第六章模擬信號調(diào)理電路

6.1傳感器的選用6.2運用前置放大器的依據(jù)6.3常用放大器6.4信號調(diào)制與解調(diào)6.5信號濾波電路6.6信號轉(zhuǎn)換電路6.7A/D轉(zhuǎn)換電路第六章模擬信號調(diào)理在一般測量系統(tǒng)中信號調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了實現(xiàn)物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換、小信號放大、濾波外，還有諸如零點校正、線性化處理、溫度補償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理（SignalConditioning），相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號調(diào)理電路。傳感器是信號輸人通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計的測試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器——系統(tǒng)對傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性能價格比最高的傳感器。6.1傳感器的選用(一)對傳感器的主要技術(shù)要求1.具有將被測量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測量實際變化范圍相一致。2.轉(zhuǎn)換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機要求。3.能滿足被測介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。4.能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。(二)可供選用的傳感器類型對于一種被測量，常常有多種傳感器可以測量，例如測量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、IC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等好多種。在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應(yīng)側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡單等因素進行取舍，盡可能選擇性能價格比高的傳感器。1.大信號輸出傳感器:為了與A/D輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家開始設(shè)計、制造一些專門與A/D相配套的大信號輸出傳感器。傳感器傳感器傳感器小信號放大信號修正與變換濾波A/D微機微機I/V轉(zhuǎn)換V/F光電耦合小電流小電壓大電壓大電流圖6.1大信號輸出傳感器的使用數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成，也可以是由敏感參數(shù)R、L、C構(gòu)成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換等，因此，數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳送等優(yōu)點。2.數(shù)字式傳感器傳感器放大整形光電隔離計算機傳感器整形光電隔離計算機頻率量輸出開關(guān)量輸出圖6.2頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用

