第9章传感器信号处理电路
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传感器信号调理电路
输出高电压和大电流
（1）反向比例运算放大器
二、典型放大器的设计 （一）反相放大器
放大倍数
R2
A= uo / ui = –R2 / R1 当R2 = R1时， uo =- ui
ui
R1
-ห้องสมุดไป่ตู้
∞
+
uo
+ N1
R3
（2）同相放大器
放大倍数
R2
R1 -
A= uo / ui = 1+R2 / R1
反向运算放大器存在的问题主要是 输入电阻较低，通常只有几千欧 而同比例运算放大器可以得到较大的 输入电阻，较低的输出电阻
测量放大器也叫仪表放大器、数据放大器 它对微小差模电压很敏感，适用于测量远 距离的小信号，适合与微小信号输出的传 感器配合使用。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器构成
由两级放大器构成：
Ui1
+
A1
U3
R3
U5
R5
-
1. 两个同相放大 器A1、A2输 入阻抗高。 2. 普通差动放大 器A3，将双端 输入变为对地 的单端输入。
1.3 信号调理电路与敏感、转换元件输出阻抗匹配 敏感或转换元件的输出阻抗大小决定电路结构形式。 (1) 高输出阻抗型 敏感元件输出信号微弱、输出阻抗高，如压电元件，其 输出阻抗高达108Ω以上。 电路的作用：一是吸收信号源的输出并进行一定变换和 放大，将信号变换成电路易于处理的形式；二是阻抗变 换，将高输出阻抗变换成低输出阻抗。要求电路有高输 入阻抗和尽可能低的输出阻抗，以及低噪声、低漂移和 抗干扰能力。 (2) 低输出阻抗型 传感器的输出阻抗较低，输出信号形式多种多样。 后接电路的作用：一般是将信号不失真地变换成较强的 电压或电流信号，在它的性能上对稳定性、抗干扰能力 等方面考虑较多。
（1）反向比例运算放大器
二、典型放大器的设计 （一）反相放大器
放大倍数
R2
A= uo / ui = –R2 / R1 当R2 = R1时， uo =- ui
ui
R1
-ห้องสมุดไป่ตู้
∞
+
uo
+ N1
R3
（2）同相放大器
放大倍数
R2
R1 -
A= uo / ui = 1+R2 / R1
反向运算放大器存在的问题主要是 输入电阻较低，通常只有几千欧 而同比例运算放大器可以得到较大的 输入电阻，较低的输出电阻
测量放大器也叫仪表放大器、数据放大器 它对微小差模电压很敏感，适用于测量远 距离的小信号，适合与微小信号输出的传 感器配合使用。
2 测量放大器的电路原理
测量放大器构成
由两级放大器构成：
Ui1
+
A1
U3
R3
U5
R5
-
1. 两个同相放大 器A1、A2输 入阻抗高。 2. 普通差动放大 器A3，将双端 输入变为对地 的单端输入。
1.3 信号调理电路与敏感、转换元件输出阻抗匹配 敏感或转换元件的输出阻抗大小决定电路结构形式。 (1) 高输出阻抗型 敏感元件输出信号微弱、输出阻抗高，如压电元件，其 输出阻抗高达108Ω以上。 电路的作用：一是吸收信号源的输出并进行一定变换和 放大，将信号变换成电路易于处理的形式；二是阻抗变 换，将高输出阻抗变换成低输出阻抗。要求电路有高输 入阻抗和尽可能低的输出阻抗，以及低噪声、低漂移和 抗干扰能力。 (2) 低输出阻抗型 传感器的输出阻抗较低，输出信号形式多种多样。 后接电路的作用：一般是将信号不失真地变换成较强的 电压或电流信号，在它的性能上对稳定性、抗干扰能力 等方面考虑较多。
电路中的传感器信号放大与处理
电路中的传感器信号放大与处理一、引言电路中的传感器信号放大与处理是现代电子技术领域的重要内容之一，它涉及到传感器信号的采集、放大与处理，对于提高系统的精度和稳定性具有至关重要的作用。
本文将从传感器信号的基本原理入手，介绍电路中的传感器信号放大与处理的方法和技巧。
二、传感器信号的基本原理传感器是将被测量的物理量转化为可测量的电信号的装置。
传感器信号的产生是基于被测量物理量与传感器之间的相互作用。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
三、传感器信号放大的需求在实际应用中，传感器产生的信号往往是微弱的，因此需要进行信号放大以增加信号的幅度，从而使得信号更容易被后续的电路进行处理。
四、传感器信号放大的方法1. 增益放大器：增益放大器是最常用的传感器信号放大方法之一。
它通过放大器电路对信号进行放大，将微弱的传感器信号放大到适合后续处理的范围。
