第六章模拟信号调理电路

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6.7A/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（SignalConditioning），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。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VIN前置放大器K0后级电路KVISVIN0VOSVON图6.3前置放大器的作用

VIN前置放大器K0后级电路KVISVIN0VOSVON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。在智凯能仪叼器的就信号努调理糖通道纪中，森针对稠被放足大信嘱号的德特点闸，并汤结合玩数据差采集芽电路贡的现购场要削求，束目前饲使用枪较多琴的放闷大器偷有仪用太放大拐器、程控亦增益痕放大沿器以及隔离是放大共器等。6.择3信号锅调理贤通道桂中的剩常用暂放大含器放大精器(A烘mp摆li底fi柄er埋)是信旦号调庄理电谨路中策的重咬要元好件，件合理草选择砌使用饥放大统器是泛系统输设计商的关绝键。堆智能博仪器笔常工烛作于齐恶劣慨环境半中，梢要求扮放大誓电路退兼有表高输死入阻荣抗、曾高共厘模抑平制比独、低恢功耗洲等特裤性。志程控麦放大肌器、握测量缸放大法器、豪隔离昌放大个器等瞧是智暮能仪慈器中揪常用路的放裹大器京。在通器用测张量仪皆器中涌，为刷了适猫应不载同的盾工作来条件尚，在剖整个明测量管范围何内获运得合戴适的声分辨历率，感提高健测量据精度笼，常欠采用售可变纽奉增益优放大洪器。寺智能搂仪器利含有摇微处惨理器抗，用六仪器苹内置瘦的程屈序控锈制放擦大器埋的增屿益称也为程薄控增杠益放斗大器检（Pr繁og麻ra血mm结ab积le羊-G轻ai袖nAm厨pl庸if目er），斯简称贪程控谎放大叫器(涉PG轨A）。6.族3.隐1程控辰放大犬器程控娇反相生放大视器、腐程控以同相璃放大气器等（1）程威控反纪相放住大器由理库想运球放条星件，础有6.疾4一般索反相裳放大救电路如图6.晕5所示喉，虚河线框游为模皇拟开摊关，茂模拟照开关大的闭寻合位屋置受宰控制汁信号C1、C2的控蚂制，湖反馈忽电阻观又随劫开关境位置申而变便，从范而实兴现放魄大器纸的增相益由涨程序抬控制州。当顿放大蛾倍数泄小于1时，印程控平反相疮放大杜器构级成程叶控衰兄减器唉。6.您5反相军程控葱放大上电路(2权)程控地同相哪放大挤器6.条6一般榴同相满放大姓电路同相悉放大的器的止增益改变Rf或R1，同屋样可察改变腾放大担器的绞增益尚，但洽同相游放大抛器只技能构算成增涉益放逼大器扎，不能歇构成华衰减国放大眉器。6.乏7程控夺同相限放大挨电路图6.底7为利朝用8选1集成谜模拟返开关CD旋40体51构成汪程控较同相宜放大绣器的间原理渴电路暂，图倍中，C、B、A为通岗道选剂择输贼入端姓，其拆状态斥由程侧序（D2、D1、D0的状给态）烂控制斥，C、B、A不同奋的编歌码组育合决咐定开好关与沙哪一文通道粪接通掠，从割而选粮择R0～R7之间脂的某增个电尺阻接扔入电慌路。女实现筛程控无增益席的功轰能。CB膨A：00暖03．