集成傳感器是將傳感器與信號調(diào)理電路做成一體。例如，將應(yīng)變片、應(yīng)變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信號調(diào)理任務(wù)，簡化通道結(jié)構(gòu)。3.集成傳感器這種傳感器其信號拾取、變換、傳輸都是通過光導(dǎo)纖維實現(xiàn)的，避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾。在信號輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現(xiàn)場通過傳感器引入的干擾。4.光纖傳感器多數(shù)傳感器輸出信號都比較小，必須選用前置放大器進行放大。判斷傳感器信號“大”還是“小”和要不要進行放大的依據(jù)又是什么？放大器為什么要“前置”,即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？6.2運用前置放大器的依據(jù)VIN前置放大器K0后級電路KVISVIN0VOSVON圖6.3前置放大器的作用

VIN前置放大器K0后級電路KVISVIN0VOSVON圖6.3兩種調(diào)理電路的對比由于K＞1,所以，，這就是說，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。在智凱能儀叼器的就信號努調(diào)理糖通道紀中，森針對稠被放足大信囑號的德特點閘，并湯結(jié)合玩數(shù)據(jù)差采集芽電路貢的現(xiàn)購場要削求，束目前飼使用槍較多琴的放悶大器偷有儀用太放大拐器、程控亦增益痕放大沿器以及隔離是放大共器等。6.擇3信號鍋調(diào)理賢通道桂中的剩常用暫放大含器放大精器(A烘mp擺li底fi柄er埋)是信旦號調(diào)莊理電謹路中策的重咬要元好件，件合理草選擇砌使用饑放大統(tǒng)器是泛系統(tǒng)輸設(shè)計商的關(guān)絕鍵。堆智能博儀器筆常工燭作于齊惡劣慨環(huán)境半中，梢要求扮放大誓電路退兼有表高輸死入阻榮抗、曾高共厘模抑平制比獨、低恢功耗洲等特褲性。志程控麥放大肌器、握測量缸放大法器、豪隔離昌放大個器等瞧是智暮能儀慈器中揪常用路的放裹大器京。在通器用測張量儀皆器中涌，為刷了適貓應(yīng)不載同的盾工作來條件尚，在剖整個明測量管范圍何內(nèi)獲運得合戴適的聲分辨歷率，感提高健測量據(jù)精度籠，常欠采用售可變紐奉增益優(yōu)放大洪器。寺智能摟儀器利含有搖微處慘理器抗，用六儀器蘋內(nèi)置瘦的程屈序控銹制放擦大器埋的增嶼益稱也為程薄控增杠益放斗大器檢（Pr繁og麻ra血mm結(jié)ab積le羊-G輕ai袖nAm廚pl庸if目er），斯簡稱貪程控謊放大叫器(涉PG軌A）。6.族3.隱1程控辰放大犬器程控嬌反相生放大視器、腐程控以同相璃放大氣器等（1）程威控反紀相放住大器由理庫想運球放條星件，礎(chǔ)有6.疾4一般索反相裳放大救電路如圖6.暈5所示喉，虛河線框游為模皇擬開攤關(guān)，茂模擬照開關(guān)大的閉尋合位屋置受宰控制汁信號C1、C2的控螞制，湖反饋忽電阻觀又隨劫開關(guān)境位置申而變便，從范而實興現(xiàn)放魄大器紙的增相益由漲程序抬控制州。當頓放大蛾倍數(shù)泄小于1時，印程控平反相瘡放大杜器構(gòu)級成程葉控衰兄減器唉。6.您5反相軍程控蔥放大上電路(2權(quán))程控地同相哪放大擠器6.條6一般榴同相滿放大姓電路同相悉放大的器的止增益改變Rf或R1，同屋樣可察改變騰放大擔器的絞增益尚，但洽同相游放大拋器只技能構(gòu)算成增涉益放逼大器扎，不能歇構(gòu)成華衰減國放大眉器。6.乏7程控奪同相限放大挨電路圖6.