【最新】应用电路分析与仿真ysliu
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例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境
TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温
计 测 出 TH=21℃, 查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知 ， EAB(21,0)=0.832mV，故得
EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.999+0.832
2021/2/2
K型热电偶的原始温度变化率是多少?
6
K型热电偶应用电路
2021/2/2
7
▪ 1.K型热电耦的热起电力由图6-7可知约为 40V/℃，故为使输出电压为100mV/℃，则放大 器之电压增益须为2500倍。U1~U3为运算放大 器所组成的电压放大器，调整VR2的大小，可使 得放大器的增益为准确的2500倍。因热电耦的
▪ 当瓦斯、烟雾或者一氧化碳的浓度被传感器所接
受时，第12脚的正电位逐渐增加，以至于超过第
13脚的设定值，故U1－d的输出为正电位电压，
此电压对R8，C1充电，此充电电压超过第9脚的
电压值时，接到NE555的控制电压为高电位，因
此振荡器动作。由R13，R14及C3组成的无稳态
电路由第3脚输出一个连续的脉冲波。直到当瓦
传感器检测电路应用与仿真
一、各种传感器的典型应用电路分析和仿真
二、信号处理电路
1）温度补偿电路 2）激励源电路 3）线性化电路
三、传感器与A/D电路的连接问题研究
四、小型智能测控系统的建立
2021/2/2
1
温度传感器典型电路
▪ 热电偶 ▪ 热敏电阻（MF58） ▪ AD590（电流温度传感器） ▪ LM35(电压温度传感器) ▪ DS18B20（数字型传感器）
由理想运放“虚短”和“虚断”的概念可知
UP= UN=0
IP= IN=0 其中UN被称为“虚地点”。
故称为“虚地点”。因此有 If =I1
将相应变量代入后得
2021/2/2
Ui Uo
R1
Rf
AUf
Rf R1
12
3. 减法电路
•减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：
Rf
1.只考虑U1作用时：
信号处理电路
▪ 4、滤波器的应用
▪ 作用：滤除噪声
▪ 应用：有源滤波器、无源滤波器
▪
低通、高通、带通、带阻
2021/2/2
47
信号处理电路
▪ 5、线性处理电路的应用
2021/2/2
48
信号处理电路
▪ 6、延时电路的应用 ▪ 作用：利用NE555或运算放 ▪ 大器组成延时电路，保证上电 ▪ 后产生勿动 ▪ 应用：气敏传感器
超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成
10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用
LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为
2021/L2/2M311的3管脚的输入。
38
超声波传感器的原理
▪ 参看资料
2021/2/2
39
作业
▪ 1。每人选择上述2个电路用EDA软件进行仿真 （31班在温度AD590、湿度） （32班在气体和温度AD590 ） 并附分析报告
2021/2/2
18
热敏电阻的参数-MF58
▪ 参考器件说明： 思考一下几个问题:
1.电阻的常温阻抗 2.电阻随温度的变化率 3.非线性 4.最大功耗 5.温度测量范围
2021/2/2
19
热敏电阻应用电路
2021/2/2
20
AD590的基本参数
2021/2/2
21
AD590应用电路
2021/2/2
▪ 15周以班为单位将仿真的程序和分析报告（Word）发 到任课老师的邮箱。 报告内容：实验原理、电路图的结构、仿真结果和最终 的结果分析
2021/2/2
40
传感器应用技术
▪ 1、传感器的电源
▪ 2、信号处理电路
▪ 3、接口电路
▪ 4、测控系统的构成
2021/2/2
41
传感器的供电电源
▪ 1、直流电压源供电 ▪ 1）电池 ▪ 2）整流与稳压电路（78系列、79系列） ▪ 3）DC-DC变化 ▪ 4）偏置电路 ▪ 2、交流供电 ▪ 举例：湿度传感器
2021/2/2
2
主要目的
▪ 掌握典型的应用电路 ▪ 对参数指标要求详细的分析 ▪ 对使用条件、工作环境进行分析 ▪ 对信号处理电路的失调电压、噪声等进行
分析
2021/2/2
3
2021/2/2
4
举例——热电偶实验
▪ 通过分析，掌握以下内容 ▪ 1、该性热电偶的工作范围 ▪ 2、热电偶的初始电压变化率 ▪ 3、热电偶是否要进行冷端补偿、电路如何
K型热电偶电路分析
