現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)及儀器-信號(hào)調(diào)理與集成調(diào)理器件-2016

第二講發(fā)展中的傳感器技術(shù)2.3傳感器信號(hào)調(diào)理與集成調(diào)理器件2.3.1

概述信號(hào)調(diào)理(signalconditioning)操作信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成適合后續(xù)單元電路使用的信號(hào)。重要性實(shí)現(xiàn)傳感器的靈敏度、線性度、輸出阻抗、失調(diào)、漂移、時(shí)延等性能參數(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。涉及的信號(hào)與電路類型模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)。相應(yīng)電路有模擬電路和數(shù)字電路，以模擬電路居多，承擔(dān)了數(shù)據(jù)域變換任務(wù)。數(shù)字系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的要求數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)除了要求傳感器輸出信號(hào)(包括電壓、動(dòng)態(tài)范圍、信號(hào)源內(nèi)阻、帶寬等參數(shù)指標(biāo))適合于轉(zhuǎn)換為離散數(shù)據(jù)流外，還需滿足模擬傳感器與數(shù)字DAQS之間的接口要求，包括：信號(hào)隔離、信號(hào)的預(yù)處理、去除無用信號(hào)。2.3.2

信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)原則1）保證傳感器的性能指標(biāo)調(diào)理電路應(yīng)有特點(diǎn):精度高、反應(yīng)快，可調(diào)、可靠和經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。(1)準(zhǔn)確度(精度)

足夠精度是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。為滿足要求，電路應(yīng)有下列性能：①低噪聲與高抗干擾能力對(duì)前置放大有要求；②低漂移、高穩(wěn)定性；③合適的通頻帶不失真；④線性；⑤輸入與輸出阻抗合適輸入阻抗與前級(jí)輸出的匹配(2)響應(yīng)速度

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)要求傳感器電路的頻率特性良好、響應(yīng)快。(3)可調(diào)整性

能以同一電路適應(yīng)不同的同類傳感器，即要求電路的量程或增益可調(diào)，且可調(diào)范圍大、操作方便；同時(shí)希望電路有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理功能。1）保證傳感器的性能指標(biāo)(4)可靠性

傳感器電路的可靠性必須滿足使用要求。電路可靠性的基礎(chǔ)是元器件的可靠性。元器件可靠性相同的情況下，電路元器件越多可靠性越低，因此，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)是提高可靠性的有效辦法。(5)經(jīng)濟(jì)性

在滿足性能要求的前提下，盡可能地簡(jiǎn)化電路，合理設(shè)計(jì)電路和選用元器件，以獲得好的性價(jià)比。(6)低功耗傳感器電路是實(shí)現(xiàn)低功耗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。2.3.2

信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)原則2）根據(jù)傳感器輸出參量類型進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換(1)電阻型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化。如溫度傳感器的鉑電阻，熱敏電阻；電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片。電路的作用：將電阻變化轉(zhuǎn)換為易測(cè)的電參數(shù)，且需解決影響電阻測(cè)量準(zhǔn)確性的問題。如電橋?qū)㈦娮枳儞Q成電壓或電流輸出；振蕩電路將電阻變化轉(zhuǎn)成頻率。(2)電容型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電容變化。如電容式線位移、角位移傳感器；電容式液位計(jì)等。電路的作用：將電容量的變化轉(zhuǎn)換為易于處理的電壓或電流信號(hào)，或通過振蕩電路轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。2.3.2

信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)原則2）根據(jù)傳感器輸出參量類型進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換(3)電感型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感量的變化。如電感式線位移、角位移傳感器，電感式壓力傳感器。電路的作用：將被測(cè)量變化引起的電感量變化變換為易處理的信號(hào)形式，如采用電感電橋?qū)㈦姼凶兓儞Q成電流或電壓變化；用振蕩電路將電感變化轉(zhuǎn)換成頻率變化。(4)互感型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為互感的變化。如差動(dòng)變壓器式傳感器，電渦流式傳感器等。電路的作用：將互感量或互感電勢(shì)的變化，轉(zhuǎn)換為易于處理的壓或電流變化，也可將互感變化引起的電感量變化轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率變化。2）根據(jù)傳感器輸出參量類型進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換(5)電壓

(電勢(shì))型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電壓或電勢(shì)變化。如熱電偶等。電路的作用：將弱電壓(電勢(shì))變化轉(zhuǎn)為較強(qiáng)電壓或電流變化(6)電流型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)為電流變化，如光敏二極管等電路的作用：將由傳感器輸出的微弱電流進(jìn)行放大，變換成較強(qiáng)的電壓或電流。(7)電荷型

敏感元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成輸出電荷的變化。如壓電式傳感器，紅外熱釋電元件等。電路的作用：將電荷變化轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)電壓或電流輸出，這種電路通常稱之為電荷放大器。2）根據(jù)傳感器輸出參量類型進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換(8)脈沖(數(shù)字)型

傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成脈沖序列或數(shù)字信號(hào)。其輸出的數(shù)字信號(hào)分三類：①增量碼信號(hào)：特點(diǎn)是被測(cè)量與傳感器輸出信號(hào)的變化周期數(shù)成正比，即輸出量值大小由信號(hào)變化的周期數(shù)的增量決定。如光柵、磁柵等測(cè)位移的傳感器。②絕對(duì)碼信號(hào)：一種與被測(cè)對(duì)象狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如碼盤，每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)于一組編碼，這種編碼稱絕對(duì)碼。絕對(duì)碼信號(hào)抗干擾能力很強(qiáng)。③開關(guān)信號(hào)：只有0和1兩個(gè)狀態(tài)，可視為絕對(duì)碼只有一位編碼時(shí)的特例。如行程開關(guān)、光電開關(guān)的輸出信號(hào)。電路的作用：對(duì)脈沖序列輸出進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換成所需信號(hào)形式；對(duì)編碼信號(hào)輸出，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號(hào)。3）信號(hào)調(diào)理電路與敏感、轉(zhuǎn)換元件輸出阻抗匹配敏感或轉(zhuǎn)換元件的輸出阻抗大小決定電路結(jié)構(gòu)形式。(1)高輸出阻抗型

敏感元件輸出信號(hào)微弱、輸出阻抗高，如壓電元件，其輸出阻抗高達(dá)108Ω以上。電路的作用：一是吸收信號(hào)源的輸出并進(jìn)行一定的形式變換和放大，將信號(hào)變換成電路易處理的形式；二是阻抗變換，將高輸出阻抗變換成低輸出阻抗。要求有高輸入阻抗和盡可能低的輸出阻抗，以及低噪聲、低漂移和抗干擾能力強(qiáng)。(2)低輸出阻抗型

傳感器的輸出阻抗較低，輸出信號(hào)形式多種多樣。后接電路的作用：一般將信號(hào)不失真地變換成較強(qiáng)的電壓或電流信號(hào)，增強(qiáng)信號(hào)輸出的穩(wěn)定性、抗干擾能力等。4）傳感器電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法因人而異，有各種具體的實(shí)施路徑。通常的設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容如下：(1)提出設(shè)計(jì)任務(wù)

根據(jù)傳感器類型及輸出特性、后續(xù)電路輸入要求和使用環(huán)境等，提出和確定傳感器電路需實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，如信號(hào)變換功能、放大倍數(shù)、準(zhǔn)確度、動(dòng)特性、穩(wěn)定性和可靠性等定量技術(shù)指標(biāo)。(2)確定電路結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)對(duì)電路性能指標(biāo)的要求確定電路的結(jié)構(gòu)形式，如單端輸入或差動(dòng)輸入等。設(shè)計(jì)時(shí)，一般先定主電路部分，再定附加功能電路，畫出方框圖，具體設(shè)計(jì)各框的具體內(nèi)容。4）傳感器電路的設(shè)計(jì)方法

(3)誤差分配根據(jù)電路總準(zhǔn)確度，對(duì)電路各部分進(jìn)行誤差分配的原則：按實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度高低難易程度和成本分配，易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度高的部分，誤差分配得小；難實(shí)現(xiàn)或能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度高但使成本很高的部分，誤差分配得大。誤差分配之后，進(jìn)行誤差綜合，使其不超過總誤差要求。

(4)參數(shù)估算

完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和誤差分配后，需對(duì)各組成部分進(jìn)行電路參數(shù)估算，如放大倍數(shù)、需要的元器件參數(shù)等，對(duì)元器件提出確切的定量性能指標(biāo)要求。4）傳感器電路的設(shè)計(jì)方法(5)抗電磁干擾和溫度干擾設(shè)計(jì)

為提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，在電路中要有抗電磁干擾措施和抗環(huán)境溫度變化的措施。(6)選擇元器件

