同样可改变放大器的增益
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1.传感器的类型 由于同一物理量可能有多种原理的传感器可供选 用，可根据被测量的特点、传感器的使用条件如传 感器的量程、体积、测量方式（接触式还是非接触 式）、信号的输出方式、传感器的来源（国产还是 进口）、价格等首先考虑选用何种原理的传感器。
2.传感器的性能指标
( 1 ) 线性范围
传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。传感 器的线性范围越宽，量程越大，在选择传感器时，当传感器的 种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。在量程范围内， 灵敏度在理论上应保持定值，并且保证一定的测量精度。
( 4 )稳定性
传感器的性能不随使用时间而变化的能力称为稳定性。传 感器的结构和使用环境是影响传感器稳定性的主要因素。应根 据具体使用环境选择具有较强环境适应能力的传感器，或采取 适当措施减小环境的影响。
( 5 )频率响应特性
在允许频率范围内保持不失真的测量条件下，传 感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感 器的频率响应特性好，可测的信号频率范围宽。实用 中传感器的响应总有一定延迟，延迟时间越短越好。
5.3 放大器
放大器(Amplifier)是信号调理电路中的重要元件， 合理选择使用放大器是系统设计的关键。智能仪器常 工作于恶劣环境中，要求放大电路兼有高输入阻抗、 高共模抑制比、低功耗等特性。程控放大器、测量放 大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。
5.3.1 程控放大器
在通用测量仪器中，为了适应不同的工作条件，在整个 测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度，常采用可 变增益放大器。智能仪器含有微处理器，用仪器内置的程 序控制放大器的增益称为程控增益放大器（ProgrammableGain Amplifer），简称程控放大器( PGA ）。
( 2 ) 精度
精度是传感器的一个重要性能指标，关系到整个系统的 测量精度。传感器精度越高，价格越昂贵。选用传感器时， 如果测量目的是定性分析，选用重复精度高的传感器即可， 不必选用绝对精度高的传感器；如果是定量分析，需要获得 精确的测量值，可选用精度等级能满足要求的传感器。
( 3 )灵敏度
当灵敏度提高时，传感器输出信号的值随被测量的变化加 大，有利于信号处理。通常，在传感器的线性范围内，希望 传感器的灵敏度越高越好。但传感器灵敏度提高，混入被测 量中的干扰信号也会被放大，影响测量精度。因此，要求传 感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰 信号。
3．集成程控放大器
集成程控放大器种类繁多，如单端输入的 PGA103 PGA100；差分输入的PGA204、 PGA205等。本节介绍BURR－BROWN公司的 PGA202/203程控放大器，它应用灵活方便，又 无需外围芯片。 （1）性能特点 ●数字可编程控制增益：PGA202的增益倍数为 1，10，100，1000；PGA203的增益倍数为1，2，4， 8 ，PGA202与PGA203级联使用可组成从1～8000倍的 16种程控增益。
表5.1增益选择及误差
图5.9 改变外接电阻获得可变增益图
除表中提供的几种增益外，PGA202/203外接如图 5.9所示的缓冲器及衰减电阻，改变电阻R1与R2的比 值，可获得更多不同的增益
（2）内部结构 GA202/203采用双列直插封装，根据使用温度范 围的不同，分为陶瓷封装(－25～＋85℃)和塑料封 装(0～＋70℃)两种。引脚排列和内部结构如图2.8 所示：
图5.8 P源自文库A202/203引脚排列和内部结构图
其中，A0、A1为增益 数字选择输入端，与 TTL、CMOS电平兼容， 可以和任何单片机的I/O 口直接相连，其增益选 择及增益误差见表2.1。
(2)程控同相放大器
同相放大器的增益
K 1
Rf R1
5.6 一般同相放大电路
改变Rf或R1，同样可改变放大器的增益，但同相 放大器只能构成增益放大器，不能构成衰减放大器。
5.7 程控同相放大电路 ABC：000
K ?
