智能测控系统设计

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1、智能测控系统设计第三章第三章 信号调理电路设计信号调理电路设计 31 常用集成运算放大器32 仪器放大器 33 可编程增益放大器（PGA）34 模拟滤波器 35 集成开关电容滤波器 36 电压/电流变换器37 电压/频率变换器38 各种运算电路 智能测控系统设计3.1 3.1 常用集成运算放大器常用集成运算放大器 1.1.常用运放的参数常用运放的参数2.2.通用单运放通用单运放 3.3.通用四运放通用四运放 4.4.高输入阻抗运放高输入阻抗运放 5.5.低漂移运放低漂移运放 6.6.高精度高速运放高精度高速运放 7.7.静电计级放大器静电计级放大器 8.8.斩波稳零运放斩波稳零运放 9.9.变

2、压器耦合隔离运放变压器耦合隔离运放 10.10.光电耦合隔离放大器光电耦合隔离放大器智能测控系统设计运放的主要性能参数运放的主要性能参数输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗越大越好，高频时输入电容变得重要。输出阻抗：输出阻抗：输出阻抗越小越好。输入偏流：输入偏流：两个输入端电流的平均值。偏流会引起运放不平衡而产生输出。偏流越小越好。场效应输入级偏流最小。输入失调电流：输入失调电流：为使输出为零，一个输入端比另一个输入端需要更大的电流，这个电流为输入失调电流。输入失调电压：输入失调电压：为使输出为零，在一个输入端上加上一个小的电压（另一个输入端接零伏），这个电压为输入失调电压。温度效应：温度效应：温度引

3、起的输入失调电流和输入失调电压的漂移。转换速率：转换速率：单位时间内电压变化的最大值。增益带宽积：增益带宽积：增益带宽积增益带宽单位增益频率。共模抑制比：共模抑制比：差动增益/共模增益，以分贝表示。噪声：噪声：运放内部噪声的大小，用输入噪声电压密度和输入噪声电流密度来表示。智能测控系统设计常用运放的参数智能测控系统设计通用单运放通用单运放CF741, LM741, A741, AD741, MC1741, HA17741T, PC741等。等。军用级：军用级：-55125-55125，工业级：，工业级： -2585-2585，民用，民用级：级：070070。如无特殊要求，一般应选用通用型运放，

4、根据环境温度选择如无特殊要求，一般应选用通用型运放，根据环境温度选择相应级别器件，如同一电路中有多个运放，则选择双运放或相应级别器件，如同一电路中有多个运放，则选择双运放或四运放。四运放。智能测控系统设计通用四运放通用四运放CF324, LM3241, A324, PC324CF324, LM3241, A324, PC324等等 使用四运放可以简化电路排版，减小电路面积。使用四运放可以简化电路排版，减小电路面积。 智能测控系统设计高输入阻抗运放高输入阻抗运放CF355/356/357, LF355/356/357CF355/356/357, LF355/356/357，CF3140CF314

5、0。结型场效。结型场效应管输入级，输入电阻高应管输入级，输入电阻高(10(101212 ) )，速率高，速率高( (最大最大50V/50V/ s s) )。 智能测控系统设计低漂移运放低漂移运放OP07, A714等。输入失调电压及其温漂、输入等。输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂都较小。失调电流及其温漂都较小。 性能好，价格低，性能好，价格低，应用广泛。应用广泛。 智能测控系统设计高精度高速运放高精度高速运放OP17（引脚同（引脚同CF357）OP27（引脚同（引脚同OP07）智能测控系统设计静电计级放大器静电计级放大器OPA128OPA128，具有超低偏置电流。，具有超低偏置电流。

6、典型值典型值150fA (f=10150fA (f=10-15-15) )。智能测控系统设计斩波稳零运放斩波稳零运放ICL7650, ICL7650, 5G7650, 5G7650, F7650F7650，超，超低失调，低失调，超低漂移，超低漂移，高输入阻高输入阻抗，高增抗，高增益，性能益，性能稳定。稳定。参数见前参数见前面的表面的表 智能测控系统设计变压器耦合隔离运放变压器耦合隔离运放AD202, AD204, AD210, AD293, AD289, AD295, AD298等。等。用于输入通道隔离，防止强电强磁干扰或损坏，消除大共模电压。用于输入通道隔离，防止强电强磁干扰或损坏，消除大共

7、模电压。 一般，变压器耦合精度一般，变压器耦合精度高，光电耦合速度高。高，光电耦合速度高。智能测控系统设计AD210AD210隔离放大器隔离放大器主主要要技技术术指指标标：增增益益范范围围1100；共共模模电电压压2500V；输输入入阻阻抗抗1012 ；输输入入偏偏置置 电电 流流 温温 漂漂 30nA（ 最最 大大 ） ； 频频 响响 15kHz（ G=100） ； 失失 调调 电电 压压( 15 45/G)mV(最最大大)；失失调调电电压压温温漂漂( 10 50/G) V/；隔隔离离电电源源输输出出 15V， 5mA；电源；电源+15Vdc 5%。功能框图及管脚功能：。功能框图及管脚功能：

