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
33
整理课件
34
§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。
整理课件
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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。
整理课件
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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
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
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。
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。
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被测对象
传感器
中间变换
测量装置
显示及 记录装置
实验结果
处理装置
激发装置
3
概述
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
性环节。 按使用元件分：无源线性化、有源线性化
16
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。 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 以将非线性校正到满意的程度。 如湿敏电阻的线性化
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线性化
电阻
RHa RHb RHc
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
电平调整
2、无源电平调整
该电路可以实现信号的衰减
R2 Vo Vi R1 R2
Vi R1 R2 Vo
无源电平调整电路
7
电平调整
19
3线性化
解得：
RHb RHb RHc 2 RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
a
b c
电阻 RHa RHb RHc
Ha Hb Hc 相对湿度RH% 湿敏电阻修正后的特性曲线
20
线性化
也可以直接对输出电压 进行线性化：
RHb RHb RHc 2 RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
Vi
RH R
Vo
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。 21
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
R1
RH1 RH RH2
14
线性化
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。
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线性化
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
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MΩ）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源 调整电路
8
电平调整
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。
放大器参数影响：输入失调电流、输入失 10 调电压
电平调整
4、有源电平调整实例
某差动压力传感器的输出为33mV~58mV， 数据采集卡输入范围为0.5V~4.5V，因此 中间需要电平调整电路。 调整电路应具有如下特性： 33mV~58mV调整成0.5V~4V（留0.5V 余量）
11
电平调整
R2 Vref Vi1 Vi2 R1 +
a
b
c
RH
R
R’h
Ha Hb Hc 相对湿度RH%
湿敏电阻的线性化
18
线性化
并联后的总电阻为
使a，b，c三点一线应满足
' Ha ' Hb
RRH R R RH
' H
R R R R
' Hb
' Hc
即满足
RRHa RRHb RRHb RRHc R RHa R RHb R RHb R RHc
R4
+ R2
R3 +
+
Vo
R2
双运放电压调整电路
12
电平调整
双运放电压调整电路的输出为
R4 R4 R2 R4 R2 Vo 1 V 1 V V i 1 i 2 ref R3 R1 R3 R1 R3
选取电阻值，使
双运放电压调整电路的输出简化为：
R4 R1 R3 R2
，则电路具有较高CMRR，
R4 Vo 1 V V V i 2 i 1 ref R 3
13
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。
R4 G 1 R3
22
R2
线性化
电阻 a 电阻 b c
Ha Hb HcHd Ha Hb HcHd 相对湿度RH% 相对湿度RH% 湿敏电阻的线性化效果
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线性化
用传感器特性曲线上线性较好的一段改善 线性 f Hz
振弦式传感器的特 性曲线中，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。
4000 3000 2000
F1 F0 F2
F N
振弦式传感器的特性曲线
信号调理电路的设计与仿真
--开放性实验室培训系列教程 电气与信息工程学院 周维龙
信号调理电路
1、概述
2、电平调整
3、线性化
4、信号变换 5、滤波与阻抗匹配 6、模拟数字转换电路
2
概述
1、检测系统的构成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度 电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式 电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器 笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡 数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机
Rf
Vo
Rf Ri
Vi
Vi
Ri Rp
+
+ R2
Vo
反相放大电路
9
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；Et
4kTቤተ መጻሕፍቲ ባይዱf
路。
4
概述
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 部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）
5
电平调整
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：