第 ９ 章 　传 感 器 信 号 检 测 电 路 （课件）- 《传传感器与检测技术》同步教学（北京理工版）

第 ９ 章 　传 感 器 信 号 检 测 电 路 ９. １　等 效 电 路 及 放 大 电 路 ９. ２　测 量 电 桥 ９. ３　高 输 入 阻 抗 放 大 器 ９. ４　Ａ／ Ｄ 转 换 器 ９. ５　噪 声 及 抗 干 扰 技 术 返回 1 ９. １　等 效 电 路 及 放 大 电 路 感 器 的 输 出 电 压 或 电 流 一 般 来 说 都 较 小 （ 电 压 为 毫 伏 级 或 微 伏 级 ， 电 流 为 微 安 级 或 毫安 级 ） ， 通 常 采 用 集 成 运 算 放 大 器 构 成 的 放 大 电 路 将 信 号 放 大 或 变 换 后 输 出 。 ９. １. １　信 号 源 及 其 等 效 电 路 传 感 器 因 变 量 为 电 源 性 参 数 时 ， 其 等 效 电 路 可 归 结 为 图 ９ － １ 所 示 。 其 中 ， 图 ９ － １（ ａ） 所 示 为 电 压 源 等 效 电 路 ， 信 号 源 Ｕ Ｓ 与 传 感 器 的 等 效 电 阻 Ｒ Ｓ 串 联 ， 热 电 偶 的 等 效 电 路即 属 于 此 种 类 型 ； 图 ９ －１ （ ｂ） 所 示 为 电 流 源 等 效 电 路 ， 电 流 源 Ｉ Ｓ 与 传 感 器 的 等 效 电 阻 Ｒ Ｓ并 联 ， 光 电 传 感 器 中 光 电 二 极 管 的 等 效 电 路 即 属 于 此 种 类 型 。 下一页 返回 ９. １　等 效 电 路 及 放 大 电 路 ９. １. ２　集 成 运 算 放 大 器 集 成 运 算 放 大 器 是 内 部 具 有 差 分 放 大 电 路 的 集 成 电 路 ， 国 家 标 准 规 定 的 符 号 如 图 ９ － ２所 示 。 该 运 算 放 大 器 有 一 个 输 入 端 和 一 个 输 出 端 。 输 入 端 标 “ ＋ ” 的 为 同 相 输 入 端 ， 标“ － ” 的 为 反 相 输 入 端 ， 所 谓 同 相 或 反 相 是 表 示 输 出 信 号 与 输 入 信 号 的 相 位 相 同 或 相 反 。 理 想 的 集 成 运 算 放 大 器 具 有 以 下 特 性 ： １） 对 差 模 信 号 的 开 环 放 大 倍 数 为 无 穷 大 。 ２） 共 模 抑 制 比 为 无 穷 大 。 ３） 输 入 阻 抗 无 穷 大 。 上一页 下一页 返回 ９. １　等 效 电 路 及 放 大 电 路 如 果 集 成 运 放 工 作 在 线 性 放 大 状 态 ， 那 么 它 具 有 以 下 几 个 特 点 ： １） 两 输 入 端 的 电 压 非 常 接 近 ， 但 不 是 短 路 ， 故 称 为 “ 虚 短 ” 。在 工 程 中 分 析 电 路 时 ， 可 以 认 为 二 者 电 压 相 等 。 ２） 流 入 两 个 输 入 端 的 电 流 通 常 可 视 为 零 ， 但 不 是 断 开 ， 故 称 为 “ 虚 断 ” 。 在 工 程 中 分析 电 路 时 可 认 为 电 流 为 零 。 上一页 返回 ９. ２　 测量电桥 电 桥 电 路 由 于 具 有 灵 敏 度 高 、 线 性 好 、 测 量 范 围 宽 、 容 易 实 现 温 度 补 偿 等 优 点 ， 常 应 用于 阻 抗 经 常 发 生 变 化 的 传 感 器 。 电 桥 按 其 所 加 励 磁 电 源 的 性 质 分 为 直 流 电 桥 和 交 流 电 桥 两类 。 电 阻 应 变 式 测 力 称 重 传 感 器 大 多 采 用 直 流 电 桥 的 形 式 ， 而 对 于 电 抗 发 生 变 化 的 传 感 器 如电 感 式 、 差 分 变 压 器 式 或 电 容 式 传 感 器 ， 若 采 用 电 桥 式 测 量 电 路 ， 则 只 能 是 交 流 电 桥 。 图 ９ －３ 所 示 为 交 流 电 感 电 桥 和 交 流 电 容 电 桥 ， 在 电 感 电 桥 中 ， 两 相 邻 桥 臂 为 电 感 Ｌ １ 和Ｌ ２ ， 另 两 臂 为 纯 电 阻 Ｒ １ 和 Ｒ ２ ， 其 中 Ｒ′ １ 和 Ｒ′ ２ 为 电 感 线 圈 的 有 功 电 阻 ， 当 电 感 发 生 变 化 ΔＬ 时 即阻 抗 发 生 变 化 ， 其 输 出 电 压 为 式 （ ９ －１） 所 示 ， 同 理 可 分 析 电 容 电 桥 输 出 电 压 如 式 （ ９ －２）所 示 。 下一页 返回 ９. ２　 测量电桥 交 流 电 桥 的 缺 点 是 对 激 励 电 源 的 要 求 比 较 高 ， 要 求 有 稳 定 的 幅 值 和 频 率 。 激 励 电 压 幅 值的 变 化 会 引 起 电 桥 输 出 灵 敏 度 的 变 化 ， 当 频 率 变 化 引