2. 运算放大器：运算放大器是一种高增益、差分输入、单端输出的放大器。
通过适当的电阻网络和反馈方式，可以实现对传感器信号的放大和处理。
3. 仪表放大器：仪表放大器是一种专门用于信号放大的放大器，其特点是高精度、低噪声。
在传感器信号放大的场景中，仪表放大器常常可以提供更好的性能。
五、传感器信号处理的方法1. 滤波器：滤波器是对信号进行滤波处理的电路。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
通过滤波器可以去除传感器信号中的干扰和噪声，提高信号的质量。
2. 数字转换：将模拟信号转换为数字信号是传感器信号处理的重要环节。
常用的模数转换器包括逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）、双斜率积分型模数转换器（Σ-Δ ADC）等。
数字信号的处理更易于精确计算和存储。
3. 数据处理算法：对于特定的传感器应用，可以利用算法对传感器信号进行进一步的处理和分析。
例如，通过傅里叶变换可以将传感器信号转换到频率域进行频谱分析。
六、实例分析以温度传感器为例，介绍传感器信号放大与处理的具体实施过程。
数字信号处理(第四版)第9章数字信号处理的实现
第9章 数字信号处理的实现
2. 极点位置敏感度 下面分析系数量化误差对极零点位置的影响。如果 极零点位置改变了，严重时不仅IIR系统的频率响应会 发 生变化，还会影响系统的稳定性。因此研究极点位置 的 改变更加重要。为了表示系数量化对极点位置的影响，引 入极点位置灵敏度的概念，所谓极点灵敏度, 是指每 个极 点对系数偏差的敏感程度。相应的还有零点位置灵 敏度 ，分析方法相同。下面讨论系数量化对极点位置的 影响 。
就是量化后的数值。x可以是标量、向量和矩阵。将数取
整的方法有四舍五入取整、向上取整、向下取整、向零
取整，对应的MATLAB取整函数分别为 round(x)、
ceil(x)、floor(x)、fix(x)。round最常用，对应的MATLAB
量化语句为xq=q*round(x/q)。
第9章 数字信号处理的实现
解 求解本例的系数量化与绘图程序为ep911.m。
第9章 数字信号处理的实现
%ep911.m： 例题9.1.1 系数量化与图9.1.3绘图程序 B=1; A=［1, -0.17, 0.965］;%量化前系统函数系数向量
b=4; Aq=quant(A, b);
进行b位量化
%量化2进制位数 %对系统函数分母系数向量A
p=roots(A) pq=roots(Aq) ap=abs(p) a pq=abs(pq) %以下为绘图部分省略
%计算量化前的极点 %计算量化后的极点 %计算量化前极点的模 %计算量化后极点的模
第9章 数字信号处理的实现
运行程序，得到量化后的系统函数
为
并求出H(z)和
的极点分别为
显然，因为系数的量化，使极点位置发生变化，算出极点
的模为： |p1, 2|=0.9823，
电路中的传感器网络多个传感器的数据采集与处理
电路中的传感器网络多个传感器的数据采集与处理传感器是电路中重要的组成部分，其主要功能是将检测到的物理量信息转化为电信号，并通过传感器网络进行数据采集与处理。
本文将探讨电路中多个传感器的数据采集与处理方法，以解决传感器网络中的相关问题。
一、传感器网络的基本原理传感器网络由多个传感器节点组成，每个节点都具有数据采集和处理的能力。
传感器节点通过互联网络进行通信，并将采集到的数据传输到目标设备或系统中进行处理和分析。
传感器网络的基本原理是通过节点之间的协同工作，实现对环境信息的全面感知和监测。
二、数据采集与传输1. 传感器选择与布置在构建传感器网络前，需要根据实际需求选择合适的传感器类型，并考虑其布置位置。
不同的传感器类型适用于不同的物理量检测，如温度、湿度、光照等。
合理的传感器布置可以提高数据采集的准确性和可靠性。
2. 信号调理与放大传感器采集到的信号往往非常微弱，需要经过信号调理与放大才能得到可用的信号。
信号调理包括滤波、增益控制等处理方法，旨在提高信号质量和稳定性。
3. 数据转换与数字化传感器输出的信号通常是模拟信号，需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号以便于后续处理。
ADC的选择和配置要与传感器输出信号的特性相匹配，确保准确地将模拟信号转换为数字形式。
4. 数据传输与通信传感器节点通过通信技术将采集到的数据传输到目标设备或系统中。
