模拟信号调理电路.docx

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1、模拟信号调理电路模拟信号调理电路主要有以下几种功能:(1)将目前工业仪表通用的O-IOmA,420mA标准信号，转变成。2V或15V电压信号，以便满足A/D转换器的要求。(2)某些测量信号可能是非电压信号，如热电阻等，需要将这些非电压信号变换为电压信号。对于某些弱电压信号，如热电偶信号，必须放大、滤波，这些处理包括信号形式的变换，量程调整，环境补偿，线性化等等。(3)在某些恶劣环境下，共模电压干扰很强，甚至高达几百伏，不采用隔离的方法就无法完成数据采集的任务。因此，必须根据现场环境，考虑共模干扰的抑制，甚至采用隔离措施等等；1.1 单端输入的限幅滤波电路图3.19(a)所示电路适用于单端输入放

2、大电路的限幅与滤波，这里采用稳压管D对输入大信号限幅，稳压管的稳压值应比输入信号大2V左右。注意选择漏电流小的稳压管，对于小信号(如热电偶或其它毫伏级的小电压信号)，可以把稳压管D换成二个反向并联的硅二极管。这里的滤波电路用的是双级Re非平衡式低通滤波器。单级RC滤波器以分贝计的衰减率A为(3-25)1.2 双端输入的限幅滤波电路图3.19（b）所示电路运用于双端输入放大电路的限幅与滤波。这里既要考虑信号本身（两个信号线之间）的限幅、滤波，又要考虑每根线对系统地的限幅、滤波，因此电路比单端输入时复杂。其中稳压管Dl为信号限幅，在小信号时可以用反问并联二极管代替；稳压管D2、D3分别为两个信号端

3、对系统地的限幅，其稳压数值的选择要考虑到信号源的情况。例如信号时必须要有的，这时稳压管的稳压值如果小于这个共模电压，就破坏了桥路的正常工作，因此是不行的。如果信号源的共模信号是干扰造成的，而不是信号源本身所固有的，这时就可选择较低稳压值的稳压管消除这种干扰。但是，无论何时，不应把正常信号限幅。稳压数值的选择还要考虑后面电路的要求，例如后面接的CMOS模拟开关，其电源电压为5V,则应把两个信号线的电平限制在5V以下，以防止CMOS电路发生自锁。当接到同相输入放大电路时，也应考虑防止发生这种情况。C3、C4为信号线对系统地滤波（或称共模滤波），对滤除交流共模干扰很有效。CEC2及其电阻构成差模滤波

4、电路，这里把滤波电平平分在两个输人端上，构成平衡式双级RC滤波器，其衰减函数的计算和前面的单端非平衡式RC滤波器的一样。平衡式有利于防止共模信号转变成差模信号而产生误差。1.3 滤波电路中的R,C数值的选择对于一样的RC值，应尽量减小C值，加大R值，因为电阻的体积和价格不会因R值加大而增大，而减小C值，将减小电容的体积和价格。但是R值的增大受以下因素所限制：一是滤波电容的漏阻、多路切换开关的漏阻或者是印刷线路板的漏阻。另外，Re数值的选择，和滤波器在多路切换开关前或后，以及输入信号是否是热阻信号有关。二、隔离技术2.1光电隔离1 .2“飞电容”技术2 .3隔离放大器现以AD公司的AD289隔离

5、放大器为例开展简要说明其构造。如图3.22所示。这里隔离放大器是所谓三端口隔离式，即通过变压器将输入信号、输出信号、电源三者相互都隔离开。三、运算放大电路3 .关于理想运放和实际运放运算放大电路的核心是运算放大器，运算放大器又有理想运算放大器和实际运算放大器的说法。所谓理想运放，即指其参数为理想化的运算放大器。如开环放大倍数A=8,开环输入电阻Ri=8,失调电压VOS=0,失调电流IoS=0,共模抑制比KCM=8,共模输入电压范围，输出幅度和电源范围一样等等。然而实际生产出的运算放大器达不到绝对理想，参数不理想的运算放大器称为实际运放。实际运放AV8,Rioo,Vos0,I0S0,KCM1,R

6、iZIT,所以式(3-4-7)可以写成：即：同相输入电路的输入阻抗等于开环输入阻抗乘以反应深度。由于开环输入阻抗一般都很大，Ri=106IOII(具体数值可查阅相关手册)，而反应深度又远大于1,因此闭环输入阻抗很大，这也是同相输入电路的最大优点。(3)差动输入电路的输入阻抗ZiBd见图3.23(C),其闭环输入阻抗为(3-32)即为两输入电阻之和，因此普通差动电路的输入阻抗也比较低。6 .失调电压，失调电流对运算精度的影响失调电压VOS和失调电流IOS等效在输入端的误差为；(3-33)输出端的误差为：(3-34)显然，运算放大器的VOS、IOS越小越好，运算电阻ZIT越小越好。7 .关于运算放大器的其他参数(1)电源电压范围(2)共模抑制比(3)输入偏置电流(4)输出电流(5)电压转换率(6)共模电压范围(7)输出电压幅度8 .闭环原理对于具有深度负反应的闭环系统，其前向通路的放大倍数为A,反应回路的放大倍数(即反应系数)为F,则闭环系统输出y和输入X之间的放大倍数K为：四、微机测试系统中运算放大电路应用实例