信号调理电路
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
一二什么是信号调理电路 传感器输出的是幅值相对较小的电压、电流信号，而不能直接是数字信号，在变换为数字数据之前必须进行调理，信号调理将数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统。
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。
什么是信号调理电路? 信号调理电路(signal conditioning circuit)是指把模拟量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它目的的数字信号的电路。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，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，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其它数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路主要实现哪些功能? 对于绝大多数数据采集和控制系统来说，信号调理是非常重要的，典型的系统一般都需要信号调理硬件，用于将原始信号以及传感器的输出接口到数据采集板或模块上。
信号调理电路主要具有以下几点功能： 1、传感器驱动：包括为无源传感器提供所需的电压源或电流源，为有源传感器提供其运转所需的特殊电路结构； 2、信号放大：为了提高模拟信号转换成数字信号时的精度，我们希望输入的模拟信号的最大值刚好等于A/D转换设备输入范围。
大多数传感器的输出范围在mV级，而A/D转换设备输入范围为V 级，因此我们需要使用信号调理电路对传感器的信号放大； 3、隔离：在测量高电压信号时，隔离电路可以保护后端设备被意外的高电压输入损坏，常用的有光隔离和磁隔离。
隔离放大电路的缺点是可能引入噪声； 4、信号滤波：模拟信号在数字化前必须进行低通滤波，以消除噪声和防止混叠现象； 5、扩展通道数：有些信号调理电路具有多路转换器或矩阵变换电路功能，可以把信号通道扩展至上千路。
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。
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
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
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§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
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从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
信号调理电路基础知识教案
信号调理电路基础知识教案一、引言本教案旨在介绍信号调理电路的基础知识。
信号调理电路是一种用于加工、放大和滤波传感器或传输线上的信号的电路。
它起着将原始信号转换为更易处理、更适合输入到数据采集、控制或通信系统的形式的作用。
本教案将重点介绍信号调理电路的基本概念、常见的调理电路类型以及它们在不同领域的应用。
二、信号调理电路的概述1. 信号调理电路的定义信号调理电路是一种电路系统，通过它可以对原始信号进行放大、过滤、线性化、增益控制等处理，以便满足特定的应用需求。
2. 信号调理电路的作用信号调理电路在信号处理系统中起着重要作用，它能够提高信号质量、抑制噪声、调整信号幅度和频率等，使得信号更适合被后续的数据采集、控制或通信系统使用。
三、常见的信号调理电路类型及其原理1. 放大电路放大电路是信号调理电路中最常见的类型之一，它可以将传感器输出的微弱信号放大到适合后续电路处理的级别。
常见的放大电路包括运算放大器放大电路、差分放大电路等。
2. 滤波电路滤波电路用于去除原始信号中带有的不需要的频率成分，例如高频噪声或低频干扰等。
常见的滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3. 线性化电路线性化电路用于将非线性传感器输出的信号进行线性化处理，使得输出信号与输入量之间满足线性关系。
例如，使用二次特性校正电路可以将非线性传感器输出的信号近似线性化。
4. 增益控制电路增益控制电路用于调整信号的幅度，以适应不同的应用需求。
通过增益控制电路可以灵活地调节信号的大小，以满足后续电路的输入要求。
四、信号调理电路的应用案例1. 工业控制系统中的应用信号调理电路在工业控制系统中广泛应用。