底7為利朝用8選1集成謎模擬返開關(guān)CD旋40體51構(gòu)成汪程控較同相宜放大繡器的間原理渴電路暫，圖倍中，C、B、A為通崗道選劑擇輸賊入端姓，其拆狀態(tài)斥由程側(cè)序（D2、D1、D0的狀給態(tài)）爛控制斥，C、B、A不同奮的編歌碼組育合決咐定開好關(guān)與沙哪一文通道糞接通掠，從割而選糧擇R0～R7之間脂的某增個電尺阻接扔入電慌路。女實現(xiàn)篩程控無增益席的功轟能。CB膨A：00暖03．集轉(zhuǎn)成程斬控放魔大器集成播程控沾放大鑰器種以類繁顛多，吩如單濤端輸敬入的PG距A1關(guān)03虧P丘GA命10渠0；差瓶分輸抬入的PG別A2揮04、PG低A2放05等。偽本節(jié)夾介紹BU表RR－BR火OW油N公司常的PG母A2哭02婚/2歌03程控帶放大笨器，與它應(yīng)蓮用靈棍活方尼便，豬又無闊需外罷圍芯娃片。（2）內(nèi)桂部結(jié)冤構(gòu)GA開20磨2/希20輩3采用吼雙列捎直插哈封裝術(shù)，根輔據(jù)使但用溫忙度范燭圍的攏不同啦，分絨為陶畝瓷封接裝(－25～＋85暈℃)和塑肯料封丘裝(0～＋70視℃)兩種伐。引焦腳排慣列和巴內(nèi)部晶結(jié)構(gòu)饑如圖6.照8所示很：圖6.貿(mào)8PG億A2終02貌/2輕03引腳谷排列疲和內(nèi)蹲部結(jié)陸構(gòu)圖其中伯，A0、A1為增凡益數(shù)豎字選肢擇輸藍入端聚，與TT術(shù)L、CM塌OS電平擋兼容濾，可嫁以和德任何糾單片蘭機的I/近O口直槍接相像連，膚其增套益選蘭擇及筋增益造誤差蛾見表2.料1。表2.懶1增益群選擇挪及誤吩差除表依中提嘗供的氧幾種頓增益編外，PG色A2箭02悲/2蓮03外接釀如圖6.居9所示炸的緩寧沖器梨及衰顧減電廳阻，東改變棟電阻R1與R2的比遮值，獄可獲朝得更瘦多不嘉同的餅增益圖6.艇9改變在外接干電阻價獲得眼可變柳增益愧圖增益世與電括阻的菜關(guān)系舞為（3）PG感A2樸02基本柿用法PG脖A2斜02不需療任何易外部蝕調(diào)整艦元件搬就能馳可靠盡工作想。但備為了焦保證臭效果鞋更好杯，在測正、五負電照源端雅分別滿連接鋒一個1μ搞F的旁御路鉭等電容鼓到模迫擬地竹，且做盡可全能靠狡近放白大器不的電歪源引狡腳，腿如圖6.除10所示含，由項于11腳、4腳上久的連列線電配阻都縫會引塑起增債益誤啄差，令因此11、4腳連舟線應(yīng)繁盡可券能短勵。圖6.負10PG哄A2屬02的基衡本用程法PG洗A2答02臭/2鞏03與比而較器憂、二琴進制賺加減氏計數(shù)顫器連嗎接可蕩構(gòu)成狠自動現(xiàn)增益蓄控制摘電路葛，如粱圖6.綿11所示頭。圖6.室11利用PG綿A2姨02自動醋增益普控制壞電路將PG靈A2佳02和PG出A2敏03兩片屆級聯(lián)址，如泰圖6.系12所示請，A3、A2、A1、A0組合宏可有16種狀冰態(tài)，耀可在1～80瓦00范圍妻內(nèi)選軟擇16種增撕益蘿。圖6.受12PG坊A2隱02歉/2捉03級聯(lián)舉電路A0礙A1殲A2干A30江1哥0技1放大間倍數(shù)瓜是多惑少？6.婆3.樂2儀用織放大淺器在智頸能儀躁器中扒，常逢常需渡要精軌確放普大帶棚有一印定共無模干匹擾的國微弱姻的差標模信襯號，否要求紫放大弟電路幫輸入繞阻抗并和共情模抑改制比哭高、謊誤差址小、隙穩(wěn)定副性好虧。這易種用腎來放游大傳困感器紅輸出杯的微侍弱電俯壓或笛電流裹信號累的放輛大電集路稱槍為儀采用放在大電拴路（壁測量堤放大燭電路奔）。1．儀變用放擾大器兄原理儀用沉放大英器(I膊ns島tr冬um凡en藝ta褲ti船on煎A似mp言li蔽fi運er貼)由3個運冒算放初大器黎組成機，如犯下圖6.食13所示圖6.鏈13儀用姑放大派器原描理由上悉圖得風到運手放的糠放大天倍數(shù)如何建得到爭？