信号转换为模拟信号，常用的数模转换器有DAC（数模转换器），其中包括R-2R网络型DAC、Σ-Δ型DAC等。
3.数字滤波：数字滤波是对数字信号进行滤波处理，包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
数字滤波常用于对采集到的信号进行去噪、滤波和频谱分析。
4.数字信号调制：数字信号调制是将数字信号转换为可以传输的模拟信号，常见的数字信号调制方法有脉冲编码调制（PCM）、频分多路复用（FDM）等。
5.数字信号编码与解码：对数字信号进行编码和解码，以实现数据的压缩、传输和恢复。
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。
模拟信号调理电路
等，以完成系统的控制算法和逻辑控制。
04
模拟信号调理电路的设计与实现
设计原则
精确性
电路应能精确地转换模拟信号，减小误差。
动态范围
电路应能处理大范围变化的输入信号。
线性度
在信号的整个动态范围内，电路的输出应与 输入呈线性关系。
稳定性
电路应能在不同温度和时间下保持稳定。
设计流程
元器件选择
根据需求选择合适 的电阻、电容、电 感等元器件。
选择低噪声、低失真、高带宽的运算 件进行电路仿真，观察输 出信号是否符合预期。
对实际制作的电路进行调试，调整元 件参数，优化电路性能。
05
模拟信号调理电路的性能指标
线性度
线性度
指模拟信号调理电路输出信号与输入 信号之间的线性关系。理想的线性度 意味着输出信号与输入信号成比例， 不会出现失真或误差。
调制解调型
总结词
调制解调型模拟信号调理电路主要用于 调制和解调模拟信号，常用于通信系统 。
VS
详细描述
调制解调型模拟信号调理电路主要由调制 器和解调器组成，用于调制和解调模拟信 号。它通常用于通信系统，将低频信息调 制到高频载波上，以便于传输，并在接收 端通过解调恢复原始信息。
03
模拟信号调理电路的应用
要点一
总结词
随着新技术的不断发展，模拟信号调理电路将会有更多的 应用领域和场景。
要点二
详细描述
随着物联网、人工智能等新兴技术的发展，模拟信号调理 电路的应用领域将进一步拓展。同时，新技术的发展也将 推动模拟信号调理电路的创新和变革，如采用新型器件、 引入人工智能算法等，实现更加智能、高效的信号调理。
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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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eo
Rf R1
ei
反相比例运算电路
第5章 信号调理电路
eo
Rf
e R
k 1
N
ik
( R1 R2 RN R)
反相比例加法器
第5章 信号调理电路
■ 同相比例运算电路
eo (1
Rf R1
)ei
同相比例运算电路
第5章 信号调理电路
电压跟随器
第5章 信号调理电路
■ 包络检波 包络检波通过整流、滤波两个环节，将调幅波中的
包络线（与原信号波形一致）还原出来，即得到了原信 号的波形。
● 整流——将双边变化的调幅信号整理成单边变化
的调幅信号； ● 滤波——滤除单边变化调幅信号中的高频成分。
常用的包络检波电路有：二极管环形检波电路、精 密整流电路+滤波电路等。 包络检波适用于调制信号为单边（单极性）变化的
● 相位调制（调相，PM）
第5章 信号调理电路
5.3.1 调幅及其解调电路 1. 调幅原理
x (t )
o
X( f )
t
调制信号
fm o f m
f
x c (t )
o
cos 2 πf c t
t
Xc ( f )
载波信号
1 2 1 2
o
fc
x m (t )
fc
f
x m ( t ) x( t ) xc ( t )
利于信号的交流放大、有用信号与无用信号的鉴别，易 于保证不失真测试条件的实现。
第5章 信号调理电路
2. 调幅装置
R( t ) RSE sin 2 πf m t
( t ) E sin 2πf m t
R
t R(
)
R
调制信号改变极性时，调 幅信号相位发生180° 突变
xm (t )
R R
~
L
e o (t )
C 2 C 0 C
差动电容传感器电桥 带感应耦合臂电桥的特点： ● 克服了寄生参数（寄生电容、电感等）的影响； ● 使用变压器可隔离直流干扰； ● 频率范围较宽，性能稳定、灵敏度及转换精度较高。
第5章 信号调理电路
5.2 信号放大电路
■ 信号放大电路的种类 通用放大电路、测量放大器、运算放大电路、功 率放大电路、隔离放大电路、增益调整电路、线性化
特 性 开环放大倍数A 失调电压 VOS 偏流 i A、i B 输入阻抗 Z i 输出阻抗 Z o
理想运放 ∞
实际运放
104 ~ 105 或更高
0 0
∞
±1mV（25℃）
106 ~ 1014 A
0
第5章 信号调理电路
105 ~ 1011 或更高 1 ~ 10
2. 运算放大器的基本放大电路 ■ 反相比例运算电路
第5章 信号调理电路
将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上， 则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。
传感器可以三种形式接入电桥。
■ 半桥单臂连接
R
当R R 时， 电桥的输出电压为
R U E 4R
R1
R2
U
R4
R3
E
第5章 信号调理电路
■ 半桥双臂连接 工作桥臂相邻连接时，两电阻变化的极性应相反； 工作桥臂相对连接时，两电阻变化的极性应相同。
5.2.2 测量放大器
