信号调理电路
eo
Rf R1
ei
反相比例运算电路
第5章 信号调理电路
eo
Rf
e R
k 1
N
ik
( R1 R2 RN R)
反相比例加法器
第5章 信号调理电路
■ 同相比例运算电路
eo (1
Rf R1
)ei
同相比例运算电路
第5章 信号调理电路
电压跟随器
第5章 信号调理电路
■ 包络检波 包络检波通过整流、滤波两个环节，将调幅波中的
包络线（与原信号波形一致）还原出来，即得到了原信 号的波形。
● 整流——将双边变化的调幅信号整理成单边变化
的调幅信号； ● 滤波——滤除单边变化调幅信号中的高频成分。
常用的包络检波电路有：二极管环形检波电路、精 密整流电路+滤波电路等。 包络检波适用于调制信号为单边（单极性）变化的
● 相位调制（调相，PM）
第5章 信号调理电路
5.3.1 调幅及其解调电路 1. 调幅原理
x (t )
o
X( f )
t
调制信号
fm o f m
f
x c (t )
o
cos 2 πf c t
t
Xc ( f )
载波信号
1 2 1 2
o
fc
x m (t )
fc
f
x m ( t ) x( t ) xc ( t )
利于信号的交流放大、有用信号与无用信号的鉴别，易 于保证不失真测试条件的实现。
第5章 信号调理电路
2. 调幅装置
R( t ) RSE sin 2 πf m t
( t ) E sin 2πf m t
R
t R(
)
R
调制信号改变极性时，调 幅信号相位发生180° 突变
xm (t )
R R
~
L
e o (t )
C 2 C 0 C
差动电容传感器电桥 带感应耦合臂电桥的特点： ● 克服了寄生参数（寄生电容、电感等）的影响； ● 使用变压器可隔离直流干扰； ● 频率范围较宽，性能稳定、灵敏度及转换精度较高。
第5章 信号调理电路
5.2 信号放大电路
■ 信号放大电路的种类 通用放大电路、测量放大器、运算放大电路、功 率放大电路、隔离放大电路、增益调整电路、线性化
特 性 开环放大倍数A 失调电压 VOS 偏流 i A、i B 输入阻抗 Z i 输出阻抗 Z o
理想运放 ∞
实际运放
104 ~ 105 或更高
0 0
∞
±1mV（25℃）
106 ~ 1014 A
0
第5章 信号调理电路
105 ~ 1011 或更高 1 ~ 10
2. 运算放大器的基本放大电路 ■ 反相比例运算电路
第5章 信号调理电路
将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上， 则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。
传感器可以三种形式接入电桥。
■ 半桥单臂连接
R
当R R 时， 电桥的输出电压为
R U E 4R
R1
R2
U
R4
R3
E
第5章 信号调理电路
■ 半桥双臂连接 工作桥臂相邻连接时，两电阻变化的极性应相反； 工作桥臂相对连接时，两电阻变化的极性应相同。
5.2.2 测量放大器
1. 高输入阻抗放大器
●用电压跟随器做前置 输入缓冲级; ●使用高阻型集成运算 放大器; ●采用由通用运算放大 器组成的自举式高输入 阻抗放大电路。
自举式同相交流放大电路
第5章 信号调理电路
自举式交流电压跟随器
第5章 信号调理电路
自举组合电路
第5章 信号调理电路
2. 高共模抑制比放大器
xm (t )
o
o
t
xc (t )
t
调制信号
o
xc ( t ) X sin 2πf c t
t
调幅信号
载波
xm ( t )
R( t ) SEX sin 2πf m t xc ( t ) sin 2πf c t 4R 4
交流电桥调幅
第5章 信号调理电路
3. 调幅的解调（鉴幅）
R
R
R
U
R
3
R
1
1
R2
U
R4
R3
R4
E
E
R U E 2R
第5章 信号调理电路
电桥的输出电压为
R
R2 R
■ 全桥连接 相对桥臂的电阻按相同极性变化； 相邻桥臂的电阻按相反极性变化。
R
R2
R1
4
R
E
R
电桥的输出电压为
U
第5章 信号调理电路
3
R E R
R
R
R
ei (t )
R2
t
ea (t )
t
VD1
R4
R1
ei (t )
V
VD2
a R3
IC1
e a (t )
IC2
e o (t )
R3 '
