第一篇：信號調理電路

信號調理電路 信號處理電路，把模擬信號變換為用于數據采集、控制過程、執行計算顯示讀出或其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等...但由于傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字信號之前必須進行調理。調理就是放大，緩沖或定標模擬信號等，使其適合于模/數轉換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到MCU或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。

信號調理將您的數據采集設備轉換成一套完整的數據采集系統，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號類型(從熱電偶到高電壓信號)來實現的。關鍵的信號調理技術可以將數據采集系統的總體性能和精度提高10倍。

信號調理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成采集設備能夠識別的標準信號。是指利用內部的電路(如濾波器、轉換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型并輸出之。因為工業信號有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統正確識別，必須調整理清之。

一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調理，要視待采信號的特點而定，若信號很小，則要經過放大將信號調理到采集卡能夠識別的范圍，若信號干擾較大，就要考慮采集之前作濾波了。

第二篇：傳感器信號調理電路

傳感器信號調理電路

傳感器信號調理電路

信號調理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數據采集、控制過程、執行計算顯示讀出和其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、力、流量、運動、位置、PH、光強等。通常，傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。調理就是放大，緩沖或定標模擬信號，使其適合于模/數轉換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。此鏈路工作的關鍵是選擇運放，運放要正確地接口被測的各種類型傳感器。然后，設計人員必須選擇ADC。ADC應具有處理來自輸入電路信號的能力，并能產生滿足數據采集系統分辨率、精度和取樣率的數字輸出。

傳感器

傳感器根據所測物理量的類型可分類為：測量溫度的熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)、熱敏電阻；測量壓力或力的應變片；測量溶液酸堿值的PH電極；用于光電子測量光強的PIN光電二極管等等。傳感器可進一步分類為有源或無源。有源傳感器需要一個外部激勵源(電壓或電流源)，而無源傳感器不用激勵而產生自己本身的電壓。通常的有源傳感器是RTD、熱敏電阻、應變片，而熱電偶和PIN二極管是無源傳感器。為了確定與傳感器接口的放大器所必須具備的性能指標，設計人員必須考慮傳感器如下的主要性能指標：

·源阻抗

——高的源阻抗大于100KΩ

——低的源阻抗小于100Ω

·輸出信號電平

——高信號電平大于500mV滿標

——低信號電平大于100mV滿標

·動態范圍

在傳感器的激勵范圍產生一個可測量的輸出信號。它取決于所用傳感器類型。

放大器功用

放大器除提供dc信號增益外，還緩沖和定標送到ADC之前的傳感器輸入。放大器有兩個關鍵職責。一個是根據傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個職責是根據所呈現的負載接口ADC。關鍵因素包括放大器和ADC之間的連接距離，電容負載效應和ADC的輸入阻抗。

選擇放大器與傳感器正確接口時，設計人員必須使放大器與傳感器特性匹配。可靠的放大器特性對于傳感器——放大器組合的工作是關鍵性的。例如，PH電極是一個高阻抗傳感器，所以，放大器的輸入偏置電流是優先考慮的。PH傳感器所提供的信號不允許產生任何相當大的電流，所以，放大器必須是在工作時不需要高輸入偏置電流的型號。具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS輸入放大器是符合這種要求的最好選擇。另外，對于應用增益帶寬乘積(GBP)是低優先考慮，這是因為傳感器工作在低頻，而放大器的頻率響應不應該妨礙傳感器信號波形的真正再生。

傳感器和放大器匹配電路

PH電極緩沖器

高阻抗PH傳感器可與具有低功率電路(僅需要2個1.5V電池供電)的放大器配對。放大器MOS輸入晶體管為傳感器提供高阻抗，傳感器輸出阻抗為1MW或更大。此放大器的輸入偏置電流小于1pA，所以，放大器工作消耗非常小的電流。放大器的失調電壓小于1mV。放大器提供軌到軌工作并具有高驅動能力，能在長線上發送信號(放大器遠離ADC的情況)。在電路中增加了一個精密溫度傳感器，可以測量PH傳感器的溫度。這使得具有精確的PH溫度補償值。

完整的傳感器橋接口

·測量應變片傳感器通常要通過橋網絡，應變片構成橋的兩個(或4個)臂。應變片是低源阻抗器件，其輸出信號范圍是小的(幾百微伏~幾毫伏)。圖3所示的電路能為精確測量傳感器信號提供測量橋穩定激勵電壓和高共模電壓抑制(CMR)，消除了任何共模電壓。用高精度和非常低漂移(隨溫度)的精密電壓基準驅動放大器A1。這可為橋提供非常精確、穩定的激勵源。因為共模電壓大約為激勵電壓的一半，所以被測信號僅僅是橋臂之間小的差分電壓。放大器A2、A3、A4必須提供高共模抑制比(CMRR)，所以僅測量差分電壓。這些放大器也必須具有低值輸入失調電壓(VOS)漂移(也稱之為失調電壓溫度系數TCVOS)和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數。放大器A1~A4連接成儀表放大器以達到上述目標。這種配置的電壓增益(AV)為：AV=(1+2R2/bR2)(aR1/R1)，其中a和b是確定總增益的比值。