常见的通信方式包括有线通信和无线通信。
有线通信可选择串口、以太网等方式，而无线通信可采用蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等无线协议。
三、数据处理与分析1. 数据存储与管理传感器网络产生的数据量庞大，需要进行合理的存储与管理。
可以选择使用数据库等方式，建立存储系统，实现对数据的高效管理和快速访问。
2. 数据预处理传感器数据中常常包含噪声和干扰，需要进行数据预处理以去除干扰并提高数据质量。
常见的数据预处理方法包括滤波、去噪、补偿等。
3. 数据分析与应用传感器网络采集的数据可以通过数据分析得到有价值的信息。
9-波式传感器
J J 0e
9.3 核辐射传感器
2.核辐射
放射性同位索在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线， 这种现象称为“核辐射”。放出的射线有 、 、 三种射线。 通常用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称为放射性 强度。
I I 0 e t
9.3 核辐射传感器
9.3.2 组成及防护
3.微波湿度传感器 水分子是极性分子，在常态下形成偶极子杂乱无章地分布 着。当有外电场作用时，偶极子将形成定向排列。在微
波场作用下，偶极子不断地从电场中获得能量 ( 这是一
个储能的过程 ) ，表现为微波信号的相移；又不断地释 放能量(这是一个放能的过程)，表现为微波的衰减。
9.4 微波传感器
4.微波无损检测
第9章 波式和射线式传感器
9.1 红外传感器 9.2 超声波传感器
9.3 核辐射传感器
9.4 微波传感器
9.1 红外传感器
9.1.1 物理基础 红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为 红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在 0.75 ~ 1000m 红外光的最大特点是具有光热效应，能辐射热量，它是光谱中最大光热效 应区。红外辐射本质上是一种热辐射，自然界中的任何物体，只要其本身 温度高于绝对零度，就会向外部空间不断地辐射红外线。
9.4 微波传感器
2.组成
微波发生器(或称微波振荡器)、微波天线及微波检测器。 (1)微波发生器 由于微波波长很短、频率很高 300 MHz ~ 300GHz ，微波需要用波导管传输。 (2)微波天线 用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。 (3)微波检测器 用于探测微波信号的装置。较低频率下的半导体PN结元件、较高频率下的隧 道结元件
模电 第九章1(第五版)——康华光
3.起振和稳幅 电路中的 噪声、扰动信号（含fo）选频网络选出fo，并 使其符合相位平衡条件； 若开始时， AF 1 ，fo得不到有效放大，不能起振。 ∴起振的幅值条件是： AF 1 若 AF 1一直存在，起振后信号越来越大波形失真； ∴起振后还需要稳幅环节，使波形基本不失真。 13
15
第九章 信号产生电路
2.RC串并联选频网络的选频特性 反馈系数
1 Z1 R sC
Vf ( s ) Z2 sCR FV ( s ) Vo ( s ) Z1 Z 2 1 3 sCR ( sCR ) 2 1 且令 0 又 s j RC 1 则 F
9
2）二阶有源高通滤波器
第九章 信号产生电路
将低通电路中的电 容和电阻对换，便成为 高通电路。
传递函数
A( s ) s2
c
Q
A0 s 2 s c2
通带增益Ao = AvF=(R1+R2)/R1 特征频率n=1/RC 等效品质因素Q；通带宽度BW= 。
10
二阶有源带通滤波器
A j
Vo j Vi j
AVF
XC R + XC
AVF A j 1+ j RC
1 令C RC
把X C
1 代入 jC
1+ j C
4
AVF
AVF 1 + j C 因为传递函数A (j) 的分母为角频率 的一次幂，故称“一阶有源滤波器” -20dB/十倍频程 幅频响应 A (j) = AVF 1+( c)2 A j
带阻：A(S)=Ao (S2+o2 ) (S2+oS Q+ o2 )
第9章__转速传感器
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9.9 GMR电阻的功能与特点
9. 9. 2 GMR电阻的热稳定性
