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傳感器信號(hào)放大器

來源:www.cazsensor.com       時(shí)間:2020-04-10 10:04
每個(gè)傳感器有不同的輸出信號(hào)和范圍。輸出的信號(hào)可以是電壓、電流、電阻、電容或頻率,但幾乎不存在什么標(biāo)準(zhǔn),只有專用的工業(yè)系統(tǒng)在使用它們。即使同一制造商的類似傳感器也可以有不同的輸出,而這些差異會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)者帶來一些麻煩。設(shè)計(jì)者選擇傳感器時(shí)必須滿足系統(tǒng)的需求。然而,如果在設(shè)計(jì)期間這種需求出現(xiàn)變化,則傳感器也要做出修改。另外,一款輸出略有不同的新傳感器必須對(duì)放大級(jí)和濾波級(jí)作出改動(dòng)。
       傳感器的模擬信號(hào)必須經(jīng)過數(shù)字化才能供系統(tǒng)使用,并且信號(hào)要經(jīng)過放大、濾波和數(shù)字化。每一級(jí)通常都涉及一只圍繞著一些無源元件的器件,以正確地實(shí)現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用。一旦對(duì)信號(hào)做了數(shù)字化,就可以將其送給微處理器上的控制系統(tǒng),或整理數(shù)據(jù)后通過一個(gè)通信協(xié)議送至一只主處理器。協(xié)議可以根據(jù)需要使用傳感器數(shù)據(jù)。
大多數(shù)傳感器都輸出一個(gè)低電平的電流或電壓信號(hào),因此一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)就能將任何電流信號(hào)變?yōu)橐粋€(gè)電壓。本文簡(jiǎn)單描述了一些概念和元件選擇過程。
幅度
一只傳感器的輸出可以低至數(shù)毫伏,也可以高達(dá)數(shù)伏特。為做到正確的數(shù)字化,對(duì)ADC來說信號(hào)必須足夠大,才能有效地讀出。大多數(shù)情況下,傳感器信號(hào)都需要放大。例如,一個(gè)典型的K型熱電偶輸出為41μV/°C,如果你的設(shè)計(jì)需要1°C的粒度,就需要做相當(dāng)?shù)姆糯?。因此,必須考慮到ADC的分辨率,以確保能將信號(hào)放大到能滿足所需粒度。

對(duì)于放大器還必須考慮另外一個(gè)重要規(guī)格:偏移電壓。偏移電壓是一個(gè)信號(hào)通過放大器時(shí)改變的電壓量。例如,如果將一個(gè)500 mV信號(hào)送給一個(gè)單位增益(即增益為1)的放大器,偏移電壓為10 mV,則得到的輸出就是510 mV。如果傳感器的輸出范圍為0至900 mV,而系統(tǒng)不需要非常精密的傳感器讀數(shù),那么這個(gè)偏移就可以忽略不計(jì)。如果傳感器的范圍為450 mV至550 mV,這個(gè)偏移可能就不可接受了。偏移電壓越小,放大器就越貴。所有放大器都有偏移,但你需要知道系統(tǒng)是否能容忍它??梢杂孟嚓P(guān)雙采樣方法來降低或消除偏移電壓。


       對(duì)放大器的選擇主要取決于需要的類型,例如是儀表放大器、差分放大器、運(yùn)算放大器,還是PGA(可編程增益放大器)。另外還必須確定放大器需要的增益大小。放大器周圍的電阻網(wǎng)絡(luò)(帶反饋)決定了放大器的增益。理想情況下,標(biāo)準(zhǔn)放大器的最大增益是無限的。給器件的數(shù)字信號(hào)通常就設(shè)定了PGA的增益。這個(gè)信號(hào)改變了內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)。一只PGA的最大可能增益為傳統(tǒng)放大器的千分之一至二分之一,但大多數(shù)情況下這個(gè)區(qū)間是可以接受。


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