輻射分析儀通道

輻射譜測量來自輻射源的發射能量的分布，輻射源可以是粒子，X射線或γ射線。輻射照到閃光晶體上并發射強度正比于能量的短脈沖。然后由PIN光電二極管把光轉換為電流。放大器(見圖4)用做首置放大器和PIN光電二極管輸出的電流/電壓轉換器。此電路為用于基本輻射譜的單通道分析儀。信號的脈沖幅度包含重要信息，所以低輸入失調電壓和低失調電壓漂移是重要的。寬帶寬為處理脈沖(可窄到幾納秒)提供快速響應。首置放大器輸出(VOUT)到脈沖幅度分析儀(如快速ADC)來測量和儲存每個峰值發生的數。分布是單個源的光譜。反饋電阻R1值取決于來自PIN光電二極管的最大電流和到ADC的最大輸出電壓。因此，R1=(MaxVOUT)/(MaxISIGNAL)。電容C1用于PIN光電二極管寄生電容的補償。R2和C2相當于R1和C1用于補償放大器非倒相輸入的輸入偏置電流。

熱電耦接口電路

熱電偶根據兩個不同金屬線結點之間的溫度差提供電壓信號。熱電偶溫度傳感器具有一個感測端(金屬A/金屬B連接端)和一個參考端(金屬A和金屬B與銅導線連接端)。冷端參考溫度與熱電偶信號一道進行控制和測量。熱電偶具有大約10mV/℃~80mV/℃的小信號電平范圍和小的源阻抗。配置成差分放大器的單放大器(圖5)把信號放大到ADC輸入所需的電平。差分放大器增益為：

AV=xR/R

其中x是電阻比，它決定增益。差分配置有助于抑制熱電偶線的共模拾取。放大器應具有低失調電壓和低失調電壓漂移。

信號調理系統的最后級——ADC

信號調理系統的基本目標是盡可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數據變換為數字形式，此任務就落在ADC身上。所用ADC的類型由一系列參數決定。這包括所需的分辨率(位數)、速度(數據吞吐率)、ac或dc信號輸入、精度(dc和ac)、等待時間(取樣周期開始和第一個有效數字輸出之間的時間)和電源電平。在輸出端(接口到微控制器或數字信號處理器)的重要參數包括串行或并行、處理器的輸入電壓電平、有效的電源電壓和功耗考慮。

大多數信號調理應用采用逐次逼近(SAR)或積分型ADC。這兩種ADC能很好地處理dc信號，而SAR型ADC對快速ac信號能提供更好的支持。SAR轉換器是所有ADC中最通用的，這種轉換器把高分辨率(高達

16位)和高吞吐能力結合在一起。

積分ADC具有長操作時間，這是因為所用轉換方法的原因，但通過信號平均使其具有噪音低的特點。對于中頻ac信號，D-S轉換器是最好的選擇，因為它們具有高分辨率和高精度。D-S轉換器分辨率高達24位，但以降低速度為代價，其等待時間非常長。其他兩類ADC—流水線和分段ADC是高速器件，非常適合用于轉換高頻ac信號。

第三篇：干涉型光纖擾動傳感器信號調理電路的設計和仿真

龍源期刊網 http://.cn

干涉型光纖擾動傳感器信號調理電路的設計和仿真

作者：盛興 鄧大鵬 廖曉閩 張建成來源：《現代電子技術》2011年第04期

第四篇：高頻小信號放大電路課程設計

通信基本電路課程設計報告

設計題目：高頻小信號放大電路

專業班級

學 號 學生姓名 指導教師 教師評分

目 錄

一、設計任務與要求………………………………….………………………..2

二、總體方案…………….………………………….…………………………..2

三、設計內容…………………………….………….…………………………..2 3.1電路工作原理………………………………..………………….……….3 3.1.1 電路原理圖……………………………………………………….3 3.1.2 高頻小信號放大電路分析……………......….……….………….3 3.2 主要技術指標…………………………………...………….……………6 3.3仿真結果與分析……………………………………………..…….……10

四、總結及體會…………………………………………………………………12

五、主要參考文獻………………………………………………………………13

電路原理圖如圖1：

圖1高頻小信號諧振放大器multisim電路

分析電路：

（1）增益要高，即放大倍數要大。

（2）頻率選擇性要好，即選擇所需信號和抑制無用信號的能力要強，通常用Q值來表示，其頻率特性曲線如圖2所示,帶寬BW=f2-f1= 2Δf0.7，品質因數Q=f0/2Δf0.7.