▪ 1、三级放大 ▪ 2、第一级放大十倍，解决失调电压 ▪ 3、第二级主要放大 ▪ 4、第三级为减法器（注意其结论）
2021/2/2
15
采用AD594C的温度测量实例
P24 图2-7
2021/2/2
16
问题
▪ AD594C的功能
▪ 2B20B的功能
2021/2/2
17
4-20mA电流环
三、积分微分电路 基本反相积分
四、对数指数电路 对数电路
基本反相微分
指数电路
2021/2/2
11
1． 反相比例运算电路
If
Rf
1） 实际电路分析法:
为了保证集成运放输入的对称性 ，要求 Rp=R1//Rf。
(1)电压增益
R1
IN
Ui
N
I1
P
-
IP
A
+
Uo
RP
图 6— 16 反 相 比 例 运 算 电 路
R1
U1
_
Uo1
Rf R1
U1
R2
UP
U2
+
U O 2.只考虑U2作用时：同相端 输入电压为：
R3
图 6— 22 差 动 输 入 式 放 大 电 路
Up R2R3R3U2
2021/2/2
减U 法o电 U 路o 1 U o 2 (1 UR oR 21 f)R (12 R 3 R R R 1f3 )U R2 2 R3R R R1 3fU U 2113
2斯021/2浓/2 度低于设定值时，警报才予以解除。
34
力敏传感器的应用电路
2021/2/2
35
超声波传感器的应用电路
2021/2/2
36
由单片机产生40KHz的方波，并通过模组接口（J4） 送到模组的CD4049，而后面的CD4049则对40KHz 2021/2频/2 率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。37
22
2021/2/2
23
U1的输出电压为10mV/°K。为了得到稳定的2.732V，由 VR2,CR1,R7,R8,R9及U3组成一个稳定电路。调整VR2可使U3的 输出（J8测试点）为2.732V。而U2的输出电压（J7测试点）＝10 （2U0211o/2/u2 t－Vf1）＝10（10mV/°K－2.732）=10×10 mV/℃=10204 mV/℃。
▪ 1、A/D转换电路
2021/2/2
51
接口电路
▪ 2、频率变换电路
2021/2/2
52
接口电路
▪ 3、驱动电路
2021/2/2
53
热起电力相当小，使得运算放大器之输出抵补电 压会造成甚大的误差，而VR1的主要目的即是调 整使运算放大器之输出抵补电压归零。
▪ 2.因热电耦两端的输出电压与热接点与冷接点间 的温度差成正比，故输出的电压为温度差指示值， 如欲使输出为实际温度时，可调整VR3使K2的电 压为冷接点温度乘以10mV之冷接点参考电压。
3.总输出电压为：
U o U o 1 U o 2 (1 R R 1 f)R 2 R 3 R 3U 2R R 1 fU 1
若取:R 电 1R2 阻 ;R3Rf;
上式可简U化 oR R 为 1f (U： 2U1)
结论： (1)减法器的输出电压与输入电压之差成正比。 (2)减法器又称差分放大器 。 2(0321)/为2/2 减小运放失调误差影响设计时应保持：R1// Rf = R2// R3。14
2021/2/2
42
2021/2/2
43
信号处理电路
▪ 1、电桥及其使用
定义：用比较法测量各种量（如 电阻、电容、电感等）的仪器。 最简单的是由四个支路组成的电 路。各支路称为电桥的“臂”
作用：能测出微小的 变化 应用：热电阻、热敏电阻等。
2021/2/2
44
信号处理电路
▪ 2、缓冲与放大电路 ▪ 作用：缓冲电路重要解决传感器和后续处
实验
▪ 4、放大电路中如何解决电压失调问题 ▪ 5、高放大倍数是如何实现的 ▪ 6、最终输出的结果是什么？
2021/2/2
5
热电偶的应用
▪ )K型热电耦(铬．镍－铝．镍) ▪ 由美国Hoskins公司于公元1906年A.L.Marsh
氏开发，其后曾经一再改良，而成为目前工 业上最广泛使用，具有高度信赖性之热电耦。
▪ 一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为 4mA,最大电流为20mA 。
▪
在工业现场，用一个仪表放大器来完
成信号的调理并进行长线传输，会产生以
下问题：第一，由于传输的信号是电压信
号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传
输线的分布电阻会产生电压降；第三，在
现场如何提供仪表放大器的工作电压也是 个问题。
2021/2/2
25
2021/2/2
26
DS18B20（数字型传感器）
▪ 参数参看手册 思考一下几个问题: 1. 温度测量范围 2. 输出的数据格式 3. 外供电问题
2021/2/2
27
2021/2/2
28
湿度传感器的应用电路
2021/2/2
29
霍尔传感器的应用电路
2021/2/2
30
气敏传感器- TGS 822
=2.831(mV) 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。
