信号调理电路的原理、功能
第11章 信号的放大和调理电路
R2
R2 R1
R2 R1
u0 ui
第十一章
信号的放大和调理电路
二．有效值转换电路
U rms
1 T
T
0
u i2 (t )dt
1．应用对数–反对数技术的有效值转换电路
q0 u i I S exp( u ) I S exp KT UT
KT i i u ln( ) U T ln( ) q0 IS IS
R2
E R RF u0 4 R R R1
RF
E
R R
R+ R R
R1
R2
U 01 U i 2
E
E R RF u0 (1 ) 4 R R1
第十一章
信号的放大和调理电路
3．差动放大器
R2
RF u0 (u i 2 u i1 ) R1
输入阻抗较小
ui1 ui 2
i4 R4 i1 R4 I4
A4
uo
i3
R1 R1 D1 A1 R2 D2
T1
R5 A2 R6
T3 T4
A3
R4
T2
ui
第十一章
R4 i1
信号的放大和调理电路
R1 R1 D1 A1 R2 D2
R4 R5 A2 R6
i1
u0 ui
uO
ui
i1
ui R4
u UT
R4
i I S exp
R1 R1 D1 A1 R2 D2
第十一章
信号的放大和调理电路
二．开关电容滤波器（SCF）
1 S 2
u1
u2
u1
R
u2
Q Q1 Q2 C(U1 U 2 )
【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
24
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。
简述信号调理与转换电路的作用。
简述信号调理与转换电路的作用。
信号调理与转换电路是一种电子电路，用于对输入信号进行处理和转换，以满足特定的需求和要求。
它在各种电子设备和系统中起着至关重要的作用。
信号调理与转换电路可以对输入信号进行放大或衰减。
在很多应用中，输入信号的幅值可能过小或过大，需要经过调整才能适应后续的处理或传输。
通过信号调理与转换电路中的放大器或衰减器，可以对信号进行合适的调整，使其达到适当的幅值范围。
信号调理与转换电路可以对输入信号进行滤波处理。
在实际应用中，输入信号中常常存在各种噪声和干扰。
为了提取出有效的信号和数据，需要对输入信号进行滤波，去除不需要的频率成分或干扰。
通过信号调理与转换电路中的滤波器，可以对输入信号进行低通、高通、带通或带阻滤波，以满足特定的应用需求。
信号调理与转换电路还可以实现信号的变换和处理。
在某些应用中，需要对输入信号进行特定的数学运算或变换，以提取出有用的信息或实现特定的功能。
通过信号调理与转换电路中的运算器、比较器、积分器等模块，可以对输入信号进行加减乘除、积分微分、比较判断等处理，以实现特定的信号处理功能。
信号调理与转换电路还可以实现信号的接口转换。
在不同的电子设备和系统之间，常常存在着不同的信号接口和电平标准。
为了实现它们之间的互联互通，需要进行信号的接口转换。
通过信号调理与转换电路中的电平转换器、隔离器、驱动器等模块，可以将输入信号的电平转换为适应目标设备或系统的电平，实现不同信号接口之间的连接和通信。
信号调理与转换电路还可以实现信号的增强和优化。
在某些应用中，为了提高信号的质量和性能，需要对输入信号进行增强和优化。
通过信号调理与转换电路中的增强器、修正器、优化器等模块，可以对输入信号进行增强、修正和优化，以提高信号的清晰度、准确性和稳定性。
信号调理与转换电路在电子设备和系统中起着至关重要的作用。
它可以对输入信号进行放大、衰减、滤波、变换、接口转换、增强和优化，以适应特定的应用需求。
AD698原理及应用
AD698型LVDT信号调理电路的原理与应用摘要：介绍AD698型线性位移差分变压器(LVDT)专用信号调理电路，应用AD698可简化电路的设计，并给出AD698的工作原理，介绍其典型应用。
关键词：线位移差动变压器信号调理传感器AD698是美国Analog Devices公司生产的单片式线性位移差分变压器（LVDT）信号调理系统。
AD698与LVDT配合，能够高精确和高再现性地将LVDT的机械位移转换成单极性或双极性的直流电压。
AD698具有所有必不可少的电路功能，只要增加几个外接无源元件来确定激磁频率和增益，就能把LVDT的次级输出信号按比例地转换成直流信号。
（一）AD698的特点（1）AD698提供了用单片电路来调理LVDT信号的完整解决方案，它含有内部晶振和参考电压源，只需附加极少量的无源元件就可实现位置的机械变量到直流电压的转换，并且无需校准。
其单极性或双极性直流电压输出正比于LVDT的位移变化。
（2）AD698能够适用于多个不同类型的LVDT。
因为AD698的输入电压、输出电压及频率适应范围都很宽，其电路的优化设计，使得它与任何类型的LVDT配合使用都能获得理想效果。
（3）驱动LVDT的激磁信号频率为20Hz～20kHz，它取决取于AD698的一个外接电容器。
AD698的输出电压有效值达24V，能够直接驱动LVDT的初级激磁线圈，LVDT的次级输出电压有效值可以低于100mV。
（4）振荡器的幅值随温度变化不会影响电路的整体性能。
AD698采用比率译码方案，即通过计算次级电压与初级电压的比率来确定LVDT的位置和方向，无需整定。
（5）只要电源不过载，一个AD698可以串联或并联驱动多个LVDT。
其激励输出具有热保护功能。
（6）在简单的机电伺服回路设计中，可以将AD698作为一个积分环节来处理。
（二）AD698的工作原理2．1 AD698与LVDT的连接LVDT是一种机械-电子传感器，其输入是磁芯的机械移动，输出是与磁芯位置成正比的交流电压信号。
什么是电子电路中的信号转换和信号调理
什么是电子电路中的信号转换和信号调理信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的概念。
在电子设备和系统中，信号转换和信号调理起着至关重要的作用，它们能够将原始信号转换为适合处理的形式，并对信号进行必要的增强和处理，以保证信号的质量和可靠性。
一、信号转换信号转换是指将原始信号转换为适合特定应用的形式或者将信号转换为数字信号的过程。
原始信号可以是来自传感器、电机控制器、通讯信号等各种来源的模拟信号。
而信号转换的目的是为了使得信号能够在数字系统中进行处理和传输。
在信号转换中，常见的转换方式有模拟转数字（A/D）转换和数字转模拟（D/A）转换。
模拟转数字转换是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，可以通过采样和量化两个步骤来完成。
采样是指对连续信号按照一定的时间间隔进行取样，将连续信号转换为离散的时间序列。
量化是指对取样的信号进行幅度的离散化，将连续的信号转换为离散的幅度序列。
而数字转模拟转换是将数字信号转换为模拟信号，通常通过数模转换器来实现。
二、信号调理信号调理是在信号转换之后对信号进行增强和处理的过程。
原始信号经过转换之后，有可能会带有噪声、失真等问题，因此需要进行相应的处理和调整，以提高信号质量和可靠性。
在信号调理中，常见的操作包括滤波、放大、采样率转换等。
滤波是为了去除信号中的噪声和干扰，可以通过低通滤波器、带通滤波器等进行实现。
放大是为了增强信号的幅度，使得信号能够适应后续的处理和传输需求，可以通过放大器来实现。
采样率转换是为了将信号的采样率转换为适合特定应用的采样率，可以通过插值和抽取等技术来实现。
此外，信号调理还包括信号校准、线性化等操作。
信号校准是为了使得信号的测量和控制结果更加准确和可靠，可以通过校准电路和算法来实现。
线性化是为了使得非线性信号能够线性化处理，常见的技术包括自动增益控制（AGC）、自动调零（Auto-Zero）等。
综上所述，信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的环节。
信号转换可以将原始信号转换为适合处理和传输的形式，而信号调理则是对转换之后的信号进行增强和处理，以提高信号的质量和可靠性。
