信号调理电路概论
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理信号调理电路工作原理信号调理电路是一种用于优化和改善信号质量的电路，它在电子设备中起到至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨信号调理电路的工作原理。
什么是信号调理电路？信号调理电路是一种用于处理传感器信号、放大信号、滤波信号等的电路。
它可以帮助我们从原始信号中提取所需的信息，并减少噪音和失真。
信号调理电路的组成信号调理电路由多个组件组成，包括：1.放大器：用于放大输入信号的电压或电流。
放大器可以增加信号的幅度，提高信噪比。
2.滤波器：用于去除信号中的杂散噪声和不必要的频率成分。
滤波器根据信号频率特性，通过滤波器形成期望的输出信号。
3.转换器：用于将输入信号从一种形式转换为另一种形式，例如模数转换器将模拟信号转换为数字信号，或者数字模数转换器将数字信号转换为模拟信号。
4.压缩器：用于压缩信号的动态范围，以适应特定应用的需求。
压缩器能够对信号进行动态范围的调整，使得信号在不同场景下得到最佳的表现。
5.校准电路：用于调整和校准传感器输出的电路。
校准电路能够对传感器输出的信号进行校准，以保证准确性和可靠性。
信号调理电路的工作原理信号调理电路的工作原理主要包括以下几个步骤：1.采集信号：首先，信号调理电路会采集传感器或其他信号源发出的原始信号。
这个原始信号可能被噪音、失真等干扰所影响。
2.放大信号：接下来，信号调理电路会使用放大器放大输入信号的幅度。
这样做可以增加信号的强度，提高信噪比，并将信号范围调整到合适的水平。
3.滤波信号：信号调理电路还会使用滤波器来滤除干扰信号和不必要的频率成分。
这可以帮助提取我们所需的特定信号，并减少对后续处理环节的影响。
4.转换信号：根据应用需求，信号调理电路可能会将信号从一种形式转换为另一种形式。
例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，以便进行后续数字处理。
5.压缩信号：如果信号的动态范围太大，信号调理电路可能会使用压缩器来压缩信号的幅度范围。
这样可以确保信号在不同场景下得到适当的展示和处理。
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些
什么是信号调理电路它在仪器仪表中的应用有哪些信号调理电路是指将待测信号进行放大、滤波、调节等处理，并将其转换为适合模拟或数字处理的形式的电路。
在仪器仪表中，信号调理电路起着至关重要的作用，可以有效地提取和处理信号，确保测量结果的准确性和可靠性。
本文将从信号调理电路的定义、原理、分类和在仪器仪表中的应用等方面进行探讨。
一、信号调理电路的定义信号调理电路是一种专门用于放大、滤波、调节信号的电路。
它可以对原始信号进行采样、放大、滤波、线性化等处理，以使信号具备更好的稳定性、准确性和可靠性。
二、信号调理电路的原理信号调理电路的原理基于电子元器件的特性和电路设计的原则。
其中，放大电路利用放大器放大信号的幅值，使得信号能够足够强大以便于后续处理；滤波电路通过选择性地通过或阻断不同频率的信号，去除噪声和无用的信号成分；调节电路通过改变电压、电流或其他信号的特性，使得信号适应处理的要求。
这些原理的综合运用，能够有效地处理各种类型的信号。
三、信号调理电路的分类根据信号的性质和处理要求，信号调理电路可分为放大电路、滤波电路和调节电路等多种类型。
1. 放大电路：放大电路主要用于增加信号的幅值，使得信号能够达到合适的水平以便于后续处理。
常见的放大电路包括电压放大电路、电流放大电路和功率放大电路等。
2. 滤波电路：滤波电路用于去除信号中的噪声和无用成分，以保留所需的信号。
根据滤波特性的不同，滤波电路可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 调节电路：调节电路根据需要改变信号的某些特性，例如调节电压、频率、相位等。
它可以用于校准、线性化和调整信号的参数等。
四、信号调理电路在仪器仪表中的应用信号调理电路广泛应用于各种仪器仪表中，以提高测量系统的性能并满足特定的应用要求。
以下列举几个典型的应用案例：1. 传感器信号调理：传感器常常输出微弱的信号，容易受到噪声和干扰的影响。
通过对传感器信号进行放大、滤波和线性化等处理，可以提高信号质量，减小误差并增强测量系统的稳定性。
4 信号调理电路
4.1.1霍尔传感器信号调理电路
当有钢球滚过传感器时，传感器UGN-3501T可以输出20mV的脉冲； 脉冲信号经22μF电容耦合再经运放放大后，输入至三极管的基极； 运算放大器主要起到阻抗匹配作用，为功率放大三极管提供足够的 驱动电流； l0K电阻和 22μF电容构成去噪声电路。
I 4 I5 I 6 I 4 U R U / R
I1 I 2 I 3
I2 U / R
I1 U R U / R
UR / R U 1 / R 1 / R f 1 / Rx
I5 U / R f
I6 U / Rx
I3 U Uo / Rf
Rx 1 R
1
U R Uo R 2 R / Rf Rf
U
U R / R Uo / R f 2 / R 1/ R f
UR / R U 1 / R 1 / R fR f 2 / R 1/ R f
U R Uo R 1 1 1 R / R f Rf
霍尔传感器与TTL电平接口电路
TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic)，5V电源，输入高电平≥2V，输入低电平≤0.8V；输出高电平≥2.4V， 输出低电平最大≤0.4。 CMOS电路输入电阻极大，对干扰信号敏感，因此不用的输入端接地或接 电源，输入高电平≥0.7VCC，输入低电平≤0.2VCC；输出高电平≈VCC， 输出低电平≈GND。 因此，在系统供电5V情况下，CMOS电路可以直接驱动TTL，反之不行。 UGN -3000是集电极开路型输出，需外接上拉电阻。电阻R作为霍尔元件 的集电极电阻，电容C是高频噪声信号的旁路电容，74LS14施密特触发器 对霍尔元件输出的电平信号整形，使之符合TTL电平标准。