注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49℃，也
2不021/能2/2 把49℃加上21℃，认为T=70℃。
10
第四节 基本运算电路
一、比例运算电路 反相比例运算
二、加、减法运算电路 反相加法运算
同相比例运算
同相加法运算 减法运算
LM35的应用
▪ 芯片的基本参数： ▪ Calibrated directly in ° Celsius (Centigrade) ▪ Linear + 10.0 mV/°C scale factor ▪ Rated for full −55° to +150°C range ▪ Nonlinearity only ±1⁄4°C typical ▪ Low impedance output, 0.1 W for 1 mA load
理电路的阻抗匹配工作，放大电路主要解 决信号的放大（包括差分放大）。 ▪ 应用：各类传感器
2021/2/2
45
信号处理电路
▪ 3、比较器 ▪ 原理：利用运算放大器的正反馈或者开环
特性，进行电压比较，输出开关量信号 ▪ 应用：利用专用比较器和运放开环，注意
其输出的开关量的电平大小。
2021/2/2
46
2021/2Fra Baidu bibliotek2
8
问题
▪ 1、各部分的功能 ▪ 2、放大倍数的计算与实现 ▪ 3、失调电压 ▪ 提问： ▪ 1）电路用了三级放大，为什么不用一级？ ▪ 2）失调电压如何处理 ▪ 3）冷端补偿用和电路实现，对吗？
2021/2/2
9
2. 计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
2021/2/2
31
2021/2/2
32
气敏传感器的应用电路
2021/2/2
33
▪ U1－d组成一个临界准位电路，当第13脚的电压 比第12脚的电压高时（即瓦斯浓度比预定值低） U1－d的输出为低电位。对R8，C1的积分电路 没作用，因此U1－c的输出为低电位，故U2， NE555振荡器没动作，输出为零。
2021/2/2
49
信号处理电路
▪ 7、特殊芯片使用
▪ AD594片内除有放大电路，还有温度补偿
电路，对于J型热电偶经休整后可得到
10mV/度的输出，OP07组成同相放大器，，
2B20B2是电压/电流变换器，将运放放大
的与温度相应的电压信号转换为4mA-
20mA的电流环。
2021/2/2
50
接口电路
TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又用室温
计 测 出 TH=21℃, 查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知 ， EAB(21,0)=0.832mV，故得
EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.999+0.832
2021/2/2
K型热电偶的原始温度变化率是多少?
6
K型热电偶应用电路
2021/2/2
7
▪ 1.K型热电耦的热起电力由图6-7可知约为 40V/℃，故为使输出电压为100mV/℃，则放大 器之电压增益须为2500倍。U1~U3为运算放大 器所组成的电压放大器，调整VR2的大小，可使 得放大器的增益为准确的2500倍。因热电耦的
▪ 当瓦斯、烟雾或者一氧化碳的浓度被传感器所接
受时，第12脚的正电位逐渐增加，以至于超过第
13脚的设定值，故U1－d的输出为正电位电压，
此电压对R8，C1充电，此充电电压超过第9脚的
电压值时，接到NE555的控制电压为高电位，因
此振荡器动作。由R13，R14及C3组成的无稳态
电路由第3脚输出一个连续的脉冲波。直到当瓦
传感器检测电路应用与仿真
一、各种传感器的典型应用电路分析和仿真
二、信号处理电路
1）温度补偿电路 2）激励源电路 3）线性化电路
三、传感器与A/D电路的连接问题研究
四、小型智能测控系统的建立
2021/2/2
1
温度传感器典型电路
▪ 热电偶 ▪ 热敏电阻（MF58） ▪ AD590（电流温度传感器） ▪ LM35(电压温度传感器) ▪ DS18B20（数字型传感器）
由理想运放“虚短”和“虚断”的概念可知
UP= UN=0
IP= IN=0 其中UN被称为“虚地点”。
故称为“虚地点”。因此有 If =I1
将相应变量代入后得
2021/2/2
Ui Uo
R1
Rf
AUf
Rf R1
12
3. 减法电路
•减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：
Rf
1.只考虑U1作用时：
信号处理电路
▪ 4、滤波器的应用
▪ 作用：滤除噪声
▪ 应用：有源滤波器、无源滤波器
▪
低通、高通、带通、带阻
2021/2/2
47
信号处理电路
▪ 5、线性处理电路的应用
2021/2/2
48
信号处理电路
▪ 6、延时电路的应用 ▪ 作用：利用NE555或运算放 ▪ 大器组成延时电路，保证上电 ▪ 后产生勿动 ▪ 应用：气敏传感器
