自动检测技术第四章--信号的转换与调理.pptVIP

山东科技大学 第四章 信号的转换与调理 一、测量放大器 测量放大器 ：具有很高的共模拟制比以及高增益、低干扰和高输入阻抗的放大器成为测量放大器。 1. 测量放大器电路原理： 微弱信号的放大如图所示，其 输出为： 对简单同相或反相输入接法，由 于电路结构不对称，抵御共模干扰 的能力很差 。 差动测量放大器电路 如图所示： 从电路图可知： 其增益为： 采用单片测量放大器芯片显然具有性能优异、体积小、电路结构简单、成本低等优点 。 AD521和AD522是AD公司推出的单片精密测量放大器。 在使用AD521（或其它任何测量放大器）时，要特别注意为偏置电流提供回路，防止放大器输出饱和。 图4-4为不同耦合方式的输入信号采用不同的偏置电流回路接线方式。 （2）AD522 AD522 主要指标为低电压漂移， /℃；低非线性，增益 时为 ；高共模抑制比，增益 时大于 ；低噪声，带宽 间为1.5 ；低失调电压， 。主要用于恶劣环境下高精度数据采集（12位采集位数）系统中。 图4-6数据防护端13接到屏蔽罩上；输入端1与3为高阻抗输入端；端2与14接增益调整电阻，调整放大倍数；采样端12与输出端7相连，基准（参考）端11与电源公共端相连，则负载两端（输出端与电源公共端）得到输出电压。图中信号地与电源公共端（电源地）必须相连，以使放大器的偏置电流构成通路，负载电流经基准端流回电源地。 二、程控增益放大器 由于被测量在较大的范围内变化，如果较小的模拟信号也放大成较大的信号，显然只使用一个放大倍数的放大器是不行的。因此，在模拟系统中，为放大不同的模拟信号，需要使用不同放大倍数。为了解决上述问题，工程上采用改变放大器放大倍数的方法解决。在微机控制的测试系统中，希望用软件控制实现增益的自动变换。具有这种功能的放大器称做程控增益放大器PAG。 利用程控增益放大器与A/D转换器组合，配合软件控制实现输出信号的增益或量程变换，间接地提高输入信号的分辨率。 程控增益放大器应用广泛，与加法A/D转换电路配合构成减法器电路；与乘法D/A转换器配合构成程控低通滤波器电路，用以调节信号和抑制干扰等。 集成模拟开关是指在一个芯片上包含多路模拟开关。目前已研制出的多种类型集成模拟开关，以采用CMOS工艺的多路模拟开关应用最广。多路模拟开关主要有四选一，八选一，双四选一，双八选一和十六选一等五种。它们除通道数和引脚排列有些不同外，其电路组成及工作原理基本相同。 下面以 单端八通道模拟开关CD4051为例，说明多路模拟开关的工作原理。CD系列电源电压；导通电阻最大值。 CD4051是集成CMOS的八选一多路模拟开关。每次只选一路与公共端接通。通道选择根据输入信号地址和INH端来控制。按真值表4-1，代码均可用TTL/DTL或COMS电平。图4-8为引脚图。 图4-10所示为由10位D/A转换器构成的程控增益放大器。把反馈电阻 作为信号Ui输入端，而反馈从D/A转换器的参考电压UR端引入。其增益为: 表4-2列出数字量Di与程控增益放大器的增益A的关系。Di为全0，开环；Di为全1，增益为 。 由于集成测量放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗、低漂移等优点，只需改变一、二个电阻可调整增益而不影响其性能。因此，可利用模拟开关与测量放大器组合成程控增益放大器。 图4-11所示为利用AD521测量放大器与模拟开关CD4052组合。软件控制D0，D1选择不同的外接电阻RG调整增益。 LH0084是一种通用性很强的放大器。通过软件调节增益，使A/D转换器满量程信号达到均一化，大大提高了测试精度。图4-12所示为LH0084程控增益放大器。其内部电路由可变增益输入级、差分输出级、译码器、开关驱动器和电阻网络等组成。其总增益为 为了保持器件的总增益精度， 的反馈电阻与差动级输人电阻 之比应保持很高精度，为保持输出级的高共模抑制比，接地电阻 ， ， 必须与所用的反馈电阻匹配。 从图看出，开关网络由译码器和开关驱动器及两个四通道模拟开关组成。通过软件控制D0、D1选择通道。每个控制信号可同时驱动对称的两个开关工作，以保证电路参数对称地变化，获得不同的输入级增益。为保证正常工作 ， ， 。 表4-3为不同增益的相应端连接方式。 利用程控增益放大器可进行量程自动切换，特别是当被测量动态范围较宽