优选传感器与信号调理电路完整课件
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R2
i1 R1
a ia _
+10V
Vi
Va i3
V3
+
R3
-10V
Vo
虚短 Va V3
反向输入支路
Vi -Va Va -Vo
R1
R2
虚断 ia i3 0 同向输入支路 Va V3 0
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：同相比例放大器
i R2 100kW
R1 10kW -
ui
+
R3 10kW
+10V -10V
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。
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 i）。
运放应用：反相比例放大器
i2 R2
i1 R1
a ia _
+10V
Vi
Va i3
V3
+
R3
-10V
Vo
Va=0 a点常称“虚地”点
虚断 ia i3 0 虚短 Va V3
V3 i3R 0
i2 i1 Va 0
i1
wenku.baidu.com
Vi
- Va R1
i2
Va -Vo R2
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：反相比例放大器
Vi＝V1－V2
开环方式与反馈方式
ui
Vr
+10V
-
+
uo
i R2 100kW
R1 10kW -
+10V
uo
ui
+
R3 10kW
-10V
开环方式
输出端与输入端之间除 地线外没有连接；
如：比较器。
反馈方式
有信号从输出端经过某 种电路回到输入端，构 成反馈回路。
正确理解运放的“工作方式”
传感器与信号调理电路完 整课件
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
信号
传感器
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。
传感器
被测量
物理量 化学量 生物学量
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。
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
信号发生器
测量系统 显示装置
万用表
控制装置
示波器
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）；
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。
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
单端输入与差动输入
i R2 100kW
R1 10kW
-
ui
a
+
+10V
uo
R3 100kW
-10V
i1
R2
R1
uib
-
uia
R3 i2
+
uo
R4
单端输入方式
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
差动输入方式（双端输入）
输入信号V1和V2同时加在同相 端1和反相端2上
传感器
可用信号
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
-
或－V
-
+
+
324
+
+
-
-
+V
1
2
34
-V
管脚起始 朝左
1
2
345
6
7
管脚序号逆时针方向增长！！
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；
V-
E+ -
Vi
V+
+
Vo
E-
运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
原理图中常用的 简化画法
uo ui
G
uo
uo G • ui
虚断 i+ i- 0 虚短 V+ V-
V+ ui
V- V+ ui
i VR1
uo i(R1 + R2 )
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……
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。
运算放大器
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
E+
V+
-
V-
+
Vo
E-
OP07
+V 8765
-
_
OP07 +
+
LM324
14 13 12 11 10 9
8
GND
理想运算放大器 Ii 0 1 _
Vi 0
V2
V1
2+
3
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”；
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”。
Vo AVi A(V+ -V- )
A很大，1000以上
A→∞
Vi
Vo A
Vo
(E- , E+ ) A
0
ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
ri→∞
ro→0 Vo∈(E-,E+)
Ii
Vi ri
Vi 0 ri
0
考虑电压 虚通
V+=V- 虚短
Ii=0 虚断 考虑电流
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
Vo AVi A(V+ -V- )
“放大”的含义
反向截止 E-
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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_
Vi
ri ro
_
3
V2
AVi +
V1
2+
Vo
2同相输入端
i1 R1
a ia _
+10V
Vi
Va i3
V3
+
R3
-10V
Vo
虚短 Va V3
反向输入支路
Vi -Va Va -Vo
R1
R2
虚断 ia i3 0 同向输入支路 Va V3 0
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：同相比例放大器
i R2 100kW
R1 10kW -
ui
+
R3 10kW
+10V -10V
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。
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 i）。
运放应用：反相比例放大器
i2 R2
i1 R1
a ia _
+10V
Vi
Va i3
V3
+
R3
-10V
Vo
Va=0 a点常称“虚地”点
虚断 ia i3 0 虚短 Va V3
V3 i3R 0
i2 i1 Va 0
i1
wenku.baidu.com
Vi
- Va R1
i2
Va -Vo R2
Vo
-
R2 R1
Vi
运放应用：反相比例放大器
Vi＝V1－V2
开环方式与反馈方式
ui
Vr
+10V
-
+
uo
i R2 100kW
R1 10kW -
+10V
uo
ui
+
R3 10kW
-10V
开环方式
输出端与输入端之间除 地线外没有连接；
如：比较器。
反馈方式
有信号从输出端经过某 种电路回到输入端，构 成反馈回路。
正确理解运放的“工作方式”
传感器与信号调理电路完 整课件
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
信号
传感器
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。
传感器
被测量
物理量 化学量 生物学量
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。
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
信号发生器
测量系统 显示装置
万用表
控制装置
示波器
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）；
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。
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
单端输入与差动输入
i R2 100kW
R1 10kW
-
ui
a
+
+10V
uo
R3 100kW
-10V
i1
R2
R1
uib
-
uia
R3 i2
+
uo
R4
单端输入方式
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
差动输入方式（双端输入）
输入信号V1和V2同时加在同相 端1和反相端2上
传感器
可用信号
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
-
或－V
-
+
+
324
+
+
-
-
+V
1
2
34
-V
管脚起始 朝左
1
2
345
6
7
管脚序号逆时针方向增长！！
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；
V-
E+ -
Vi
V+
+
Vo
E-
运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
原理图中常用的 简化画法
uo ui
G
uo
uo G • ui
虚断 i+ i- 0 虚短 V+ V-
V+ ui
V- V+ ui
i VR1
uo i(R1 + R2 )
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……
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。
运算放大器
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
E+
V+
-
V-
+
Vo
E-
OP07
+V 8765
-
_
OP07 +
+
LM324
14 13 12 11 10 9
8
GND
理想运算放大器 Ii 0 1 _
Vi 0
V2
V1
2+
3
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”；
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”。
Vo AVi A(V+ -V- )
A很大，1000以上
A→∞
Vi
Vo A
Vo
(E- , E+ ) A
0
ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
ri→∞
ro→0 Vo∈(E-,E+)
Ii
Vi ri
Vi 0 ri
0
考虑电压 虚通
V+=V- 虚短
Ii=0 虚断 考虑电流
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
Vo AVi A(V+ -V- )
“放大”的含义
反向截止 E-
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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_
Vi
ri ro
_
3
V2
AVi +
V1
2+
Vo
2同相输入端