由上式可知，通过调节电阻RG，可以很 方便地改变仪用放大器的闭环增益。当采 用集成仪用放大器时，RG一般为外接电阻。
在实际的设计过程中，可根据模 拟信号调理通道的设计要求，并结合
仪用放大器的以下主要性能指标确定 具体的放大电路。
1. 非线性度 它是指放大器实际输出输入关系曲线与
理想直线的偏差。
当增益为1时，如果一个12位A/D转换器
适的分辨力，常采用可变增益放大器。
在智能仪器中，可变增益放大器的增
益由仪器内置计算机的程序控制。这种由
程序控制增益的放大器，称为程控放大器
图3.10 程控放大器原理框图
由多路模拟开关和通用集成运算放大器构成
1、单运放式
电子开关：
“0”－导通 “1”－断开
2、多运放并联式
通过控制开关将不同增益的放大单元接到输出
系统的可靠性。
由于隔离放大器采用了浮离式设计，消除了 输入、输出端之间的耦合，因此具有以下特点： 能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止 高压对低压信号系统的损坏。 泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提 供偏流返回通路。 共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或 电流）进行准确、安全的测量。
应的执行电路统称为信号调理电路。
传感 器
前置放 大
低通
陷波
高通
至采集 电路
图3.4 典型调理电路的组成框图
一、传感器的选用
传感器是信号输人通道的第一道环节，也
是决定整个测试系统性能的关键环节之一。
要正确选用传感器，首先要明确所设计的
测试系统需要什么样的传感器——系统对传感
器的技术要求；其次是要了解现有传感器厂家
路做成一体。例如，将应变片、应变电桥、
线性化处理、电桥放大等做成一体，构成
集成压力传感器。
集成温度传感器
采用集成传感器可以减轻输人通道的 信号调理任务，简化通道结构。
CRS05-角速率传感器(陀螺)
空气温湿度集成传感器
4. 光纤传感器： 这种传感器其信号拾取、变换、传输 都是通过光导纤维实现的，避免了电路系
CMRR也是放大器增益的函数，它随增益的 增加而增大，这是因为测量放大器具有一个不 放大共模的前端结构，这个前端结构对差动信 号有增益，对共模信号没有增益。但CMRR的计 算却是折合到放大器输出端，这样就使CMRR随 增益的增加而增大。
(二) 程控增益放大器
程控放大器是智能仪器的常用部件之 一，在许多实际应用中，特别是在通用测 量仪器中，为了在整个测量范围内获取合
后，以便由计算机进行存储、处理、显示 或打印的装置。
第一节 数据采集系统的组成结构
传感器
模拟信号调理
数据采集电路
微机系统
图3.1 数据采集系统的基本组成
信号调理部分依据检测信号及受干扰情况的不同而不同。通常包括信 号的放大、量程自动转换、电流/电压转换、滤波、线性化、隔离等
实际的数据采集系统往往需要同时 测量多种物理量或同一种物理量的多个 测量点。因此，多路模拟输入通道更具 有普遍性。
(
V IN K0
)2
假设不设前置放大器时，输入信号刚好被电路噪声 V IN 2 2 V IN V IN 0 ( ) 淹没，即 VIS VIN ，加入前置放大器候，为使输入信号VIS K0 不再被电路噪声所淹没，即 VIS VIN ，就必须使 VIN VIN
可见，为使信号 不被电路噪声所淹 没，在电路前端加 入的电路必须是放 大器，即K0>1
有0.025%的非线性偏差，当增益为500时，
非线性偏差可达0.1%，相当于把12位A/D转
换器变成10位以下转换器，故一定要选择非
线性偏差小于0.025%的仪用放大器。
2. 温漂 温漂是指仪用放大器输出电压随温度
变化而变化的程度。
通常仪用放大器的输出电压会随温度 的变化而发生(1～50)V/℃变化，这与仪用
理电路的最前端？
前置放大器的放大倍数应该多大？
输入信号
输出信号
VIS VIN0
图3.7 前置放大器的作用 VIS 后级电路K 前置放大器K0 VIN
等效输入噪声
VOS OS VON ON
等效输出噪声
VIN VON / K
输入信号
输出信号
VIS VIN0
前置放大器K0
VIN
前置放大器等效输 入噪声
1%，引起放大器的漂移电压值。
仪用放大器一般用作数据采集系统的 前置放大器，对于共电源系统，该指标则
是设计系统稳压电源的主要依据之一。
6.共模抑制比 当放大器两个输入端具有等量电压变化值UI 时，在放大器输出端测量出电压变化值UCM ， 则共模抑制比CMRR可用下式计算：
CMRR 20 lg U CM UI
按照系统中数据采集电路是各路共
用一个还是每路各用一个，多路模拟输 入通道可分为集中采集式和分散采集式
两大类型。
一、集中采集式
(a)多路分时采集分时输入结构
(b)多路同步采集分时输入结构
图3.2 集中式数据采集系统的典型结构
二、分散采集式(分布式)
(a) 分布式单机数据采集结构
上位机 通信接口
数据 采集站1 … …
I C R2
V
V=R2*I
+5V
精密电阻
图：无源I/V变换电路
有源I/V变换
I R1
Vi
C
R2 R3
A=1+R4/R3
＋ －
A R4 R5
输出限流，保护运放
V
V=A*R1*I
输入阻抗高，输出阻抗低
图：有源I/V变换电路
2. 数字式传感器：
数字式传感器一般是采用频率敏感效应
器件构成，也可以是由敏感参数R、L、C构
放大器的增益有关。
3.建立时间
建立时间是指从阶跃信号驱动瞬间至仪用
放大器输出电压达到并保持在给定误差范围内
所需的时间。
4.恢复时间
恢复时间是指放大器撤除驱动信号瞬间至
放大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间。
显然，放大器的建立时间和恢复时间直接影响
数据采集系统的采样速率。
5.电源引起的失调
电源引起的失调是指电源电压每变化
(一) 仪用放大器
图3.9 仪用放大器的基本结构
仪用放大器上下对称，即图中R1=R2， R4＝R6，R5＝R7。则放大器闭环增益为：
A f (1 2 R1 / RG ) R5 / R4
假设R4=R5，即第二级运算放大器增益 为1，则可以推出仪用放大器闭环增益为：
A f (1 2 R1 / RG )