根據(jù)電路參數(shù)估算和總體性能指標(biāo)要求，選擇各部分電路的元器件包括規(guī)格型號(hào)、級(jí)別、生產(chǎn)廠家等。(7)電路組裝與調(diào)試其方法可由前向后、也可由后向前。不管哪種方法，均應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，一部分無誤、工作正常后，再接一部分，這樣做便于發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正、以提高工作效率。4）傳感器電路的設(shè)計(jì)方法(8)性能測(cè)試與分析

性能測(cè)試要取得足夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)。性能測(cè)試的條件要模擬實(shí)際的使用環(huán)境或進(jìn)行環(huán)境例行實(shí)驗(yàn)(如高溫、低溫，電磁干擾、振動(dòng)等)。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行性能指標(biāo)分析并與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較。(9)電路改進(jìn)

對(duì)沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電路，需進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。改進(jìn)后的電路還要進(jìn)行性能測(cè)試和分析，直到達(dá)到要求為止。(10)工藝定型

對(duì)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電路，要設(shè)計(jì)PCB圖、制作電路板，組裝元器件，制作成可供實(shí)際使用的電路板。2.3.3

測(cè)量電橋

1）基本電橋很多情況下惠斯通電橋被用來測(cè)電阻值的微弱變化量。采用恒壓供電，其輸出電壓可有效反映橋臂電阻變化。一般，uO含非線性分量，非線性誤差隨橋臂電阻變化量增大而增加。對(duì)于半等臂橋(R1=R2,R3=R4)或等臂橋(R1=R2=R3=R4)，差動(dòng)半橋(?R1=-?R2)或差動(dòng)全橋(?R1=-?R2,

?R3=-?R4)的uO不含非線性輸出。對(duì)于單臂工作的等臂橋:；非線性誤差：對(duì)于差動(dòng)電橋，靈敏度正比于變化的電阻個(gè)數(shù)，并且理想情況下無非線性。2)恒流源電橋電橋采用恒流源供電時(shí)，相同情況下(即初始供橋電壓不變)，靈敏度與恒壓源電橋相同，差動(dòng)半橋與差動(dòng)全橋也無非線性誤差，但對(duì)于單臂橋，非線性誤差降低一倍。恒流源單臂電橋的輸出電壓與非線性誤差分別為：和為減少單臂橋、非等臂橋或非差動(dòng)橋的非線性，電阻相對(duì)變化量不宜過大，即電橋靈敏度不宜過大。3)電橋靈敏度

指電橋輸出電壓最大預(yù)期變化與激勵(lì)電壓之比。若UB=10V，電橋滿度輸出10mV,則靈敏度為1mV/V;1～10mV/V為典型值。相同電橋靈敏度下，提高電橋的激勵(lì)電壓能提高電橋的輸出，但會(huì)增大功耗并可能引起電阻的自熱誤差。

5）電橋輸出的線性化處理用基本電橋測(cè)單電阻的變化時(shí)存在非線性誤差。改用如右上圖所示有源電橋，理論上可消除電橋的非線性。該電橋的輸出為：可見，電橋增益是普通單臂橋的兩倍，且即使ΔR值很大，輸出仍呈線性。由于輸出信號(hào)很小，通常要后接第二個(gè)放大器。另外此電路中放大器需雙電源。若基本電橋中有兩個(gè)變化相同的電阻，則其靈敏度比單臂橋大一倍。但電阻變化的方向相同使其非線性誤差也大一倍。用右下圖電路，理論上不存在非線性，電橋輸出電壓為：該電路適用于不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)的情況。6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響一般電阻橋正常工作時(shí)的電阻變化很小，若電橋、電阻引線很長(zhǎng)，其阻值和溫漂使電橋產(chǎn)生明顯誤差。(1)示例圖示單臂電橋中應(yīng)變計(jì)Rx滿量程電阻變化1%即3.5Ω。應(yīng)變計(jì)經(jīng)30米雙絞銅線接入橋路，組成遠(yuǎn)地電橋。RLEAD為引線電阻。若在電橋另一臂上串一阻值為2RLEAD的電阻RC，可使電橋初始平衡。若25℃的銅導(dǎo)線電阻為0.35Ω/m，60m引線電阻為21Ω。銅線的溫度系數(shù)為0.385％/℃，10℃溫升內(nèi)失調(diào)誤差為0.8085Ω，相對(duì)Rx的3.5Ω變化，失調(diào)誤差達(dá)23%。此外，引線電阻及其溫漂還造成電橋的增益誤差。6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響(2)電阻的三線連接法目的：減小引線電阻對(duì)電橋輸出的影響。電橋輸出電壓端接高阻抗測(cè)量放大器時(shí)，接輸出電壓測(cè)量端的引線電阻的壓降所導(dǎo)致的誤差可忽略。引線電阻對(duì)稱時(shí)，電橋右邊支路的每個(gè)橋臂所增加的引線電阻大小相等，不影響電橋平衡，消除了電橋失調(diào)誤差及溫漂誤差，但引線的溫漂仍會(huì)帶來少量增益誤差。三線法適于遠(yuǎn)地放置的單臂電橋的一臂。遠(yuǎn)地電橋的3線連接方法

6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響(3)電橋的四線連接法當(dāng)全橋或所有元件均遠(yuǎn)離信號(hào)調(diào)理電路時(shí)可用下圖的開爾文檢測(cè)或四線檢測(cè)方法，以保證精度。圖中電橋輸出uO接高阻抗放大器，引線不產(chǎn)生測(cè)量誤差。供橋電壓經(jīng)運(yùn)放分別精確調(diào)整到UB和地電位，與引線長(zhǎng)度及其溫漂無關(guān)。圖中上面運(yùn)放的輸出電壓比電橋電壓UB高IBRLEAD，下面運(yùn)放的輸出電壓比地電壓低IBRLEAD。因此需雙電源，且共模抑制比要高。消除引線電阻誤差的四線方法

6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響(4)恒流源電橋的四線連接法圖中運(yùn)放工作在負(fù)反饋條件下，電橋電流為恒流電流精度取決于參考電壓及電阻。該運(yùn)放的電源電壓要高于運(yùn)放輸出電壓2~3V左右。電路中，運(yùn)算放大器的輸出電壓其中電橋的電壓。

消除引線電阻誤差的恒流源電橋電路

6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響5）電橋測(cè)量的比率測(cè)量法利用ADC結(jié)合比率測(cè)量法的電橋四線法，無需精確電源電壓，即可得到高測(cè)量精度。

AD7730的供壓用來激勵(lì)遠(yuǎn)地電橋，其AIN和UREF端均為高阻抗。由電橋輸出電壓AIN與電橋激勵(lì)UREF的比率，AD7730可得到電橋電阻變化。電源電壓波動(dòng)及引線電阻均不造成測(cè)量誤差。以單臂橋?yàn)槔?，采用比率測(cè)量方法，得到輸出為：僅與電阻的變化量有關(guān)。AD7730是內(nèi)帶PGA的ADC，有自校準(zhǔn)功能，特別適于電橋。6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響(6)交替激勵(lì)問題：下圖為與橋式傳感器應(yīng)用中的直流激勵(lì)和測(cè)量相關(guān)聯(lián)的一些系統(tǒng)誤差源。電橋輸出信號(hào)通常很小，易受熱噪聲、1/f噪聲、寄生熱偶電壓及放大器失調(diào)誤差影響。例如，普通電路布線中存在寄生熱偶電壓。若電路存在熱梯度，則錫鉛焊料與PCB印制線之間的結(jié)點(diǎn)可能引入3~4μV/℃的熱效應(yīng)。PCB銅線和放大器的柯伐合金引腳間也存在熱偶接點(diǎn)，產(chǎn)生高達(dá)35μV/℃的誤差。高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，這些熱偶誤差同放大器失調(diào)誤差和系統(tǒng)中的噪聲一道，形成顯著直流和低頻誤差。交替激勵(lì)是解決問題的好辦法。6）降低引線電阻對(duì)電橋的影響(6)交替激勵(lì)例：利用AD7730ADC實(shí)現(xiàn)交替激勵(lì)的應(yīng)用電路。AD7730含交替激勵(lì)功能并給出激勵(lì)切換后計(jì)算輸出結(jié)果的電路，可用作秤重和壓力測(cè)量的完整模擬前端。+5V單電源工作時(shí)能接受直接來自傳感器的低電平信號(hào)，輸出串行數(shù)據(jù)。輸入滿度范圍10～80mV的單、雙極模擬信號(hào)。利用AD7730實(shí)現(xiàn)交替測(cè)量的應(yīng)用電路

