传感器电路的输出阻抗应与它所驱动的显示执行机构或微 机接口的阻抗相匹配。
第9章传感器信号处理电路
传感器的匹配
• 不同的传感器的输出阻抗不一样； • 输出阻抗大——高输入阻抗运算放大器
– 压电陶瓷、光敏二极管（100MΩ）
• 输出阻抗小——变压器匹配
– 动圈式传声器（30-70Ω）
传 感 器
输 出
传感器 电缆
第9章传感器信号放处理大电路器
Cs—压电传感器固有电容 Cc—输入电缆等效电容 Ci—放大器输入电容 Cf—反馈电容 Gc—输入电缆的漏电导 Gi—放大器的输入电导 Gf—反馈电导
U0 =
— AdQ
≈—
Cf（1+Ad）
Q Cf
第9章传感器信号处理电路
四、集成仪用放大器(AD521 AD612 AD620)
（3）调节Rp2
第9章传感器信号处理电路
三、电荷放大器
•要求放大器的输入阻抗非常高；（为什么？） •利用绝缘性好的电容和高增益的运算放大器来实现。
Cf
Δ
8
~Q
A
+
U0
U0 = - Q / Cf
第9章传感器信号处理电路
•电荷放大器实际等效电路
Cf Gf
8
U0
Q
~ Cs Cc Gc Ci Gi
+
Δ
} }
Uo1 Rf 2
U U U Rf2
Rf1Rf2
o1
R2 o R 1R2
i
所以：
输入阻抗：
1 Ui R i Ii
1 Rf1Rf 2R1R2
R1
R1R2R
令Rf1=R2 Rf2=2R1 则：
I ( )U U o1U i
o2
R
Rf1Rf2 1 R 1R2R R i
R RR1
i
RR1
III ( )U 1 R f1R f2 R 1R 2
i i1 o2 R 1
R 1R 2R
i
第9章传感器信号处理电路
第二节 信号放大电路
一、电压放大器电路
例：K型热电偶，将0—500℃的温度转换为0-5V 电压信号。已知1 ℃对应热电偶输出电压40uV， 500 ℃对应满量程电压20.64mV。
求： （1）信号电路增益AV? （2）描述电路各部分作用。
第9章传感器信号处理电路
五、可编程增益放大器(PGA)
1M
1M
1
Δ
8
V0
110K
2
+
20.4K
10k 3
10.1K
4
第9章传感器信号处理电路
增益
开关
1
2
3
4
100
1
1
1
1
50
0
1
1
1
10
1
0
1
1
2
1
1
0
1
1
1
1
1
0
RF1
RF2
Vi Rs
Δ
8 +A
V0
R1=RB//RF
单运放可编程增益放大器
RB
2. 增益范围：系指可提供的使放大器工作正常的增益范 围（典型值1－1000）。
3. 失调电压：系指为了使输出电压为零而需要在输入端 外加的电压。
4. 输入偏流：系指保证直流放大器的输入晶体管正常工 作所需的偏置电流。
5. 共模抑制比：系指当两个输入端具有等量电压变化时 所测出的输出电压的变化。
6. 非线性度：系指实际的输出和输入的关系曲线与一条 理想直线的偏差
变压器匹配
第9章传感器信号处理电路
高输入阻抗放大器
Uo1
Io2
2R1
-
A2
+
Ii2
R2 Rp
R
R2
Ii
Ii1

Ui
R1
A1
+
Uo
Rp
自举型高输入阻抗放大器
求：输入阻抗Ri=?
第9章传感器信号处理电路
解：根据虚地原理
I Ui
Uo
i1 R1
Rf 1
U0
Rf 1 R1
Ui
I Uo i2 R2
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
AV 20.6 5V4mV242
（2）R3、C1为低通滤波器，消除噪声；
LM35D及其周围电路补偿冷端温度；
R6完成断线检测。
提问：
（1）R3为什么不能太大? （因为运放有输入偏置电流）
（2）断线检测功能为什么要求运放的输入偏置电 流小？ （因为运放输入偏置电流在R6上产生很大的压降）
第9章传感器信号处理电路
二、差动放大器电路
例：一种压力传感器的信号调理电路如图所示。压力 传感器采用绝对压力传感器PS3000S-102A，此传感 器为恒流驱动，驱动电流为1.5mA，最大量程为 200mV。电路中VD1稳定电压为2.5V，作为压力传 感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
求： (1)为了保证压力传感器恒流驱动工作，试计算电阻的R2阻值； (2)如果信号调理电路的输出范围为0-1V，试计算可调电阻的
第9章传感器信号处理电路
稳定性
①温漂：处理的结果在一次运行中发生渐变 ②长期稳定性：由于元器件老化、插接件弹 性疲劳、氧化等原因 ③短期稳定性：示值重复性。
频率特性与响应速度
随着科技的发展，对于快速变化的过程进行动态 测量的要求越来越多。
第9章传感器信号处理电路
线性度
检测的非线性由传感器、传感器电路、显示执行 机构这三部分的非线性度产生。
第十一章 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路的基本要求 传感器的匹配 信号放大电路 信号变换电路 信号滤波电路 传感器电路的噪声与抑制
第9章传感器信号处理电路
第一节 传感器信号处理电路概述
基本要求：
信号的选取与抗干扰能力
①要求电路本身是低噪声的； ②采用恰当的屏蔽、隔离，合理的布线与接地； ③被测信号的调制和解调。
分辨率
适当提高传感器电路的分辨率有利于减小误差、方便读数； 模拟电路中，为了提高分辨率应适当提高放大器放大倍数； 数字电路中，为了减小量化误差必须增加数字量的位数，以
减小最低位所对应的被测量。
第9章传感器信号处理电路
输入输出阻抗
输入级的输入阻抗与传感器的输出阻抗相匹配，使放大器 的输出信噪比达到最大值；
特点
1. 输入阻抗高，最大可达109Ω； 2. 偏置电流低； 3. 共模抑制比高； 4. 平衡的差动输入； 5. 具有良好的温度稳定性； 6. 增益可由用户选择不同的增益电阻来确定； 7. 单端输出
第9章传感器信号处理电路
主要参数
1. 增益方程式:仪用放大器所要求的增益与放大器增益 控制电阻的关系式为： V0 = ViRs / RG
RF1 RF2
Δ
8
A
Vo
Vi
+
单运放可编程增益放大器
SW1 SW2 SW3 SW4
C BA
8
Δ
取值； (3)如果当压力为0时，由于桥路本身的不平衡，传感器桥路1、
2两端有的电压，试对照图说明如何进行零点补偿消除其对 输出的影响。
第9章传感器信号处理电路
解：
（1）
R2.5V 2 1.5m
A1
6K 7
（2）
A v (1 2R R P 3 1)R R 7 521 V 0 m 0 V 5
则：Rp1=10KΩ