信号调理电路
Vo AVi A(V+ - V- )
3
Vi V2
Vo
A：放大倍数
理 想 运 •高增益 A很大，1000倍以上 放 •高输入电阻 r 很大，兆欧以上 i 的 特 •低输出电阻 ro很小，可以忽略 点
运算法则：1、U 4、 ro
同相 输入端
A→∞
v2 - v1
ri→∞ 故： I 0 i ro→0
运算放大器
• 运算放大器是信号调理电路的常用器件，掌 握运算放大器的特性及其工作方式，对于掌 握信号调理电路的工作原理非常重要。
• 运算放大器是一个集成电路芯片，将其连接
成不同的工作方式，便可实现多种数学运算 故称为运算放大器，简称运放。
运算放大器
E+
电路符号
+Vcc uN uP
-
uo
+
-Vcc
R2
运算放大器总结
工作方式
R1 10k
i -
R2 100k +10V
i1
R2
ui
R3 10k
a
uib
uo
-10V
R1 R3 i2 R4 +
+
uia
uo
单端输入方式
一端接输入信号，而另 一端接地（或通过电阻 接地） 同相输入 反相输入
差动输入方式（双端输入）
输入信号uib和uia同时加在 同相端和反相端
ui uib - uia
运算放大器总结
工作方式
+10V
i R2 100k R1 10k +10V -
ui
Vr
+
uo
ui
R3 10k
第四章信号调理电路
Uy = U0 U ∆R0 ≈ 0 ∆R0 2(2 R0 + ∆R0 ) 4 R0
①上式对另外三臂也适用。 上式对另外三臂也适用。 ③温度影响 R1 = R0 + ∆R + ∆Rt
U0 S= = ∆R0 R0 4
Uy
②分母中有微小电阻，存在一定非线性。 分母中有微小电阻，存在一定非线性。 ，则 U y =
e ' (t ) = k1 x (t ) cos(2π f n t ) 调幅
调频 调相
e" (t ) = e0 cos[2π f n + k 2 x (t )]t
e" (t ) = e0 cos[2π f n t + k3 x (t )]
放大后再还原为过程——解调。 解调。 放大后再还原为过程 解调
在测试技术中， 在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调 理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
为了很好地解决缓变信号的放大问题， 为了很好地解决缓变信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制 的方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去， 的方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器 进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。 进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。上述信号传输 中的变换过程称为调制与解调。 中的变换过程称为调制与解调。
U U y = 0 ∆R 2 R0
变化时， ①如有温度T变化时，△R出现起到 R = 如有温度 变化时 出现起到 1 了温度补偿作用。 了温度补偿作用。 代入 ②灵敏度提高一倍 线性度改善了， ③线性度改善了，分母中无微小电阻 。
信号调理电路
信号调理电路信号调理电路就是信号处理电路，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。
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。
在实际应用中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。
信号调理电路原理信号调理电路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。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，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。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟－数字转换器（ADC）的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号－噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压（即将被数字化的）超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。
5.过滤滤波器在一定的频率范围内去处不希望的噪声。
第九章信号调理电路
一个用于放大力敏传感器输出信号的增益 可调差动放大器实际电路
实际的增益可调差动放大器
传感器与检测技术
三、专用单片集成放大器
1.集成仪器放大器 集成仪器放大器AD521/AD522 集成仪器放大器 AD521/AD522是美国 （Analog Devices） 是美国AD（ 是美国 ） 公司推出的单片集成放大器，采用标准14脚双 公司推出的单片集成放大器，采用标准 脚双 列直插式封装， 列直插式封装，放大倍数由外接的精密电阻决 定。
uc ud uc ua uc uo + + =0 KR 2 R2 R2
u d uc ud ub u d + + =0 KR 2 R2 R2
考虑
增益可调差动放大器
u a = u b ，得 ：
传感器与检测技术
1 1 R2 u o = 21 + u cd = 21 + (u i1 u i 2 ) K K R1