8、 智能测控系统设计ADAD210210应应用用示示例例智能测控系统设计光电耦合隔离放大器光电耦合隔离放大器ISO100智能测控系统设计ISO100ISO100主要技术指标主要技术指标智能测控系统设计ISO100ISO100应用示例应用示例精密电桥隔离放大器精密电桥隔离放大器 智能测控系统设计3 32 2 仪器放大器仪器放大器 高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制比高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电流小，大，输入失调电压、电流小，输入偏置电流小，温漂小，时漂小。温漂小，时漂小。 1.工作原理 2.AD522精密集成仪器放大器3.AD521精密集成仪器放

9、大器 4.AD620低价格低功耗仪器放大器 5.AD626低价格单电源仪器放大器 6.LM363精密仪器放大器 智能测控系统设计工作原理工作原理G=(1+2R1/RG) RS/R3 智能测控系统设计AD522精密集成仪器放大器精密集成仪器放大器智能测控系统设计智能测控系统设计AD620AD620低价格低功耗仪器放大器低价格低功耗仪器放大器智能测控系统设计AD620AD620引脚引脚智能测控系统设计AD626AD626低价格单电源仪器放大器低价格单电源仪器放大器管脚及其功能管脚及其功能 接电容实现低通滤波接地G=100；悬空G=10智能测控系统设计AD626AD626主要技术指标主要技术指标主要

10、技术指标主要技术指标单电源情况：增益范围10100；失调电压；失调电压温漂6V/；输入电阻200k；频响100kHz；电源10V。双电源情况：增益范围10100；失调电压50V；失调电压温漂1V/；输入电阻200k；频响100kHz；电源6V。 智能测控系统设计AD626应用示例智能测控系统设计AD625AD625仪器放大器仪器放大器 主要技术指标：主要技术指标：增益范围110000；失调电压1050V（根据等级不同）；失调电压温漂1V/；输入偏置电流1030nA；输入偏置电流温漂50pA/；输入电阻1G；频响150kHz(G=100)，25kHz(G=1000)；电源618V 智能测控系统设

11、计AD625AD625应用示例应用示例智能测控系统设计33 可编程增益放大器（可编程增益放大器（PGA）1.AD526同相比例放大器 2.LH0084仪器放大器 智能测控系统设计AD526同相比例放大器同相比例放大器智能测控系统设计AD526管脚管脚智能测控系统设计LH0084仪器放大器仪器放大器输出级增益输出级增益1、4、10输入级增益输入级增益1、2、5、10智能测控系统设计34 模拟滤波器模拟滤波器1.二阶压控电压源低通滤波器 2.无限增益多路反馈低通滤波器 3.双二次型低通滤波器 4.二阶压控电压源高通滤波器 5.无限增益多路反馈高通滤波器 6.双二次型高通滤波器 7.各种带通、带阻虑

12、波器（参见有关手册）智能测控系统设计模拟滤波器基本知识模拟滤波器基本知识滤波器的主要参数：滤波器的主要参数：谐振频率谐振频率f f0 0: :没有损耗时的固有频率；没有损耗时的固有频率；转折频率（截止频率）：转折频率（截止频率）：-3dB对应的频率值；对应的频率值；通带增益通带增益kp：通带内放大倍数；：通带内放大倍数；频带宽度频带宽度 f：-3dB通带宽度或阻带宽度；通带宽度或阻带宽度；品质因素品质因素Q：带通滤波器的谐振频率与带宽之比；：带通滤波器的谐振频率与带宽之比；阻尼系数阻尼系数 ：Q的倒数。的倒数。 智能测控系统设计常用滤波器的类型常用滤波器的类型：巴特沃斯滤波器： ，带通特性平坦

13、，但衰减差。切比雪夫滤波器： ，为常数， 为切比雪夫多项式。过渡带陡，但通带内有纹波。 智能测控系统设计二阶压控电压源低通滤波器二阶压控电压源低通滤波器智能测控系统设计无限增益多路反馈低通滤波器无限增益多路反馈低通滤波器智能测控系统设计双二次型低通滤波器双二次型低通滤波器智能测控系统设计二阶压控电压源高通滤波器二阶压控电压源高通滤波器低通滤波器低通滤波器中电阻电容中电阻电容交换位置交换位置智能测控系统设计无限增益多路反馈高通滤波器无限增益多路反馈高通滤波器低通滤波器低通滤波器中电阻电容中电阻电容交换位置交换位置智能测控系统设计双二次型高通滤波器双二次型高通滤波器智能测控系统设计35 集成开关电

