第5章信号调理电路.ppt
《第5章信号调理电路.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第5章信号调理电路.ppt(85页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、1,第五章 信号调理,5.1概述5.2电平调整 5.3线性化5.4信号变换5.5滤波与阻抗匹配 5.6模拟数字转换电路,2,5.1概述,5.1.1检测系统的构成,3,5.1概述,5.1.2信号调理的基本概念,信号调理:对传感器输出信号进行操作,将其转换成满足后续传输与处理系统要求的信号,信号调理与检测电路关系:界限不很清楚,有时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转换电路(电阻、电感、电容等检测电路)归为信号调理电路。,4,5.1概述,5.1.3信号调理的类型,电平调整(放大或衰减)线性化(非线性信号调正成线性信号)信号形式变换(如电压电流变换)滤波与阻抗匹配(滤波电路、传感器内部阻抗或电缆
2、阻抗引起重大误差的处理),5,5.2电平调整,5.2.1为何进行电平调整,检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器,但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。原因有三:变送器虽然方便但成本较高,缺乏调节环节;在检测系统设计与调试过程中,为了得到理想的传函常常调整传感器/放大器的传函;变送器量程也是标准的,不能全满足工程要求。,6,5.2电平调整,5.2.2无源电平调整,该电路可以实现信号的衰减,7,5.2电平调整,注意:两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果作为传感器电路的负载希望电阻大些,作为后续电路的输入希望电阻小些,折中考虑大阻值(如M)的电阻精度与噪声均较差常用于精度要求较低的场合,
3、否则用有源调整电路,8,5.2电平调整,5.2.3有源电平调整,有源电平调整电路普遍采用运算放大器,如反相放大电路、同相放大电路等。,9,5.2电平调整,有源电平调整的特点,可以实现放大或衰减,调整方便;满足了阻抗匹配要求;,放大电路的带宽有限,一般厂家给增益带宽积,如30MHz,若G=1000,则带宽小于30KHz;放大器本身的噪声影响;放大器参数影响:输入失调电流、输入失调电压,10,5.2电平调整,5.2.4有源电平调整实例,某差动压力传感器的输出为33mV58mV,数据采集卡输入范围为0.5V4.5V,因此中间需要电平调整电路。,调整电路应具有如下特性:33mV58mV调整成0.5V4
4、V(留0.5V余量),11,5.2电平调整,12,5.2电平调整,双运放电压调整电路的输出为,选取电阻值,使,,则电路具有较高CMRR,,双运放电压调整电路的输出简化为:,13,5.2电平调整,双运放电压调整电路的增益为,改变增益且保证CMRR不变,须同时调整两个电阻值。能否只调整一个电阻值就达到目的?,14,5.2电平调整,15,5.2电平调整,电路的输出为,选取电阻值,使,输出简化为:,16,5.2电平调整,Vi1,Vo,具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路R1=R4,R2=R3,R5=R6,R1,R2,Vref,R3,R4,Vi2,RG,Vshift,R5,R6,17,5.2电平调整
5、,电路的输出为,18,5.3线性化,5.3.1为何进行线性化,检测系统中希望输入输出特性是线性化的。实际传感器大多数是非线性化的。减少计算量,提高运算速度;满足线性刻度;使用方便。,19,5.3线性化,5.3.2线性化的方法,数字式线性化:单片机、嵌入式系统、专用芯片;灵活,适用性强,速度有限,难 以满足动态检测场合。模拟式线性化:在信号调理电路中加入模拟非线 性环节。按使用元件分:无源线性化、有源线性化,20,5.3线性化,硬件线性化的特点,实时性强、简便、经济、可靠,应用广泛。,5.3.3无源线性化电路,用简单的无源器件(如电阻)与敏感器件并联或串联,只要电阻值选择合适,就可以将非线性校正
6、到满意的程度。如湿敏电阻的线性化,21,5.3线性化,22,5.3线性化,并联后的总电阻为,使a,b,c三点一线应满足,即满足,23,5.3线性化,解得:,24,5.3线性化,也可以直接对输出电压进行线性化:,串联电阻线性化电路,这种方法所需元件少、成本低,非常简便。但校正范围窄,校正准确度不高,主要用于被测量变化不大的场合。否则,要采用较复杂的无源电路。,25,5.3线性化,用较复杂的无源电路仍以湿敏电阻为例,下图是不同敏感区的敏感元件进行组合来进行线性化的电路,26,5.3线性化,电阻,27,5.3线性化,用传感器特性曲线上线性较好的一段改善线性,振弦式传感器的特性曲线,振弦式传感器的特性
7、曲线中,频率的平方与张力的成正比,通过施加预紧力,调整到中间一段测量,非线性显著减小。,28,5.3线性化,5.3.4有源线性化电路,无源线性化的缺点是降低了灵敏度。有源线性化:运用运放、场效应管或晶体管等有 源器件实现线性化。因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多变的接法,可获得各种各样函数变换。原则上,任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的直线特性。电路复杂、调整不便、成本较高。,29,5.3线性化,几种有源线性化电路,非线性反馈电路多放大器反馈电路电桥传感器非线性校正电路分段式电路,30,5.3线性化,非线性反馈电路,原理:利用非线性反馈,使反馈之路的非线性和有源敏感器件的变换特
8、性的非线性相互抵消,从而实现线性化。也可以用运算放大器构成的函数运算器进行线性化。,例:硅光电池的输出电压为:,31,5.3线性化,利用运放构成对数电路,使输出电压为:,32,5.3线性化,运放构成的对数电路原理图如,33,5.3线性化,PN结的伏安特性为:,常温(25度)时,可以近似为,34,5.3线性化,运放构成的对数电路的输出为:,35,5.3线性化,多放大器反馈电路,通过多级运算放大器,将信号调理电路的输出信号反馈到相关放大器的输入端,从而构造一个与传感器特性相近的函数运算器,以实现较理想的线性校正。例如:热电阻的特性表达式一般是二次多项式,温度变化较大时,非线性严重,下图为实用铂电阻
9、TRRA102B的非线性校正电路,采用正反馈,非线性由2%变为0.1%。,36,5.3线性化,37,5.3线性化,电桥传感器非线性校正电路,原理:对电桥传感器电路,利用电桥输出对电源电压敏感的特性,将电路信号反馈到电桥的供桥电源端,是电源电压随输出信号变化而变化,从而使输入输出成线性关系。电路:如下图,38,5.3线性化,电桥传感器非线性校正电路,39,5.3线性化,设电桥四臂电阻为R,传感器阻值为Rx=(1+x)R,桥路电压为V,则桥路输出为:,前置放大器AD521输出的一部分与稳压管的基准电压一起,经运放后反馈到电桥的电源端,使电桥的电源随Vo变化。若使AD521的增益AV与乘积为2,则有
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 信号 调理 电路
链接地址:https://www.desk33.com/p-747364.html