1、關(guān)于放大濾波第一張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS（Data Acquisition System），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的裝置。第二張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 傳感器模擬信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集電路微機(jī)系統(tǒng)圖3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成 第三張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時(shí)測(cè)量多種物理量或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。因此，多路模擬輸人通道更具有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個(gè)還

2、是每路各用一個(gè)，多路模擬輸人通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型。 第四張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、集中采集式 圖3.2 集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 第五張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、分散采集式(分布式)(a) 分布式單機(jī)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu) 第六張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月通信接口上位機(jī)數(shù)據(jù)采集站1數(shù)據(jù)采集站2數(shù)據(jù)采集站3數(shù)據(jù)采集站N模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(b) 網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖3.3 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第七張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 模擬信號(hào)調(diào)理 在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)

3、換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理（Signal Conditioning），相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。 第八張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月傳感器前置放大低通陷波高通至采集電路圖3.4 典型調(diào)理電路的組成框圖 第九張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、傳感器的選用 傳感器是信號(hào)輸人通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格

4、進(jìn)行對(duì)比，從中挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高的傳感器。第十張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一) 對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求1. 具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍相一致。2. 轉(zhuǎn)換精度符合整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標(biāo)，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機(jī)要求。3. 能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。4. 能滿足用戶對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求。第十一張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二) 可供選用的傳感器類型 對(duì)于一種被測(cè)量，常常有多種傳感器可以測(cè)量，例如測(cè)量

5、溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、IC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等好多種。在都能滿足測(cè)量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應(yīng)側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡(jiǎn)單等因素進(jìn)行取舍，盡可能選擇性能價(jià)格比高的傳感器。 第十二張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 大信號(hào)輸出傳感器 :為了與A/D輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家開始設(shè)計(jì)、制造一些專門與A/D相配套的大信號(hào)輸出傳感器。 傳感器傳感器傳感器小信號(hào)放大信號(hào)修正與變換濾波A/D微機(jī)微機(jī)I/V轉(zhuǎn)換V/F光電耦合小電流小電壓大電壓大電流圖3.5 大信號(hào)輸出傳感器的使用 第十三張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 數(shù)

6、字式傳感器：數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成，也可以是由敏感參數(shù)R、L、C構(gòu)成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng) V/F轉(zhuǎn)換等.數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳送等優(yōu)點(diǎn)。 第十四張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月傳感器放大整形光電隔離計(jì)算機(jī)傳感器整形光電隔離計(jì)算機(jī)頻率量輸出開關(guān)量輸出圖3.6 頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用 第十五張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 集成傳感器：集成傳感器是將傳感器與信號(hào)調(diào)理電路做成一體。例如，將應(yīng)變片、應(yīng)變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸人通道的

7、信號(hào)調(diào)理任務(wù)，簡(jiǎn)化通道結(jié)構(gòu)。 第十六張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 光纖傳感器：這種傳感器其信號(hào)拾取、變換、傳輸都是通過(guò)光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)的，避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾。在信號(hào)輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)傳感器引入的干擾。 第十七張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、運(yùn)用前置放大器的依據(jù) 多數(shù)傳感器輸出信號(hào)都比較小，必須選用前置放大器進(jìn)行放大。判斷傳感器信號(hào)“大”還是“小”和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？放大器為什么要“前置”,即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？第十八張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月VIN前置放大器K0后級(jí)電

8、路KVISVIN0VOSVON圖3.7 前置放大器的作用 第十九張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖3.8 兩種調(diào)理電路的對(duì)比 第二十張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由于 K1,所以， ，這就是說(shuō)，調(diào)理電路中放大器設(shè)置在濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。 第二十一張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器 在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較多的放大器有儀用放大器、程控增益放大器以及隔離放大器等。 第二十二張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一) 儀用放大器 圖3.9 儀用放大

9、器的基本結(jié)構(gòu) 第二十三張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月儀用放大器上下對(duì)稱，即圖中R1=R2，R4R6，R5R7。則放大器閉環(huán)增益為：假設(shè)R4=R5，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：由上式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻RG，可以很方便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，RG一般為外接電阻。 第二十四張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)模擬信號(hào)調(diào)理通道的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合儀用放大器的以下主要性能指標(biāo)確定具體的放大電路。 第二十五張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 非線性度 它是指放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線與理想直

10、線的偏差。2. 溫漂 溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度。第二十六張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 建立時(shí)間 建立時(shí)間是指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至儀用放大器輸出電壓達(dá)到并保持在給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。4. 恢復(fù)時(shí)間 恢復(fù)時(shí)間是指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所需的時(shí)間。放大器的建立時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。第二十七張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5. 電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)是指電源電壓每變化1%，引起放大器的漂移電壓值。儀用放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器，對(duì)于共電源系統(tǒng)，該指標(biāo)則是設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要

11、依據(jù)之一。 6. 共模抑制比當(dāng)放大器兩個(gè)輸入端具有等量電壓變化值UI時(shí)，在放大器輸出端測(cè)量出電壓變化值UCM，則共模抑制比CMRR可用下式計(jì)算：第二十八張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(1）INA114簡(jiǎn)介INA114/115是一個(gè)低成本的儀用放大器，它不需要外接失調(diào)調(diào)整電路就可獲得很高的精度。用戶在般使用時(shí)，只需外接一只普通電阻就可得到任意增益，其增益范圍為110000可變，正、負(fù)輸入端具有內(nèi)部過(guò)壓保護(hù)電路，其保護(hù)范圍可達(dá)40V，具有很高的共模抑制比和很低的失調(diào)電壓及漂移電壓。它可在2.25V的電源下工作，適合電池供電及單一5V供電系統(tǒng)使用。 第二十九張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2

12、022年6月INA114/115可廣泛應(yīng)用于橋式放大器、熱電偶測(cè)量放大器、醫(yī)用放大器及數(shù)據(jù)采集放大器等，其主要性能參數(shù)如下：失調(diào)電壓：50V；溫度漂移：0.25V/；輸入偏置電流：2nA（最大值）；輸入失調(diào)電流：115dB（A=1000）；長(zhǎng)期穩(wěn)定性：每月0.2V左右；輸入共模電壓：13.5V左右；輸入過(guò)載保護(hù)：40V；電源電壓范圍：2.2518V；靜態(tài)電流：1，在 處的電壓增益將大于 ，幅頻特性在 處將抬高。 當(dāng) 3時(shí)，Q =，有源濾波器自激。由于將 接到輸出端，等于在高頻端給LPF加了一點(diǎn)正反饋，所以在高頻端的放大倍數(shù)有所抬高，甚至可能引起自激。第五十六張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月解：根據(jù)f 0 ，選取C再求R。1. C的容量不易超過(guò) 。 因大容量的電容器體積大， 價(jià)格高，應(yīng)盡量避免使用。 取計(jì)算出 ，取例1: 要求二階壓控型LPF的 Q值為0.7，試求電路中的電阻、電容值。第五十七張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2根據(jù)值求 和 ，因?yàn)?時(shí) ， 根據(jù) 與 、 的關(guān)系，集成運(yùn)放兩輸 入端外接電阻的對(duì)稱條件：解得：第五十八張，PPT共六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 反相輸入低通濾波器積分運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)為加R2后 需有電阻構(gòu)成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)來(lái)確定通帶放大倍數(shù)。12lg