GMR膜是由以Co为主要成分的磁性层和非磁性层Cu层重叠 制成的。在形成磁性层与Cu层的薄膜时，实现了MR比较大 而且磁滞最小的最佳化。图9一28所示为刚加工完的GMR 电阻以及经170℃,1000h长期高温存放后的GMR电阻的 MR曲线。由图可知，经长期高温存放之后，GMR电阻的特 性发生了变化。为了防止特性的这种变化，尝试预先将GMR 电阻在高温下进行热处理，以提高其热稳定性。经10h热处 理后，改变热处理温度，分析MR曲线的变化情况如图9一 29所示。
9.1 电磁式转速传感器
这种传感器用于柴油机上， 目的是检测发动机的转速， 传感器的结构如图9-1所示， 在永久磁铁的周围绕有线 圈，即采用的是电磁式工 作原理，当铁材齿轮在永 磁铁附近旋转时，通过线 圈的磁力线发生变化，在 线圈中就会产生感应电压。
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9.1 电磁式转速传感器
柴油机用转速传感器就装在喷油泵的飞锤齿轮处，当柴油发 动机的喷油泵工作时，传感器的齿轮旋转，因此在信号线圈 中就会产生交流电压。交流电压的频率与发动机的转速成正 比。把此交流电压作为输入信号，经转速表内的IC电路放大、 整形后就可以使转速表指示出发动机的转速。 图9一2所示的是转速表电路的方框图。
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9.6 笛簧开关式车速传感器
笛簧开关是由小玻璃管内装有两个细长的触头构成的，触头 由铁、镍等易于被磁铁吸引的强磁性材料制成。受玻璃管外 磁极的控制，有时触头互相吸引而闭合，有时互相排斥而断 开，从而形成了触头的开关作用。 笛簧开关的结构如图9-17所示。笛簧开关置于车速表的转 子附近，当车速表电缆旋转时，磁铁也旋转，N,S磁极则靠 近或离开笛簧开关的触头。
传感器与信号调理电路完整 ppt课件
连续增大ui的幅值，记录出现饱 和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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25
传感器与信号调理电路完整
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
9
传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器与信号调理电路完整
6
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器与信号调理电路完整
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传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微 机接口的阻抗相匹配。
第9章传感器信号处理电路
传感器的匹配
• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出
传感器 电缆
第9章传感器信号放处理大电路器
Cs—压电传感器固有电容 Cc—输入电缆等效电容 Ci—放大器输入电容 Cf—反馈电容 Gc—输入电缆的漏电导 Gi—放大器的输入电导 Gf—反馈电导
U0 =
— AdQ
≈—
Cf（1+Ad）
Q Cf
第9章传感器信号处理电路
四、集成仪用放大器(AD521 AD612 AD620)
（3）调节Rp2
第9章传感器信号处理电路
三、电荷放大器
•要求放大器的输入阻抗非常高；（为什么？） •利用绝缘性好的电容和高增益的运算放大器来实现。
Cf
Δ
8
~Q
A
+
U0
U0 = - Q / Cf
第9章传感器信号处理电路
•电荷放大器实际等效电路
Cf Gf
8
U0
Q
~ Cs Cc Gc Ci Gi
+
Δ
} }
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
i
第9章传感器信号处理电路
第二节 信号放大电路
一、电压放大器电路
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。
求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
第9章传感器信号处理电路
五、可编程增益放大器(PGA)
1M
1M
1
Δ
8
V0
