【测试技术课程设计】5.1 信号调理技术-放大.pdf

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1、机械工程测试技术第第5章 信号的调理与记录章 信号的调理与记录本章主要内容及学习要求：本章主要内容及学习要求：1.了解模拟信号放大电路原理2.掌握调制与解调的基本原理3.了解滤波器的工作原理，掌握滤波器的分类、基本参数和基本特性1.了解模拟信号放大电路原理2.掌握调制与解调的基本原理3.了解滤波器的工作原理，掌握滤波器的分类、基本参数和基本特性机械工程测试技术是便于信号的传输与处理是便于信号的传输与处理信号调理的目的信号调理的目的1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送 到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送 到显

2、示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.某些场合，为便于信号的远距离 传输，需要对传感器测量信号进行 调制解调处理。某些场合，为便于信号的远距离 传输，需要对传感器测量信号进行 调制解调处理。第5章 信号的调理与记录机械工程测试技术分类分类放大器放大器直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器电荷放大器电荷放大器直流电桥直流电桥特点特点交流电桥交流电桥低频保留，高频截止低频保留，高频截止高频保留，低频截止高频保留，低频截止激励电源为

3、直流源激励电源为直流源激励电源为交流源激励电源为交流源压电式传感器专用压电式传感器专用信号放大电路5.2 信号的放大信号的放大机械工程测试技术通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须 用放大电路放大后才便于后续处理。为了保证测量 精度的要求，通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须 用放大电路放大后才便于后续处理。为了保证测量 精度的要求，放大电路应具有如下性能放大电路应具有如下性能:1)足够的放大倍数；足够的放大倍数；2)高输入阻抗，低输出阻抗；高输入阻抗，低输出阻抗；3)高高共模共模抑制能力抑制能力;4)低温漂、低噪声、低失调电压和电流。低温漂、低噪声、低失调电压和电流。线性运算放大器

4、线性运算放大器具备上述特点，因而传感器输出 信号的放大电路都由运算放大器所组成，本节介绍几 种常用的运算放大器电路。具备上述特点，因而传感器输出 信号的放大电路都由运算放大器所组成，本节介绍几 种常用的运算放大器电路。信号放大电路机械工程测试技术5.2.1 基本放大电路基本放大电路电压增益:电压增益:21vRAR 注意：注意：输入阻抗低，容易对传感器产生负载效应输入阻抗低，容易对传感器产生负载效应；反馈电阻反馈电阻R2 值不能太大，否则会产生较大的噪声及 漂移，一般为几十千欧至几百千欧；值不能太大，否则会产生较大的噪声及 漂移，一般为几十千欧至几百千欧；R1 的取值应的取值应远 大于远 大于信

5、号源信号源ui 的内阻。的内阻。烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器1）反相放大器1）反相放大器信号放大电路机械工程测试技术2）同相放大器同相放大器具有2）同相放大器同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗 很低输入阻抗非常高，输出阻抗 很低的的特点特点，广泛用于前置放大级。但易引入共 模干扰。，广泛用于前置放大级。但易引入共 模干扰。同相放大器也是最基本 的电路，其闭环电压增益 同相放大器也是最基本 的电路，其闭环电压增益 Av 为:为:2v11RAR信号放大电路机械工程测试技术3）差分放大器3）差分放大器差分放大器也不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比。因此由单

6、个运算放大器构成的放大电路在传感器信号放大中很少直接采用。差分放大器也不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比。因此由单个运算放大器构成的放大电路在传感器信号放大中很少直接采用。一种常用来提高输入阻抗的办法是在基本放大电路之前串接一级射极跟随器。串接射极跟随器后，电路的输入阻抗可以提高到一种常用来提高输入阻抗的办法是在基本放大电路之前串接一级射极跟随器。串接射极跟随器后，电路的输入阻抗可以提高到109欧 以上，所以射极跟随器也常被称为欧 以上，所以射极跟随器也常被称为阻抗变换器阻抗变换器。信号放大电路机械工程测试技术R1 一般取几十千欧。耦合电容一般取几十千欧。耦合电容 C1、C3 可根据交流 放大

7、器的下限频率可根据交流 放大器的下限频率 fL 来确定。来确定。13(3 10)/(2)LLCCR f 若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流 电压同相放大器。其中电容若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流 电压同相放大器。其中电容C1、C2 及及C3 为隔直电容。为隔直电容。信号放大电路4）交流放大电路4）交流放大电路机械工程测试技术信号放大电路5.2.2 测量放大电路测量放大电路图图5.6 三运算放大器测量放大电路三运算放大器测量放大电路End机械工程测试技术信号放大电路共模干扰共模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度相等、相位相同的噪声。：一般指在两根信号线上产生的幅度相

8、等、相位相同的噪声。共模干扰共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地是信号对地的电位差，主要由电网串入、地 电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方 向）电压迭加所形成。向）电压迭加所形成。共模干扰共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干是在信号线与地之间传输，属于非对称性干 扰。扰。消除共模干扰的方法包括：消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地；（1）采用屏蔽双绞线并有效接地；（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽 ；（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线；信号线捆在一起走线；（4）采用线性稳压电源或高品质的开关电源（4）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)。(纹波干扰小于50mV)。