2.3.4

信號(hào)放大電路

一般，敏感/轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換輸出的信號(hào)不僅電平低，內(nèi)阻高，伴有較高共模電壓，需要放大信號(hào)和變換阻抗。對(duì)信號(hào)放大電路的一般要求如下：（1）輸入阻抗遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。否則負(fù)載效應(yīng)造成測(cè)量誤差，內(nèi)阻不是常數(shù)的測(cè)量場(chǎng)合，所測(cè)誤差無法補(bǔ)償。（2）抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。共模電壓來源除轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出所含共模電壓以外，還有環(huán)境造成的共模干擾。（3）在頻帶寬度內(nèi)增益穩(wěn)定、線性度好，漂移和失調(diào)小，信噪比高。（4）便于增益調(diào)整。增益調(diào)整時(shí)放大性能不降低，以及便于量程切換、極性自動(dòng)變換等。針對(duì)傳感器信號(hào)輸出特點(diǎn)的常用放大器：儀用放大器，可編程增益放大器和隔離放大器。1）儀用放大器普通減法器是最簡(jiǎn)的增益可調(diào)差動(dòng)放大器，但其輸入阻抗低、電阻值對(duì)稱性調(diào)整復(fù)雜、共模抑制比難保證，不宜用作傳感器信號(hào)差動(dòng)放大。儀用放大器(測(cè)量放大器)結(jié)構(gòu)如圖所示，由運(yùn)放A1，A2構(gòu)成對(duì)稱同相放大器，由運(yùn)放A3和電阻R3~R6組成減法器。設(shè)R1=R2=R，R3=R4=R5=R6，則可見，其增益調(diào)整僅調(diào)Rg，不需多個(gè)電位器聯(lián)動(dòng)，也不影響電路的對(duì)稱性。特點(diǎn)：輸入阻抗高、對(duì)稱性好、共模抑制比高、增益設(shè)定調(diào)整方便、體積小。儀用放大器

2）高共模抑制比線性放大電路實(shí)際中傳感器與測(cè)量電路間有一定距離，用屏蔽電纜連接。信號(hào)線與屏蔽層之間有不可忽略的分布電容，習(xí)慣上將屏蔽層接地，使該電容成為放大器輸入端對(duì)地的寄生電容。放大器本身有輸入電容，若差放兩輸入端各自對(duì)地的電容不等，則電路的共模抑制比變壞、測(cè)量精度下降.

用等電位屏蔽消除信號(hào)線與屏蔽層之間的寄生電容影響，即電纜屏蔽層接輸入共模信號(hào)相等的電位點(diǎn)，使電纜心線與屏蔽層等電位。此法稱共模電壓自舉法。采用有源屏蔽驅(qū)動(dòng)能有效解決上述問題。右圖通過電源對(duì)共模電壓的跟蹤使共模影響大大削弱。3）可編程增益放大器(PGA)*

PGA也稱程控放大器，根據(jù)待測(cè)模擬信號(hào)幅值大小改變放大器增益，用來解決寬范圍傳感器信號(hào)的模擬數(shù)據(jù)采集問題。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對(duì)輸入模擬信號(hào)一般需放大，以適合模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換范圍。但傳感器輸出信號(hào)可能在很大范圍內(nèi)變化，若固定增益不能兼顧不同輸入信號(hào)幅度的放大量。PGA能很好地解決此問題，實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換，因而在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。左下為同相比例放大器，增益G=(R1+R2)/R2。通過調(diào)整R1、R2的比值實(shí)現(xiàn)增益控制。右圖是典型PGA器件AD526。

3）可編程增益放大器(PGA)*改變前述儀用放大器的電阻Rg，可改變其放大倍數(shù)。LH0084屬這類器件，其結(jié)構(gòu)如圖所示。控制信號(hào)D1D0通過控制邏輯驅(qū)動(dòng)模擬開關(guān)切換運(yùn)放的反饋電阻。D1、D0的四種組合對(duì)應(yīng)1，2，5，10共4種程控增益值。另外，芯片輸出級(jí)的減法器還有成對(duì)的反饋電阻可供選擇。選擇不同的反饋電阻作為減法器的組成部分，可實(shí)現(xiàn)減法器的增益設(shè)置，共有1，4，10三種狀態(tài)。LH0084電路結(jié)構(gòu)

4）隔離放大器*隔離放大器能在輸入與輸出之間保持電氣隔離的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的線性傳輸。其符號(hào)如圖所示，輸入和輸出信號(hào)端口和電源端口都是電氣隔離的。隔離放大器常用于工業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療領(lǐng)域，用來防止漏電，保障人身安全；在電力系統(tǒng)等高壓場(chǎng)合保護(hù)儀器，避免漏電，消除干擾。隔離放大器有兩端口隔離和三端口隔離兩種。兩端口隔離（簡(jiǎn)稱兩端隔離）指輸入信號(hào)和輸出信號(hào)部分電氣隔離；三端口隔離指信號(hào)輸入、信號(hào)輸出和電源三個(gè)部分彼此隔離。隔離的媒介主要有電磁隔離（變壓器隔離）、光電隔離和電容隔離。（1）變壓器隔離放大器

AD204為變壓器耦合兩端口隔離放大器，最大隔離電壓為±1000V（峰-峰值），最大非線性誤差±0.025%。片內(nèi)集成有隔離電源，為隔離輸入級(jí)供電，同時(shí)連到引腳，可作為外圍電路（如傳感器、運(yùn)放等）電源。有時(shí)用隔離放大器放大信號(hào)時(shí)，電源由信號(hào)輸入部分的電路供給，這時(shí)用AD204不合適。為了靈活選擇隔離放大器驅(qū)動(dòng)電源所在位置，有些隔離放大器采用三端口隔離方式，即輸入端、輸出端和驅(qū)動(dòng)電源端分別電氣隔離。

AD204FunctionalBlockDiagram（2）光電隔離放大器其耦合器件是半導(dǎo)體器件，有非線性和溫漂，參數(shù)離散性大，用光耦線性隔離傳送模擬信號(hào)需一定技巧。

下圖為BB公司的ISO100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單極性工作時(shí)不用參考電流源，這時(shí)IREF1端(16腳)接輸入部分地；IREF2端接輸出部分地。正常工作時(shí)uI為單極性負(fù)電壓，VD1的負(fù)反饋?zhàn)饔?，LED有電流流過而發(fā)光，使光敏管VD1，VD2中分別產(chǎn)生大小相等的電流，若外接電阻R1=Rf，則輸出端電壓與輸入端電壓相等。雙光耦參數(shù)對(duì)稱，使光電器件的非線性誤差和漂移不造成任何誤差。雙極性工作時(shí)，電路如圖所示。它將參考電流源IREF1和IREF2分別接運(yùn)放反相輸入端。此時(shí)，uI，uO的最大值分別為：

，。（3）電容隔離放大器原理：將輸入信號(hào)調(diào)制后經(jīng)隔離電容耦合到輸出電路，解調(diào)得到與輸入成線性關(guān)系的輸出信號(hào)。其原理與變壓器耦合隔離放大器的原理很相近，只是前者的電容可包含在半導(dǎo)體器件中，因此體積小，成本低。

2.3.5

信號(hào)變換電路

為使傳感器輸出信號(hào)便于處理、顯示、傳輸，需要對(duì)不同類信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。主要如下：①V/F變換將電壓信號(hào)做頻率調(diào)制以電氣隔離和數(shù)字化；②交流/直流變換以提取交流信號(hào)參數(shù)(峰值,均值,有效值);③信號(hào)調(diào)制與解調(diào)(包括相敏解調(diào))以便傳輸信號(hào)時(shí)電氣隔離和抗干擾；④V/I變換，將電壓信號(hào)變成不易受干擾的電流源信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路：實(shí)現(xiàn)各類型信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，使其具有不同輸入、輸出的器件可以聯(lián)用的電路。進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，需考慮:(1)電路應(yīng)有良好線性；(2)要求電路具有一定的輸入阻抗和輸出阻抗，以便與相聯(lián)器件或電路阻抗匹配。要求I/V電路有較低的輸入阻抗和輸出阻抗。而V/I電路要有較高的輸入阻抗和輸出阻抗。1）V/I變換V/I變換器：輸出負(fù)載中的電流正比于輸入電壓的電路。由于傳輸系數(shù)是電導(dǎo)，又稱轉(zhuǎn)移電導(dǎo)放大器。輸入電壓恒定時(shí)，負(fù)載中的電流為恒定值，與負(fù)載無關(guān)，構(gòu)成恒流源電路。(1)浮地負(fù)載V/I變換電路將負(fù)載接到反相放大器和同相放大器的反饋電路中，則構(gòu)成圖(a)和(b)所示最簡(jiǎn)浮地負(fù)載V/I變換電路。按理想運(yùn)放條件可導(dǎo)出這兩種電路負(fù)載中的電流為：IL=Vi/R1

