信號(hào)調(diào)理電路1

1、2022-7-31信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路Signal Conditioning Circuit2022-7-32(電橋電橋(信號(hào)的放大電路信號(hào)的放大電路(信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路(濾波電路濾波電路(調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)電電 橋橋測(cè)量電橋有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)能把電阻、電容、電感等電抗參數(shù)的變化，變換成電壓或電流的變化，便于信號(hào)的放大和處理。(2)能測(cè)量出微弱的阻抗變化量。(3)可以通過采用對(duì)稱差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)組成差動(dòng)半橋或全橋來實(shí)現(xiàn)非線性誤差的補(bǔ)償，并提高電橋輸出的靈敏度。電橋的分類電橋的分類 1.按電橋的工作狀態(tài)分類按電橋的工作狀態(tài)分類按電橋的工作狀態(tài)分類，可分為平衡電橋和不平衡電橋。

2、2.按電橋的激勵(lì)電源分類按電橋的激勵(lì)電源分類按電橋的激勵(lì)電源分類，電橋分為直流電橋和交流電橋。而直流電橋又分為恒壓源電橋和恒流源電橋。 3.按電橋的工作橋臂的個(gè)數(shù)分類按電橋的工作橋臂的個(gè)數(shù)分類按電橋的工作橋臂的個(gè)數(shù)來分，電橋可分為單臂電橋、半橋（雙臂）和全橋。 直流電橋直流電橋1.電橋的調(diào)零電路電橋的調(diào)零電路 直流電橋直流電橋2.不平衡直流電橋不平衡直流電橋設(shè)電橋工作時(shí)，四個(gè)橋臂的電阻值分別變化了R1、R2、R3和R4，則 )()()(2211443333224411RRRRRRRRRRRRRRRREUo）（忽略二階增量并考慮電橋的初始平衡有)(44332211432141RRRRRRRRRR

3、RRRREUo（故由R1 R4 =R2R3有434212RRRRRR)(4433221122121RRRRRRRRRRRREUo（不平衡直流電橋的輸出靈敏度與以下幾個(gè)因素有關(guān)：與電橋的供電電源電壓E成正比與橋臂電阻的阻值比有關(guān)與電橋的工作臂的個(gè)數(shù)有關(guān) 直流電橋直流電橋不平衡直流電橋的應(yīng)用實(shí)例電子秤直流電橋直流電橋信號(hào)的放大電路信號(hào)的放大電路放大電路應(yīng)具有如下性能 :穩(wěn)定而足夠的放大倍數(shù)；高輸入阻抗以與傳感器的輸出阻抗匹配；高共模抑制比以抑制共模干擾；低輸入失調(diào)電壓和電流、低溫漂和低噪聲 4.2.1典型放大電路典型放大電路1.直流放大電路直流放大電路反相放大電路反相放大電路 12RRuuAiou

4、 提高R2的值可提高放大倍數(shù)，一般為幾十千歐至幾百千歐 平衡電阻R3=R1/R2 輸入電阻Ri= R1，輸出電阻趨于0。 特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，抗高頻干擾能力強(qiáng)，提高輸入阻抗與提高增益之間存在矛盾 1.直流放大電路直流放大電路同相放大電路同相放大電路 特點(diǎn)是抑制共模干擾能力差、輸入阻抗高、輸出阻抗低，抗高頻干擾能力強(qiáng)，廣泛用于前置放大級(jí)。 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 典型放大電路典型放大電路2.交流放大電路交流放大電路引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋后，放大電路的增益為： 12RRAu321RRuuAiou3.電壓跟隨器電壓跟隨器 特點(diǎn)：輸入阻抗高，輸出阻抗低 作用：緩沖、隔離和提高帶載能力。在電路中可以起到阻

5、抗匹配的作用，能夠使得后一級(jí)的放大電路更好的工作 典型放大電路典型放大電路儀表放大電路儀表放大電路集成儀表放大器集成儀表放大器AD620是專門精密差分電壓的放大器，它源于運(yùn)算放大器，且優(yōu)于運(yùn)算放大器。具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)漂移、增益設(shè)置靈活和使用方便等特點(diǎn) 212121RRRuuRuugoogii)(2134ooouuRRu)(1 (212134iigouuRRRRRugRkG4 .491儀表放大電路儀表放大電路集成儀表放大器集成儀表放大器AD620AD620特點(diǎn)是體積小、功耗低、噪聲低和輸入偏置電流低，通過外接電阻可以實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)，工作電源范圍為(2.31

