第一篇：信號調(diào)理電路

信號調(diào)理電路 信號處理電路，把模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數(shù)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(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，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(shù)字信號之前必須進行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標模擬信號等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到MCU或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。

信號調(diào)理將您的數(shù)據(jù)采集設備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，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(xiàn)的。關鍵的信號調(diào)理技術可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。

信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設備能夠識別的標準信號。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型并輸出之。因為工業(yè)信號有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須調(diào)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(diào)理，要視待采信號的特點而定，若信號很小，則要經(jīng)過放大將信號調(diào)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(diào)理電路

傳感器信號調(diào)理電路

傳感器信號調(diào)理電路

信號調(diào)理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出和其他目的的數(shù)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(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，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(shù)字數(shù)據(jù)之前必須進行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標模擬信號，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(chǎn)生滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分辨率、精度和取樣率的數(shù)字輸出。

傳感器

傳感器根據(jù)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(chǎn)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(tài)范圍

在傳感器的激勵范圍產(chǎn)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(jù)傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個職責是根據(jù)所呈現(xiàn)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?？煽康姆糯笃魈匦詫τ趥鞲衅鳌糯笃鹘M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(yōu)先考慮的。PH傳感器所提供的信號不允許產(chǎn)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(yōu)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(diào)電壓小于1mV。放大器提供軌到軌工作并具有高驅(qū)動能力，能在長線上發(fā)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(wǎng)絡，應變片構(gòu)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(wěn)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(qū)動放大器A1。這可為橋提供非常精確、穩(wěn)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(diào)電壓(VOS)漂移(也稱之為失調(diào)電壓溫度系數(shù)TCVOS)和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數(shù)。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(fā)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(fā)射強度正比于能量的短脈沖。然后由PIN光電二極管把光轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)電壓和低失調(diào)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(fā)生的數(shù)。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(jù)兩個不同金屬線結(jié)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(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移。

信號調(diào)理系統(tǒng)的最后級——ADC

信號調(diào)理系統(tǒng)的基本目標是盡可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數(shù)據(jù)變換為數(shù)字形式，此任務就落在ADC身上。所用ADC的類型由一系列參數(shù)決定。這包括所需的分辨率(位數(shù))、速度(數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)字信號處理器)的重要參數(shù)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(shù)信號調(diào)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(zhuǎn)換器是所有ADC中最通用的，這種轉(zhuǎn)換器把高分辨率(高達

16位)和高吞吐能力結(jié)合在一起。

積分ADC具有長操作時間，這是因為所用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換高頻ac信號。

第三篇：干涉型光纖擾動傳感器信號調(diào)理電路的設計和仿真

龍源期刊網(wǎng) http://.cn

干涉型光纖擾動傳感器信號調(diào)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(xiàn)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(yè)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(nèi)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(jié)果與分析……………………………………………..…….……10

四、總結(jié)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(shù)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(zhì)因數(shù)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(shù)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(fā)射極電流的關系為：

有關，其關系為：，為發(fā)射結(jié)電導，與晶體管的電流放大系數(shù)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(fā)射結(jié)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(fā)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(jiān)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(shù)Avo，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)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(fā)生器的輸出頻率為f0，輸出電壓為幾毫伏；然后調(diào)諧集電極回路即改變電容C或電感L使回路諧振。LC并聯(lián)諧振時，直流毫安表mA的指示為最?。ó敺糯笃鞴ぷ髟诒悹顟B(tài)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(shù)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(diào)諧回路的總電容量。

(4)矩形系數(shù)

諧振放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來表示，如上圖所示，矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1Avo時對應的頻率范圍與電壓放大倍數(shù)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(shù)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?？梢酝ㄟ^測量諧振放大器的頻率特性曲線來求得矩形波系數(shù)Kr0.1。

(5)噪聲系數(shù)

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(zhì)量好。

噪聲系數(shù)：用來衡量放大器噪聲對信號質(zhì)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(shù)。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(diào)理器設計—大二暑期信號分析實習報告

文章標題：信號調(diào)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(xù)的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路提供、兩種信號電壓。

（2）電橋具有調(diào)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(jù)節(jié)點電流定律：A點：

B點：

由電路圖得，；；；

；；；

由以上關系，可得：；；

根據(jù)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(diào)零電路設計

電橋初始狀態(tài)輸出應為零（平衡狀態(tài)），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(tài)輸出不為零。

解決的方法：設置調(diào)零電阻

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