例如，在温度控制系统中，信号调理电路可以将传感器输出的温度信号放大并线性化，以便送入后续的控制器进行控制。
2. 医疗仪器中的应用在医疗仪器中，信号调理电路可以用于放大、滤波和线性化生理信号，如心电图、血压信号等，以便医生进行诊断和治疗。
3. 通信系统中的应用信号调理电路在通信系统中起到重要作用。
11.02 二、信号调理电路
二、信号调理电路 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
定频调幅式测量电路 R
振荡器
（稳频稳幅） LUFra bibliotekC二、信号调理电路 变频调幅式测量电路
检
电容三点 式振荡器
波 器
滤 波 器
射 极 跟 随
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二、信号调理电路 调频式测量电路
L
C 高频
振荡器
e
鉴频器
z 以LC振荡回路的谐振频率作为输出量。 z 鉴频器将调频信号转换为电压信号输出。
二、信号调理电路 定频调幅式测量电路
振荡器
R
（稳频稳幅）
L
放大器 C
检波器
滤波器
z 涡流传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振回路，由 恒流源石英晶体振荡器供电。
什么是电路中的信号调理
什么是电路中的信号调理电路中的信号调理（Signal Conditioning），是指对输入的原始信号进行处理和调整，使其适应于目标设备或系统的工作要求。
在电子领域中，信号调理是实现电路或系统中准确、稳定地传输和处理信号的重要环节。
一、信号调理的作用信号调理在电路和系统中扮演着至关重要的角色。
其主要作用包括：1. 放大信号：通过信号调理可以放大输入信号的幅度，以提高其强度和可靠性。
在许多应用中，输入信号往往非常微弱，需要经过放大才能达到目标设备的工作范围。
2. 滤波：信号调理可以去除输入信号中的噪音和干扰，提高信号的纯度和稳定性。
滤波器的使用可以选择性地通过特定频率范围的信号，同时阻止其他频率范围的信号。
3. 线性化：对于非线性信号，信号调理可以通过一定的算法或函数将其转换为线性信号，简化信号的处理和分析过程，提高系统的准确性和可靠性。
4. 偏置和校准：信号调理可以对输入信号进行偏置和校准，使其适应目标设备或系统的工作要求。
通过对信号的偏置和校准，可以消除由于传感器不精确或环境变化等因素引起的误差。
5. 传输和接口：信号调理可以将信号从一个设备传输到另一个设备，或将信号与其他设备进行接口连接。
适当的信号调理可以确保信号的传输质量和可靠性，同时避免信号在传输过程中的降噪和衰减。
二、常见的信号调理技术1. 放大器：放大器是最常见的信号调理元件之一，可用于增加信号的幅度。
根据应用的需要，可以选择不同类型的放大器，如运算放大器（Operational Amplifier）和差分放大器（Differential Amplifier）等。
2. 滤波器：滤波器用于去除输入信号中的噪音和干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3. 数字转模拟转换器（DAC）和模拟转数字转换器（ADC）：DAC 和ADC用于模拟信号和数字信号之间的转换。
DAC将数字信号转换为模拟信号，而ADC则将模拟信号转换为数字信号。
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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。
几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声（来自于电线或机械设备）。
大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计的低通滤波器。
6.激励
激励对于一些转换器是必需的。
例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。
通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。
应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登（Wheatstone）电桥配置。
7.冷端补偿
冷端补偿是一种用于精确热电偶测量的技术。
任何时候，一个热电偶连接至一个数据采
集系统时，您必须知道在连接点的温度（因为这个连接点代表测量路径上另一个“热电偶”并且通常在您的测量中引入一个偏移）来计算热电偶正在测量的真实温度。
信号调理电路设计实例
1、硬件设计
信号调理电路单路输入的硬件结构，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。