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。
心电信号采集与调理电路
心电信号的采集和调理电路1概述1.1国内外发展现状心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。
由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。
在国外，心电图机的研制和生产，占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家，相对而言国内心电图机发展速度较慢，水平较落后，心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的，20世纪50年代之前，心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。
1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来，自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。
常规的心电图机有单道和多道，虽使用方便，但体积庞大、价格高，主要适合医院，并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测；动态心电图机(HOLTER)，虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录，但是HOLTER价格昂贵，使用不方便，并且不能实时处理。
在国内，截至2007年10月，据不完全统计，我国已有医疗器械生产企业12530家，而专业生产心电图机的企业仅有20几家，大多数是中小企业，产品技术水平较低，不具备国际竞争力，所需的器件、材料、工艺，水平低基础差。
目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海，但在国内市场上均形不成主导地位。
1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80％，产品畅销；但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后，中国几家心电图机生产企业便开始滑坡，而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。
第四章 信号调理与处理
幅值调制装置实质上是一个乘法器。现在已有性能 良好的线性乘法器组件。霍尔元件也是一种乘法器。
电桥在本质上也是一个乘法装置，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
霍尔元件： VH kH iB sin
电桥：
Uy
R R0
U
0
三、调制与解调
调幅信号的解调方法
1、同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则
xm (t) xt cos 2f0t cos
xt cos 2f0t
三、调制与解调
调幅信号的频域分析
由傅里叶变换的性质知：在时域中两个信 号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
xt yt
X f Y f
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就
是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。
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，调频波的频率就等于中心频率；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。
第五章 信号变换及调理
三、调制与解调 调频波的瞬时频率可表示为． f＝fo±△f 式中f。——载波频率，或称为中心频率； △f—频率偏移，与调制信号x(t)的幅值成正比。
四、 滤波器
滤波器还有其它不同分类方法，例如， 根据构成滤波器的大件类型，可分为RC、LC或晶
体谐振滤波器； 根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和
无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与
数字滤波器等等。
滤波器的性能指标
A0
0.707A0
Q=f0 / B
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什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能
[导读] 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。
信号调理电路原理
信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、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
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
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～20V)，输出精度可达± %。
LTC1043CN 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，LTC1043CN 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LTC1043CN 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。
LTC1043CN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～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IN1、IN2 两端，IN2、IN3被三线制接法后短接，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Ω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LT1013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。
信号调理模块的功能
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。
通过信号调理的各种功能，如信号的放大、隔离、滤波、多路转换以及直接调理等，使得数据采集系统的可*性及性能得到极大地改善。
具体来说，信号调理模块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Volt 级。
因此我们需要使用信号调理模块对传感器的信号放大。
3. 隔离在测量高电压信号时，隔离电路可以保护你的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有可能引入噪声。
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。
同时也可以使用信号调理模块滤除50-60Hz的工频噪声。
5. 扩展通道数：有些信号调理模块具有多路转换器或矩阵变换电路的功能，可以把通道信号通道扩展至上千路。
6. 其他功能：信号调理模块还可以实现信号衰减、采样同步、频率-电压的转换等功能。