08信号变换电路（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第一节 直流—交流—直流变换 第二节 电压—电流变换 第四节 电压—频率和频率—电压变换 第三节 电流—电压变换 第五节 数模变换与模数变换 第八章 信号变换电路 学 习 要 求 1、有哪些信号转换器？ 2、为什么要采用这些信号转换器？ 3、某些信号转换器的特点？ 4、一般了解转换器的工作原理。 第一节 直流—交流—直流变换 一般直流采用差分放大，但是放大器输入端的漂移可达10V数量级。如果要放大V级甚至更低的直流，则应把漂移在降低1～2个数量级。一般差分直流放大器会将漂移逐级放大，无法满足要求。因此需要采用交流放大，放大后再还原成直流。 直流 交流 采用调制器 交流 直流 采用解调器 调制式直流放大器原理框图 t t t t 调制器 交流放大 解调器 直流电源 振荡器 Ui Uo 1.1 微弱信号的直流—交流变换 —调制器的工作原理 R + - Ui K + - RL Uo R + - Ui + - RL Uo + - RL Uo (a) 电路原理图 I1 I2 Ui----输入直流电压 R----限流电阻 RL---负载电阻 Uo----输出电压 (b) 充电回路 放电回路 (c) 在0~T/2上半周期内,充电电流I1在负载电阻上 产生输出电压Uo1;在T/2~T下半周期内,放电电流I2 在负载电阻上产生输出电压Uo2。 如果RLC>>T/2，可近似认为充放电流保持初始 值，有： 和 当电路处于稳定时，充电电荷等于放电电荷，则 I1·T/2=I2 ·T/2 即 I1＝I2 同时可近似认为在半个周期内，电容两端电压 几乎不变，有Uc1=Uc2，代入上式得： 调制器的构成是用一电子开关代替前面原理 图中的K。 调制器中的电子开关主要有三极管和场效应 管，构成的调制器原理图如下： RL R C U0 Ui RL R C U0 Ui 场效应构成的调制器优于三极管构成的调制器。 1.2 交流—直流的变换 —解调器的工作原理 交流电压变换成直流电压，通常是经过整流、 滤波后取得。此时，直流电压幅度大小与交流幅 值成比例关系，而直流电压的极性与交流电压相 位无关。 解调器要变换的交流电压是某直流电压调制得 到的，该交流电压还原成直流电压时，不仅幅度要 与交流电压成比例关系，而且极性也要取决于交流 信号的相位。因为交流信号的相位反映被调制的直 流信号的极性。 所以，解调器应具有相敏作用，也常有放大功能。 解调器工作原理 Ui Uo K2 C1 R1 R2 C2 RL Ui 0 t Ui 0 t Uo t 0 开 关 开 关 Uo t 0 开 关 开 关 与K1同步 1.3 集成隔离放大器 为了防止干扰信号对测量输出信号的影响，隔 离放大器利用变压器隔离或光电隔离将输入回路 和输出回路从电气上隔开。 隔离放大器一般包括下列基本部件： (1) 高性能输入运算放大器； (2) 调制器和解调器； (3) 信号耦合变压器或光电耦合器； (4) 输出运算放大器。 隔离放大器线性和稳定性好，放大增益可变， 应用电路简单，在各种信号的检测和数据采集系 统中得到广泛的应用。 例：AD210三端隔离放大器 功能方框图如下： -IN +IN 调制 电源 振荡器 FB ICOM 输入供 电电源 +VISS -VISS 输出供 电电源 -VOSS +VOSS 调制 OCOM VO FB—输入反馈; -IN—负输入 +IN—正输入 ICOM—输入公共; +VISS—输入供电正电源 -VISS—输入供电负电源 -VISS—输出供电负电源 +VISS—输出供电正电源 OCOM—输出公共; VO—输出 应用举例: 热电偶温度测量: -VISS +VISS +VISS -VISS +15V +VOSS -VOSS VO AD590 热电偶 测量范围:0~400C，增益：183 第二节 电压—电流变换 目的: 避免电压信号在远距离传输中的损失 及抗干扰的需要。 根据负载电阻的接法的不同，介绍几种电路： 2.1 浮动负载的电压—电流变换器 Ui Uo I1 IL R1 ZL 显然，有： 1)负载浮置的反相运算放大电路 优点： 简单 缺点： 负载电流要信号源提供 Ui Uo I1 I2 2) 负载接输出端的反相运算放大电路 IL R1 ZL R2 R3 所以得流过负载的电流IL为: 该电路所需的负载电流由输入电压和放大器共同 负担。负载电流限制在数毫安级。 Ui Uo I1 IL 3) 负载浮置的同相运算放大电路 R1 ZL 优点： 由于同相运算放大器的输入阻抗非常高， 输入信号源几乎不提供电流。