推到達過程P1河7將前射述的紀可編某程增洋益放突大器PG離A2濱02性/2拼03的輸烈入端務(wù)接上宗運放述（如OP秋A2碌7）及鋪電阻劃網(wǎng)絡(luò)幕，可陳組成果低噪五聲的救差分狼儀用仙放大壞器，會如圖6.希14所示良。圖狀中使蝦用PG株A2置03由于鈔電阻俊網(wǎng)絡(luò)距的存賣在，顆所得耽到的訴放大織倍數(shù)扔分別期是10晶0、20達0、40還0、80腎0，即必在原PG綠A2念03增益升的基獄礎(chǔ)上醒增加籠了10廉0倍。拾適當像改變20廉0Ω的電愛阻，撲還可尚得到雹其他釀放大飯倍數(shù)浩。圖6.眉14由OP麗A2棟7及PG飽A2壯03構(gòu)成嘆的可雪變增績益儀怎用放碌大器推導(dǎo)后過程2橋.集成纏儀用幕放大廚器集成饅儀用焰放大相器有埋美國An吃al娘og破D緞ev村ic衛(wèi)e公司甩的52培2、AD艷51搶2、AD損62效0、AD沙62夏3、AD染82吳21，BB公司梢的IN款A(yù)1灘14、11輛8；MA嘆XI微M公司嫂的MA災(zāi)X4百19葵5、41免96、41代97等。炭其中孤，IN災(zāi)A1奸14是一坊種通飄用儀意用放色大器曠，尺喚寸小卷、精藥度高貞、價困格低昏。圖6.翅16IN優(yōu)A1拖14內(nèi)部各結(jié)構(gòu)御圖圖6.嘉17IN測A1物14的基祝本連怖接方套法在靠豎近電捧源引累腳處葡連接佛的去溜耦合遣電容比主要涉用于慈噪聲象或高富阻電句源場振合，凳其輸紡出其中G為增栗益“50執(zhí)kΩ鉛”是兩稅個內(nèi)捕部反井饋電覆阻之悔和，扒這兩扒個電睜阻為求金屬硬膜電給阻，講已用柴激光呆調(diào)整耍到精榴確的剛值?；钤鲆娉吹木来_度寨和漂閱移額獲定值澡中包宗含了深這兩才個電劇阻的帽精確糾度和舉溫度遵系數(shù)右；為獻外部灘電阻擋，其完穩(wěn)定每性和占溫漂伏也對唉增益康有影雙響。館從左渴式可遮見，送增益圖越高上，需舟要的搖阻值將越低鄭，所柳以接損線電企阻也繁很重長要，熱線路撇上增末加的享插座濾會使母增益聽誤差套額外絲式地增痕加，畫并且專很可愛能是醬不穩(wěn)柳定的曠誤差飼。6.仿3.滲3隔離自放大繞器隔離遺放大孩器(I退so買la淺ti祥on蜘A約mp恰li侍fi傳er抓)輸出孫端和夜輸入諒端各張自具舊有不各同的徒電位揪參考花點、及即輸斗入端運和輸沃出端晃沒有吩直接第的電料耦合啞，而暈是通愛過光傭、變備壓器扎或電汁容等史耦合翻元件返耦合志。輸孕入端悲和輸參出端秀的絕置緣電骨壓一象般達10逐00扶V以上補，絕葵緣電璃阻達壁數(shù)十ΜΩ。因斬此輸應(yīng)入端破的干磁擾不財會直惠接到俘達輸其出端較，多想路通怕道使?jié)嵊酶魝坞x放蒙大器慈時相壁互之邁間不遺會影舅響。壟當儀麗器工趣作環(huán)虧境噪祝聲較脖大而閘信號弦較小捕時，桂采用咸隔離捉放大寸器可俯保護烤電子戚儀器報設(shè)備只和人憑身安爛全，地提高哪共模醫(yī)抑制茂比，撿獲得催較精坦確的尊測量島結(jié)果膊。隔離俗放大勤器的牛符號森如圖6.誼18所示圖6.盯18隔離纏放大駛器的鍋符號按耦遠合器朝件的瓦不同爭，可撇分為光電她耦合柄、變?yōu)鯄浩鬟\耦合怨和電唱容耦使合三種。1、光嫂電耦于合隔渡離放爭大器光電愉耦合史隔離常放大剝器以鍵光為綁耦合翻媒介妄，輸?shù)溔肱c意輸出震在電司氣上課完全杜隔離堂，通瓣過光脖信號阻的傳念遞實賄現(xiàn)電擋信號殺的傳翼遞。圖6.貧19為光血電隔霸離放渠大器媽基本甲原理喪，輸察入級維激勵甚發(fā)光猜管，逃由光妄電管革將光抖信號姓耦合唱到輸鴉出級噸，實鋤現(xiàn)信棚號的老傳輸依，保結(jié)證了碑輸入往和輸慕出間負的電丑氣隔穿離。績其輸咬入、快輸出喂級之諸間不懸能有深電的還連接棄，即畏前、姨后級弊不能閘共用捧電源蜜和地校線。圖6.刑19光電艷隔離植放大含器基菊本原映理采用溝光電而耦合語原理腔的隔濕離放怪大器湖有BU護RR斗-B績RO娘WN公司滾（以授下簡飾稱BB公司繼）的IS類O1柳00、IS金O1賭30、36克50、36沈52、惠繞普公即司(H愛P)的HC音PL城78碌00伶/7鄙80阿0A良/7帶80腦0B等。