超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成
10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用
LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为
2021/L2/2M311的3管脚的输入。
38
超声波传感器的原理
▪ 参看资料
2021/2/2
39
作业
▪ 1。每人选择上述2个电路用EDA软件进行仿真 （31班在温度AD590、湿度） （32班在气体和温度AD590 ） 并附分析报告
2021/2/2
18
热敏电阻的参数-MF58
▪ 参考器件说明： 思考一下几个问题:
1.电阻的常温阻抗 2.电阻随温度的变化率 3.非线性 4.最大功耗 5.温度测量范围
2021/2/2
19
热敏电阻应用电路
2021/2/2
20
AD590的基本参数
2021/2/2
21
AD590应用电路
2021/2/2
▪ 15周以班为单位将仿真的程序和分析报告（Word）发 到任课老师的邮箱。 报告内容：实验原理、电路图的结构、仿真结果和最终 的结果分析
2021/2/2
40
传感器应用技术
▪ 1、传感器的电源
▪ 2、信号处理电路
▪ 3、接口电路
▪ 4、测控系统的构成
2021/2/2
41
传感器的供电电源
▪ 1、直流电压源供电 ▪ 1）电池 ▪ 2）整流与稳压电路（78系列、79系列） ▪ 3）DC-DC变化 ▪ 4）偏置电路 ▪ 2、交流供电 ▪ 举例：湿度传感器
2021/2/2
2
主要目的
▪ 掌握典型的应用电路 ▪ 对参数指标要求详细的分析 ▪ 对使用条件、工作环境进行分析 ▪ 对信号处理电路的失调电压、噪声等进行
分析
2021/2/2
3
2021/2/2
4
举例——热电偶实验
▪ 通过分析，掌握以下内容 ▪ 1、该性热电偶的工作范围 ▪ 2、热电偶的初始电压变化率 ▪ 3、热电偶是否要进行冷端补偿、电路如何
K型热电偶电路分析
▪ 1、三级放大 ▪ 2、第一级放大十倍，解决失调电压 ▪ 3、第二级主要放大 ▪ 4、第三级为减法器（注意其结论）
2021/2/2
15
采用AD594C的温度测量实例
P24 图2-7
2021/2/2
16
问题
▪ AD594C的功能
▪ 2B20B的功能
2021/2/2
17
4-20mA电流环
三、积分微分电路 基本反相积分
四、对数指数电路 对数电路
基本反相微分
指数电路
2021/2/2
11
1． 反相比例运算电路
If
Rf
1） 实际电路分析法:
为了保证集成运放输入的对称性 ，要求 Rp=R1//Rf。
(1)电压增益
R1
IN
Ui
N
I1
P
-
IP
A
+
Uo
RP
图 6— 16 反 相 比 例 运 算 电 路
R1
U1
_
Uo1
Rf R1
U1
R2
UP
U2
+
U O 2.只考虑U2作用时：同相端 输入电压为：
R3
图 6— 22 差 动 输 入 式 放 大 电 路
Up R2R3R3U2
2021/2/2
减U 法o电 U 路o 1 U o 2 (1 UR oR 21 f)R (12 R 3 R R R 1f3 )U R2 2 R3R R R1 3fU U 2113
2斯021/2浓/2 度低于设定值时，警报才予以解除。
34
力敏传感器的应用电路
2021/2/2
35
超声波传感器的应用电路
2021/2/2
36
由单片机产生40KHz的方波，并通过模组接口（J4） 送到模组的CD4049，而后面的CD4049则对40KHz 2021/2频/2 率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。37
22
2021/2/2
23
U1的输出电压为10mV/°K。为了得到稳定的2.732V，由 VR2,CR1,R7,R8,R9及U3组成一个稳定电路。调整VR2可使U3的 输出（J8测试点）为2.732V。而U2的输出电压（J7测试点）＝10 （2U0211o/2/u2 t－Vf1）＝10（10mV/°K－2.732）=10×10 mV/℃=10204 mV/℃。
▪ 1、A/D转换电路
2021/2/2
51
接口电路
▪ 2、频率变换电路
2021/2/2
52
接口电路
▪ 3、驱动电路
2021/2/2
53
热起电力相当小，使得运算放大器之输出抵补电 压会造成甚大的误差，而VR1的主要目的即是调 整使运算放大器之输出抵补电压归零。
▪ 2.因热电耦两端的输出电压与热接点与冷接点间 的温度差成正比，故输出的电压为温度差指示值， 如欲使输出为实际温度时，可调整VR3使K2的电 压为冷接点温度乘以10mV之冷接点参考电压。
3.总输出电压为：
U o U o 1 U o 2 (1 R R 1 f)R 2 R 3 R 3U 2R R 1 fU 1
若取:R 电 1R2 阻 ;R3Rf;
上式可简U化 oR R 为 1f (U： 2U1)