(1)浮地負(fù)載V/I變換電路圖(c)和(d)的V/I電路對(duì)浮地負(fù)載中的電流有放大特性。圖(c)中電阻R4上的電壓為:V4=-ViR2/R1

負(fù)載RL的電流為:IL=V4/(R2//R4)=-Vi(1+R2/R4)/R1

圖(d)中，R4上的電壓為：V4=Vi(1+R2/R1)

負(fù)載中的電流為:

IL=V4/((R2+R1)//R4)=Vi(1+R2/R4+R1/R4)/R1可知:c,d電路在浮地負(fù)載中的電流分別被放大了(1+R2/R4)及(1+R1/R4+R2/R4)倍。a和c為反相型，輸入阻抗為R1，是低輸入阻抗型。b和d為同相型，其輸入阻抗與同相放大器相同，為高輸入阻抗型。(2)接地負(fù)載V/I變換電路圖a電路中Al為同相加法器，A2為跟隨器，其輸出電壓為:V02=VL=ILRL

A1的同相端電壓：

V+=ViR4/(R3+R4)+ILRLR3/(R3+R4)A1同相端電壓經(jīng)A1同相放大輸出為：

Vol=V+(R1+R2)/R1

=(ViR4+ILRLR3)(R1+R2)/((R3+R4)R1)=ILR5+ILRL

選擇元件參數(shù)值滿足：R3(Rl+R2)＝Rl(R3+R4)，可得負(fù)載中的電流IL與負(fù)載RL無關(guān)。若選取R3＝R1，及R4＝R2，則輸出負(fù)載中的電流為：IL=ViR2/(R1R5)。

因A1,A2構(gòu)成閉環(huán)正反饋，設(shè)計(jì)時(shí)須考慮電路穩(wěn)定性。電路中閉環(huán)的環(huán)路增益為RL/(R5+RL)<1，可見電路穩(wěn)定。為保證有至少10dB的穩(wěn)定儲(chǔ)備，選擇電阻R5>2RL

。

圖(b)是單運(yùn)放構(gòu)成的接地負(fù)載電壓-電流變換電路。類似分析可得，當(dāng)R2/R1=(R4+R5)/R3時(shí)，接地負(fù)載中的電流為:

IL=-ViR2/(R1R5)

(3)差動(dòng)式V/I變換電路

輸入為差動(dòng)電壓時(shí)，下面的電路可使負(fù)載中的電流與兩輸入電壓之差成正比。圖a：理想條件下V-=V+=Vi2，負(fù)載中的電流:IL=(Vi1-Vi2)/R1

圖b：若滿足R3/R5=R1/(R2+R4)，則浮地負(fù)載中的總電流：

IL=IL1+IL2=(Vi2-Vi1)(R2+R4)/(R1R4)圖c：負(fù)載中的電流為IL=I3-I4，為使負(fù)載中的電流與RL無關(guān)，電阻選擇須滿足：R1R4=R2R3，相應(yīng)的接地負(fù)載中電流為：IL=(Vi2-Vil)/R3

abc2）I／V轉(zhuǎn)換電路

I/V轉(zhuǎn)換電路用于將輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。如圖，利用反相輸入型和同相輸入型運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換。設(shè)運(yùn)放A為理想運(yùn)放。在圖a中有：i=is；u0≈-iR1=-isR1。電流源is的內(nèi)阻必須很大，否則，輸入失調(diào)電壓將被放大(1+R1/Rs)倍，產(chǎn)生很大誤差。此外，電流is必須遠(yuǎn)大于運(yùn)放輸入偏置電流Ib

。a下圖中，輸入電流is首先經(jīng)過Rl轉(zhuǎn)換成輸入電壓ui=isR1，再經(jīng)同相輸入比例放大得到輸出電壓：u0=isR1(1+R2/R3)

根據(jù)傳感器電流輸出要求，確定負(fù)載R1大小。R1確定后，根據(jù)is與u0的范圍確定R2、R3。為減少運(yùn)放偏置電流產(chǎn)生的誤差，要求兩輸入端對(duì)地電阻相等，即R4=R2

R3/(R2+R3)。例如，將0mA～10mA的輸入電流轉(zhuǎn)換成0V~10V的輸出電壓，取R1=250?，(ui

為0V~2.5V)，R3=5.1k?,

則R4=3.9k?(15k?和1k?電位器串聯(lián)得到)。對(duì)于光電池、光敏二極管，由于其輸出電阻很高，且其短路電流與光強(qiáng)的線性好，因此可看成電流源。通常其電流很小(μA級(jí))，所以光電池、光敏二極管的檢測(cè)實(shí)際上是微電流測(cè)量。為獲得高精度微電流放大，須用高輸入阻抗、極低偏置電流的FET輸入型運(yùn)放，如CA3140，OPAl28等，但FET運(yùn)放輸入偏置電流隨溫升而倍增，而晶體管輸入型反倒好些。采用T型反饋電路組成的微電流放大器可取得較好效果，如圖所示。理想情況下：

is=u/R2+(u-u0)/R3

其中，u=-is

R1代入上式，得

u0=-is[R3+R1(1+R3/R2)]通過改變R2值可改變放大倍數(shù)。

在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，電流信號(hào)經(jīng)長(zhǎng)導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集接口，需I/V轉(zhuǎn)換后再作A/D轉(zhuǎn)換。圖a為傳感器的長(zhǎng)線電流輸入的情況。圖b輸入電流I直接流過基準(zhǔn)電阻R，輸出電壓為Vo＝IiR。

當(dāng)工作范圍為-10V<IiR<+10V時(shí)，一般根據(jù)Ii適當(dāng)選取R，對(duì)Ii的大小無限制。R值很小時(shí)，Ii可取大值，但應(yīng)注意R的發(fā)熱情況。

R為電路的輸入阻抗，因此當(dāng)主信號(hào)源內(nèi)阻不太大時(shí)，電流值將產(chǎn)生誤差。當(dāng)輸入電流很小時(shí)，可使用圖c所示電壓放大電路，則有Vo=IiR(R1+R2)/R2=100RIi

另一種電路形式：取樣的標(biāo)準(zhǔn)電阻作運(yùn)放的反饋電阻。圖a：輸入電流Ii全部流經(jīng)反饋電阻，輸出Vo＝-IiR。全部電流流入運(yùn)放輸出端，不能作大電流轉(zhuǎn)換。特點(diǎn)：電路的輸入接近零，即使信號(hào)源內(nèi)阻很低，也不產(chǎn)生電流誤差。小電流轉(zhuǎn)換時(shí)，需用大反饋電阻，同時(shí)要求運(yùn)放失調(diào)電壓小。標(biāo)準(zhǔn)電阻值一般為10<R<1M。R<10時(shí)，布線電阻的影響增大；R>1M時(shí)，電阻精度難保證且很容易受噪聲影響。圖b電路用于小電流。將10nA的電流轉(zhuǎn)換為1V時(shí)，若采用圖a方案，則R為100M，精度難保證。圖b先將10nA轉(zhuǎn)換成10mV，再用一個(gè)增益100的電壓放大器將電壓放大到1V，避免了大阻值電阻的采用。2）V/F轉(zhuǎn)換電路

V/F轉(zhuǎn)換過程實(shí)質(zhì)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，頻率信息可遠(yuǎn)傳，有良好的抗干擾能力，用光電隔離和變壓器隔離不會(huì)損失精度；VFC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用簡(jiǎn)單，對(duì)外圍器件性能要求不高，其A/D轉(zhuǎn)換速度不低于雙積分型ADC，而價(jià)格低。

VFC常用電荷平衡轉(zhuǎn)換法，原理如圖所示。運(yùn)放Al、電阻R1、積分電容CINT組成積分器。A1輸入端A和輸出端B分別接電流開關(guān)S的兩選擇端。當(dāng)S受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制在A、B點(diǎn)交替切換時(shí)，積分器相應(yīng)地工作于兩種不同狀態(tài)：復(fù)位和積分。電荷平衡式U/F轉(zhuǎn)換器原理

由于CINT在積分和復(fù)位過程中的電荷變化量平衡，即充電的電量等于放電的電量，故稱電荷平衡式轉(zhuǎn)換器。VFC的輸出頻率為：式中，RI為UFC的輸入端內(nèi)部電阻,IR為內(nèi)部恒流值,Tr為固定的復(fù)位(放電)時(shí)間，TI為對(duì)被測(cè)信號(hào)的積分(充電)時(shí)間。用單片集成電路AD650及外部元件可構(gòu)成VFC。

AD650的基本應(yīng)用：輸入uI為正電壓，RPl調(diào)整輸入電量的量程，RP2調(diào)整積分器的輸入失調(diào)電壓，晶體管T1輸出為集電極開路模式，外接、上拉電阻以形成TTL或CMOS電平。AD650還可實(shí)現(xiàn)雙極性輸入和F/V轉(zhuǎn)換。