14、容滤波器集成开关电容滤波器1.1.开关电容滤波器原理开关电容滤波器原理 2.2.集成有源滤波器芯片集成有源滤波器芯片LMF40 LMF40 3.3.集成有源滤波器芯片集成有源滤波器芯片MAX280 MAX280 智能测控系统设计开关电容滤波器原理开关电容滤波器原理RC参数难于在集成电路中实现，用开关参数难于在集成电路中实现，用开关电容网络代替。电容网络代替。 CR确定以后确定以后电阻由电阻由T决定决定智能测控系统设计集成有源滤波器芯片集成有源滤波器芯片LMF40LMF40截止频率截止频率0.140kHz智能测控系统设计LMF40LMF40的振荡器的振荡器可以构造一个可以构造一个RC振荡器振荡器

15、智能测控系统设计LMF40的典型连接的典型连接智能测控系统设计集成有源滤波器芯片集成有源滤波器芯片MAX280MAX2805阶（片外阶（片外1阶，片内阶，片内4阶），零直流误差，低通阶），零直流误差，低通滤波器。分频比滤波器。分频比100:1，截止频率，截止频率020kHz智能测控系统设计MAX280的引脚的引脚智能测控系统设计智能测控系统设计MAX280的幅频特性的幅频特性智能测控系统设计MAX280构成的构成的5阶低通滤波器阶低通滤波器智能测控系统设计3 36 6 电压电压/ /电流变换器电流变换器1.电压/电流变换器AD694 2.电压/电流变换器XTR110 模拟信号传输：模拟信号传输

16、：70年代年代010mA；70年代后期年代后期90年代年代420mA二线制传输线。电流传输的优点：二线制传输线。电流传输的优点：a.抗抗干扰强；干扰强；b.导线长度不影响（即与电阻无关）；导线长度不影响（即与电阻无关）；c.可可进行断线检查；进行断线检查；d.信号还原成电压容易。信号还原成电压容易。变送器420mA24V智能测控系统设计电压电压/电流变换器电流变换器AD694A1：缓冲放大器；：缓冲放大器；A2、VT1、R1：V/I变换变换器；器；A3等：电流放大器；等：电流放大器；A4：参考电压：参考电压u1010V时时4悬空悬空5接地，接地，i1；u102V时时4接地接地5悬空，悬空，i1

17、。i0=i4=20i3i3i1+i2=i1+200Ai0=4mA+20i1=420mA智能测控系统设计智能测控系统设计电压电压/电流变换器电流变换器XTR110电压基准电压基准V/I变换变换电流放大电流放大智能测控系统设计XTR110范围选择范围选择智能测控系统设计3.7 电压频率变换器（V/F）1.基本原理 2.电压频率变换器AD650 3.电压频率变换器AD652 智能测控系统设计基基 本本 原原 理理基本原理：电荷平衡转换法复位状态：开关在S端，对应单稳态正脉冲(暂态)，电容积累电荷。qc= ucCint=(IR-iI)TR积分状态：开关在B点，对应单稳态触发器的稳态。-qc= icTI

18、= -iITITI= qc/iI= TR(IR/iI-1)f=1/(TI +TR)= iI/(TR IR)= uI/(RI IRTR)复位过程复位过程积分过程积分过程复位和积分过程电压变化相等，所以电容上电荷变化量是平衡的。智能测控系统设计电压频率变换器电压频率变换器AD650AD650智能测控系统设计电压频率变换器AD652电电 压压 频频 率率 变变 换换 器器ADAD652652在在AD650基础上改基础上改进，用外进，用外部时钟控部时钟控制复位时制复位时间，同时间，同时将将RI集成集成在芯片内在芯片内部，提高部，提高了转换精了转换精度。度。智能测控系统设计AD652AD652主要参数主

19、要参数主要参数：主要参数：V/F线性误差：线性误差： 0.002%(fclock=1MHz)、 0.01%(fclock=2MHz)；F/V线性误差：线性误差： 0.002%(fIN=100kHz)；输入电阻：输入电阻：20k ；时钟输入：时钟输入：5MHz（最大）；（最大）；最高频率：最高频率：2MHz；输出单稳脉宽：输出单稳脉宽： s（Cos=300pF）、）、5 s（Cos=1000pF）；）；参考电压输出：参考电压输出：5V、50ppm/；电源：电源： 6 18V（双电源）、（双电源）、+1236V（单电源）；（单电源）；温度范围：温度范围：070（JP、KP级）、级）、-40+85（

20、AQ、BQ级）、级）、-55+125（SQ级）。级）。 智能测控系统设计AD652AD652管脚管脚智能测控系统设计AD652AD652的典型连接的典型连接智能测控系统设计智能测控系统设计其它各种专用模拟调理电路其它各种专用模拟调理电路例如：1. AD698型线性位移差分变压器(LVDT)专用信号调理电路 2. TCA205205A接近开关专用IC芯片 3. 超声波测距专用集成电路SB5227 4. 宽带应变信号调理器1B31 5. 压力信号调理器MAX1450 6. 集成电流检测放大器MAX472 7. 多功能传感信号调理器AD693 8. 离子型烟雾检测报警集成电路MC14468 9. 液位传感器LM1042 10.单片加速度传感器MMA1220D 11. TDC-GP2超声波流量计专用芯片