圖4 諧振放大器電路的等效電路

放大器在諧振時的等效電路如圖4所示，晶體管的4個y參數分別如下：

輸入導納：

輸出導納：

正向傳輸導納：

反向傳輸導納：

式中為晶體管的跨導，與發射極電流的關系為：

有關，其關系為：，為發射結電導，與晶體管的電流放大系數及。

為基極體電阻，一般為幾十歐姆；

為集電極電容，一般為幾皮法；

為發射結電容，一般為幾十皮法至幾百皮法。

圖5 小信號放大器分析電路 如上圖圖5所示，輸入信號分別用于測量輸入信號

由高頻小信 號發生器提供，高頻電壓表，與輸出信號的值。直流毫安表mA用于測量放大器的集電極電流ic的值，示波器監測負載RL兩端輸出波形。表征高頻小信號諧振放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大系數Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數Kr0.1），采用圖5所示電路可以粗略測各項指標。諧振放大器的性能指標及測量方法如下。

(1)諧振頻率

放大器的諧振回路諧振時所對應的頻率f0稱為諧振頻率。f0的表達式為：

式中，L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；的表達式為：

式中，為晶體管的輸出電容；

為晶體管的輸入電容。

為諧路的總電容，諧振頻率f0的測試步驟是，首先使高頻信號發生器的輸出頻率為f0，輸出電壓為幾毫伏；然后調諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯諧振時，直流毫安表mA的指示為最小（當放大器工作在丙類狀態時），電壓表

圖6放大器的頻率選擇性曲線

由BW得表達式可知：

通頻帶越寬的電壓放大倍數越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時又能提高放大器的電壓增益，由式可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還應盡量減少調諧回路的總電容量。

(4)矩形系數

諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數Kr0.1來表示，如上圖所示，矩形系數Kr0.1為電壓放大倍數下降到0.1Avo時對應的頻率范圍與電壓放大倍數下降到0.707 Avo時對應的頻率偏移之比，即

上式表明，矩形系數Kr0.1越接近1，臨近波道的選擇性越好，濾除干擾信號的能力越強。可以通過測量諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數Kr0.1。

(5)噪聲系數

信噪比：用來表示噪聲對信號的影響程度，電路中某處信號功率與噪聲功率之比稱為信噪比。信噪比大，表示信號功率大，噪聲功率小，信號受噪聲影響小，信號質量好。

噪聲系數：用來衡量放大器噪聲對信號質量的影響程度，輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比值稱為噪聲系數。在多級放大器中，最前面一、二級對

.有掃頻儀（波特圖示儀）得出放大器的頻率選擇性曲線圖如下：

由圖可知通頻帶BW=

得

五、主要參考文獻

[1]張肅文.高頻電子線路（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2004 [2]張肅文.高頻電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2009 [3]曾興雯，劉乃安，陳健.高頻電路原理與分析（第四版），西安：西安電子科技大學出版社,2006

第五篇：信號調理器設計—大二暑期信號分析實習報告

文章標題：信號調理器設計—大二暑期信號分析實習報告

****作用：對傳感器輸出的信號進行放大、濾波、消除干擾，為后續的A/D轉換提供具有足夠能量的所需信號。

一、設計任務

橋式放大電路、低通濾波器和恒流電源設計等，其輸出應滿足A/D卡要求。畫出原理圖及pCB圖。

技術要求：（1）為A/D轉換電路提供、兩種信號電壓。

（2）電橋具有調零和標定功能。

（3）電路具有抗混淆低通濾波功能，以滿足抽樣定理。

二、電橋放大器設計（電橋 放大器）

1、電源接地的電橋放大器

（圖）

假定為單臂工作：；

根據節點電流定律：A點：

B點：

由電路圖得，；；；

；；；

由以上關系，可得：；；

根據運算放大器特性：；可解得：；

當時，上式近似為

2、電源浮地的電橋放大器

（圖）

單臂工作時：

同時，由輸出端得：；

解得：

3、雙運放電橋放大器

單臂工作，電橋由兩個運放組成，恒流源供電。

特性分析：A點C點等電位：，B電位：；

則；因，即

解得：

三、恒流源設計

電壓——電流變換電路

當輸入電壓恒定時，負載中的電流恒定，與負載無關。

四、調零電路設計

電橋初始狀態輸出應為零（平衡狀態），實際上，由于橋臂電阻不可能絕對相等，接觸電阻不完全相等，導線電阻存在差異，所以常使初始狀態輸出不為零。

解決的方法：設置調零電阻

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