6、8)V，為雙對(duì)稱電源供電，一般常用12V。AD620可作為電橋和熱電偶的放大電路，增益要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，不同類型的熱電偶的增益選擇不同。 程控增益放大電路程控增益放大電路是通過數(shù)字邏輯電路或計(jì)算機(jī)編程來改變?cè)鲆娴姆椒?，也稱為可編程增益放大電路，簡(jiǎn)稱PGA 結(jié)構(gòu)形式多種多樣，分為單運(yùn)放、多運(yùn)放、儀表放大器和單片集成程控增益放大電路 多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)A2A1A0為地址選擇端，COM為公共端，GND為接地端，當(dāng)A2A1A0 000時(shí)，開關(guān)S0閉合，通道I0與公共端COM接通，其他開關(guān)斷開；當(dāng) A2A1A0 001時(shí)，開關(guān)S1閉合，通道I1與公共端COM接通，其他開關(guān)斷開；，依此類推。當(dāng)

7、禁止端EN=0時(shí)，通道I0I7均不通。 程控增益放大電路程控增益放大電路1.單運(yùn)放程控增益放大電路單運(yùn)放程控增益放大電路 )821(12，iRRAiu2.儀表放大器程控增儀表放大器程控增益放大電路益放大電路3.集成程控增益放大電路集成程控增益放大電路LH0084當(dāng)引腳6與10相連、13引腳接地時(shí) 19112RRAu當(dāng)7與10相連、 12接地時(shí)4913112RRRAu當(dāng)8與10相連、 11接地時(shí)1091513112RRRRAu放大電路應(yīng)用實(shí)例放大電路應(yīng)用實(shí)例2.光敏信號(hào)放大電路光敏信號(hào)放大電路 1.高精度壓力放大電路高精度壓力放大電路 放大電路應(yīng)用實(shí)例放大電路應(yīng)用實(shí)例3.霍爾傳感器放大電路霍爾傳

8、感器放大電路 電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換 1.電壓電壓/電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 集成電壓集成電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片電流轉(zhuǎn)換芯片AD694引腳名 稱功 能1FB緩沖放大器輸出引腳，輸入信號(hào)一般不直接加在該引腳上2-SIG緩沖放大器的負(fù)引腳輸入3+SIG緩沖放大器的正引腳輸入42V FS輸入量程選擇引腳。接地： 02V；懸空：010V5COM公共端64mA ADJ4mA偏置電流微調(diào)端。該引腳上電壓不允許超過1V710V (FORCE)10V參考電壓輸出端。采用10V 參考電壓時(shí)，要求電源電壓大于12.5V82V (SENSE)2V 參考電壓輸出端。腳7與腳8短接時(shí)，得到2V 參考電壓。

9、采用2V 參考電壓時(shí)，要求電源電壓+4.5V+36V94mA(ON/OFF)4mA偏置電流選通端。接地，輸出420mA；接3V電壓，輸出020mA10ALARM輸出開路或越限(腳11電壓高于Vs-2V)報(bào)警端。報(bào)警時(shí)，引腳被拉低，最大灌入電流20mA12Iout電流輸出端。使用外接NPN晶體管輸出時(shí)，接晶體管基極。13Vs電源電壓，+4.5V+36V14BW ADJ帶寬調(diào)節(jié)端。在腳13、14 之間接適當(dāng)電容與內(nèi)部900電阻構(gòu)成低通濾波15Vos ADJ輸入緩沖放大器偏置調(diào)節(jié)端。16Vos ADJ同上 工作電壓是+4V+36V，輸入電壓范圍為0V2V，或0V10V；輸出電流范圍為020mA或42

10、0mA。 集成電壓集成電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片電流轉(zhuǎn)換芯片AD694輸入量程選擇引腳4懸空，表示輸入電壓范圍為010V，4mA偏置電流選擇引腳9接地，表示輸出電流范圍420mA 電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換 2.電流電流/電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 iRRiuo1iRRRVRRuPo31212)1 ()1 (集成電流集成電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472 A、B、C三點(diǎn)的電位相等，因此有isenseRsense=iOUT RG1，得： senseGOUTsenseOUTOUToiRRRRiu1濾波電路濾波電路 濾波電路（也稱濾波器）就是一種選頻裝置，可使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而

11、極大的衰減其他頻率成分。 濾波電路的功能是：濾除測(cè)試系統(tǒng)中由于各種原因引入的噪聲和干擾；濾除信號(hào)調(diào)制過程中的載波等無用信號(hào)；用于分離各種不同的頻率信號(hào)，提取感興趣的頻率成分；對(duì)系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。 濾波器的分類濾波器的分類 1.按處理信號(hào)的形式分按處理信號(hào)的形式分 分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩類 2.按采用的元件分按采用的元件分 分為無源濾波器和有源濾波器兩類 3.按信號(hào)選通的頻率范圍分按信號(hào)選通的頻率范圍分 分低通、高通、帶通和帶阻濾波器 濾波電路濾波電路 低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器濾波器的基本參數(shù)濾波器的基本參數(shù) 1.增益增益A0 指通帶內(nèi)的幅頻特性的幅值2.通帶截止頻率