110K
2
+
20.4K
10k 3
10.1K
4
第9章传感器信号处理电路
增益
开关
1
2
3
4
100
1
1
1
1
50
0
1
1
1
10
1
0
1
1
2
1
1
0
1
1
1
1
1
0
RF1
RF2
Vi Rs
Δ
8 +A
V0
R1=RB//RF
单运放可编程增益放大器
RB
2. 增益范围：系指可提供的使放大器工作正常的增益范 围（典型值1－1000）。
3. 失调电压：系指为了使输出电压为零而需要在输入端 外加的电压。
4. 输入偏流：系指保证直流放大器的输入晶体管正常工 作所需的偏置电流。
5. 共模抑制比：系指当两个输入端具有等量电压变化时 所测出的输出电压的变化。
6. 非线性度：系指实际的输出和输入的关系曲线与一条 理想直线的偏差
变压器匹配
第9章传感器信号处理电路
高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
第9章传感器信号处理电路
解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
第9章传感器信号处理电路
二、差动放大器电路
例：一种压力传感器的信号调理电路如图所示。压力 传感器采用绝对压力传感器PS3000S-102A，此传感 器为恒流驱动，驱动电流为1.5mA，最大量程为 200mV。电路中VD1稳定电压为2.5V，作为压力传 感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
求： (1)为了保证压力传感器恒流驱动工作，试计算电阻的R2阻值； (2)如果信号调理电路的输出范围为0-1V，试计算可调电阻的
第9章传感器信号处理电路
稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
第9章传感器信号处理电路
线性度
检测的非线性由传感器、传感器电路、显示执行 机构这三部分的非线性度产生。
第十一章 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
第9章传感器信号处理电路
第一节 传感器信号处理电路概述
基本要求：
信号的选取与抗干扰能力
①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。
分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
第9章传感器信号处理电路
输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
特点
1. 输入阻抗高，最大可达109Ω； 2. 偏置电流低； 3. 共模抑制比高； 4. 平衡的差动输入； 5. 具有良好的温度稳定性； 6. 增益可由用户选择不同的增益电阻来确定； 7. 单端输出
第9章传感器信号处理电路
主要参数
1. 增益方程式:仪用放大器所要求的增益与放大器增益 控制电阻的关系式为： V0 = ViRs / RG
RF1 RF2
Δ
8
A
Vo
Vi
+
单运放可编程增益放大器
SW1 SW2 SW3 SW4
C BA
8
Δ
取值； (3)如果当压力为0时，由于桥路本身的不平衡，传感器桥路1、
2两端有的电压，试对照图说明如何进行零点补偿消除其对 输出的影响。
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
R2.5V 2 1.5m
A1
6K 7
（2）
A v (1 2R R P 3 1)R R 7 521 V 0 m 0 V 5
则：Rp1=10KΩ
第9章传感器信号处理电路
传感器的匹配
• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出
传感器 电缆
第9章传感器信号放处理大电路器
Cs—压电传感器固有电容 Cc—输入电缆等效电容 Ci—放大器输入电容 Cf—反馈电容 Gc—输入电缆的漏电导 Gi—放大器的输入电导 Gf—反馈电导
U0 =
— AdQ
≈—
Cf（1+Ad）
Q Cf
第9章传感器信号处理电路
四、集成仪用放大器(AD521 AD612 AD620)
（3）调节Rp2
第9章传感器信号处理电路
三、电荷放大器
•要求放大器的输入阻抗非常高；（为什么？） •利用绝缘性好的电容和高增益的运算放大器来实现。
Cf
Δ
8
~Q
A
+
U0
U0 = - Q / Cf
