放大滤波精品课件

1、关于放大滤波第一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 智能仪器的数据采集系统简称DAS（Data Acquisition System），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。第二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第一节 数据采集系统的组成结构 传感器模拟信号调理数据采集电路微机系统图3.1 数据采集系统的基本组成 第三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输人通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还

2、是每路各用一个，多路模拟输人通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。 第四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月一、集中采集式 图3.2 集中式数据采集系统的典型结构 第五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月二、分散采集式(分布式)(a) 分布式单机数据采集结构 第六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月通信接口上位机数据采集站1数据采集站2数据采集站3数据采集站N模拟信号和数字信号(b) 网络式数据采集结构图3.3 分布式数据采集系统的典型结构第七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第二节 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

3、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。 第八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月传感器前置放大低通陷波高通至采集电路图3.4 典型调理电路的组成框图 第九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月一、传感器的选用 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

4、进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最高的传感器。第十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(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。第十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(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

5、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。 第十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月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。 传感器传感器传感器小信号放大信号修正与变换滤波A/D微机微机I/V转换V/F光电耦合小电流小电压大电压大电流图3.5 大信号输出传感器的使用 第十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2. 数

6、字式传感器：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.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。 第十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月传感器放大整形光电隔离计算机传感器整形光电隔离计算机频率量输出开关量输出图3.6 频率量及开关量输出传感器的使用 第十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月3. 集成传感器：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

7、信号调理任务，简化通道结构。 第十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月4. 光纤传感器：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。 第十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月二、运用前置放大器的依据 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？第十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月VIN前置放大器K0后级电

8、路KVISVIN0VOSVON图3.7 前置放大器的作用 第十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月图3.8 两种调理电路的对比 第二十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 由于 K1,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。 第二十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月三、信号调理通道中的常用放大器 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。 第二十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(一) 仪用放大器 图3.9 仪用放大

9、器的基本结构 第二十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4R6，R5R7。则放大器闭环增益为：假设R4=R5，即第二级运算放大器增益为1，则可以推出仪用放大器闭环增益为：由上式可知，通过调节电阻RG，可以很方便地改变仪用放大器的闭环增益。当采用集成仪用放大器时，RG一般为外接电阻。 第二十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 在实际的设计过程中，可根据模拟信号调理通道的设计要求，并结合仪用放大器的以下主要性能指标确定具体的放大电路。 第二十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1. 非线性度 它是指放大器实际输出输入关系曲线与理想直

10、线的偏差。2. 温漂 温漂是指仪用放大器输出电压随温度变化而变化的程度。第二十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月3. 建立时间 建立时间是指从阶跃信号驱动瞬间至仪用放大器输出电压达到并保持在给定误差范围内所需的时间。4. 恢复时间 恢复时间是指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间。放大器的建立时间和恢复时间直接影响数据采集系统的采样速率。第二十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月5. 电源引起的失调电源引起的失调是指电源电压每变化1%，引起放大器的漂移电压值。仪用放大器一般用作数据采集系统的前置放大器，对于共电源系统，该指标则是设计系统稳压电源的主要

11、依据之一。 6. 共模抑制比当放大器两个输入端具有等量电压变化值UI时，在放大器输出端测量出电压变化值UCM，则共模抑制比CMRR可用下式计算：第二十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(1）INA114简介INA114/115是一个低成本的仪用放大器，它不需要外接失调调整电路就可获得很高的精度。用户在般使用时，只需外接一只普通电阻就可得到任意增益，其增益范围为110000可变，正、负输入端具有内部过压保护电路，其保护范围可达40V，具有很高的共模抑制比和很低的失调电压及漂移电压。它可在2.25V的电源下工作，适合电池供电及单一5V供电系统使用。 第二十九张，PPT共六十一页，创作于2

12、022年6月INA114/115可广泛应用于桥式放大器、热电偶测量放大器、医用放大器及数据采集放大器等，其主要性能参数如下：失调电压：50V；温度漂移：0.25V/；输入偏置电流：2nA（最大值）；输入失调电流：115dB（A=1000）；长期稳定性：每月0.2V左右；输入共模电压：13.5V左右；输入过载保护：40V；电源电压范围：2.2518V；静态电流：1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高。 当 3时，Q =，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。第五十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月解：根据f 0 ，选取C再求R。1. C的容量不易超过 。 因大容量的电容器体积大， 价格高，应尽量避免使用。 取计算出 ，取例1: 要求二阶压控型LPF的 Q值为0.7，试求电路中的电阻、电容值。第五十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2根据值求 和 ，因为 时 ， 根据 与 、 的关系，集成运放两输 入端外接电阻的对称条件：解得：第五十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2. 反相输入低通滤波器积分运算电路的电压放大倍数为加R2后 需有电阻构成的负反馈网络来确定通带放大倍数。12lg