结论： (1)减法器的输出电压与输入电压之差成正比。 (2)减法器又称差分放大器 。 2(0321)/为2/2 减小运放失调误差影响设计时应保持：R1// Rf = R2// R3。14
2021/2/2
42
2021/2/2
43
信号处理电路
▪ 1、电桥及其使用
定义：用比较法测量各种量（如 电阻、电容、电感等）的仪器。 最简单的是由四个支路组成的电 路。各支路称为电桥的“臂”
作用：能测出微小的 变化 应用：热电阻、热敏电阻等。
2021/2/2
44
信号处理电路
▪ 2、缓冲与放大电路 ▪ 作用：缓冲电路重要解决传感器和后续处
实验
▪ 4、放大电路中如何解决电压失调问题 ▪ 5、高放大倍数是如何实现的 ▪ 6、最终输出的结果是什么？
2021/2/2
5
热电偶的应用
▪ )K型热电耦(铬．镍－铝．镍) ▪ 由美国Hoskins公司于公元1906年A.L.Marsh
氏开发，其后曾经一再改良，而成为目前工 业上最广泛使用，具有高度信赖性之热电耦。
▪ 一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为 4mA,最大电流为20mA 。
▪
在工业现场，用一个仪表放大器来完
成信号的调理并进行长线传输，会产生以
下问题：第一，由于传输的信号是电压信
号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传
输线的分布电阻会产生电压降；第三，在
现场如何提供仪表放大器的工作电压也是 个问题。
2021/2/2
25
2021/2/2
26
DS18B20（数字型传感器）
▪ 参数参看手册 思考一下几个问题: 1. 温度测量范围 2. 输出的数据格式 3. 外供电问题
2021/2/2
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2021/2/2
28
湿度传感器的应用电路
2021/2/2
29
霍尔传感器的应用电路
2021/2/2
30
气敏传感器- TGS 822
=2.831(mV) 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。
注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49℃，也
2不021/能2/2 把49℃加上21℃，认为T=70℃。
10
第四节 基本运算电路
一、比例运算电路 反相比例运算
二、加、减法运算电路 反相加法运算
同相比例运算
同相加法运算 减法运算
LM35的应用
▪ 芯片的基本参数： ▪ Calibrated directly in ° Celsius (Centigrade) ▪ Linear + 10.0 mV/°C scale factor ▪ Rated for full −55° to +150°C range ▪ Nonlinearity only ±1⁄4°C typical ▪ Low impedance output, 0.1 W for 1 mA load
理电路的阻抗匹配工作，放大电路主要解 决信号的放大（包括差分放大）。 ▪ 应用：各类传感器
2021/2/2
45
信号处理电路
▪ 3、比较器 ▪ 原理：利用运算放大器的正反馈或者开环
特性，进行电压比较，输出开关量信号 ▪ 应用：利用专用比较器和运放开环，注意
其输出的开关量的电平大小。
2021/2/2
46
2021/2Fra Baidu bibliotek2
8
问题
▪ 1、各部分的功能 ▪ 2、放大倍数的计算与实现 ▪ 3、失调电压 ▪ 提问： ▪ 1）电路用了三级放大，为什么不用一级？ ▪ 2）失调电压如何处理 ▪ 3）冷端补偿用和电路实现，对吗？
2021/2/2
9
2. 计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
2021/2/2
31
2021/2/2
32
气敏传感器的应用电路
2021/2/2
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▪ U1－d组成一个临界准位电路，当第13脚的电压 比第12脚的电压高时（即瓦斯浓度比预定值低） U1－d的输出为低电位。对R8，C1的积分电路 没作用，因此U1－c的输出为低电位，故U2， NE555振荡器没动作，输出为零。
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信号处理电路
▪ 7、特殊芯片使用
▪ AD594片内除有放大电路，还有温度补偿
电路，对于J型热电偶经休整后可得到
10mV/度的输出，OP07组成同相放大器，，
2B20B2是电压/电流变换器，将运放放大
的与温度相应的电压信号转换为4mA-
20mA的电流环。
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接口电路