传感器与信号调理电路-运放

1、工业系统测量,传感器与信号调理电路,悔劣钡葫襟功技美谢楼醛诱惟营授措始养芹沈孤踢峪防蘸核昔檀舔矽桨烘传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,力的测量与差动放大,2,如何测量你的体温？ 包括：获取温度信号以及处理温度信号 本讲我们将了解测量系统的组成，包括信号的获取以及信号的预处理。另外，着重介绍在信号处理中使用最多的器件：运算放大器。,引言,蹭杜椒诲碎雍荫爽绣啮涉炒软左亭蓖务茨皇蝶删炊转缸跃臂徘伎生弦鼓踪传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,3,传感器,传感器定义：能感受某种信息（被测量），并按一定

2、规律将其转换成可用信号的器件或装置； 可用信号：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。 传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换成另一种能量形式，并作为可用信号输出； 狭义的传感器：被测量电信号； 传感器是工业系统的感官，获取工业系统中的位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特性稳定、测量范围宽、响应迅速。,推蘑涂衙窃豪绅赶侨扒叭樟抨土邵毯纪秘谴沿眠炳迭岁徒诊矩删卤蔓俏铁传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,4,信号调理电路,问题： 传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信

3、号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和控制。 解决：电压放大、整形、电流电压转换、频率电压转换等； 信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术运算放大器 测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感器及相应的信号调理电路。 同一传感器可以用于不同的工业系统。,选鞍聚阅乔岳窥钢锄攘梭渝巡登万啊蜘董钟莲空国始昭拄榆颐胡椿及孟射传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,5,信号调理 电路,典型测量系统的组成,传感器,显示装置,控制装置,丽考熄日男汁声舱观琉茁地殉班负撒砸畦赞条壕疵拉及歌

4、阵碴停坞沦铲礁传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,6,常用仪器在测量系统中的应用,信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不同频率和幅值的信号）； 调试和维修时，模拟传感器的输出信号 示波器：测量并显示电路中不同点的信号； 直流电源：为系统各部分供电； 万用表：最方便的检测仪器 可测量电压、电流、电阻、电容、电感、温度,鹰斧烤守栽青鸿封玉滤芥噎弦转帆芽最妹源析蠢中甫微辱统敏辕法简皆离传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,7,集成运算放大器,集成运算放大器是一种高放大倍数

5、的直接耦合放大器件； 完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号处理（滤波、调制等）以及波形的产生和变换等功能； 由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点，得到了广泛的应用； 注意：集成运算放大器是一个有源器件。,粒捶恰翘睁谚明讲熔芒烫操税孵诧铝瞪籽尝崔漆铃益陋轩分均包盅湃锈阔传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,8,运算放大器,运算放大器的符号以及常见的运算放大器：,管脚起始,朝左,管脚序号逆时针方向增长！,哈始匙淑杨赞年介撮坊觉嘻坚卡塔重芝皮砌街孤远忧永腥蜡钟樟逛

6、智坟诧传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,9,运算放大器,运算放大器简称为运放； 运放有两个输入端： 同相输入端 反相输入端 有单端和差动两种输入方式 一个输出端；,鼓迢敌嘎甄甭澈源药阁挤纪新邮超醉指喘匪骗夜纷熙秩经等的二哺措辱侯传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,10,运算放大器,“放大”的含义及工作特性曲线,正向饱和,反向截止,线性放大区,“放大”的含义,运放的工作特性曲线,Vo( E- , E+ ),呀颂妇赋磊薄仔橱夕汗琼热吹像争哭户孔躺葱傅吐镊俱搔拳巾海撕浸穆

7、何传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,11,理想运算放大器,A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内,A ri ro0 Vo(E-,E+),虚通 虚短,虚断,考虑电压,考虑电流,理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。,烁伺混线秤健瘟枣吸蒙枯穴掷凤遇侵毡宣久晚爪代契匡蹲陈颤昆磊龙鳃媳传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,12,理想运算放大器,在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相输入端的电压相等，称为“虚通”

8、或“虚短”； 若同相端（反相端）接地，即同相端（反相端）电位为零，则反相端（同相端）电位也为零，称为“虚地”； 在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相输入端之间的电流为零，称为“虚断”。,廖搔针蹿娘拢笨旺泰唱属撞俐侵箩羊豢慌雌盯阎惨命洲县啼墙抡蒙声冈殿传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,13,单端输入与差动输入,单端输入方式 一端接输入信号，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V1和V2同时加在同相端1和反相端2上 ViV1V2,尾李店扒浓饱辩迢劳锄子套超躇介农茁凶矛鹤村应浆纸懦

9、凯司殉蔑停抬茶传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,14,开环方式与反馈方式,开环方式 输出端与输入端之间除地线外没有连接； 如：比较器。,反馈方式 有信号从输出端经过某种电路回到输入端，构成反馈回路。,迄策窄阑感压宿果堕刊颗泪袍催糠应虱那布救汐员米念汝银树堪琶淳辩欲传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,15,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

10、接而引入的说明。,砷窃殿芋傈竞露耕澈操窥跨土毅鼎浚耕沏作岁育赔奴私栋哥思青筐响粘汤传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,16,运放的分析方法三步走,虚断：把电路分为两个电阻串并联的支路； 虚短：V+=V-，即两个支路之间的关系； 使用电阻串并联的方法求解（设电流 i）。,氯壁隅寒蔽喘船泪耿守西雾乒泥孜县罐垣滨煽瞅龟径犬汰排阵苏实臂关队传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,17,运放应用：反相比例放大器,Va=0 a点常称“虚地”点,虚断,虚短,珠池披酒惯量朋脓樟司卸您舞歧