批量生產(chǎn)VFC時(shí)，外接元件參數(shù)不可能完全一致，帶來調(diào)試和校準(zhǔn)困難。因輸出頻率與RI，IR，TR有關(guān)，將RI集成在器件中，復(fù)位時(shí)間TR由外部時(shí)鐘控制，則轉(zhuǎn)換器的精度完全取決于器件的精度和外部時(shí)鐘精度，而這兩者的提高較易。據(jù)此思路的AD652電路和各點(diǎn)波形如圖所示,其轉(zhuǎn)換精度僅與片內(nèi)參考電壓源和1mA電流源的穩(wěn)定性有關(guān)。若后接測(cè)量設(shè)備用AD652的外部時(shí)鐘定時(shí)，則外部時(shí)鐘頻率穩(wěn)定性不影響測(cè)量結(jié)果；片內(nèi)單穩(wěn)電路的外接定時(shí)電容的不穩(wěn)定也不影響轉(zhuǎn)換精度；AD652滿度轉(zhuǎn)換頻率2MHz，該處非線性誤差0.02％。

3）交流/直流轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)有時(shí)需知道傳感器的交流輸出信號(hào)的幅值或功率例如磁電式振動(dòng)傳感器或電渦流式振動(dòng)位移傳感器，其信號(hào)處理中都需進(jìn)行交流-直流變換，即將交流振幅信號(hào)變?yōu)榕c之成正比的直流信號(hào)輸出。根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率不同或要求的測(cè)量精度不同，可用不同變換方法。目前常用的變換方法有線性檢波電路(半波整流電路)、絕對(duì)值電路（全波整流電路）、有效值變換電路（方均根/直流變換電路）。(1)線性檢波電路最簡(jiǎn)檢波電路為二極管檢波電路。因二極管存在死區(qū)電壓，當(dāng)輸入信號(hào)幅值較低時(shí)，會(huì)帶來嚴(yán)重的非線性誤差。實(shí)用方法：二極管置于運(yùn)放反饋回路，以實(shí)現(xiàn)精密整流。采用反相放大結(jié)構(gòu)的常用半波整流電路及波形如圖。當(dāng)輸入uI為正極性時(shí)，放大器輸出uO1為負(fù)，D2導(dǎo)通，D1截止，輸出uO為零。uI為負(fù)極性時(shí)，放大器輸出為正，D1導(dǎo)通，D2截止，電路處于反相比例運(yùn)算狀態(tài)。分析可得：只要運(yùn)放輸出|uO1|的值大于整流二極管的正向?qū)妷?，D1和D2中總有一個(gè)通，一個(gè)截止，此時(shí)電路能正常檢波。電路能檢波的最小輸入電壓為UD/AUO。其中UD為二極管的正向壓降，AUO為運(yùn)放的開環(huán)電壓增益?？梢姸O管正向壓降的影響被削弱AUO倍，使檢波特性大大改善。若需輸出負(fù)電壓，只要把電路的兩個(gè)二極管同時(shí)反接即可。(2)絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路

該電路把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)，再用低通濾波器濾去交流成份，得到直流信號(hào)(稱絕對(duì)平均偏差MAD).

在半波整流電路基礎(chǔ)上，加一級(jí)加法器，構(gòu)成簡(jiǎn)單絕對(duì)值電路，如右圖所示。圖中A1組成線性檢波器，在R1=R2，R3=R1//R2的條件下，u1與輸入電壓uI的關(guān)系為：A2組成帶權(quán)加法器:R4=2R5=R6，R7=R4//R5//R6，其輸出：需注意，這里一些電阻需匹配，即R1=R2，R4=2R5=R6。

(3)有效值轉(zhuǎn)換電路交流信號(hào)有效值的測(cè)量方法較多。如果已知被測(cè)信號(hào)波形，可采用峰值檢測(cè)法、絕對(duì)平均法分別測(cè)出交流信號(hào)的峰值或絕對(duì)平均值，再進(jìn)行換算即可。若輸入信號(hào)波形不確定，可采用熱功率法或硬件運(yùn)算法。峰值檢測(cè)電路：其輸出電壓uO等于交流信號(hào)峰值up。正弦波的信號(hào)有效值URMS=UP/1.414；三角波URMS=UP/1.73；方波的URMS=UP。(3)有效值轉(zhuǎn)換電路絕對(duì)平均法:利用絕對(duì)值轉(zhuǎn)換和低通濾波電路，得到輸入信號(hào)的MAD值，再換算成RMS值。絕對(duì)平均法比峰值法測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但不適于復(fù)雜波形的信號(hào)。熱功率法:利用交流信號(hào)加在電阻上的功率即溫度變化測(cè)量有效值，輸出不受波形影響，但響應(yīng)慢。目前較理想的方法是利用集成器件實(shí)現(xiàn)有效值的實(shí)時(shí)運(yùn)算，電路框圖如圖所示。由得，故有

集成有效值轉(zhuǎn)換器：AD536，AD636，AD637等。AD637為高精度寬帶方均根/直流轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入信號(hào)均方根值在0~2V范圍時(shí)，最大非線性僅0.02％，輸入均方根值在2V和100mV時(shí)，相應(yīng)的-3dB帶寬分別達(dá)8MHz和600kHz。當(dāng)波峰系數(shù)較大時(shí)，晶體管的對(duì)數(shù)一致性誤差會(huì)導(dǎo)致非線性誤差。波峰系數(shù)為3時(shí)，附加誤差為0.1％。2.3.6

硬件方式線性化

在測(cè)量系統(tǒng)中，希望傳感器的輸入輸出特性為線性。線性有利于后續(xù)電路設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)化標(biāo)定工作。現(xiàn)實(shí)中大量傳感器是非線性的。數(shù)字電路、單片機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)的介入，能在某種程度上補(bǔ)償傳感器的非線性(也可視為一種數(shù)字式線性化技術(shù))，但此方式的適用范圍有限，尤其受A/D采樣速度及運(yùn)算處理速度限制，在動(dòng)態(tài)測(cè)量中難滿足要求。若傳感器輸入輸出特性的非線性不嚴(yán)重，當(dāng)不會(huì)引起顯著誤差時(shí)，可用切線或割線等近似直線代替局部實(shí)際曲線，如擬合直線。傳感器線性化的目的：通過在信號(hào)調(diào)理電路中加入非線性環(huán)節(jié)，使傳感器的這段線性范圍最大化。

1)

線性化方法分類按所用元件，傳感器線性化分為無源和有源線性化。根據(jù)線性化所處階段不同，在數(shù)字化以前進(jìn)行的線性化，稱模擬線性化；在數(shù)字化以后進(jìn)行的線性化，稱數(shù)字線性化。采用硬件方法進(jìn)行傳感器特性線性化，在實(shí)時(shí)性、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)等方面有軟件方法難以替代的優(yōu)勢(shì)。在許多應(yīng)用中，采用模擬電路對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行線性化是最佳的。

2)無源線性化電路優(yōu)點(diǎn)：電路較簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，通過合理設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)，可獲得滿意的精度，是一種廣泛應(yīng)用的線性化方法。方式：用固定參數(shù)元件與敏感器件并聯(lián)或串聯(lián)；這是一種簡(jiǎn)單的無源線性化電路方式。對(duì)有些非線性傳感器，簡(jiǎn)單地用固定電阻器與傳感元件串、并聯(lián)，只要電阻值選取合適，即可將非線性校正到滿意的程度。典型實(shí)例：Dunmore式濕敏傳感器的非線性校正。如下圖所示，濕敏傳感器的電阻值RH與相對(duì)濕度RH的關(guān)系曲線是非線性的。

2)無源線性化電路并聯(lián)：依具體需要，選A,B,C三點(diǎn)，相應(yīng)的RH與RH值分別為RHa,RHb,RHc及Ha,Hb,Hc，且Ha-Hb＝Hb-Hc。選圖b所示電路，用一個(gè)固定R與RH并聯(lián)，則總電阻：R’H=RRH/(R+RH)。使A,B,C成一線，應(yīng)有R’Ha-R’Hb=R’Hb-R’Hc。即:RRHa/(R+RHa)-

RRHb/(R+RHb)=RRHb/(R+RHb)-RRHc/(R+RHc)因此，R=(RHb(RHa+RHc)-2RHa

RHc)/(RHa+RHc-2RHb)(a)濕敏電阻的非線性特性曲線

(b)無源線性化電路濕敏電阻的線性化

2)無源線性化電路修正后的特性曲線呈圖a所示的S形，線性度得到改善，各點(diǎn)R’H值與直線(圖中虛線)關(guān)系對(duì)應(yīng)偏差R如圖b所示。修正后的特性曲線及與直線間的偏差