信号输入电路由精密基准电源MAX872、光继电器AQW212E、运放4502及精密仪表开关电容模块LTC1043 等组成。
其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差；另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。
MAX872 具有较宽的电压输入范围（2.7～20V），输出精度可达2.500V ±0.2%。
L TC1043CN 是双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪表放大电路、压频转换电路和采样保持电路等。
当内部开关频率被设定在额定值300Hz时，L TC1043CN 的传输精确度最高，此时电容器CS和CH大小均为1 μF。
LTC1043CN 和运放LT1013组成差分单端放大器，采用L TC1043CN为差分输入的电压采样值，电压保持在电容器CS上并送到接地参考电容器CH 中，而CH 的电压送到LT1013 的非反相输入端放大。
L TC1043CN是通过电容完成电压的传输，使电压由差分输入变为单端输入，并起到了很好的信号隔离作用，在本设计中双电容的巧妙接法解决了热电阻的三线制输入问题。
放大电路由运放L T 1 0 1 3 和数字电位器X9241M 组成，放大增益由数字电位器X9241中三个数字电位器决定，使输入信号经过放大后均变为0～500mV的电压信号，满足模数转换器允许的电压输入范围。
本部分电路仅完成信号输入，是我们研制网络化智能仪表的一部分，对于输入信号模数转换、数据处理、显示则由其它模块完成。
S4、S5、S6 是控制一路输入的光继电器，采集该路信号时同时合上，其他电路是所有通道信号输入的公共电路，只是根据输入信号的不同，单片机改变其余光继电器的状态，形成不同的输入电路。
具体可分为以下几种情况：
（1）采集1～5V 电压信号时：继电器CH 合上，P11、SI、P37断开，通过电阻R2、R4 实现分压后变为0.25～1.25V的电压信号加在数字电位器X9241的0号电位器V0的两端，经过软件实现对该电位器的调节，令其滑动端的数值为25, 按25J63（电位器内共有63个电阻单元组成的阵列）这样比例继续分压变为约100～500mV信号，加LTC1043CN 的电容CS 上，此时数字电位器X9241的其它3个电位器形成的放大倍数应为1, 才能保证在运放L T 1 0 1 3 的输出端最大电压不超过500mV; 具体如何设置这3个电位器滑动端的数值见后面软件部分。
（2）采集热电阻信号时：继电器SI、P11合上，CH、P37 断开。
热电阻采用的是三线制接法，消除了长距离传输时传输导线的电阻带来的误差。
采集过来的电阻值接在I N1、I N2两端，IN2、IN3被三线制接法后短接，2.5V基准电压此时加在热电阻及R8、R9 上，变为毫伏级电压信号输入。
当为Pt100输入390.26Ω时转换为约290mV左右的电压输出。
（3）采集每个通道信号前还要采集两个不同的基准电压，实现仪表在测量中的自校正功能。
电路中精密基准电源MAX872 输出的2.5V 电压经精密电阻R1（66kΩ）、R3（192kΩ）分压后，将约为640mV 左右加在X9241 的0 号电位器分压。
此时继电器S4、S5、S6 断开，继电器P37 合上。
2、软件设计
软件部分所要完成的工作就是控制各光继电器的状态及设定数字电位器X9241 中各
数字电位器滑动端的位置。
本模块采用单片机控制，可与其它模块单片机或上位机进行通信。
信号类型的设定，也可通过扫描键盘或IC卡完成。
确定了各路的信号类型后，对应不同的输入信号，数字电位器X9241内部的4个电位器滑动端的数值不同，其中决定放大倍数的电位器RW1,RW2, RW3 的数值n1, n2, n3 可用下面计算方法得到，使得当信号输入为上限值时，在L T1013的输出端得到约为500mV 的输出电压。
算法为令n1=63ViH500, n2=n1+1 则得到电阻RW3两端的电压V3=500H63（mV）由Vi=（V3H63）n3+（500H63）n1 得到n3=（63 × 63H500）·Vi- 63n1其中Vi 为信号输入上限值时对应的LT1013输出电压值。
若采集8个通道，则需将24个字节数据的电位器RW1, RW2, RW3 的数值n1, n2,n3顺序保存在本模块的中，另外还要保存8个字
节的通道信号类型。
当巡回采集0～7八个通道时，根据不同的通道号，一方面从EEPROM中取出X9241滑动端相应的数值通过总线写入X9241数据寄存器中，数据寄存器的内容可传输到滑动计数寄存器WCR 以设置滑动端的位置；另一方面从EEPROM 中取出该通道的信号类型，根据信号类型控制各光继电器AQW212E 的开合状态，并将X9241 的0 号电位器RW 置上合适的数值，实现信号的正确输入及调理。