传感器与检测技术
AD522
AD522管脚功能 管脚功能
传感器与检测技术
用AD522作为电桥放大器的实例电路 AD522作为电桥放大器的实例电路
传感器与检测技术
电路的输出电压
：
200 K 1 u i1 + u i 2 (u i1 u i 2 ) u o = 1 + × RG 2 CMRR
传感器与检测技术
3.基本应用电路 3.基本应用电路
传感器与检测技术
4. AD694与12位D/A转换器AD7541A接 AD694与12位D/A转换器AD7541A接 转换器AD7541A 口的电路图
传感器与检测技术
电流二、电流-电压转换技术
1.将0~10mA直流信号不存在共模干扰 1.将0~10mA直流信号不存在共模干扰 时的电阻式I/V转换 时的电阻式I/V转换
信号调理电路
与传统无线电不同，软件无线电要求尽可能地以数字形式处理无线信号，因此必须将A/D和D/A转换器尽可 能地向天线端推移，这就对A/D和D/A转换器的性能提出了更高的要求。主要体现在两个方面。
（1）采样速率。依据采样定理，A/D转换器的抽样频率fs应大于2Wa（Wa为被采样信号的带宽）。在实际中， 由于A/D转换器件的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，一般选取fs>2.5Wa。
（2）分辨率。采样值的位数的选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，一般分辨率80dB 的动态范围要求下不能低于12位。
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信号调理电路
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的电路
01 简介
目录
02 信号调理
03 调理技术组成
04 信号滤波
05 信号隔离
06 模数转换
基本信息
信号调理电路（signal conditioning circuit）是指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的电路。
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摘要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。
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。
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。
信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。
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。
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。
关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路1.2设计要求1.2.1设计目的（1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法1.2.2基本要求（1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值（2）信号的频率范围在50Hz-10KHz（3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小1.2.3发挥部分（1）超出上下限的保护电路及指示（2）电桥信号采集（3）其他2设计思路这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。
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。
在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，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，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漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。
在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形3设计方框图4各部分电路设计及参数计算4.1各部分电路设计4.1.1电压跟随器电压跟随器，就是输出电压与输入电压是相同的，也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。
电压跟随器的特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。
输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。
在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。
因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。
在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。
起到承上启下的作用。
应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。
电压跟随器4.1.2 桥式电路桥式电路R1，R4为固定电阻，R2，R3为可变电阻，且R2，R3的阻值远远大于R1，R4，信号由电路图上端输入，由1,4点分别输出，下端接地。
