[工学]信号调理.ppt

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[工学]信号调理

南京工业大学测控系 信 号 调 理 ——检测电路的重要组成部分 概述 传感器中转换单元输出的信号需要经过测量电路的采样、放大、滤波、衰减、调制解调、幅频变换及数字化等不同方式的处理之后,得到适合传输及接口的标准电信号形式,以便与显示装置、控制计算机、记录仪等组成系统。测量电路属于检测技术的一个重要组成部分。 一、信号放大 仪用放大器 结论 第一级为两个同向放大器(电压跟随器),因而整个电路的输入阻抗很高(?∞) 具有很高的共模抑制能力 集成运放器件,参数离散性小;调节RB可以改变增益 仪用放大器集成电路 目前电子市场有多种类型的仪用放大器,例如美国AD公司的AD62X系列和AD8221;BB公司的INA11X系列;MAXIM公司的419X系列 理想运放的CMRR(共模抑制比)应该是无穷大的,但是大多数集成运放的CMRR值实际上在80dB以上。目前市场所有的仪用放大器的CMRR值在200Hz处就开始衰减。 现列出AD8221的特点如下: 具有优异的交流特性,共模抑制比高。当增益为1V/V时,CMRR最小为80dB,并保持到10kHz。 具有优异的直流特性,最大输入失调电压为25μV;最大输入失调电压温漂为0.3 μV/℃,最大失调电流为0.4nA。 噪声低,当工作频率为1kHz时,最大输入电压噪声为8nV;而在频率为0.1~10Hz时,仅有0.25 μV的输入噪声。 可以在-40 ℃~+125 ℃温度范围内正常工作 增益可编程,从而为客户提供较大的使用灵活性。增益可由单一电阻控制且精度很高,增益可编程范围1~1000。 采用8引脚SOIC和MSOP两种封装,是多通道或节省电路板空间应用的理想器件。 可以单电源供电,也可以双电源供电,电源电压范围±2.3V~±18V,特别适合±10V输入电压的应用情况。 隔离放大器 概述 隔离放大器可应用于高共模电压环境下的小信号测量,通过使用变压器、光或电容性的耦合技术,无需物理连接即可将信号传输至测量设备。除了切断接地回路之外,隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压,同时保护电子仪器和人身安全。隔离放大器按耦合方式不同可分为:变压器耦合、电容耦合、光电耦合三种。 变压器耦合典型器件: ISO212、3656(BURR-BROWN) AD202/204/210/215(Analog Devices) 电容耦合典型器件 ISO102/103/106/107/113/120/121/122/175 (BURR-BROWN) 光电耦合典型器件 ISO100/130、3650/3652 光电耦合器件具有体积小、寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性强、无触点且输入和输出在电气上完全隔离等特点,因而在各种电子设备上得到广泛应用。光电耦合器可以用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电——光——电转换器件。 光电耦合器 光电耦合器由光源和受光器两部分组成,把光源和受光器组装在同一密闭壳体中,彼此间用透明绝缘体隔离。光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,在输入端加电信号使光源发光,光的强度取决于激励电流的大小;此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,实现电—光—电的转换。常见的光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。 光耦器件特点 ①CMRR值很高 光耦内部发光管和受光管之间的耦合电容很小(2pF以内),所以输入的共模电压耦合到输出端的电流很小。 ②输出特性的线性度差 光敏器件自身的非线性使造成光耦器件线性度差的根本原因,通常用作开关器件,或使测量电压加在一定的偏置电压之上。 光电隔离放大器 光电耦合隔离方法是通过光信号的传输实现耦合的,输入/出之间没有直接的电气连接,具有很强的隔离作用;但是光电耦合器件具有非线性电流传输特性,若直接用于模拟量的传输,则线性度和精度都很差。于是很多器件公司推出线性光耦隔离放大器件,利用两个光电二极管进行耦合,一路反馈到输入端,一路耦合到输出端,线性度和稳定度都很好。 使用光电隔离放大器注意点: 1)放大器前、后级之间不能有任何电气连接,不能共用电源,地线也不能接在一起 2)光耦中的发光二极管的工作电流一般不超过30mA,因此光电隔离放大器的设计主要是设置光电耦合器的工作电流。 二、信号滤波 允许一定范围的信号顺利通过,抑制或削弱那些不需要的频率分量的过程称为滤波 滤波器是具有频率选择功能的电路或运算处理系统,具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。 广义上说,任何测试仪器都是一台滤波器,因其必然是将其敏感的信号转换和传递,而对其他频率信号滤除。 滤波器类型 1)按信号处理形式分: 模拟滤波器和数字滤波器 2)按功能分

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