集转成程斩控放魔大器集成播程控沾放大钥器种以类繁颠多，吩如单涛端输敬入的PG距A1关03亏P丘GA命10渠0；差瓶分输抬入的PG别A2挥04、PG低A2放05等。伪本节夹介绍BU表RR－BR火OW油N公司常的PG母A2哭02婚/2歌03程控带放大笨器，与它应莲用灵棍活方尼便，猪又无阔需外罢围芯娃片。（2）内桂部结冤构GA开20磨2/希20辈3采用吼双列捎直插哈封装术，根辅据使但用温忙度范烛围的拢不同啦，分绒为陶亩瓷封接装(－25～＋85晕℃)和塑肯料封丘装(0～＋70视℃)两种伐。引焦脚排惯列和巴内部晶结构饥如图6.照8所示很：图6.贸8PG亿A2终02貌/2轻03引脚谷排列疲和内蹲部结陆构图其中伯，A0、A1为增凡益数竖字选肢择输蓝入端聚，与TT术L、CM塌OS电平挡兼容滤，可嫁以和德任何纠单片兰机的I/近O口直枪接相像连，肤其增套益选兰择及筋增益造误差蛾见表2.料1。表2.懒1增益群选择挪及误吩差除表依中提尝供的氧几种顿增益编外，PG色A2箭02悲/2莲03外接酿如图6.居9所示炸的缓宁冲器梨及衰顾减电厅阻，东改变栋电阻R1与R2的比遮值，狱可获朝得更瘦多不嘉同的饼增益图6.艇9改变在外接干电阻价获得眼可变柳增益愧图增益世与电括阻的菜关系舞为（3）PG感A2朴02基本柿用法PG脖A2斜02不需疗任何易外部蚀调整舰元件搬就能驰可靠尽工作想。但备为了焦保证臭效果鞋更好杯，在测正、五负电照源端雅分别满连接锋一个1μ搞F的旁御路钽等电容鼓到模迫拟地竹，且做尽可全能靠狡近放白大器不的电歪源引狡脚，腿如图6.除10所示含，由项于11脚、4脚上久的连列线电配阻都缝会引塑起增债益误啄差，令因此11、4脚连舟线应繁尽可券能短励。图6.负10PG哄A2属02的基衡本用程法PG洗A2答02臭/2巩03与比而较器忧、二琴进制赚加减氏计数颤器连吗接可荡构成狠自动现增益蓄控制摘电路葛，如粱图6.绵11所示头。图6.室11利用PG绵A2姨02自动醋增益普控制坏电路将PG灵A2佳02和PG出A2敏03两片届级联址，如泰图6.系12所示请，A3、A2、A1、A0组合宏可有16种状冰态，耀可在1～80瓦00范围妻内选软择16种增撕益萝。图6.受12PG坊A2隐02歉/2捉03级联举电路A0碍A1歼A2干A30江1哥0技1放大间倍数瓜是多惑少？6.婆3.乐2仪用织放大浅器在智颈能仪躁器中扒，常逢常需渡要精轨确放普大带棚有一印定共无模干匹扰的国微弱姻的差标模信衬号，否要求紫放大弟电路帮输入绕阻抗并和共情模抑改制比哭高、谎误差址小、隙稳定副性好亏。这易种用肾来放游大传困感器红输出杯的微侍弱电俯压或笛电流裹信号累的放辆大电集路称枪为仪采用放在大电拴路（壁测量堤放大烛电路奔）。1．仪变用放扰大器兄原理仪用沉放大英器(I膊ns岛tr冬um凡en艺ta裤ti船on煎A似mp言li蔽fi运er贴)由3个运冒算放初大器黎组成机，如犯下图6.食13所示图6.链13仪用姑放大派器原描理由上悉图得风到运手放的糠放大天倍数如何建得到争？推到达过程P1河7将前射述的纪可编某程增洋益放突大器PG离A2滨02性/2拼03的输烈入端务接上宗运放述（如OP秋A2碌7）及铺电阻划网络幕，可陈组成果低噪五声的救差分狼仪用仙放大坏器，会如图6.希14所示良。图状中使虾用PG株A2置03由于钞电阻俊网络距的存卖在，颗所得耽到的诉放大织倍数扔分别期是10晶0、20达0、40还0、80肾0，即必在原PG绿A2念03增益升的基狱础上醒增加笼了10廉0倍。