2)無源線性化電路串聯(lián)：若直接進(jìn)行輸出線性化，可用下圖所示串聯(lián)電路。對(duì)于前圖a中的A,B,C三點(diǎn)，應(yīng)有：

ViRRHa/(R+RHa)-ViRRHb/(R+RHb)=ViRRHb/(R+RHb)-ViRRHc/(R+RHc)

根據(jù)上式求出的固定電阻仍為:

R=(RHb(RHa+RHc)-2RHa

RHc)/(RHa+RHc-2RHb)

線性化后的電壓輸出曲線如圖b所示，也是S形曲線。電路中從固定電阻上取電壓是為了得到隨相對(duì)濕度增加而增加的電壓關(guān)系。串聯(lián)電阻線性化電路

2)無源線性化電路熱敏電阻的非線性校正：常用前述串、并聯(lián)方法。熱敏電阻阻值與溫度呈指數(shù)關(guān)系，實(shí)踐中可用溫度系數(shù)很小的金屬電阻與其串聯(lián)或并聯(lián)或同時(shí)串、并聯(lián)，構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)，代替單個(gè)熱敏電阻。只要金屬電阻阻值選擇合適，可使其等效電阻值與溫度的關(guān)系在一定溫度范圍內(nèi)呈線性。一般情況下，取回路電流作輸出量時(shí)選用串聯(lián)形式，在電橋測(cè)量電路中，則選并聯(lián)形式或串、并聯(lián)形式。電阻串、并聯(lián)法可使熱敏電阻最大非線性誤差在0~40℃范圍內(nèi)校正為0.15℃，在0~l00℃內(nèi)為1.5℃。熱電阻(如鉑、銅電阻)等特性曲線一般為二次或三次多項(xiàng)式，也可用這種方法校正。2)無源線性化電路上述線性化法成本低，簡(jiǎn)便，但校正范圍一般較窄、準(zhǔn)確度不很高，主要用于被測(cè)量變化范圍不大的場(chǎng)合。采用更復(fù)雜的無源電路，可擴(kuò)大線性范圍。例如，將工作于不同敏感區(qū)的敏感元件組合，使特性曲線彎曲部分互補(bǔ)，可消除高次項(xiàng)誤差，獲得寬線性范圍。以濕敏電阻為例，如圖所示，RH1與RH2分別工作在不同的敏感區(qū)。通過固定電阻的并聯(lián)，將RH1在Ha、Hb、Hc三點(diǎn)線性化，RH2在Hb、Hc、Hd三點(diǎn)線性化，總電阻為：

RH＝R’H1+R’H2

不同敏感區(qū)的敏感元件進(jìn)行組合

濕敏電阻的線性化效果

abc

2)無源線性化電路如圖所示，在公共敏感區(qū)域，兩個(gè)等效電阻特性曲線的彎曲方向不同，R’H1向上彎，R’H2向下彎?？傠娮鑂H與相對(duì)濕度RH的關(guān)系曲線為兩者之和，兩曲線在公共區(qū)域互補(bǔ)，得到一條范圍更寬的近似直線，如圖c。這種線性化的效果既與每個(gè)濕敏器件的特性有關(guān)，又和線性點(diǎn)選擇有關(guān)。通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合，可使非線性誤差足夠小。3)有源線性化電路原理上任何敏感器件的變換特性都可校正為直線。無源線性化方法的不足是引入固定參數(shù)元件串并聯(lián)，使變換靈敏度降低。有源線性化利用運(yùn)放、場(chǎng)效應(yīng)管或三極管等有源元件實(shí)現(xiàn)函數(shù)變換。因運(yùn)放的增益很高、輸入阻抗極高、接法靈活多變，可獲得各種各樣的函數(shù)變換特性。隨運(yùn)放性價(jià)比不斷提升，實(shí)際應(yīng)用中被越來越多地采用。

有源線性化的缺點(diǎn)：線路復(fù)雜、調(diào)整不便，成本高。一種簡(jiǎn)單有源線性化電路是利用非線性反饋，使反饋支路的非線性和原敏感器件變換特性的非線性相互抵消。目前有多種使用方便的函數(shù)運(yùn)算電路可選。此外，也可采用運(yùn)算放大器搭建函數(shù)運(yùn)算器進(jìn)行線性化。3)有源線性化電路(1)電橋輸出的線性化處理（已介紹）(2)對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算電路

許多敏感元件的特性曲線呈指數(shù)或?qū)?shù)形式，例如硅光電池的輸出電壓為vI＝Voe–aI,其中I為光強(qiáng)。此時(shí)，利用由運(yùn)放組成的對(duì)數(shù)電路，使電路輸出為：vA＝Kln(vI)，其中K為常數(shù)，可得到線性的輸出：vA＝Kln(Vo)-aKI

。利用二、三極管PN結(jié)的非線性特性所構(gòu)成的對(duì)數(shù)或指數(shù)電路最為常用。它利用PN結(jié)正向?qū)ǖ闹笖?shù)伏安特性，但要求輸入電壓必須為正。若PN結(jié)反接，輸入必須為負(fù)。實(shí)用中，常利用三極管的基射PN結(jié)電壓與集電極電流間的指數(shù)跨導(dǎo)特性來代替二極管的指數(shù)伏安特性。

3)有源線性化電路(2)對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)/指數(shù)運(yùn)算電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，但具體應(yīng)用需注意：①PN結(jié)的指數(shù)特性與溫度有關(guān)，使電路的溫度穩(wěn)定性很差；②PN結(jié)必須處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此對(duì)于對(duì)數(shù)運(yùn)算電路，輸出電壓為單極性，對(duì)于指數(shù)電路，則要求輸入電壓為單極性，且輸入/輸出信號(hào)的變化范圍有限。3)有源線性化電路(3)信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)線性化

對(duì)有些非線性敏感器件，經(jīng)多級(jí)運(yùn)算放大，將調(diào)理電路輸出信號(hào)反饋到相關(guān)放大器輸入端，構(gòu)造一個(gè)與傳感器特性相近的函數(shù)運(yùn)算器，可實(shí)現(xiàn)較理想的非線性校正。例如對(duì)溫度變化較大時(shí)熱電阻的非線性校正。例：鉑電阻非線性校正電路如圖。傳感器輸出VO饋送A1輸入端，經(jīng)A1反相，構(gòu)成正反饋?？商岣?00℃附近的飽和輸出電壓，明顯改善非線性。調(diào)試(用普通電阻代替TRRAl02B)：分別接入相當(dāng)于0,100,500℃的電阻，用W1,W3,W2分別調(diào)零點(diǎn)、增益和線性。

鉑電阻的非線性校正電路

(3)信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)線性化精確校正法：利用電橋輸出對(duì)電源電壓敏感，將輸出信號(hào)反饋到電橋供橋電源端，使電源電壓隨輸出信號(hào)變化，從而使輸出與輸入呈線性關(guān)系。設(shè)阻值為R的全等臂橋的電源電壓為Vc，傳感器阻值Rx與R的關(guān)系為:Rx=(1+x)R，則橋路輸出為:Vob=Vcx/(4+2x)Vo的一部分Vo(為反饋系數(shù))與Vref(穩(wěn)壓管D提供)一起，經(jīng)運(yùn)放綜合后，反饋到電橋電源端，使電橋電源隨Vo而變。調(diào)整電路，使Av·=2可得:Vo=AvVref

x/4,其中Av為AD521增益。上式表明從根本上消除了輸出與輸入的非線性。缺點(diǎn)：適用場(chǎng)合較窄、電路較復(fù)雜、調(diào)試較麻煩。

3)有源線性化電路(4)折線近似線性化如圖有些器件的特性曲線呈緩慢、單調(diào)變化，可將特性曲線分段，每段用一直線近似。利用二極管的開關(guān)特性，用多段折線代替特性曲線。折線個(gè)數(shù)越多，逼近程度越高，誤差越小。一般多用5-10段折線。右圖中用四個(gè)二極管串聯(lián)四個(gè)不同的電阻R，對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)分段逼近形式的線性化。用分段折線逼近特性曲線的線性化方法

二極管選通式非線性網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償電路

3)有源線性化電路(5)多項(xiàng)式近似法線性化①多項(xiàng)式串聯(lián)線性化電路原理：由傳感器的y=ul=f(x)，求反函數(shù)x=f-1(u1)，再用各類多項(xiàng)式運(yùn)算電路進(jìn)行uO=kf-1(u1)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)線性化uo=kx。如上圖所示，由于多項(xiàng)式(或函數(shù))運(yùn)算電路與傳感器測(cè)量電路相串聯(lián)，故稱多項(xiàng)式串聯(lián)線性化電路。下圖所示為傳感器電橋線性化電路實(shí)例。用四象限模擬乘法器AD534對(duì)傳感器電橋?qū)崿F(xiàn)線性化，適用于電橋電路線性化。3)有源線性化電路①多項(xiàng)式串聯(lián)線性化電路

