5传感器与信号调理

1、传感器与信号调理电路传感器与信号调理电路(2学时学时)教学目的教学目的:了解测量系统的组成，并掌握仪器、了解测量系统的组成，并掌握仪器、仪表在工业系统测量中的应用。仪表在工业系统测量中的应用。典型测量系统的组成直流电源直流电源测量系统测量系统信号调理信号调理电路电路现场现场物理量物理量传感器传感器可用可用信号信号显示装置显示装置信号发生器信号发生器示波器示波器控制装置控制装置模拟传感器的输出信号测量并显示信号为系统各部分供电传感器：能感受某种信息并按一定规律将其传感器：能感受某种信息并按一定规律将其转换成另一种能量形式并作为可用信号输出。转换成另一种能量形式并作为可用信号输出。其输出的信号形式

2、通常是电量，这是因为电其输出的信号形式通常是电量，这是因为电信号易于传输、存储和处理。因此，也可以信号易于传输、存储和处理。因此，也可以狭义地理解传感器就是能将被测量转换成电狭义地理解传感器就是能将被测量转换成电信号的器件或装置。信号的器件或装置。 物理量等物理量等可用信号可用信号 ( )yfxx列举生活中常见的传感器 人体的传感器 被测量：被测量：传感器能够感受的信息叫被测传感器能够感受的信息叫被测量。有物理量、化学量、生物学量等。量。有物理量、化学量、生物学量等。可用信号：可用信号：某一定场合中便于传输和处某一定场合中便于传输和处理且可以使用的信号（常是电量）理且可以使用的信号（常是电量）

3、传感器的输出信号往往很微弱，且波形不适当，不传感器的输出信号往往很微弱，且波形不适当，不能直接用于工业系统的状态显示和控制。能直接用于工业系统的状态显示和控制。信号调理电路就是对传感器的输出信号施行一定预信号调理电路就是对传感器的输出信号施行一定预处理的装置处理的装置。如：电压放大、电流电压转换、整形、频率电如：电压放大、电流电压转换、整形、频率电 压转换等，使信号适于显示或控制的要求，而压转换等，使信号适于显示或控制的要求，而 这些电路通常要用到集成运算放大器。这些电路通常要用到集成运算放大器。信号调理电路信号调理电路运算放大器运算放大器 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

4、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。OP07LM324实物外形E+E-实物实物外形外形运算放大器运算放大器电路符号电路符号 运算放大器运算放大器 管脚起始脚管脚起始脚朝左朝左管脚序号逆时针方向增长！管脚序号逆时针方向增长！运算放大器运算放大器理理想想运运放放的的特特点点A很大，很大，1000倍以上倍以上ri很大，兆欧以上很大，兆欧以上ro很小，可以忽略很小，可以忽略o()iVAVAV VAri 故：故：ro021ovvvA0iv “虚通虚通”0iI “虚断虚断”运算法

5、则：运算法则：1、UU0iI 0or 输出是电源电压范围内的任意值。输出是电源电压范围内的任意值。故放大倍数与负载无关。故放大倍数与负载无关。 2、3、4、高增益高增益高输入电阻高输入电阻低输出电阻低输出电阻A：放大倍数运放的工作方式Va=0 a点常称“虚地”点。R2：反馈电阻。闭环放大：接入R2开环放大：不接R2，放大倍 数无穷大。+10V-10VV i V o Vai 1 a i2iaV3i3k101R310kRk1002R-+120ii120iOvvRR则21oiRvvR R3是平衡电阻，保证静态时两输入端的电阻相等。 312/RRR根据节点电流法得：反相比例放大器思考题：1、万用表量程

6、转换所用分压器，用运放如何实现。 2、试画出反相比例放大器的传输特性曲线ui_uo曲线运放的工作方式-+10V-10VVoVii1k101Rk103Rk1002Ri2112oiu RuuRR同相比例放大器同相比例放大器+0ii121oiRRuuR运算放大器的工作曲线（传输特性曲线）iuuu 运算放大器电压跟随器特点：特点： 输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大(虚断虚断)； 输出阻抗为零；输出阻抗为零；应用：应用：1、提高带载能力、提高带载能力 2、在电路中隔离前后两级电路。、在电路中隔离前后两级电路。 uo= ui运算放大器差动放大器差动放大器（减法器）（减法器）方法1：120ii120bouuuu

7、RR434aRuuuRR令：13RR24RR2121()()obaabRRuuuuuRR 解得解得 ：VibR1+_ViaVoR4R3R2差动放大器（减法器）电路分析差动放大器（减法器）电路分析212141134oaiaRRRRRvvvRRRR令 21obibRvvR 13RR24RR2142213411()ooaobiaibiaibRRRRRvvvvvvvRRRRR方法2：_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器方法方法3：运算放

8、大器总结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工作方式iaibiuuu运算放大器总结 开环方式l输出端与输入端之间除地线外没有连接。l信息单方向流动。 反馈方式(闭环方式)l有信号从输出端经过某种电路回到输入端，构成反馈回路l信息非单方向流动。工作方式正确理解运放的“工作方式” 运放内部并没有所谓的“工作方式”，它只会按照运放的工作特性曲线工作（即对所有的“工作方式”都一样）； 所谓的“工作方式”是依运放的外部连接而引入的说明。运算电路要求运算电路要求1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的

9、电熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。路图及放大倍数公式。2. 会用会用 “虚开路虚开路(ii=0)”和和“虚短路虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的分析给定运算电路的 放大倍数。放大倍数。训练内容1：反相放大器的测试 输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p = 0.4V、0.8V、1.2V、1.8V、2.5V； 双踪观察输入输出波形，记录输入uip-p(V) ，输出uop-p； 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。2op-pip-pip-p110RuuuR uip-p(V)uop-p(V)0.40.81.21.82.5

10、临界饱和时：临界饱和时： ; 。 ip-p uop-p u训练内容2：同相放大器的测试 输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p = 0.4V、0.8V、1.2V、1.8V、2.5V； 双踪观察输入输出波形，记录输入uip-p(V) ，输出uop-p 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)0.40.81.21.82.512op-pip-pip-p111RRuuuR临界饱和时：临界饱和时： ; 。 ip-p uop-p u训练内容3：电压跟随器的测试l输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p = 0.5V；l双踪观察输入输出波形；l连续改变uip-p ，双踪观察输入输出波形。操作（按书中训练内容操作）1）运放管脚的辨认2）用板子连电路3）稳压电源的跟踪接法，接地及跟随器的接地。iccuAv4） 5）v是提供给芯片工作的电源6）书中训练内容只作0.4V，0.8V，1.2V，1.8V，2.5V，且用 示波器测量输出波形7）波形记录（草图）8）训练的意义：观察相位、测幅值、测iouu特性曲线。训练注意事项训练注意事项信号发生器信号发生器