功能
– 抗干扰 – 防止漏电，确保安全 – 保护低电压测量电路 R2 R1 ud uc R1
输 入 放大器
隔离器 输 出 放大器 uo

特点
– 输入、输出之间设有直接耦合
一、原理
– 结构 输入放大器 输出放大器 隔离器 隔离电源
+ R2
Riso
uiso
Ciso
– 类型

V IN 0 V IN
1 1 2 K0
图3.8 两种调理电路的对比
V IN
2 (V IN 0 K ) 2 V IN 1
K
V
2 IN 0
(
V IN 1 K
)2
V IN
(V IN 1 K ) 2 (V IN 0 K ) 2 K
2 2 V IN 0 V IN 1
浮置电源
电磁（变压器）耦合 光电耦合
ui
输入 放大器 光电耦合器
输出 放大器
uo
二、特点
浮置电源
• 光电耦合 • 电磁（变压器）耦合
ui
输入调制 放大器
变压器耦合
输出调制 放大器
uo
• 小信号情况下线性良好，信 • 线性好 号较大时，非线性明显 • 高共模抑制比 • 结构简单，使用方便 • 隔离性能好，工艺成熟 • 带宽较小 • 一定的转换速度 • 体积大，工艺复杂成本高， • 成本低廉 应用不便 • 带宽大 • 与TTL兼容
有哪些可供选择的传感器，把同类产品的指标
和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性能价
格比最高的传感器。
(一) 对传感器的主要技术要求 1.具有将被测量转换为后续电路可用电量的功 能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。 2.转换精度符合整个测试系统根据总精度要求 而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整 机要求。 3.能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如 耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干 扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。
成的振荡器，或模拟电压输入经 V/F转换等，
因此，数字量传感器一般都是输出频率
参量，具有测量精度高、抗干扰能力强、便
于远距离传送等优点。
传感器
频率量 输出
放大整形
光电隔离
计算机
传感器
开关量 输出
整形
光电隔离
计算机
图3.6 频率量及开关量输出传感器的使用
3. 集成传感器： 集成传感器是将传感器与信号调理电
1. 大信号输出传感器 : 为了与A/D输入要求相适应，传感器厂家开 始设计、制造一些专门与A/D相配套的大信号输
出传感器。
传感器
小电压
小信号放大
信号修正与变换
滤波 V/F
A/D
微机
小电流
大电压
传感器
传感器
大电流
光电耦合 I/V转换
微机
图3.5 大信号输出传感器的使用
I/V变换
R1
无源I/V变换
同样，微处理器处理后的数据往往又需要使 用D／A转换器及相应的接口将其变换成模拟量送 出。在这里，我们把D／A转换器及相应的接口称 为模拟量输出通道。