测试信号转换处理电路

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1、现代测试技术Moderntestingandmeasurementtechnology苏州科技学院电子与信息工程学院电子科学技术系潘敬熙Jingxi-pan@163.com53832713@qq.com第2章测试信号转换处理电路本章学习要求：理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路的基本原理，掌握其参数设计方法。2.1概述2.1.1对测试信号进行转换处理的目的：1.传感器输出的信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的是电参量，需要转换成电信号才

2、能进行处理。3.有些传感器输出的是电信号，但信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。4.某些场合，为便于信号的远距离传输等原因，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。2.1.2传感器接口电路形式传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器（智能传感器一般都是有源传感器）。按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。传感器主要变化参数有：电阻、电感与电容。传感器输出信号主要形式有：电压、电流（或电荷）与频率；交流与直流。传感器输出结构形式有：直接、电桥、差分等；2.2信号放大2.2.1概述一、什么是测量放大电路？在

3、测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下的低频信号，在大多数的情况下，都可以用放大器集成芯片来设计放大电路。二、对测量放大电路的基本要求：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率；⑥高共模输入范围和高共模抑制比⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。三、集成运算放大器的最主要参数：开环增益A闭环增益Af差模开环直流电压增益（差模增益）AVD共

4、模开环直流电压增益（共模增益）AVC输入失调电压VI0输入失调电流II0共模抑制比KCMR=差模增益AVD/共模增益AVC四、应用集成运放应注意的事项(1)调零消除失调误差“调零”技术是使用运放时必须掌握的。调零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压，以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规定，接入调零电路进行调零即可。(2)相位补偿消除高频自激由于运算放大器是一个高增益的多级放大器组件，应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时，放大器会产生附加相移，可能使负反馈变成正反馈而引起自激。进行相位补偿可以消除高

5、频自激。相位补偿的原理是，在具有高放大倍数的中间级，利用一小电容C（几十～几百微微法）构成电压并联负反馈电路。有些运放已经在内部进行了补偿，如μA741。有些运放引出了补偿端，只需要按照器件手册的规定，外接补偿电路即可，如国产5G24运算放大器。(3)过载保护使用运放时要注意，不能超过其性能参数的极限值，如最大输入电压范围等。特别是在有强干扰源的场合更要注意。2.2.2同相放大器闭环增益：集成运算放大器可以作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元电路组成电子应用电路。同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

6、高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感器的测量放大电路。同相放大器输入阻抗ri+ri+=ri(1+AF)同相放大器输出阻抗ro+ro+=ro/(1+AF)教材约定：在涉及同相放大器的输入阻抗时，均以ri+来表示，即指同相放大器所具有的最低在107Ω以上的输入电阻，而不器刻意指明其具体的数值。2.2.3反相放大器闭环增益：反馈电阻R2值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。交流反相放大电路Af=–R2/R1R3=R2C1：隔直电容C3：旁路电容，防止振荡2.

7、2.4基本差动（差分）放大器什么是差动放大器？差动放大器是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。2.2.4基本差动放大器为分析电路的共模抑制性能，我们做如下变换式中假设电阻的误差为，也就是说，电阻的实际值分别为，则可得在最坏的情况下，即所有的电阻都取最大的误差值，并且取最不利的方向，可得最大的共模电压增益(忽略高阶小量)共模抑制比KCMR为上式表明，电阻的误差越小，差动增益越大共模抑制比越高。输入电阻：难以避免的缺点：1.输入阻抗低3.工艺性差2.共模抑制比低2.2

8、.5仪用放大器什么是仪用放大器？是一类高输入阻抗，高