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第六章 模拟信号调理电路1.ppt

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,6.1 传感器的选用 6.2 运用前置放大器的依据 6.3 常用放大器 6.4 信号调制与解调 6.5 信号滤波电路 6.6 信号转换电路 6.7 A/D转换电路,第六章 模拟信号调理,在一般测量系统中信号调理的任务较复杂,除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外,还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等,这些操作统称为信号调理(Signal Conditioning),相应的执行电路统称为信号调理电路。,传感器是信号输人通道的第一道环节,也是决定整个测试系统性能的关键环节之一。要正确选用传感器,首先要明确所设计的测试系统需要什么样的传感器——系统对传感器的技术要求;其次是要了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器,把同类产品的指标和价格进行对比,从中挑选合乎要求的性能价格比最高的传感器。,6.1传感器的选用,(一) 对传感器的主要技术要求 1. 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能,转换范围与被测量实际变化范围相一致。 2. 转换精度符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标,转换速度应符合整机要求。 3. 能满足被测介质和使用环境的特殊要求,如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。 4. 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。,(二) 可供选用的传感器类型对于一种被测量,常常有多种传感器可以测量,例如测量温度的传感器就有:热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体PN结、IC温度传感器、光纤温度传感器等好多种。在都能满足测量范围、精度、速度、使用条件等情况下,应侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进行取舍,尽可能选择性能价格比高的传感器。,1. 大信号输出传感器 :为了与A/D输入要求相适应,传感器厂家开始设计、制造一些专门与A/D相配套的大信号输出传感器。,图6.1 大信号输出传感器的使用,数字式传感器一般是采用频率敏感效应器件构成,也可以是由敏感参数R、L、C构成的振荡器,或模拟电压输入经 V/F转换等,因此,数字量传感器一般都是输出频率参量,具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远距离传送等优点。,2. 数字式传感器,图6.2 频率量及开关量输出传感器的使用,集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体。例如,将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体,构成集成压力传感器。采用集成传感器可以减轻输人通道的信号调理任务,简化通道结构。,3. 集成传感器,这种传感器其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的,避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。,4. 光纤传感器,多数传感器输出信号都比较小,必须选用前置放大器进行放大。 判断传感器信号“大”还是“小”和要不要进行放大的依据又是什么? 放大器为什么要“前置”,即设置在调理电路的最前端? 前置放大器的放大倍数应该多大?,6.2 运用前置放大器的依据,,,图6.3 前置放大器的作用,,,,,图6.3 两种调理电路的对比,,,由于 K>1,所以, ,这就是说,调理电路中放大器设置在滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声。,在智能仪器的信号调理通道中,针对被放大信号的特点,并结合数据采集电路的现场要求,目前使用较多的放大器有仪用放大器、程控增益放大器以及隔离放大器等。,,6.3 信号调理通道中的常用放大器,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。,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(Programmable-Gain Amplifer),简称程控放大器( PGA )。,6.3.1 程控放大器,程控反相放大器、程控同相放大器等,(1)程控反相放大器,由理想运放条件,有,,,,,6.4 一般反相放大电路,如图6.5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。,6.5 反相程控放大电路,(2)程控同相放大器,6.6 一般同相放大电路,同相放大器的增益,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。,,6.7 程控同相放大电路,图6.7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
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