传感器原理与检测技术教学课件作者童敏明第13章节信号变换电路课件

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1、第一节直流—交流—直流变换第二节电压—电流变换第四节电压—频率和频率—电压变换第三节电流—电压变换第五节数模变换与模数变换第八章信号变换电路学习要求1、有哪些信号转换器？2、为什么要采用这些信号转换器？3、某些信号转换器的特点？4、一般了解转换器的工作原理。第一节直流—交流—直流变换一般直流采用差分放大，但是放大器输入端的漂移可达10V数量级。如果要放大V级甚至更低的直流，则应把漂移在降低1～2个数量级。一般差分直流放大器会将漂移逐级放大，无法满足要求。因此需要采用交流放大，放大后再还原成直流。直流交流采用调制器交流直流采用解调器调制式直流放大器原理框图

2、tttt调制器交流放大解调器直流电源振荡器UiUo1.1微弱信号的直流—交流变换—调制器的工作原理R+-UiK+-RLUoR+-Ui+-RLUo+-RLUo(a)电路原理图I1I2Ui----输入直流电压R----限流电阻RL---负载电阻Uo----输出电压(b)充电回路放电回路(c)在0~T/2上半周期内,充电电流I1在负载电阻上产生输出电压Uo1;在T/2~T下半周期内,放电电流I2在负载电阻上产生输出电压Uo2。如果RLC>>T/2，可近似认为充放电流保持初始值，有：和当电路处于稳定时，充电电荷等于放电电荷，则I1·T/2=I2·T/2即I1＝I2同

3、时可近似认为在半个周期内，电容两端电压几乎不变，有Uc1=Uc2，代入上式得：调制器的构成是用一电子开关代替前面原理图中的K。调制器中的电子开关主要有三极管和场效应管，构成的调制器原理图如下：RLRCU0UiRLRCU0Ui场效应构成的调制器优于三极管构成的调制器。1.2交流—直流的变换—解调器的工作原理交流电压变换成直流电压，通常是结果整流、滤波后取得。此时，直流电压幅度大小与交流幅值成比例关系，而直流电压的极性与交流电压相位无关。解调器要变换的交流电压是某直流电压调制得到的，该交流电压还原成直流电压时，不仅幅度要与交流电压成比例关系，而且极性也要取决于交

4、流信号的相位。因为交流信号的相位反映被调制的直流信号的极性。所以，解调器应具有相敏作用，也常有放大功能。解调器工作原理UiUoK2C1R1R2C2RLUi0tUi0tUot0开关开关Uot0开关开关与K1同步1.3集成隔离放大器为了防止干扰信号对测量输出信号的影响，隔离放大器利用变压器隔离或光电隔离将输入回路和输出回路从电气上隔开。隔离放大器一般包括下列基本部件：(1)高性能输入运算放大器；(2)调制器和解调器；(3)信号耦合变压器或光电耦合器；(4)输出运算放大器。隔离放大器线性和稳定性好，放大增益可变，应用电路简单，在各种信号的检测和数据采集系统中得到广

5、泛的应用。例：AD210三端隔离放大器功能方框图如下：-IN+IN调制电源振荡器FBICOM输入供电电源+VISS-VISS输出供电电源-VOSS+VOSS调制OCOMVOFB—输入反馈;-IN—负输入+IN—正输入ICOM—输入公共;+VISS—输入供电正电源-VISS—输入供电负电源-VISS—输出供电负电源+VISS—输出供电正电源OCOM—输出公共;VO—输出应用举例:热电偶温度测量:-VISS+VISS+VISS-VISS+15V+VOSS-VOSSVOAD590热电偶测量范围:0~400C，增益：183第二节电压—电流变换目的:避免电压信号在远距

6、离传输中的损失及抗干扰的需要。根据负载电阻的接法的不同，介绍几种电路：2.1浮动负载的电压—电流变换器UiUoI1ILR1ZL显然，有：1)负载浮置的反相运算放大电路优点：简单缺点：负载电流要信号源提供UiUoI1I22)负载接输出端的反相运算放大电路ILR1ZLR2R3所以得流过负载的电流IL为:该电路所需的负载电流由输入电压和放大器共同负担。负载电流限制在数毫安级。UiUoI1IL3)负载浮置的同相运算放大电路R1ZL优点：由于同相运算放大器的输入阻抗非常高，输入信号源几乎不提供电流。缺点：负载电流由运算放大器提供，其大小受到限制。2.2负载接地的电压—

7、电流变换器1)负载接地的单运放电压—电流变换器UiUoI1ILI2U2R3R1ZLR4R2负载上电流为：如果选择电阻为：则有，2)负载接地的双运放电压—电流变换器I1I3ULI4I5I2I6UiR1ZLR4R5R2R6R3如取电阻:R1=R3=R4=R5时,则IL=Ui/R62.3实用电压—电流变换器实际要求传感器输出标准电压信号为0~5V，标准电流为0～10mA和4～20mA两种规格。(1)0～10mAV/I变换电路下面介绍两款简单实用的V/I变换电路：UINI0RLR1T＋15VU1U1＝UIN(2)4～20mAV/I变换电路UINI0R7RLT1＋15

8、VT2R1R2R4R5R6R3UbIE由于R4、R5