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传感器检测电路设计 第一节 检测电路设计概述 为什么需要信号转换和处理电路？ 检测与处理电路设计的基本要求？ 1、稳定性 ①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。 不同的传感器的输出阻抗不一样； 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器 压电陶瓷、光敏二极管（100M?） 输出阻抗小——变压器匹配 动圈式传声器（30-70?） 1） 反相放大器 2） 同相放大器 集成运算放大器可以作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元电路组成电子应用电路。 同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感器的测量放大电路。 同相放大器输入阻抗ri+ ri+= ri(1+AF) 同相放大器输出阻抗ro+ ro+= ro/(1+AF) 电压放大器电路举例 3） 基本差动（差分）放大器 什么是差动放大器？ 差动放大器是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。 二、 仪用放大器/电路 什么是仪用放大器？ 是一类高输入阻抗，高共模抑制比的差分放大器。具有精度高，稳定性好等特点，经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器，也称为仪器放大器。 典型的仪表放大电路如下图所示，图中所有电阻均采用精密电阻。 仪表放大器电路举例 三、 电桥放大电路 何谓电桥放大电路？ 由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。 应用于何种场合？ 应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。 什么是隔离放大电路？ 隔离放大电路是一种特殊的测量放大电路，其输入回路与输出回路之间是电绝缘的，没有直接的电耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。 应用于何种场合？ 隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。 五、电荷放大器 六、集成隔离放大器 定义： 集成隔离放大器是一种特殊的仪用放大器，其输入、输出和电源电路之间，在电流上和电阻上彼此隔离而没有直接的电路耦合。 特点： 具有保护系统硬件不受高共模电压（CMV）损坏的能力； 没有外偏流流入引线，泄漏电流很低，解决了噪声拾取问题； 具有非常高的共模抑制能力。 耦合方式： 变压器耦合 利用变压器耦合实现载波调制，通常具有较高的线性度和隔离性能，但是带宽被限制在1KHz以下。 光电耦合 利用LED光电耦合的方法实现载波调制，其隔离性能不如变压器耦合，但可获得10KHz的带宽。 第四节 信号变换电路 电流—电压（I-U）变换电路 电压—电流（U-I）变换电路 电压—脉冲（V-F）变换电路 脉冲—电压（F-V）变换电路 1、电流—电压变换电路(电流放大器) 电流—电压变换电路实例 2、电压-电流变换 将传感器输出的电压或电流信号高低变成单位时间内脉冲数的多少称作对信号进行前处理。这样就大大提高了信号传输的抗干扰能力，解决了长距离传输的问题。 这种方法只适用于实时性要求不是太高的场合。 4.脉冲数—电压变换电路 脉冲数-电压变换电路即频率-电压转换器，简称 F/V 转换器； 由于转换的阈值和增益可调，且具有很低的非线性误差，它在电机转速控制、电源频率监视器和VCO 稳定电路方面都具有广泛的应用； 二、传感器的噪声来源 传感器和电路元件产生的噪声 电阻产生的噪声(热噪声：自由电子随机热运动） 晶体管产生的噪声（散粒噪声+1/f噪声） 放大器产生的噪声 接触噪声（接触面导电率不一样） 开关器件产生的噪声 寄生振荡干扰（布线不合理） 三、干扰的耦合方式 1、静电耦合（电容性耦合） 由于两个电路之间存在着分布电容，当其中一个电路的电位发生变化时，该电路的电荷就会通过分布电容传送到另一个电路。 四、噪声的抑制 噪声的抑制途径 消除或抑制干扰源 减少接收电路对干扰的灵敏度 阻断干扰的传输途径和耦合方式 传感器和电路器件产生的噪声的抑制 （1）为减少电路元件的热噪声，应使放大器的外部电阻尽量小； （2）使用双极型晶体管的前置放大器来放大传感器的输出信号的场合，选取 IC值尽可能小； （3）选用 Vna、Ina