AD534的X1,X2,Yl,Y2,Zl,Z2均可做輸入端，常取其一為輸出信號(hào)，如取Z1通過輸出12端輸出，其余為輸入信號(hào)。當(dāng)AD534刻度系數(shù)取10V、開環(huán)增益無窮大時(shí)，乘法器公式為：(xl-x2)(Yl-Y2)/10V=(Zl-Z2)。根據(jù)前圖有：x1=U0,y1=U1,x2=Y2=0,Z1=U0,Z2=U1

上式可寫為：U0=l0V(U0-U1)/(U1）經(jīng)差動(dòng)放大后，傳感器電橋輸出電壓為：

U1=KEx/(1+x/2)式中K-電橋與放大電路總增益；E-電橋電源；x-橋臂電阻相對(duì)變化量，x=R/Ro。

將U1代入U(xiǎn)0表達(dá)式得：取KE=5V，則U0=KEx。3)有源線性化電路②多項(xiàng)式反饋線性化電路基本原理：根據(jù)多項(xiàng)式y(tǒng)=u1=f(x)，設(shè)計(jì)與u1=f(x)同形式的函數(shù)uo=f(u1)電路作為傳感器的反饋回路，改變反饋量調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)線性化。下圖為利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)式反饋的鉑電阻測(cè)溫線性化電路。RT-Pt100電阻，基準(zhǔn)電壓E=10V，RT恒溫(5rnA)工作。R1用于調(diào)零點(diǎn)輸出使UO=0V；R4用于調(diào)量程，即確定一次方的系數(shù)。R7用于確定二次方的系數(shù)。電路測(cè)溫范圍0～500C，靈敏度100mV/C。3)有源線性化電路②多項(xiàng)式反饋線性化電路由上面電路可導(dǎo)出:RT=103RoR2/R1+103R4RoR2R6Uo/(ER3R5R8)-103RoR2R6U02/(10ER3R7)

適當(dāng)調(diào)節(jié)R1，R4和R7，可使上式變?yōu)?

RT=(1+3.973x10-3t-5.856x10-7t2)Ro

傳感器RT測(cè)量電路輸出電壓Ut為:

Ut=-RTE/R0=-R0(1+3.973x10-3t-5.856x10-7

t2)E/R0可見：Ut是二次多項(xiàng)式，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)與上式相同形式的函數(shù)電路，作為A2的反饋電路，實(shí)現(xiàn)電路由A3、A4、A5組成，其中A3為UO的反相電路，U3=-UO。A4是模擬乘法器AD533，其輸出為U4=UO2/10V。U3、U4經(jīng)A5構(gòu)成加法器相加，使A5輸出Uf為一個(gè)二次多項(xiàng)式。Uf為反饋電壓，與Ut經(jīng)A2構(gòu)成加法放大器，使輸出Uo發(fā)生變化。

3)有源線性化電路②多項(xiàng)式反饋線性化電路如上圖b所示采用的四象限模擬乘法器AD533D使用方法如下圖所示。

2.3.7

電源、電壓基準(zhǔn)和電源配置

電源的精度和穩(wěn)定性直接影響傳感器電路輸出信號(hào)質(zhì)量。根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)其電路電源有相應(yīng)要求。按變換原理分類有開關(guān)電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源；按輸出特性分有恒壓源和恒流源。1)

開關(guān)電源、串聯(lián)穩(wěn)壓電源與集成穩(wěn)壓器(1)開關(guān)電源直接對(duì)220V交流整流，用開關(guān)元件變換為高頻脈沖，經(jīng)高頻變壓器降壓，再整流與濾波得到所需直流電壓。特點(diǎn)：體積小，效率高，不能有效消除高頻脈沖時(shí)，直流電壓會(huì)重疊在尖峰電壓上，尖峰電壓混入傳感器信號(hào)處理電路，會(huì)引起故障。由于尖峰電壓難以徹底消除，在處理傳感器的微弱模擬信號(hào)的電路中不宜用開關(guān)電源。1)開關(guān)電源、串聯(lián)穩(wěn)壓電源與集成穩(wěn)壓器(2)串聯(lián)穩(wěn)壓源（線性電源）特點(diǎn)：無尖峰電壓，使用方便，但電源變壓器體積大，晶體管或三端集成穩(wěn)壓器功耗也相對(duì)大。過載時(shí)，輸出電壓下降，選用電源時(shí)，要留電流余量，特別是相對(duì)于感性負(fù)載或容性負(fù)載的瞬時(shí)電流余量。(3)集成穩(wěn)壓器傳感器電路對(duì)供電電壓精度、溫度穩(wěn)定性要求高，輸出規(guī)格較多，宜用基準(zhǔn)電壓源。市場(chǎng)上1.25~10V產(chǎn)品AD580、AD584等常見。它可外接電阻任意調(diào)節(jié)輸出電壓，但輸出電壓穩(wěn)定性由電阻的穩(wěn)定性決定，需要高穩(wěn)定性電阻。一般這些產(chǎn)品的最大輸出電流10mA，可外加電流放大器進(jìn)行擴(kuò)流。AD588:12-bitabsoluteaccuracywithoutanyuseradjustments.2)

電壓基準(zhǔn)測(cè)量電路常用電壓源作電壓基準(zhǔn)，它是保證測(cè)量精度的一個(gè)重要器件，特別在使用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)。ADC和DAC都需一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，通常為電壓基準(zhǔn)。目前，隨著ADC分辨率日益提高，對(duì)電壓基準(zhǔn)的要求也越來越高。許多轉(zhuǎn)換器有內(nèi)部基準(zhǔn)，有些需外部基準(zhǔn)。電壓基準(zhǔn)的指標(biāo)要求與系統(tǒng)總精度要求有關(guān)。在要求絕對(duì)測(cè)量的場(chǎng)合，其準(zhǔn)確度受使用基準(zhǔn)值的準(zhǔn)確度限制。但許多系統(tǒng)中穩(wěn)定性和重復(fù)性比絕對(duì)精度更重要；而有些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中電壓基準(zhǔn)的長(zhǎng)期準(zhǔn)確度幾乎完全不重要。另外，從有噪聲的系統(tǒng)電源中派生基準(zhǔn)會(huì)引起誤差。2)電壓基準(zhǔn)“隱埋齊納”和“帶隙”基準(zhǔn)是兩種最常見于集成電路的精密基準(zhǔn)。為使隱埋齊納的基準(zhǔn)處于最佳工作狀態(tài)，一般必須加幾百微安電流，這種方法不適于工作在低壓低功耗的場(chǎng)合。此時(shí)只能使用“帶隙”基準(zhǔn)。方法：用一個(gè)具有正溫度系數(shù)的電壓補(bǔ)償具有負(fù)溫度系數(shù)的晶體管的Vbe，可維持一個(gè)恒定的“帶隙”電壓。三極管Q2,Q1在R1上產(chǎn)生一個(gè)正比于絕對(duì)溫度的電流，一個(gè)正比于絕對(duì)溫度的電壓與Q1的Vbe串聯(lián)，產(chǎn)生電壓Vz，它不隨溫度變化且可被放大，這個(gè)電壓等于硅的帶隙電壓(外推到絕對(duì)零度)。2)電壓基準(zhǔn)帶隙基準(zhǔn)與最好的隱埋齊納基準(zhǔn)相比，其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性稍微差一些，但溫度特性可優(yōu)于3ppm/℃。帶隙器件可獲得1.25、2.5、5V等規(guī)格的工作電壓。使用電壓基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意在高阻抗導(dǎo)體上的電壓降、來自公共地線阻抗的噪聲和來自不適當(dāng)?shù)碾娫慈ヱ町a(chǎn)生的噪聲?？紤]基準(zhǔn)電流流動(dòng)的方向，是輸出還是吸收電流。

3)傳感器的電源配置供電電源的擾動(dòng)補(bǔ)償：以應(yīng)變式傳感器為例說明原理。如圖所示，橋路輸出電壓uo與供電電源u的關(guān)系為：

uo=u?R/R供橋電壓u的擾動(dòng)將導(dǎo)致測(cè)量誤差。對(duì)高精度測(cè)量，要求穩(wěn)壓電源的精度至少高于傳感器精度的3倍以上。由于傳感器工作環(huán)境惡劣，串入電源的隨機(jī)擾動(dòng)不可避免。