宣為簡過化電駐路、打節(jié)省盜空間廚、降絲式低成晉本、錯提高魄性能飛，有長一些勤隔離乖放大已器提床供了葉內(nèi)置DC賓/D饒C變換躺器，爸給使差用者但提供載更大午的靈扶活性鬼，如BB公司嘆的IS煩02哭12、IS箱O2姓13、An兇al精og食D材ev婚ic沙es公司(以下未簡稱AD公司)的AD猴20紛2，AD熊20勢4、AD菜21場0、AD速21璃5等。開本節(jié)球介紹BB公司粗生產(chǎn)句的光俘電隔枝離放貪大器36芳50，其勒電路芽原理明如下朋圖2.醬20所示圖6.泄20光電敗隔離惑放大肆器36成50的電杜路原溜理圖理想乎運算場放大蹤蝶器A1和光柔電二漲極管際、發(fā)萄光二持極管性構(gòu)成書負反津饋回豪路，瞞用于販減小夏非線驢性和輔時間癥溫度茫的不責穩(wěn)定璃性。VD旨1、VD鎮(zhèn)3分別詳為輸撥入端誘和輸爆出端鋼的兩儀個性飼能匹幕配的樹光電妄二極增管，椅它們級從發(fā)勾光二篩極管VD媽2接收籮到的瀉光量冰相等即由理冠想運塘放特垂性知輸出?；芈帆F中，置放大廣器A2與內(nèi)癥置電別阻術(shù)（僅）構(gòu)很成I/勻V轉(zhuǎn)換避電路再，有可見蛋，輸則出與蹲輸入來成線止性關(guān)恨系。旱只要VD搞1、VD球3一致迫性得承到保倒證，摔信號居的耦歌合就捕不會扮受光驚電器家件的才影響傍。2、變屬壓器無耦合倦隔離劑放大福器變壓極器耦領(lǐng)合隔鳥離放盡大器僻的輸醒入部餓分和瞇輸出預(yù)部分那采用江變壓匪器耦楚合，蓮信息妻傳送羞通過宇磁路羊?qū)崿F(xiàn)勞。典覽型的閑隔離洽放大揪器原癢理如頃圖6.副21所示圖6.鳴21隔離棍放大奪器原敏理圖輸入特級將悄傳感森器送男來的威信號盈濾波樓和放師大，杰并調(diào)蹈制成柜交齡流枕信號淚，通少過隔紙離變縮慧壓器液耦合艇到輸版出級福；輸新出級匆把也交流強信號徹解調(diào)擦成直彎流信命號，摧再經(jīng)彩濾波屯和放我大，芽輸出熔直流屑電壓宿。放魂大器達的兩腳個輸酸入端攀浮空金，能宴夠有陪效地搬起額測量訴放大叔器的調(diào)作用祥。變壓機器耦承合的瀉隔離濫放大鍵器有BB公司結(jié)的IS鴨O2誼12、36斯56，AD公司砌的AD屢20紹2、AD梅20床4、AD吩21欣0、AD村21吊5等?；杵渲蠥D爸20廉2/壞AD心20詢4是一鬧種微級型封鋼裝的俯精密煎隔離迷放大評器，罩具有懇精度鋒高、律功耗鋒低、肯共模種性能綠好、瘋體積劈燕小和遭價格姜低等嘆特點唐。AD點20狐2功能池框圖楚如圖2.店22所示校，芯皮片由勁放大蜓器、臂調(diào)制表器、少解調(diào)茶器、康整流嘉和濾垮波、唯電源繳變換處器等首組成尾。圖6.俘22AD摟20誓2內(nèi)部飯結(jié)構(gòu)抬圖3、電該容耦鑼合隔達離放閣大器采用碎電容粉耦合醒的隔桑離放喜大器秧如BB公司希的IS竹O1日02、IS涼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O(jiān)1窮21、IS望O1嫁22等。詢其中鎖，1S音O1腎22采用午常規(guī)隙的雙財列式政封裝文，價乞格便貴宜、月使用維方便錢。主四要技掌術(shù)指裕標如爭下：●額雕定隔謀離電賠壓≥15山00楊V（交竹流60堂Hz連續(xù)薪）●隔離薦阻抗●輸入李電壓暑范圍雙±12流.層5V●輸入米電阻20普0k熟Ω●輸出惠電源棄范圍須±12襖.蝕5V返回上頁下頁IS紛O1押22的原充理框蚊圖如淡圖2.上23所示云。輸系入和紅輸出濁電路鎮(zhèn)對稱如，由譽基本雕積分擾電路姐（分瘦別由A1、A2組成爸）、然檢測棋放大選器、塌滯回杯比較慨器及柴電流監(jiān)開關(guān)K1、K2組成咽。輸遣入和酷輸出賣部分字通過滅兩個鐮匹配梳的1p想F電容穴耦合干形成功模擬緊信號集