下图2.7为利用8选1 集成模拟开关CD4051构 成程控同相放大器的原理 电路，图中，C、B、A 为通道选择输入端，其状 态由程序（D2、D1、D0 的状态）控制，C、B、 A不同的编码组合决定开 关与哪一通道接通，从而 选择R0～R7之间的某个 电阻接入电路。实现程控 增益的功能。
第五章
• • • • •
信号调理技术
信号调理的目的 传感器 信号放大电路 调制解调电路 滤波电路
5.1 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1. 传感器输出的电信号很微弱，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信号中混杂有干扰噪 声，需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
程控反相放大器、程控同相放大器等 （1）程控反相放大器
i1 i f
由理想运放条件，有
5.4 一般反相放大电路
Rf v0 K vi R1
5.5 反相程控放大电路 如图5.5所示，虚线框为模拟开关，模拟开关的闭合 位置受控制信号C1、C2的控制，反馈电阻又随开关位 置而变，从而实现放大器的增益由程序控制。当放大 倍数小于1时，程控反相放大器构成程控衰减器。
●增益误差：G<1000 0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ●非线性失真：G=1000 0.02％～0.06％。 ●快速建立时间：2μs。 ●快速压摆率：20V/μs ●共模抑制比：80～94dB。 ●频率响应：G<1000 1MHz；G=1000 250kHz。 ●电源供电范围：±6～±18V。
5.2 传感器
传感器（Sensor / Transducer ）是指能把物理 化学量转变成便于利用和输出的电信号，用于获取 被测信息，完成信号的检测和转换的器件。其性能 直接影响整个仪器的性能。
传感器的选用原则
在实际选用传感器时可根据具体的测量目的、 测量对象以及测量环境等因素合理选用，主要应考 虑以下两个方面：
2.传感器的性能指标
( 1 ) 线性范围
传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。传感 器的线性范围越宽，量程越大，在选择传感器时，当传感器的 种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。在量程范围内， 灵敏度在理论上应保持定值，并且保证一定的测量精度。
( 4 )稳定性
传感器的性能不随使用时间而变化的能力称为稳定性。传 感器的结构和使用环境是影响传感器稳定性的主要因素。应根 据具体使用环境选择具有较强环境适应能力的传感器，或采取 适当措施减小环境的影响。
( 5 )频率响应特性
在允许频率范围内保持不失真的测量条件下，传 感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感 器的频率响应特性好，可测的信号频率范围宽。实用 中传感器的响应总有一定延迟，延迟时间越短越好。
5.3 放大器
放大器(Amplifier)是信号调理电路中的重要元件， 合理选择使用放大器是系统设计的关键。智能仪器常 工作于恶劣环境中，要求放大电路兼有高输入阻抗、 高共模抑制比、低功耗等特性。程控放大器、测量放 大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。
5.3.1 程控放大器
在通用测量仪器中，为了适应不同的工作条件，在整个 测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度，常采用可 变增益放大器。智能仪器含有微处理器，用仪器内置的程 序控制放大器的增益称为程控增益放大器（ProgrammableGain Amplifer），简称程控放大器( PGA ）。
( 2 ) 精度
精度是传感器的一个重要性能指标，关系到整个系统的 测量精度。传感器精度越高，价格越昂贵。选用传感器时， 如果测量目的是定性分析，选用重复精度高的传感器即可， 不必选用绝对精度高的传感器；如果是定量分析，需要获得 精确的测量值，可选用精度等级能满足要求的传感器。
( 3 )灵敏度
当灵敏度提高时，传感器输出信号的值随被测量的变化加 大，有利于信号处理。通常，在传感器的线性范围内，希望 传感器的灵敏度越高越好。但传感器灵敏度提高，混入被测 量中的干扰信号也会被放大，影响测量精度。因此，要求传 感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰 信号。
3．集成程控放大器
集成程控放大器种类繁多，如单端输入的 PGA103 PGA100；差分输入的PGA204、 PGA205等。本节介绍BURR－BROWN公司的 PGA202/203程控放大器，它应用灵活方便，又 无需外围芯片。 （1）性能特点 ●数字可编程控制增益：PGA202的增益倍数为 1，10，100，1000；PGA203的增益倍数为1，2，4， 8 ，PGA202与PGA203级联使用可组成从1～8000倍的 16种程控增益。
表5.1增益选择及误差
图5.9 改变外接电阻获得可变增益图
除表中提供的几种增益外，PGA202/203外接如图 5.9所示的缓冲器及衰减电阻，改变电阻R1与R2的比 值，可获得更多不同的增益
（2）内部结构 GA202/203采用双列直插封装，根据使用温度范 围的不同，分为陶瓷封装(－25～＋85℃)和塑料封 装(0～＋70℃)两种。引脚排列和内部结构如图2.8 所示：
图5.8 P源自文库A202/203引脚排列和内部结构图
其中，A0、A1为增益 数字选择输入端，与 TTL、CMOS电平兼容， 可以和任何单片机的I/O 口直接相连，其增益选 择及增益误差见表2.1。
(2)程控同相放大器
同相放大器的增益
K 1
Rf R1
5.6 一般同相放大电路
改变Rf或R1，同样可改变放大器的增益，但同相 放大器只能构成增益放大器，不能构成衰减放大器。
5.7 程控同相放大电路 ABC：000
K ?
下图2.7为利用8选1 集成模拟开关CD4051构 成程控同相放大器的原理 电路，图中，C、B、A 为通道选择输入端，其状 态由程序（D2、D1、D0 的状态）控制，C、B、 A不同的编码组合决定开 关与哪一通道接通，从而 选择R0～R7之间的某个 电阻接入电路。实现程控 增益的功能。
第五章
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信号调理技术
信号调理的目的 传感器 信号放大电路 调制解调电路 滤波电路
5.1 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1. 传感器输出的电信号很微弱，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信号中混杂有干扰噪 声，需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
程控反相放大器、程控同相放大器等 （1）程控反相放大器
i1 i f
由理想运放条件，有
5.4 一般反相放大电路
Rf v0 K vi R1
5.5 反相程控放大电路 如图5.5所示，虚线框为模拟开关，模拟开关的闭合 位置受控制信号C1、C2的控制，反馈电阻又随开关位 置而变，从而实现放大器的增益由程序控制。当放大 倍数小于1时，程控反相放大器构成程控衰减器。
●增益误差：G<1000 0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ●非线性失真：G=1000 0.02％～0.06％。 ●快速建立时间：2μs。 ●快速压摆率：20V/μs ●共模抑制比：80～94dB。 ●频率响应：G<1000 1MHz；G=1000 250kHz。 ●电源供电范围：±6～±18V。
5.2 传感器
传感器（Sensor / Transducer ）是指能把物理 化学量转变成便于利用和输出的电信号，用于获取 被测信息，完成信号的检测和转换的器件。其性能 直接影响整个仪器的性能。
传感器的选用原则
在实际选用传感器时可根据具体的测量目的、 测量对象以及测量环境等因素合理选用，主要应考 虑以下两个方面：