传感器与信号调理电路-运放.ppt

西安交通大学工程训练中心 工业系统测量 传感器与信号调理电路 引言 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。 传感器 传感器定义：能感受某种信息（被测量），并按一定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。 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。 典型测量系统的组成 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…… 集成运算放大器 集成运算放大器是一种高放大倍数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。 运算放大器 运算放大器的符号以及常见的运算放大器： 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； 运算放大器 “放大”的含义及工作特性曲线 理想运算放大器 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”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”。 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 Vi＝V1－V2 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。 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）。 运放应用：反相比例放大器 运放应用：反相比例放大器 运放应用：同相比例放大器 运放应用：电压跟随器 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 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。 反相放大器的训练：接线示意图 训练电路板简介 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。 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