第3章 检测信号的处理(1)

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1、第第3章章 检测信号的处理检测信号的处理工业仪表常用标准信号：工业仪表常用标准信号：电压：电压： 0-5V，0-10V, 1-5V电流：电流： 0-10mA 0-20mA 4-20mA 第第3章章 检测信号的处理检测信号的处理u3.1 放大器放大器u3.2 滤波器滤波器u3.3 信号转换电路信号转换电路u3.4 非线性特性的线性化非线性特性的线性化第第3章章 检测信号的处理检测信号的处理u3.1 放大器放大器 放大器将传放大器将传感器输出的微弱感器输出的微弱电信号放大到足电信号放大到足以进行各种转换以进行各种转换处理或推动各种处理或推动各种执行机构。执行机构。第第3章章 检测信号的处理检测信号

2、的处理u3.2 滤波器滤波器滤波器滤波器可以可以从测量信号中分离出有用信号，滤除噪声信从测量信号中分离出有用信号，滤除噪声信号，提高测量系统的信噪比。号，提高测量系统的信噪比。第第3章章 检测信号的处理检测信号的处理u信号转换电路信号转换电路 实现不同类型信号的相互转换，使具有不同输实现不同类型信号的相互转换，使具有不同输入入 、输出的器件可以互连。、输出的器件可以互连。 U/IU/I第第3章章 检测信号的处理检测信号的处理u3.4 非线性特性的线性化非线性特性的线性化在测控系统中，大多数传在测控系统中，大多数传感器的输入与输出之间并感器的输入与输出之间并非线性关系。如果非线性非线性关系。如果

3、非线性误差过大，需对非线性器误差过大，需对非线性器件的特性进行校正或补偿，件的特性进行校正或补偿，使其输入量与校正后的输使其输入量与校正后的输出量之间呈线性关系出量之间呈线性关系。3 3. .1 1 放大器放大器3.1.1 测量放大器的基本要求测量放大器的基本要求 n增益高且稳定增益高且稳定 n共模抑制比高共模抑制比高n失调与漂移小失调与漂移小n频带宽频带宽n线性度好线性度好n转换速率高转换速率高n阻抗匹配好阻抗匹配好n功耗低功耗低n抗干扰能力强抗干扰能力强n性价比高性价比高 举例：仪表放大器举例：仪表放大器AD620参数参数l 增益增益G：110,000l CMR: 100db(最小值，最小

4、值，G=10)l 失调电压：失调电压：50V(最大值）最大值）l 失调漂移：失调漂移：0.6V/（最大值）（最大值）l 带宽：带宽：120kHz(G=100)l 最大非线性度：最大非线性度：40ppml 0.01%建立时间：建立时间：15sl 高输入阻抗：高输入阻抗：10G|2pFl 低功耗：最大工作电流低功耗：最大工作电流1.3mAl 目前市场价：目前市场价：15元人民币左右元人民币左右 根据电路实现方式不同，测量放大器分为三类：根据电路实现方式不同，测量放大器分为三类：n采用晶体三极管、结型场效应管等分立元件组成采用晶体三极管、结型场效应管等分立元件组成n采用通用集成运算放大器组成采用通用

5、集成运算放大器组成n采用单片专用集成放大器组成采用单片专用集成放大器组成3 3. .1 1 放大器放大器 根据电路功能和要求不同，测量放大器包括：根据电路功能和要求不同，测量放大器包括：n 3.1.2 三运放式差动放大器三运放式差动放大器n 3.1.3 单片集成放大器单片集成放大器n 3.1.4 可编程增益放大器可编程增益放大器n 3.1.5 隔离放大器隔离放大器3 3. .1 1 放大器放大器3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） 3 3. .1 1 放大器放大器21?ooudUUAUUU3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪

6、表放大器） 3 3. .1 1 放大器放大器差动放大器是把两个输入信号分差动放大器是把两个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反别输入到运算放大器的同相和反相两个输入端，然后在输出端取相两个输入端，然后在输出端取出两个信号的出两个信号的差模成分差模成分，而尽量，而尽量抑制两个信号的抑制两个信号的共模成分共模成分。3.1 3.1 放大器放大器3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） 3 3. .1 1 放大器放大器12/ 2/ 2idicidicuuuuuu 3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） 3.1 3.1 放大器放

7、大器3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） PPPORRUUUURRURRU112121111)()1(3 3. .1 1 放大器放大器虚短虚短运放的电压放大倍数很大运放的电压放大倍数很大(80dB以上以上），而输出电压有限（），而输出电压有限（10-14V)，因此运放的差模输入电压很小（，因此运放的差模输入电压很小（不足不足1mV), 即同相输入端与反相即同相输入端与反相输入端的电位接近相等，近似短路。输入端的电位接近相等，近似短路。 U+ = U-虚断虚断由于运放的输入阻抗很高由于运放的输入阻抗很高(1M以上以上），因此流入运放两个输入），因此流入运放

8、两个输入端的电流十分微弱（端的电流十分微弱（不足不足1A)，两输入端接近开路，称为虚断。，两输入端接近开路，称为虚断。3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） PPPORRUUUURRURRU112121111)()1(3 3. .1 1 放大器放大器差动放大器差动放大器21foutusRUAUUR12OUTsffsfUUUURRRUURRUU3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） 3 3. .1 1 放大器放大器 第一级第一级放大增益？放大增益？ 第二级第二级放大增益？放大增益？第二级放大增益第二级放大增益020201

9、fuRUAUUR3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） 3 3. .1 1 放大器放大器 第一级第一级放大增益？放大增益？ 第二级第二级放大增益？放大增益？020201fuRUAUUR21020112020112121PPPuPRUUUURRRUURRRAUUR（）1212*(1)fuuuPRRRAAARR3.1.2 三运放式差动放大器（仪表放大器）三运放式差动放大器（仪表放大器） PPPORRUUUURRURRU112121111)()1(改变改变Rp可调节放大器增益可调节放大器增益3 3. .1 1 放大器放大器01221(1)fuPRURRAUURR

10、5.102510.210VmV3 3. .1 1 放大器放大器12(1)1001010150015fuPRRRARR（）3.1 放大器放大器6.102610.210VmV12(1)1001010160014fuPRRRARR（）3.1 放大器放大器12(1)1001010143316fuPRRRARR（）4.435443.510VmV 3.1 放大器放大器3.1.3 单片集成放大器单片集成放大器 在差动放大电路中，由于各分立运算放大器的参数不在差动放大电路中，由于各分立运算放大器的参数不一致，加之电阻难以完全匹配，往往造成共模抑制比降低，一致，加之电阻难以完全匹配，往往造成共模抑制比降低，增益

11、出现非线性。一些集成电路制造厂家将差动放大电路增益出现非线性。一些集成电路制造厂家将差动放大电路中的运算放大器集成到一块芯片上，生产出了单片集成放中的运算放大器集成到一块芯片上，生产出了单片集成放大器大器，如，如AD521，AD522，AD612，AD620等。等。与分立放与分立放大器相比，该类集成芯片具有性能优异、体积小、结构简大器相比，该类集成芯片具有性能优异、体积小、结构简单、低成本等优点，因而得到了广泛使用。下面以美国单、低成本等优点，因而得到了广泛使用。下面以美国Analog Devices公司生产的公司生产的AD620为例来介绍单片集成放为例来介绍单片集成放大器的应用。大器的应用。