信号调理电路

第一篇：信号调理电路

信号调理电路 信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等...但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。

信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。

信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。因为工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。

一般的采集卡上都带有可编程的增益，但具体要不要作信号调理，要视待采信号的特点而定，若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。

第二篇：传感器信号调理电路

传感器信号调理电路

传感器信号调理电路

信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。

传感器

传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标：

·源阻抗

——高的源阻抗大于100KΩ

——低的源阻抗小于100Ω

·输出信号电平

——高信号电平大于500mV满标

——低信号电平大于100mV满标

·动态范围

在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。

放大器功用

放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离，电容负载效应和ADC的输入阻抗。

选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。

传感器和放大器匹配电路

PH电极缓冲器

高阻抗PH传感器可与具有低功率电路(仅需要2个1.5V电池供电)的放大器配对。放大器MOS输入晶体管为传感器提供高阻抗，传感器输出阻抗为1MW或更大。此放大器的输入偏置电流小于1pA，所以，放大器工作消耗非常小的电流。放大器的失调电压小于1mV。放大器提供轨到轨工作并具有高驱动能力，能在长线上发送信号(放大器远离ADC的情况)。在电路中增加了一个精密温度传感器，可以测量PH传感器的温度。这使得具有精确的PH温度补偿值。

完整的传感器桥接口

·测量应变片传感器通常要通过桥网络，应变片构成桥的两个(或4个)臂。应变片是低源阻抗器件，其输出信号范围是小的(几百微伏~几毫伏)。图3所示的电路能为精确测量传感器信号提供测量桥稳定激励电压和高共模电压抑制(CMR)，消除了任何共模电压。用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比(CMRR)，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压(VOS)漂移(也称之为失调电压温度系数TCVOS)和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。放大器A1~A4连接成仪表放大器以达到上述目标。这种配置的电压增益(AV)为：AV=(1+2R2/bR2)(aR1/R1)，其中a和b是确定总增益的比值。

辐射分析仪通道

辐射谱测量来自辐射源的发射能量的分布，辐射源可以是粒子，X射线或γ射线。辐射照到闪光晶体上并发射强度正比于能量的短脉冲。然后由PIN光电二极管把光转换为电流。放大器(见图4)用做首置放大器和PIN光电二极管输出的电流/电压转换器。此电路为用于基本辐射谱的单通道分析仪。信号的脉冲幅度包含重要信息，所以低输入失调电压和低失调电压漂移是重要的。宽带宽为处理脉冲(可窄到几纳秒)提供快速响应。首置放大器输出(VOUT)到脉冲幅度分析仪(如快速ADC)来测量和储存每个峰值发生的数。分布是单个源的光谱。反馈电阻R1值取决于来自PIN光电二极管的最大电流和到ADC的最大输出电压。因此，R1=(MaxVOUT)/(MaxISIGNAL)。电容C1用于PIN光电二极管寄生电容的补偿。R2和C2相当于R1和C1用于补偿放大器非倒相输入的输入偏置电流。

热电耦接口电路

热电偶根据两个不同金属线结点之间的温度差提供电压信号。热电偶温度传感器具有一个感测端(金属A/金属B连接端)和一个参考端(金属A和金属B与铜导线连接端)。冷端参考温度与热电偶信号一道进行控制和测量。热电偶具有大约10mV/℃~80mV/℃的小信号电平范围和小的源阻抗。配置成差分放大器的单放大器(图5)把信号放大到ADC输入所需的电平。差分放大器增益为：

AV=xR/R

其中x是电阻比，它决定增益。差分配置有助于抑制热电偶线的共模拾取。放大器应具有低失调电压和低失调电压漂移。

信号调理系统的最后级——ADC

信号调理系统的基本目标是尽可能快速、完整和便宜地把模拟传感器数据变换为数字形式，此任务就落在ADC身上。所用ADC的类型由一系列参数决定。这包括所需的分辨率(位数)、速度(数据吞吐率)、ac或dc信号输入、精度(dc和ac)、等待时间(取样周期开始和第一个有效数字输出之间的时间)和电源电平。在输出端(接口到微控制器或数字信号处理器)的重要参数包括串行或并行、处理器的输入电压电平、有效的电源电压和功耗考虑。

大多数信号调理应用采用逐次逼近(SAR)或积分型ADC。这两种ADC能很好地处理dc信号，而SAR型ADC对快速ac信号能提供更好的支持。SAR转换器是所有ADC中最通用的，这种转换器把高分辨率(高达

16位)和高吞吐能力结合在一起。

积分ADC具有长操作时间，这是因为所用转换方法的原因，但通过信号平均使其具有噪音低的特点。对于中频ac信号，D-S转换器是最好的选择，因为它们具有高分辨率和高精度。D-S转换器分辨率高达24位，但以降低速度为代价，其等待时间非常长。其他两类ADC—流水线和分段ADC是高速器件，非常适合用于转换高频ac信号。

