第十六章测量信号的调理介绍.ppt

设T为积分时间，tc为放电时间，从图可以看出， ， ，当t=T时，积分结束，此时电容上的电压等于比较器下限阈值电压 ，所以 充放电频率为 ，当充放电频率低，并且放电迅速时，可忽略tc，这时 可见输出频率与输出电压成正比，满足V-F的转换条件。 16.5.2 电压—电流转换技术 把直流信号电压变换成直流电流后，再进行传输，可以减小传输中线路电阻和负载电阻变化的影响。信号的量程通常为4mA～20mA。图为一种简单的电压—电流转换电路。RL为负载电阻，信号电压在运放同相端输入。利用理想运放条件，流过负载RL的电流与流过电阻R1和R2的电流相等，且反相端电位与同相端电位相等，由此可求得电流为： 可见，输入电压变换为电流信号输出，变换系数可由R2调节。 一般常用运放最大输出电流约为20mA，输出电流大时，运放功耗大。为降低运放功耗，可在运放输出接三极管推动负载工作。图16.18为一种接入三极管的电压—电流转换电路，RL为负载电阻，当R2＞＞Rf+RL时，可认为流过Rf和RL的电流相等，都为i0，可以推得电流i0与输入电压的关系为 可见i0与输入电压成正比，与 RL 无关，具有恒流特性。 16.6 电压和电流放大变换技术 传感器的输出电压或电流一般来说都比较小，电压为毫伏级或微伏级，电流为微安级或毫安级。通常采用集成运算放大器（Operation Amplifier）构成的放大电路将其放大或变换到伏级电压输出。 通常传感器的输出包括共模（Common mode）信号和差模（Differential mode）信号，如果将传感器的输出等效为电压源，则应包括共模电压和差模电压。通常共模电压是无用的信号，必须进行抑制，而差模电压是需要进行放大的有用信号。在一些场合，共模信号往往比差模信号大许多倍，因此，要求放大器有极大的差模放大倍数和极小的共模放大倍。换言之，有极大的共模抑制比CMRR（Common mode repression ratio）。CMRR定义为： 集成运算放大器是内部具有差分放大器的集成电路，有两个输入端和一个输出端，“+”端为同相输入端，表示输出信号与输入信号相位相同，“-”端为反相输入端，表示输出信号与输入信号相位相反，符号表示如图所示。理想运算放大器具有如下特点：（1）共模抑制比为无穷大。（2）输入阻抗为无穷大。（3）对差模信号的开环放大倍数为无穷大。 实际的集成运算放大器是高增益（104～107）、高输入阻抗（几千欧姆～几十兆欧姆）、低输出阻抗（100Ω）的直流放大器。为了分析电路时方便获得电路方程，常将实际的集成运算放大器视为理想运算放大器。 利用集成运算放大器，可以组成很多信号调理放大电路，下面将介绍一些常用的放大电路。 16.6.1 同相放大器 在分析电路时，常利用虚短和虚地的概念。 图为同相放大器电路图，根据基尔霍夫电流定律及虚短的概念，可以得到下式： 解上述方程，可以得到增益 在同相放大器中，可以用虚短的概念，不能用虚地的概念，因为在反相端有反馈电流流过，电位不为零。 16.6.2 反相放大器 图为反相放大器电路，根据基尔霍夫电流定律及虚地的概念，可以得到下式： 解上述方程，可以得到增益 式中负号表示输出信号与输入信号的相位相反。 16.6.3 差动放大器 图为差动放大器电路，根据理想运放条件及虚短的概念，可以得到下式： 通常取 ， ，又 ，所以根据上面两个式子可以得到电路的增益 可见，差动放大器的输出电压与输入电压差成正比，通常取 。 16.6.4 对数放大器 图为对数放大器原理电路，设Is为二极管反向饱和电流，VT为二极管参数，室温条件下，VT=26mV，VD为二极管的管压降，ID为流过二