拾适当像改变20廉0Ω的电爱阻，扑还可尚得到雹其他酿放大饭倍数浩。图6.眉14由OP丽A2栋7及PG饱A2壮03构成叹的可雪变增绩益仪怎用放碌大器推导后过程2桥.集成缠仪用幕放大厨器集成馒仪用焰放大相器有埋美国An吃al娘og破D缎ev村ic卫e公司甩的52培2、AD艳51抢2、AD损62效0、AD沙62夏3、AD染82吴21，BB公司梢的IN款A1滩14、11辆8；MA叹XI微M公司嫂的MA灾X4百19葵5、41免96、41代97等。炭其中孤，IN灾A1奸14是一坊种通飘用仪意用放色大器旷，尺唤寸小卷、精药度高贞、价困格低昏。图6.翅16IN优A1拖14内部各结构御图图6.嘉17IN测A1物14的基祝本连怖接方套法在靠竖近电捧源引累脚处葡连接佛的去溜耦合遣电容比主要涉用于慈噪声象或高富阻电句源场振合，凳其输纺出其中G为增栗益“50执kΩ铅”是两税个内捕部反井馈电覆阻之悔和，扒这两扒个电睁阻为求金属硬膜电给阻，讲已用柴激光呆调整耍到精榴确的刚值。活增益炒的精嚼确度寨和漂阅移额获定值澡中包宗含了深这两才个电剧阻的帽精确纠度和举温度遵系数右；为献外部滩电阻挡，其完稳定每性和占温漂伏也对唉增益康有影双响。馆从左渴式可遮见，送增益图越高上，需舟要的摇阻值将越低郑，所柳以接损线电企阻也繁很重长要，热线路撇上增末加的享插座滤会使母增益听误差套额外丝式地增痕加，画并且专很可爱能是酱不稳柳定的旷误差饲。6.仿3.渗3隔离自放大绕器隔离遗放大孩器(I退so买la浅ti祥on蜘A约mp恰li侍fi传er抓)输出孙端和夜输入谅端各张自具旧有不各同的徒电位揪参考花点、及即输斗入端运和输沃出端晃没有吩直接第的电料耦合哑，而晕是通爱过光佣、变备压器扎或电汁容等史耦合翻元件返耦合志。输孕入端悲和输参出端秀的绝置缘电骨压一象般达10逐00扶V以上补，绝葵缘电璃阻达壁数十ΜΩ。因斩此输应入端破的干磁扰不财会直惠接到俘达输其出端较，多想路通怕道使浊用隔伪离放蒙大器慈时相壁互之迈间不遗会影舅响。垄当仪丽器工趣作环亏境噪祝声较脖大而闸信号弦较小捕时，桂采用咸隔离捉放大寸器可俯保护烤电子戚仪器报设备只和人凭身安烂全，地提高哪共模医抑制茂比，捡获得催较精坦确的尊测量岛结果膊。隔离俗放大勤器的牛符号森如图6.谊18所示图6.盯18隔离缠放大驶器的锅符号按耦远合器朝件的瓦不同争，可撇分为光电她耦合柄、变乌压器运耦合怨和电唱容耦使合三种。1、光嫂电耦于合隔渡离放争大器光电愉耦合史隔离常放大剥器以键光为绑耦合翻媒介妄，输祸入与意输出震在电司气上课完全杜隔离堂，通瓣过光脖信号阻的传念递实贿现电挡信号杀的传翼递。图6.贫19为光血电隔霸离放渠大器妈基本甲原理丧，输察入级维激励甚发光猜管，逃由光妄电管革将光抖信号姓耦合唱到输鸦出级吨，实锄现信棚号的老传输依，保结证了碑输入往和输慕出间负的电丑气隔穿离。绩其输咬入、快输出喂级之诸间不悬能有深电的还连接弃，即畏前、姨后级弊不能闸共用捧电源蜜和地校线。图6.刑19光电艳隔离植放大含器基菊本原映理采用沟光电而耦合语原理腔的隔湿离放怪大器湖有BU护RR斗-B绩RO娘WN公司滚（以授下简饰称BB公司继）的IS类O1柳00、IS金O1赌30、36克50、36沈52、惠绕普公即司(H爱P)的HC音PL城78碌00伶/7鄙80阿0A良/7带80脑0B等。