传感器信号处理电路

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1、第十一章传感器信号处理电路传感器信号处理电路的基本要求传感器的匹配信号放大电路信号变换电路信号滤波电路传感器电路的噪声与抑制基本要求：信号的选取与抗干扰能力①要求电路本身是低噪声的；②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地；③被测信号的调制和解调。第一节传感器信号处理电路概述稳定性①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹性疲劳、氧化等原因③短期稳定性：示值重复性。频率特性与响应速度随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态测量的要求越来越多。线性度检测的非线性由传感

2、器、传感器电路、显示执行机构这三部分的非线性度产生。分辨率适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数；模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数；数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以减小最低位所对应的被测量。输入输出阻抗输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器的输出信噪比达到最大值；传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微机接口的阻抗相匹配。传感器的匹配不同的传感器的输出阻抗不一样；输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）

3、输出阻抗小——变压器匹配动圈式传声器（30-70Ω）高输入阻抗放大器求：输入阻抗Ri=?解：根据虚地原理所以：输入阻抗：令Rf1=R2Rf2=2R1则：第二节信号放大电路一、电压放大器电路例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V电压信号。已知1℃对应热电偶输出电压40uV，500℃对应满量程电压20.64mV。求：（1）信号电路增益AV?（2）描述电路各部分作用。解：（1）（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；LM35D及其周围电路补偿冷端温度；R6完成断线检测。提问：（1）R3为什么不能

4、太大?（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电流小？（因为运放有输入偏置电流）（因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）二、差动放大器电路例：一种压力传感器的信号调理电路如图所示。压力传感器采用绝对压力传感器PS3000S-102A，此传感器为恒流驱动，驱动电流为1.5mA，最大量程为200mV。电路中VD1稳定电压为2.5V，作为压力传感器提供1.5mA恒流源的基准电压。求：(1)为了保证压力传感器恒流驱动工作，试计算电阻的R2阻值；(2)如果信号调理电路的输出范围为0-1V，试计算可调电阻

5、的取值；(3)如果当压力为0时，由于桥路本身的不平衡，传感器桥路1、2两端有的电压，试对照图说明如何进行零点补偿消除其对输出的影响。解：（1）（2）则：Rp1=10KΩ（3）调节Rp2三、电荷放大器要求放大器的输入阻抗非常高；（为什么？）利用绝缘性好的电容和高增益的运算放大器来实现。~Q+AU0Δ8CfU0=-Q/Cf~+8ΔCsQCcGcCiGiCfGfU0}传感器}电缆放大器电荷放大器实际等效电路U0=Cf（1+Ad）—AdQ≈—QCfCs—压电传感器固有电容Cc—输入电缆等效电容Ci—放大器输入

6、电容Cf—反馈电容Gc—输入电缆的漏电导Gi—放大器的输入电导Gf—反馈电导特点输入阻抗高，最大可达109Ω；偏置电流低；共模抑制比高；平衡的差动输入；具有良好的温度稳定性；增益可由用户选择不同的增益电阻来确定；单端输出四、集成仪用放大器(AD521AD612AD620)主要参数增益方程式:仪用放大器所要求的增益与放大器增益控制电阻的关系式为：V0=ViRs/RG增益范围：系指可提供的使放大器工作正常的增益范围（典型值1－1000）。失调电压：系指为了使输出电压为零而需要在输入端外加的电压。输入偏流：

7、系指保证直流放大器的输入晶体管正常工作所需的偏置电流。共模抑制比：系指当两个输入端具有等量电压变化时所测出的输出电压的变化。非线性度：系指实际的输出和输入的关系曲线与一条理想直线的偏差五、可编程增益放大器(PGA)+1234V0Δ81M110K20.4K10.1K10k1M增益开关123410050102111110111101111011110单运放可编程增益放大器+ARsRF1RF2R1=RB//RFViV0Δ8ViVoRBRF1RF2+AΔ8单运放可编程增益放大器SW4SW1SW2SW3+CB

8、ADY-04V0ViQ3D3D2Q2D1D0D4D5D6D774LS2738Δ实用可编程增益放大器六、集成隔离放大器定义：集成隔离放大器是一种特殊的仪用放大器，其输入、输出和电源电路之间，在电流上和电阻上彼此隔离而没有直接的电路耦合。特点：具有保护系统硬件不受高共模电压（CMV）损坏的能力；没有外偏流流入引线，泄漏电流很低，解决了噪声拾取问题；具有非常高的共模抑制能力。耦合方式：变压器耦合利用变压器耦合实现载波调制，通常具有较高的线性度和隔离性能，但是带