第9章传感器信号处理电路
•电荷放大器实际等效电路
Cf Gf
8
U0
Q
~ Cs Cc Gc Ci Gi
+
Δ
} }
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
i
第9章传感器信号处理电路
第二节 信号放大电路
一、电压放大器电路
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。
求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
第9章传感器信号处理电路
五、可编程增益放大器(PGA)
1M
1M
1
Δ
8
V0
110K
2
+
20.4K
10k 3
10.1K
4
第9章传感器信号处理电路
增益
开关
1
2
3
4
100
1
1
1
1
50
0
1
1
1
10
1
0
1
1
2
1
1
0
1
1
1
1
1
0
RF1
RF2
Vi Rs
Δ
8 +A
V0
R1=RB//RF
单运放可编程增益放大器
RB
2. 增益范围：系指可提供的使放大器工作正常的增益范 围（典型值1－1000）。
3. 失调电压：系指为了使输出电压为零而需要在输入端 外加的电压。
4. 输入偏流：系指保证直流放大器的输入晶体管正常工 作所需的偏置电流。
5. 共模抑制比：系指当两个输入端具有等量电压变化时 所测出的输出电压的变化。
6. 非线性度：系指实际的输出和输入的关系曲线与一条 理想直线的偏差
变压器匹配
第9章传感器信号处理电路
高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1
Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
第9章传感器信号处理电路
解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
第9章传感器信号处理电路
二、差动放大器电路
例：一种压力传感器的信号调理电路如图所示。压力 传感器采用绝对压力传感器PS3000S-102A，此传感 器为恒流驱动，驱动电流为1.5mA，最大量程为 200mV。电路中VD1稳定电压为2.5V，作为压力传 感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
求： (1)为了保证压力传感器恒流驱动工作，试计算电阻的R2阻值； (2)如果信号调理电路的输出范围为0-1V，试计算可调电阻的
第9章传感器信号处理电路
稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
第9章传感器信号处理电路
线性度
检测的非线性由传感器、传感器电路、显示执行 机构这三部分的非线性度产生。
第十一章 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
第9章传感器信号处理电路
第一节 传感器信号处理电路概述
基本要求：
信号的选取与抗干扰能力
①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。
分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
第9章传感器信号处理电路
输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
特点
1. 输入阻抗高，最大可达109Ω； 2. 偏置电流低； 3. 共模抑制比高； 4. 平衡的差动输入； 5. 具有良好的温度稳定性； 6. 增益可由用户选择不同的增益电阻来确定； 7. 单端输出
第9章传感器信号处理电路
主要参数
1. 增益方程式:仪用放大器所要求的增益与放大器增益 控制电阻的关系式为： V0 = ViRs / RG
RF1 RF2
Δ
8
A
Vo
Vi
+
单运放可编程增益放大器
SW1 SW2 SW3 SW4
C BA
8
Δ
取值； (3)如果当压力为0时，由于桥路本身的不平衡，传感器桥路1、
2两端有的电压，试对照图说明如何进行零点补偿消除其对 输出的影响。
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
R2.5V 2 1.5m
A1
6K 7
（2）
A v (1 2R R P 3 1)R R 7 521 V 0 m 0 V 5
则：Rp1=10KΩ