宣为简过化电驻路、打节省盗空间厨、降丝式低成晋本、错提高魄性能飞，有长一些勤隔离乖放大已器提床供了叶内置DC宾/D饶C变换躺器，爸给使差用者但提供载更大午的灵扶活性鬼，如BB公司叹的IS烦02哭12、IS箱O2姓13、An凶al精og食D材ev婚ic沙es公司(以下未简称AD公司)的AD猴20纷2，AD熊20势4、AD菜21场0、AD速21璃5等。开本节球介绍BB公司粗生产句的光俘电隔枝离放贪大器36芳50，其勒电路芽原理明如下朋图2.酱20所示图6.泄20光电败隔离惑放大肆器36成50的电杜路原溜理图理想乎运算场放大踪蝶器A1和光柔电二涨极管际、发萄光二持极管性构成书负反津馈回豪路，瞒用于贩减小夏非线驴性和辅时间症温度茫的不责稳定璃性。VD旨1、VD镇3分别详为输拨入端诱和输爆出端钢的两仪个性饲能匹幕配的树光电妄二极增管，椅它们级从发勾光二筛极管VD妈2接收箩到的泻光量冰相等即由理冠想运塘放特垂性知输出牛回路兽中，置放大广器A2与内症置电别阻术（仅）构很成I/匀V转换避电路再，有可见蛋，输则出与蹲输入来成线止性关恨系。旱只要VD搞1、VD球3一致迫性得承到保倒证，摔信号居的耦歌合就捕不会扮受光惊电器家件的才影响傍。2、变属压器无耦合倦隔离剂放大福器变压极器耦领合隔鸟离放尽大器僻的输醒入部饿分和眯输出预部分那采用江变压匪器耦楚合，莲信息妻传送羞通过宇磁路羊实现劳。典览型的闲隔离洽放大揪器原痒理如顷图6.副21所示图6.鸣21隔离棍放大夺器原敏理图输入特级将悄传感森器送男来的威信号盈滤波楼和放师大，杰并调蹈制成柜交龄流枕信号泪，通少过隔纸离变缩慧压器液耦合艇到输版出级福；输新出级匆把也交流强信号彻解调擦成直弯流信命号，摧再经彩滤波屯和放我大，芽输出熔直流屑电压宿。放魂大器达的两脚个输酸入端攀浮空金，能宴够有陪效地搬起额测量诉放大叔器的调作用祥。变压机器耦承合的泻隔离滥放大键器有BB公司结的IS鸭O2谊12、36斯56，AD公司砌的AD屡20绍2、AD梅20床4、AD吩21欣0、AD村21吊5等。昏其中AD爸20廉2/坏AD心20询4是一闹种微级型封钢装的俯精密煎隔离迷放大评器，罩具有恳精度锋高、律功耗锋低、肯共模种性能绿好、疯体积劈燕小和遭价格姜低等叹特点唐。AD点20狐2功能池框图楚如图2.店22所示校，芯皮片由劲放大蜓器、臂调制表器、少解调茶器、康整流嘉和滤垮波、唯电源缴变换处器等首组成尾。图6.俘22AD搂20誓2内部饭结构抬图3、电该容耦锣合隔达离放阁大器采用碎电容粉耦合醒的隔桑离放喜大器秧如BB公司希的IS竹O1日02、IS凉O1我03、IS跑O1摩06、IS忙O1寸07、IS呆O1楚13、IS走O1趣20、IS繁O1穷21、IS望O1嫁22等。询其中锁，1S音O1肾22采用午常规隙的双财列式政封装文，价乞格便贵宜、月使用维方便钱。主四要技掌术指裕标如争下：●额雕定隔谋离电赔压≥15山00杨V（交竹流60堂Hz连续薪）●隔离荐阻抗●输入李电压暑范围双±12流.层5V●输入米电阻20普0k熟Ω●输出惠电源弃范围须±12袄.蚀5V返回上页下页IS纷O1押22的原充理框蚊图如淡图2.上23所示云。输系入和红输出浊电路镇对称如，由誉基本雕积分扰电路姐（分瘦别由A1、A2组成爸）、然检测棋放大选器、塌滞回杯比较慨器及柴电流监开关K1、K2组成咽。输遣入和酷输出卖部分字通过灭两个镰匹配梳的1p想F电容穴耦合干形成功模拟紧信号集