12、通帶截止頻率fp fp=p/2為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。3.阻帶截止頻率阻帶截止頻率fr fr=r/2為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。4.轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率fc fc=c/2為信號(hào)增益下降了3dB時(shí)的頻率，常作為截止頻率。5.帶寬帶寬B 兩截止頻率之間的頻率范圍。即低通和高通濾波器B=fc，帶通和帶阻濾波器B= fc2 - fc1。6.品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q 對(duì)于帶通和帶阻濾波器來說，Q=f0/B。越大，則濾波器的選擇性越好。7.倍頻程選擇性倍頻程選擇性 指在fc2與2 fc2之間，或在fc1與fc1/2之間，

13、幅頻特性的衰減值，用dB表示。它反映了濾波器對(duì)通頻帶以外的頻率成分的衰減能力。 模擬濾波器模擬濾波器 1.無源濾波器無源濾波器(1)無源無源RC低通濾波器低通濾波器 1111)()()(sRCssUsUsHio1)2(1| )(|)(2ffHfAfarctgf2)(時(shí)間常數(shù)=RC。將s=j2f代入得 1.無源濾波器無源濾波器(2)無源無源RC高通濾波器高通濾波器 時(shí)間常數(shù)=RC。將s=j2f代入得 11)()()(ssRCsRCssUsUsHio1)2(2| )(|)(2fffHfAfarctgf290)(模擬濾波器模擬濾波器 模擬濾波器模擬濾波器 1.無源濾波器無源濾波器(3)無源無源RC帶

14、通濾波器帶通濾波器 111)()()(21121ssssHsHsH模擬濾波器模擬濾波器 2.有源濾波器有源濾波器(1)有源低通濾波器有源低通濾波器 1+1)+1 (= 1+1)+1 (=)()(=)(1212s RRRCsRRsUsUsHio1111)()()(11sRRRCsRRsUsUsHio二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器 1+1+1=)1+1(1+1=)(2122211sKssCRRRsCRsHf可改寫為 2222)(nnnssKsH2RRKf其中 22112111CRCRn)(2)(2221121CRCRnn二階有源高通濾波器二階有源高通濾波器 2222)(nnssKssH其中

15、)1 (34RRK22111CRCRn22112111222)1 (CRCRCRCRCRK二階有源帶通濾波器二階有源帶通濾波器 其中 頻率特性為 222)(nnssKssH1211CRRRRKf2143242CCRRRRRn)111(21141231312CRRRCRCRCRfn222)()(nnjjKjjH幅頻特性為 2222)()2()(nnKA將=n代入得通帶增益為 nKA20得品質(zhì)因數(shù)為： 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)作為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào) 。以高頻正弦信號(hào)作

16、為載波信號(hào)時(shí)，可以對(duì)幅值、頻率和相位這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為幅值調(diào)制(AM)，即調(diào)幅；頻率調(diào)制(FM)，即調(diào)頻；相位調(diào)制(PM)，即調(diào)相 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) 1.幅值調(diào)制幅值調(diào)制 幅值調(diào)制（調(diào)幅）就是用被測(cè)低頻緩變信號(hào)與高頻信號(hào)相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨被測(cè)信號(hào)的變化而變化，輸出的已調(diào)制波的過程。常用的方法是線性調(diào)幅，將被測(cè)信號(hào)x(t)和載波信號(hào)y(t)=sin0(t)通過乘法器后，輸出xm(t)= x(t) y(t)= x(t) sin0(t)即為調(diào)幅波 1.幅值調(diào)制幅值調(diào)制 )(21)(212sinsin)(0000ffffjtftty)(*)(21)(*)(212sin)()

17、(000fffXfffXjtftxtxm)(21)(21)(00ffXffXjtxm調(diào)幅的過程相等于頻譜“搬移”的過程 2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (1)包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (2)同步解調(diào)法同步解調(diào)法 )4cos1 (21)(2sin2sin)()()(000tftxtftftxtytxm)2(21)2(214cos000fffftf)2(41)2(41)(21)4cos1 (21)()()(000ffXffXfXtftxtytxm2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (3)相敏檢波法相敏檢波法 當(dāng)調(diào)制信號(hào)(被測(cè)信號(hào)) x(t)為正時(shí)，調(diào)幅波xm(t)和載波y(t)同相位，若同為正半周期時(shí) )(2)()(2)()(21txtxtytxtyuuummmfff)(2)()(2)()(43txtytxtxtyuuummmfff同為負(fù)半周期時(shí) 2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (3)相敏檢波法相敏檢波法 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 1.頻率調(diào)制頻率調(diào)制 頻率調(diào)制（調(diào)頻）是用低頻被測(cè)信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）控制高頻載波信號(hào)的頻率的過程，輸出的是調(diào)頻波。調(diào)頻波的幅值恒定不變，而頻率的變化量隨調(diào)制信