1. 高输入阻抗放大器
●用电压跟随器做前置 输入缓冲级; ●使用高阻型集成运算 放大器; ●采用由通用运算放大 器组成的自举式高输入 阻抗放大电路。
自举式同相交流放大电路
第5章 信号调理电路
自举式交流电压跟随器
第5章 信号调理电路
自举组合电路
第5章 信号调理电路
2. 高共模抑制比放大器
xm (t )
o
o
t
xc (t )
t
调制信号
o
xc ( t ) X sin 2πf c t
t
调幅信号
载波
xm ( t )
R( t ) SEX sin 2πf m t xc ( t ) sin 2πf c t 4R 4
交流电桥调幅
第5章 信号调理电路
3. 调幅的解调（鉴幅）
R
R
R
U
R
3
R
1
1
R2
U
R4
R3
R4
E
E
R U E 2R
第5章 信号调理电路
电桥的输出电压为
R
R2 R
■ 全桥连接 相对桥臂的电阻按相同极性变化； 相邻桥臂的电阻按相反极性变化。
R
R2
R1
4
R
E
R
电桥的输出电压为
U
第5章 信号调理电路
3
R E R
R
R
R
ei (t )
R2
t
ea (t )
t
VD1
R4
R1
ei (t )
V
VD2
a R3
IC1
e a (t )
IC2
e o (t )
R3 '
第5章 信号调理电路
0 ( ) eo1 ( t ) ( R4 / R3 )ea ( t ) ( )eo1 ( t )源自三运放高共模抑制比放大电路
第5章 信号调理电路
3. 电桥放大器
■ 单端输入电桥放大电路
单端(反相)输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
单端(同相)输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
■ 差动输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
■ 线性电桥放大电路
第5章 信号调理电路
4. 单片集成测量放大器 特点： ● 共模抑制比高，一般可达100~120dB； ● 输入阻抗高，一般高于109Ω； ● 平衡的差动输入，单端输出，输入端可承受较高的 输入电压，有较强的过载能力； ● 增益可由用户按需要通过选择不同的增益电阻来确 定； ● 动态特性好，工作频带宽； ● 低失调，低漂移。
● 后接的交流放大器结构简单、零漂小； ● 易于实现不失真测试 ； ● 输出调幅波需经相敏检波器进行解调； ● 供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。
第5章 信号调理电路
5.1.3 带感应耦合臂的电桥 电桥的两个桥臂由传感器或变压器的两个感应耦合 线圈所构成，另两个桥臂则是固定的电抗元件或差动传
机械工业出版社
第5章 信号调理电路
CHINA MACHINE PRESS
学习目标
学习测量电桥、信号放大电路、调制解调电路、滤波 器等信号调理电路的工作原理、基本特性等内容。学完本 章后，应对各种信号调理电路的功能特点有较清楚的了解， 掌握一些常用信号调理电路的工作原理、特性分析计算， 初步具备分析、设计常用信号调理电路的能力。
t
2
eo 2 ( t ) ( R4 / R )ei ( t )
' 3
1
eo 2 ( t )
t
eo ( t ) eo1 ( t ) eo 2 ( t )
' 当满足 R2 / R1 2( R3 / R3 )时, 电路就能够输出非常精确的 全波整流波形。
e o (t )
1
t
第5章 信号调理电路
第5章 信号调理电路
AD612的内部结构
第5章 信号调理电路
AD612与测量电桥的连接
第5章 信号调理电路
5.3 调制与解调电路
■ 调制 用原始缓变信号控制高频信号的某个特征参数（幅值、 频率或相位），使这些参数随被测量的变化而变化。 ●调制信号——用来控制高频信号的缓变信号。 ●载波——被控的高频信号。 ●已调波——经过调制后所得到的高频信号。 ■ 解调 从已调波中恢复原始缓变信号。 ■ 信号的调制方法 ● 幅值调制（调幅，AM） ● 频率调制（调频，FM）
学习重点
1. 各种电桥的工作原理，电桥的平衡条件及参数计算。 2. 调幅原理及相敏检波电路、精密整流电路。
3. 滤波器的主要特性指标及典型滤波器电路。
第5章 信号调理电路
5.1 测量电桥
测量电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化转换 成输出电压或电流变化的一种电子装置。 测量装置中最 常用的是惠斯登电桥。 ■ 惠斯登电桥 电桥的输出为 Z1 Z 3 Z 2 Z 4 eo es ( Z1 Z 2 )( Z 3 Z 4 )
U
半桥双臂接法的灵敏度比半桥单臂接法高一倍； 全桥接法的灵敏度又比半桥双臂接法高一倍。 半桥双臂接法和全桥接法也称为电桥的差动连接。 差动连接的优点： ● 提高了电桥的灵敏度； ● 极大地改善了电桥固有的非线性；
● 可对由温度等因素变化所造成的同极性影响进行 补偿（抵消）。
第5章 信号调理电路
R1 R2
■ 求差运算电路
eo k ( e i 2 e i 1 )
( R2 / R p R f / R1 k )
差动放大电路
第5章 信号调理电路
■ 微分运算电路
dei eo RC dt
微分运算电路
第5章 信号调理电路
■ 积分运算电路
1 t eo 0 ei dt RC
积分运算电路
■ 同步解调
xc (t ) xc (t )
x (t )
乘法器
xm (t )
放大器
Axm (t )
乘法器
xm ' ( t )
低通 滤波器
x' ( t )
X( f )
Xm( f )
AX m ( f )