智能仪器-智能 第四章46

1、4.6 4.6 数据采集系统中常用的其它器件数据采集系统中常用的其它器件把实际能够得到的信号转换成为我们所需要的信号的技术就是信号修整技术。信号修整包括内容极其广泛的技术领域。它利用各种各样的电路，改变信号的原始状态，以满足工作需要。在数据采集系统中，可能是数据采集目的的需要，可能是为更好发挥数据采集系统性能的需要，可能是为了缓解对数据采集部件性能过高要求的需要，也可能是进一步数据分配的需要，模拟信号的修整可以用模拟技术实现，也可以用数字技术软件和硬件配合实现。从简单、灵活以及模拟集成电路飞速发展，价格日益降低出发，信号修整电路仍以模拟技术为主。下面举出一些例子，用以说明信号修整技术的作用、方

2、法以及分析计算。当然这仅仅是信号修整技术的一角。 （一）引言（二）信号的偏移和定度把原始的微弱信号放大到与S/H、ADC相匹配的量程叫做定度，定度是最简单的信号修整例子。但是，有时原始信号有特殊性，比如待采集的模拟信号其变动范围为2.5v7v。直接把这样一个信号送入满量程10v的转换系统中，则ADC的分辨率不能得到充分利用，任何情况下次高位都输出“1”。把信号简单地放大到10v时，情况仍然如此。如果能把信号修整成变动范围010v，则完全符合转换器的量程，分辨率得以充分利用。方法是先把输入信号偏移-2.5v在放大2.22倍，下图就是实现上述信号修整目的的电路，起着偏移和定度的作用。 当然，在使用

3、转换所得的数据时，还要进行逆处理。 v99. 9v70v5 . 222. 255. 52 .22601510oioiiooiVVVVVVkVkkV时，时，v10v70v5 . 255. 522. 2155 .40156 .17oioiioioiiVVVVVVkVVkVkV时，时，（三）电桥信号的线性化电桥信号的线性化 右图是一典型的电桥电路放大器，电桥的一臂是传感元件，V是电桥激励电源。可以求得放大器的输出电压为 ARRRRVVo14A是放大器的增益，上式仅在RR时才有近似的线性关系，即只有很小的线性动态范围，为了得到大动态范围的线性关系，可以采用信号修整技术，如下图所示（a）。 因为放大器A

4、2的反相输入端为虚地，电桥部分可画成图（b），由图可得 )1 ()(2122210131RRRVRVIRRRVVRVIIo，VRRRIII2132故上式是线性函数，改变RF可以调整增益。另外，还可以用变形桥式放大电路作为运放反馈回路的元件。 FFoRVRRRIRV21电路输出电压为 221RRRVVV21RRVIRRRVRRRRVVVo21221)(故电路输出为 (四)、仪用放大器GGGRVVRVVI21541211143RRVVVRIVVGG2212256RRVVVRIVVGG测量放大器由两级组成，两个对称的同相放大器构测量放大器由两级组成，两个对称的同相放大器构成第一级，第二级为差动放大器

5、成第一级，第二级为差动放大器减法器减法器 -+A3-+A1-+A2R4R6R7R5R2R1RGV1V2V4V5V3V6V0IGGfRRRVVVVA2121631145345767601RRVRRRRRVV)(21)(2145136450VVRRRRVVRRVG453602RRVVVAf45121021RRRRVVVAGfGfRRA121失调参数的影响失调参数的影响 假设由三运放失调电压假设由三运放失调电压VOS及失调电流及失调电流IOS所引起的误差电压折算所引起的误差电压折算到各运放输入端的值分别为到各运放输入端的值分别为V1、V2和和V3,误差电压极性如图。误差电压极性如图。假设输入信号为零

6、，则输出误差电压为：假设输入信号为零，则输出误差电压为： +-A3-+A2+-A1R1V2V1RGR2=R1R4R4R5R5V0V3)1 ()()21 (453214510RRVVVRRRRVG若若R4=R5 321102)(21 (VVVRRVG图示极性的图示极性的V1和和V2所引起的输入误差是相互抵消的。若运放所引起的输入误差是相互抵消的。若运放A1和和A2的参数匹配，则失调误差大为减小。的参数匹配，则失调误差大为减小。V3折算到放大器输入折算到放大器输入端的值为端的值为2V3/Af1，所以等效失调参数很小，即对运放，所以等效失调参数很小，即对运放A3的失调的失调参数要求可降低些。参数要求

7、可降低些。 (五)、隔离放大器原理框图b) 光电耦合浮置电源光耦合器输 入放大器输 出放大器输出输入LEDVa) 变压器耦合浮置电源输入调制放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输入iFiOeciFiOiFiOce硅光敏二极管：传输线性良好和线硅光敏二极管：传输线性良好和线性范围宽，传输增益最小；硅光敏性范围宽，传输增益最小；硅光敏三极管：有一定传输增益，但小电三极管：有一定传输增益，但小电流与大电流增益严重不一致，传输流与大电流增益严重不一致，传输线性较差；达林顿型：由于经过两线性较差；达林顿型：由于经过两次电流放大，故传输增益最大，但次电流放大，故传输增益最大，但传输线性最差。一般使用

8、传输线性最差。一般使用硅光敏三硅光敏三极管或达林顿型光电耦合器极管或达林顿型光电耦合器作模拟作模拟信号传输时，应合理地选择工作点，信号传输时，应合理地选择工作点，并将其工作范围限制在近似的线性并将其工作范围限制在近似的线性传输区。在要求低失真和宽频带的传输区。在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜用光敏二极管型，高性能传输时，宜用光敏二极管型，这时可采用外接放大器来弥补其传这时可采用外接放大器来弥补其传输增益低的缺点。输增益低的缺点。 VCCVCCA1ViR2R1A2R3TOEVOE互补式光电耦合放大电路VCCViA2R W 1R1OE1VCCVOECCECCR W 2R W 3R W 4R2R3OE2A2AD277变压器耦合隔离放大器隔离电源振荡器调制器输入屏蔽解调器输出屏蔽26873419515V15V13121016U100k100k1M141115U -+N1-+N2(六)、滤波器图二阶LPF 图二阶LPF的幅频特性曲线图 一阶LPF 图一阶LPF的幅频特性曲线 简单低通有源滤波器简单低通有源滤波器图二阶压控型图二阶压控型LPF 图二阶压控型图二阶压控型LPF的幅频特性的幅频特性图反相型二阶LPF