上图中，输入为共模方式，共模方式大约为激励电压的一半。
即V i=V id/2其中V1=V i*R3/（R1+R3）V4=V i*R4/ (R2+R4)4.1.2仪用放大电路仪用放大器是由A1、A2按同相输入接法组成第一差分放大器，运放A3组成第二级差分放大器。
在第一级电路中，V1、V2分别加到A1和A2的同相端，R1和R2组成的反馈网一级电路中，引入了负反馈，两运放A1、A2的输入端形成虚短和虚断，因而有V R1=V1-V2和V R1/R1=(V3-V4)/(2R3+R1)，可以得到：V3-V4=(2R2+R1)V R1/R1=(1+2R2/R1)(V1-V2)根据式V0=R4(Vi1-Vi2)/R1得：V0=-R4(V3-V4)/R3=-R4(1+2R2/R1)(V1-V2)/R3于是电路的增益为A v=V0/(V1-V2)=-R4(1+2R2/R1)/R35工作过程分析此次设计的信号调理电路主要用于将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。
主要目的是（1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值（2）信号的频率范围在50Hz-10KHz（3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小电路信号源幅度为100mV，内阻10kΩ，频率范围在50Hz~10kHz。
通过电压跟随器，输入电压被几乎无损的传输到桥式电路。
桥式电路的共模电压大约为激励电压的一半，被测信号仅仅是桥臂之间微小的差分电压。
桥式电路的两臂分别有一个最大组织为1kΩ的可变电阻，通过调节电阻大小，可以改变其电压，从而改变桥臂间的电压差。
差分电压作为下一级仪用放大器的输入电压，进行调理放大，放大器A2，A3按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放A4组成第二级差分放大电路，在第一级电路中，桥式电路两臂电压分别加到A2，A3的同相端，R5，R6，R7组成的反馈网络引入了负反馈。
输出端接100Ω的负载，使信号传输的损失尽量小，同时接一个指示灯，用于判断信号是否超出上下限，当电路正常工作时，指示灯闪烁，示波器显示信号波形，万用表显示输出电压的大小。
6元器件清单7主要器件介绍7.1 LM324的介绍7.1.1 原理图引脚图7.1.2 介绍LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
每一组运算放大器可用图7.2所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
7.1.3 参数描述运放类型:低功率放大器数目:4带宽:1.2MHz针脚数:14工作温度范围:0°C to +70°C封装类型:SOIC3dB带宽增益乘积:1.2MHz变化斜率:0.5V/μs器件标号:324器件标记:LM324AD增益带宽:1.2MHz工作温度最低:0°C工作温度最高:70°C放大器类型:低功耗温度范围:商用电源电压最大:32V电源电压最小:3V芯片标号:324表面安装器件:表面安装输入偏移电压最大:7mV运放特点:高增益频率补偿运算逻辑功能号:324额定电源电压, +:15V7.1.4 特点1.短路保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA5.每封装含四个运算放大器。
6.具有内部补偿的功能。
7.共模范围扩展到负电源8.行业标准的引脚排列9.输入端具有静电保护功能7.2 OP07的介绍7.2.1 引脚图OP07的引脚图7.2.2 OP07的简介7.2.3 参数7.2.4 特点为期一周的模电课程设计已经结束了，通过这一周的设计，让我学习到了更多的有关模拟电子方面的只是，我在这一周里也深刻的认识到了自己学习的课程的重要性与趣味性。
在这次课程设计中，我是以书本知识为基础，通过查阅图书馆资料及上网搜索到的知识完成这次设计要求的内容，达到了学习目的。
通过两星期的学习与努力，在客服了众多的困难后，我深深的认识到了自己在知识与学习能力上存在着非常大的不足，基础知识很薄弱，也没有什么实践经验，动手能力也不是很强，在实践方面还应该有很大的提升空间。
这一周里，课程设计的内容其实非常枯燥，我也沮丧过，尽管如此，我还是没有屈服于这些困难。
因为我要努力，还有老师的帮助，同学的集思广益，这些都会让我有所收获，克服各种的困难。
在这个过程中，我的自学能力及搜索资料整理资料的能力都得到了培养和锻炼。
七天，确切的说是这五天，我们确实很辛苦，但是我们同学之间的团结互助精神也借此充分的体现了出来，我们的友谊更进一步。
无疑，课程设计对我们大学生来说是一种锻炼，让同学们更加和谐，让我们将理论知识运用到实际当中。
老师对我们的帮助是最大的，尤其是仿真软件的选择上，如果没有黄老师，我们都不知从何做起。
五天里，我获得了宝贵的知识也得到了精神上的满足。
更加让我明白了一个道理，一份耕耘，一份收获。
向着目标前进！！！这一周的课程设计已经结束，之所以能短时间并且高效率的完成，最值得被敬佩并感谢的就是XX老师，感谢他的大力支持与指导。
在设计过程中遇到很多的困难，每一次找到老师，老师都会认真的解答，即使到了吃饭的时间，老师也会把最后一个同学的问题解答后才去。
我们对于课程设计没有什么概念，老师也抽出一节课为我们讲解，并且给我们提供了相关的仿真软件，这让我们不仅圆满的完成设计的要求，对书本知识也有了进一步认识。
表示对黄老师真挚的谢意。
当然了，在设计过程中，还有我们同学间的互相帮助，大家一起努力，在一周时间内就完成设计；以及学校图书馆提供的资料，都对我有很大的帮助，谢谢你们！再次感谢所有对我完成设计有帮助的人！10 参考文献《电子技术基础》模拟部分华中科技大学电子技术课程组2006 《电子线路基础》高等教育出版社1997 《模拟电子技术基础》高等教育出版社198811 附录。