3)傳感器的電源配置根據(jù)自控理論中的擾動(dòng)補(bǔ)償原理，用逐次比較式ADC，合理配置電源，可有效地抑制電源的各種擾動(dòng)。電路結(jié)構(gòu)如圖，可知：

UINl=KGu?R/R，KG為測(cè)量放大器的放大倍數(shù)。逐次逼近式ADC中的D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓UIN2與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：UIN2=KDBUREF，其中，B為D/A的輸入數(shù)字量；KD為常數(shù)；UREF為D/A基準(zhǔn)電壓。3)傳感器的電源配置考慮u和UREF的擾動(dòng)時(shí)，上圖結(jié)構(gòu)可用左下圖結(jié)構(gòu)表示，圖中的?u和?UREF分別為電壓u和UREF的擾動(dòng)。為抑制擾動(dòng)?u和?UREF對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響，可引入擾動(dòng)補(bǔ)償環(huán)節(jié)Wl。如右圖所示,選Wl=KG?R/R，則：?E=uKG?R/R-UREF

KDB=UINl-UIN2。顯然，擾動(dòng)?u完全補(bǔ)償。但是Wl難實(shí)現(xiàn)。當(dāng)UINl和UIN2逐次逼近時(shí)，?E=0，uKG?R/R=UREFKDB。若取u=UREF，則：KG?R/R=KDB。ab3)

傳感器的電源配置當(dāng)取Wl=KG?R/R=KDB時(shí)，如前圖b所示結(jié)構(gòu)依變換法則可等價(jià)成左下圖的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。當(dāng)u和UREF數(shù)值相等時(shí)，擾動(dòng)量?u和UREF疊加，可完全抑制?u對(duì)系統(tǒng)的影響。同理，僅考慮UREF的擾動(dòng)量?UREF的影響時(shí)，為完全抑制?UREF對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，仍可在u=UREF的條件下得到補(bǔ)償原理圖，如右圖所示。u和UREF的擾動(dòng)補(bǔ)償原理

3)傳感器的電源配置上兩圖所示結(jié)構(gòu)雖原理上可完全補(bǔ)償擾動(dòng)量，但擾動(dòng)信號(hào)?u、?UREF的拾取仍相當(dāng)困難。為此，使u和UREF不僅在數(shù)量上相等，而且由同一個(gè)電源Uw供電，則?u和?UREF具有相同的擾動(dòng)值Uw，其結(jié)構(gòu)如圖。由圖可得：?E=(Uw+?Uw)(KG?R/R-KDB)

當(dāng)UINI和UIN2逐次逼近時(shí)，?E=0，則：B=KG?R/KDR單一電源供電時(shí)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

3)傳感器的電源配置上例表明，利用自控理論中的擾動(dòng)補(bǔ)償原理，傳感器供電和A/D的基準(zhǔn)電壓采用同一電源供電，擾動(dòng)?u和?UREF大小相等，相互抵消，使傳感器輸出量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量B也不受電源擾動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。實(shí)踐證明，對(duì)于精度為0.02％的傳感器，即使采用普通的精度≤0.5％的穩(wěn)壓電源，仍可得到滿意的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)上述補(bǔ)償原理，可由ADC芯片提供基準(zhǔn)電壓，作為傳感器的供電電源。由ADl674提供傳感器供電電源2.3.8傳感器信號(hào)調(diào)理集成器件

傳感器信號(hào)調(diào)理器正向單片集成化、高精度、多功能、自動(dòng)補(bǔ)償和校準(zhǔn)的方向發(fā)展。1)集成化調(diào)理電路分類(1)傳感器信號(hào)調(diào)理器

包含專用器件和適用于多種類的多功能器件；(2)傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)(亦稱傳感器信號(hào)處理器)。信號(hào)調(diào)理器大多含ADC、溫度補(bǔ)償及自動(dòng)校準(zhǔn)電路，輸出為模擬量或數(shù)字量；處理系統(tǒng)則在芯片中集成了μP或DSP，并帶串行總線接口，更適合配微機(jī)使用，性能高于信號(hào)調(diào)理器，使用更靈活。

2)專用器件和多功能器件選講IC技術(shù)發(fā)展使應(yīng)用廣泛的傳感器的信號(hào)調(diào)理有一些面向特定類型的專用集成器件，例如AD594/595、1B31、1B32、AD598/AD698等。(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598AD598/698概況：完整的單片線性可調(diào)差分變換器(LVDT)信號(hào)調(diào)理接口芯片,連接LVDT時(shí),只需附加少量外部無源元件以設(shè)置頻率和增益,可高精確性和高再現(xiàn)性地將LVDT的信號(hào)轉(zhuǎn)為單、雙極性直流電平,完成LVDT的信號(hào)調(diào)整。另外，AD698還能用作交流電橋的信號(hào)調(diào)理。(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598AD598

特點(diǎn)(a)有內(nèi)部晶振和參考電壓,外接少量無源元件，無需校準(zhǔn)。其DC單極性或雙極性輸出正比于LVDT位移；(b)適應(yīng)寬輸入輸出,單、雙極電源工作,提供LVDT初級(jí)驅(qū)動(dòng)電壓(24V),能識(shí)別有效值低至100mV的次級(jí)輸出,輸入無需與初級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步，可用外部初極激勵(lì)源；

(c)利用比率度量解碼系統(tǒng),使初、次級(jí)間的相移及變換器無效電壓對(duì)整個(gè)電路工作無影響；(d)電源不過載,一片AD598可串、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LVDT；(e）用于遙控或監(jiān)控設(shè)備時(shí)，接口電路由LVDT遙控。電路不受相移或信號(hào)幅度影響,能在90米外驅(qū)動(dòng)LVDT。LVDT的輸出端可通過350米長(zhǎng)的電纜與AD598相連。(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598LVDT

組成原理

一個(gè)初級(jí)繞組和兩個(gè)次級(jí)繞組,初級(jí)由外部參考正弦波激勵(lì)。兩個(gè)次級(jí)繞組串接,磁芯移動(dòng)改變初、次級(jí)間的耦合磁通,產(chǎn)生兩個(gè)幅值不同的交流信號(hào)。電路對(duì)比：

早期的調(diào)理器需同步檢測(cè)兩個(gè)輸出信號(hào)的幅值差,并將其絕對(duì)值轉(zhuǎn)化為正比于位移的電壓信號(hào)。需恒幅、恒頻激勵(lì)，在LVDT初次級(jí)間加相位補(bǔ)償，以及補(bǔ)償溫度、頻率變化引起的相移。

AD598無需恒值信號(hào),它處理的是信號(hào)差與和之比，且輸入信號(hào)被檢波,并提取了所需的正弦載波。采用同步檢測(cè),對(duì)LVDT初級(jí)激勵(lì)與次極輸出間的相移不敏感。

(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598LVDT

組成原理芯片組成：

正弦波振蕩器+功率放大器+解碼器+濾波及輸出放大器

由多諧振蕩器構(gòu)成的正弦波振蕩器,輸出三次諧波驅(qū)動(dòng)正弦波發(fā)生器,產(chǎn)生由外接電容定頻的低畸變正弦波（頻寬20Hz-20kHz,幅值有效值2-24V,總諧波失真典型值-50dB）通過功率放大器驅(qū)動(dòng)LVDT初級(jí)線圈。

(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598LVDT

組成原理工作原理:

正弦波激勵(lì)LVDT初級(jí)，次級(jí)感應(yīng)輸出一對(duì)幅值不同的交流信號(hào)Va、Vb,兩信號(hào)之差Va-Vb與磁芯位置成正比。

Va、Vb

經(jīng)檢波后分別與互補(bǔ)信號(hào)d和(1-d)相乘(0<d<1)。積分器1的輸入：

(Va+Vb)d-Vb。調(diào)節(jié)d使積分器1的輸入為0時(shí),比較器3輸出：

d=Vb/(Va+Vb)1-d=Va/(Va+Vb)

(1)線性可調(diào)差分變換器接口芯片AD598LVDT

組成原理工作原理:

d也用來控制由參考電流IREF驅(qū)動(dòng)的輸出放大器。d和(1-d)分別同參考電流相乘,然后求差,輸出的電流為I∑=IREF(1-2d)=IREF(Va-Vb)/(Va+Vb)

經(jīng)過濾波、積分環(huán)路形成輸出：

Vout=R×IREF(Va-Vb)/(Va+Vb)

滿量程輸出電壓為：

VFS=S×l×VPRI×R×IREF/(Va+Vb)VPRI為L(zhǎng)VDT的最小驅(qū)動(dòng)電平,IREF=500μA,其中，l為L(zhǎng)VDT的量程,S為L(zhǎng)VDT的測(cè)量靈敏度。

(1)線性可調(diào)差分