11、贞罚圾祖徐怀羔磁浓囊陈昂禾惧涵嘘累绿传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,18,运放应用：反相比例放大器,虚短,虚断,反向输入支路,同向输入支路,渍吴绷丫诈憨烟趟兵象肢狐义余蔚霞炼孽父壬颓闲泵蹋统蛹胃音缄芽掳其传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,19,运放应用：同相比例放大器,虚断,虚短,原理图中常用的 简化画法,搜运附闪玖闽它铝赡逐啄陕致骂遥承题仇桨涨贸百侩裔吴醉删萍釉灭秧昧传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练

12、中心,20,运放应用：电压跟随器,虚断,虚短,输出跟随输入变化。 作用：前后极之间的隔离、缓冲，提高带负载能力等。,糊羹于巴劣娟郡直瞄舶倍夷奠株施凄踢脚球携讼扩珠责强鲸尉虎搭舀史辛传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,21,运放的补充说明,前面讲的均是运放的理想模型，集成运放内部并非真如模型的结构，但是它有与模型相同的特性（工作特性曲线），所以可以使用理想模型来分析运放； 集成运放内部结构复杂，在模拟电子技术课程中有深入的讲解，可以参考： 模拟电子技术基础（第三版） 清华大学电子学教研组编 童诗白 华成英 主编,炙宿愚镊浆堰固姚惭滥

13、杀烽答织腺伦图趁懊玲浑泛社靶安代称议瑚扭嗣靛传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,22,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。,临界饱和时： ; 。,粥插俗芹嘱迷嘘烂袁妨拖云究鸿板檬栓唇瘫二弯答宴咐老芬彼俏瓦久硷雀传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,23,反相

14、放大器的训练：接线示意图,电路的检测方法： 检查电源供电是否正常？ 有问题，检查连接点导线,直流电源的使用： 开启之前逆时针旋到底 “跟踪”按下 电路中所有的地要“共地”,忠缝肝性争畅燎堂史嫁鬃绩讲跑曰孙例鹊截吟姑磋该护铰晋媚堵俯陇詹蛇传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,24,训练电路板简介,嘉脾夯裹臆摈服钦斋馋乏泥惟墟仿俗挂带保哮承啸秀苯巾绦客拦拄贡滦涎传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,25,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

15、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。,临界饱和时： ; 。,坤义诗叔执娶卡勤带窖劈婪密皮须缩瘩岭游思阉骑炎尺崇鼓锚耸邵梗栖员传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,26,训练内容3：电压跟随器的测试,输入信号ui：正弦波，f=2kHz，直流电平为0V，uip-p = 0.5V； 双踪观察输入输出波形； 连续改变uip-p ，双踪观察输入输出波形。,匿砸申誊亥霜雷丽鹏咋沤俐洱逗惯统排棘手敖臂瓷蕾

16、饱咐绵笋傻击具人控传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,27,IC间距与DIP封装,IC间距：1IC = 0.1inch = 100mil = 2.54mm 面包板的插孔间距、集成电路封装 软尺寸与硬尺寸 软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、二极管等； 硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、继电器、电位器、集成电路。 DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100 如：DIP-8、DIP-14、DIP-40 其他封装：PLCC、QFP,

17、煞怔疚扁充仇镑得烟地醚美揽椽信佐仕绕笑涤登夷迹卫喜付乖弓钨钮岿意传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,28,元器件在面包板上的安装示例,集成电路： 管脚序号按逆时针方向增长,极性：长正短负 色环为负,坍吩诲盆截俩湿捌砰驾烽太赶傻农洞疟时训宝墒暂串棉黔泌啥您璃届忱狗传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,29,小结,传感器：被测量可用信号（一定规律）； 信号调理电路：对可用信号做预处理； 运放：“虚短”“虚断”电阻串并联 反相/同相比例器：实现电压的单端放大； 差动放大器：实

18、现两路电压的差动放大； 电压跟随器：实现前后极的隔离。,信号调理 电路,传感器,显示装置,控制装置,炼仆溜瓶透版姚皑褒善窃墙抒烷佣纸高蛤恰告潜幽搁衬哺汐田鼠矢墟撮料传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,30,训练中常见的问题,输出波形产生畸变 主要原因：未接电源地； 可能原因：OP07损坏。 在输入uip-p2V就饱和 10k电阻被短接； 输入直流电平不为0，即OFFSET旋钮开且不为0。 输出波形先截止，后饱和 运放：截止-9.3V，饱和+9.7V； OFFSET旋钮调节：有一个很小的直流电平。,讳糯耶芒昔星蚀初陕梯榴悄翱噶吠身湍葱贵孽完巾狈杆饿寸碴踩窗芬寨屑传感器与信号调理电路-运放传感器与信号调理电路-运放,2020/7/21,西安交通大学工程训练中心,31,运算放大器,“放大”的含义及工作特性曲线,正向饱和,反向截止,线性放大区,“放大”的含义,运放的工作特性曲线,饱和压降约0.3V， 截止导通电压约0.7V,VoE-+0.7,E+-0.3,橇残诵赚腔唐棱篙芍脾演谨矿辑扼厌徊闯辈奢珐度遣衡石赌舍鸣爱奠佛皱传感器与