第5章 信号调理电路
0 ( ) eo1 ( t ) ( R4 / R3 )ea ( t ) ( )eo1 ( t )源自三运放高共模抑制比放大电路
第5章 信号调理电路
3. 电桥放大器
■ 单端输入电桥放大电路
单端(反相)输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
单端(同相)输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
■ 差动输入电桥放大电路
第5章 信号调理电路
■ 线性电桥放大电路
第5章 信号调理电路
4. 单片集成测量放大器 特点： ● 共模抑制比高，一般可达100~120dB； ● 输入阻抗高，一般高于109Ω； ● 平衡的差动输入，单端输出，输入端可承受较高的 输入电压，有较强的过载能力； ● 增益可由用户按需要通过选择不同的增益电阻来确 定； ● 动态特性好，工作频带宽； ● 低失调，低漂移。
● 后接的交流放大器结构简单、零漂小； ● 易于实现不失真测试 ； ● 输出调幅波需经相敏检波器进行解调； ● 供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。
第5章 信号调理电路
5.1.3 带感应耦合臂的电桥 电桥的两个桥臂由传感器或变压器的两个感应耦合 线圈所构成，另两个桥臂则是固定的电抗元件或差动传
机械工业出版社
第5章 信号调理电路
CHINA MACHINE PRESS
学习目标
学习测量电桥、信号放大电路、调制解调电路、滤波 器等信号调理电路的工作原理、基本特性等内容。学完本 章后，应对各种信号调理电路的功能特点有较清楚的了解， 掌握一些常用信号调理电路的工作原理、特性分析计算， 初步具备分析、设计常用信号调理电路的能力。
t
2
eo 2 ( t ) ( R4 / R )ei ( t )
' 3
1
eo 2 ( t )
t
eo ( t ) eo1 ( t ) eo 2 ( t )
' 当满足 R2 / R1 2( R3 / R3 )时, 电路就能够输出非常精确的 全波整流波形。
e o (t )
1
t
第5章 信号调理电路
第5章 信号调理电路
AD612的内部结构
第5章 信号调理电路
AD612与测量电桥的连接
第5章 信号调理电路
5.3 调制与解调电路
■ 调制 用原始缓变信号控制高频信号的某个特征参数（幅值、 频率或相位），使这些参数随被测量的变化而变化。 ●调制信号——用来控制高频信号的缓变信号。 ●载波——被控的高频信号。 ●已调波——经过调制后所得到的高频信号。 ■ 解调 从已调波中恢复原始缓变信号。 ■ 信号的调制方法 ● 幅值调制（调幅，AM） ● 频率调制（调频，FM）
学习重点
1. 各种电桥的工作原理，电桥的平衡条件及参数计算。 2. 调幅原理及相敏检波电路、精密整流电路。
3. 滤波器的主要特性指标及典型滤波器电路。
第5章 信号调理电路
5.1 测量电桥
测量电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化转换 成输出电压或电流变化的一种电子装置。 测量装置中最 常用的是惠斯登电桥。 ■ 惠斯登电桥 电桥的输出为 Z1 Z 3 Z 2 Z 4 eo es ( Z1 Z 2 )( Z 3 Z 4 )
U
半桥双臂接法的灵敏度比半桥单臂接法高一倍； 全桥接法的灵敏度又比半桥双臂接法高一倍。 半桥双臂接法和全桥接法也称为电桥的差动连接。 差动连接的优点： ● 提高了电桥的灵敏度； ● 极大地改善了电桥固有的非线性；
● 可对由温度等因素变化所造成的同极性影响进行 补偿（抵消）。
第5章 信号调理电路
R1 R2
■ 求差运算电路
eo k ( e i 2 e i 1 )
( R2 / R p R f / R1 k )
差动放大电路
第5章 信号调理电路
■ 微分运算电路
dei eo RC dt
微分运算电路
第5章 信号调理电路
■ 积分运算电路
1 t eo 0 ei dt RC
积分运算电路
■ 同步解调
xc (t ) xc (t )
x (t )
乘法器
xm (t )
放大器
Axm (t )
乘法器
xm ' ( t )
低通 滤波器
x' ( t )
X( f )
Xm( f )
AX m ( f )