第三篇：干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真

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干涉型光纤扰动传感器信号调理电路的设计和仿真

作者：盛兴 邓大鹏 廖晓闽 张建成来源：《现代电子技术》2011年第04期

第四篇：高频小信号放大电路课程设计

通信基本电路课程设计报告

设计题目：高频小信号放大电路

专业班级

学 号 学生姓名 指导教师 教师评分

目 录

一、设计任务与要求………………………………….………………………..2

二、总体方案…………….………………………….…………………………..2

三、设计内容…………………………….………….…………………………..2 3.1电路工作原理………………………………..………………….……….3 3.1.1 电路原理图……………………………………………………….3 3.1.2 高频小信号放大电路分析……………......….……….………….3 3.2 主要技术指标…………………………………...………….……………6 3.3仿真结果与分析……………………………………………..…….……10

四、总结及体会…………………………………………………………………12

五、主要参考文献………………………………………………………………13

电路原理图如图1：

图1高频小信号谐振放大器multisim电路

分析电路：

（1）增益要高，即放大倍数要大。

（2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图2所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=f0/2Δf0.7.

图4 谐振放大器电路的等效电路

放大器在谐振时的等效电路如图4所示，晶体管的4个y参数分别如下：

输入导纳：

输出导纳：

正向传输导纳：

反向传输导纳：

式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为：

有关，其关系为：，为发射结电导，与晶体管的电流放大系数及。

为基极体电阻，一般为几十欧姆；

为集电极电容，一般为几皮法；

为发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。

图5 小信号放大器分析电路 如上图图5所示，输入信号分别用于测量输入信号

由高频小信 号发生器提供，高频电压表，与输出信号的值。直流毫安表mA用于测量放大器的集电极电流ic的值，示波器监测负载RL两端输出波形。表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大系数Avo，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1），采用图5所示电路可以粗略测各项指标。谐振放大器的性能指标及测量方法如下。

(1)谐振频率

放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。f0的表达式为：

式中，L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；的表达式为：

式中，为晶体管的输出电容；

为晶体管的输入电容。

为谐路的总电容，谐振频率f0的测试步骤是，首先使高频信号发生器的输出频率为f0，输出电压为几毫伏；然后调谐集电极回路即改变电容C或电感L使回路谐振。LC并联谐振时，直流毫安表mA的指示为最小（当放大器工作在丙类状态时），电压表

图6放大器的频率选择性曲线

由BW得表达式可知：

通频带越宽的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频带，同时又能提高放大器的电压增益，由式可知，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减少调谐回路的总电容量。

(4)矩形系数

谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示，如上图所示，矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707 Avo时对应的频率偏移之比，即

上式表明，矩形系数Kr0.1越接近1，临近波道的选择性越好，滤除干扰信号的能力越强。可以通过测量谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形波系数Kr0.1。

(5)噪声系数

信噪比：用来表示噪声对信号的影响程度，电路中某处信号功率与噪声功率之比称为信噪比。信噪比大，表示信号功率大，噪声功率小，信号受噪声影响小，信号质量好。

噪声系数：用来衡量放大器噪声对信号质量的影响程度，输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值称为噪声系数。在多级放大器中，最前面一、二级对

.有扫频仪（波特图示仪）得出放大器的频率选择性曲线图如下：

由图可知通频带BW=

得

五、主要参考文献

[1]张肃文.高频电子线路（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2004 [2]张肃文.高频电子线路（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2009 [3]曾兴雯，刘乃安，陈健.高频电路原理与分析（第四版），西安：西安电子科技大学出版社,2006

第五篇：信号调理器设计—大二暑期信号分析实习报告

文章标题：信号调理器设计—大二暑期信号分析实习报告

****作用：对传感器输出的信号进行放大、滤波、消除干扰，为后续的A/D转换提供具有足够能量的所需信号。

一、设计任务

桥式放大电路、低通滤波器和恒流电源设计等，其输出应满足A/D卡要求。画出原理图及pCB图。

技术要求：（1）为A/D转换电路提供、两种信号电压。

（2）电桥具有调零和标定功能。

（3）电路具有抗混淆低通滤波功能，以满足抽样定理。

二、电桥放大器设计（电桥 放大器）

1、电源接地的电桥放大器

（图）

假定为单臂工作：；

根据节点电流定律：A点：

B点：

由电路图得，；；；

；；；

由以上关系，可得：；；

根据运算放大器特性：；可解得：；

当时，上式近似为

2、电源浮地的电桥放大器

（图）

单臂工作时：

同时，由输出端得：；

解得：

3、双运放电桥放大器

单臂工作，电桥由两个运放组成，恒流源供电。

特性分析：A点C点等电位：，B电位：；

则；因，即

解得：

三、恒流源设计

电压——电流变换电路

当输入电压恒定时，负载中的电流恒定，与负载无关。

四、调零电路设计

电桥初始状态输出应为零（平衡状态），实际上，由于桥臂电阻不可能绝对相等，接触电阻不完全相等，导线电阻存在差异，所以常使初始状态输出不为零。

解决的方法：设置调零电阻

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