信号调理器设计—大二暑期信号分析实习报告(精选多篇)

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正文

第一篇：信号调理器设计—大二暑期信号分析实习报告

文章标题：信号调理器设计—大二暑期信号分析实习报告

****作用：对传感器输出的信号进行放大、滤波、消除干扰，为后续的a/d转换提供具有足够能量的所需信号。

一、设计任务

桥式放大电路、低通滤波器和恒流电源设计等，其输出应满足a/d卡要求。画出原理图及pcb图。

技术要求：（1）为a/d转换电路提供、两种信号电压。

（2）电桥具有调零和标定功能。

（3）电路具有抗混淆低通滤波功能，以满足抽样定理。

二、电桥放大器设计（电桥 放大器）

1、电源接地的电桥放大器

（图）

假定为单臂工作：；

根据节点电流定律：a点：

b点：

由电路图得，；；；

；；；

由以上关系，可得：；；

根据运算放大器特性：；可解得：

；

当时，上式近似为

2、电源浮地的电桥放大器

（图）

单臂工作时：

同时，由输出端得：；

解得：

3、双运放电桥放大器

单臂工作，电桥由两个运放组成，恒流源供电。

特性分析：a点c点等电位：，b电位：；

则；因，即

解得：

三、恒流源设计

电压——电流变换电路

当输入电压恒定时，负载中的电流恒定，与负载无关。

四、调零电路设计

电桥初始状态输出应为零（平衡状态），实际上，由于桥臂电阻不可能绝对相等，接触电阻不完全相等，导线电阻存在差异，所以常使初始状态输出不为零。

解决的方法：设置调零电阻

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第二篇：大二暑期信号分析实习报告

大二暑期信号分析实习报告

××××作用：对传感器输出的信号进行放大、滤波、消除干扰，为后续的a/d转换提供具有足够能量的所需信号。

一、设计任务

桥式放大电路、低通滤波器和恒流电源设计等，其输出应满足a/d卡要求。画出原理图及pcb图。

技术要求：（1）为a/d转换电路提供、两种信号电压。

（2）电桥具有调零和标定功能。原创：（3）电路具有抗混淆低通滤波功能，以满足抽样定理。

二、电桥放大器设计（电桥 放大器）

1、电源接地的电桥放大器

（图）

假定为单臂工作：；

根据节点电流定律：a点：

b点：

由电路图得，；；；

；；；

由以上关系，可得：；；

根据运算放大器特性：；可解得：

；

当时，上式近似为

2、电源浮地的电桥放大器

（图）

单臂工作时：

同时，由输出端得：；

解得：

3、双运放电桥放大器

单臂工作，电桥由两个运放组成，恒流源供电。

特性分析：a点c点等电位：，b电位：；

则；因，即

解得：

三、恒流源设计

电压——电流变换电路

当输入电压恒定时，负载中的电流恒定，与负载无关。

四、调零电路设计

电桥初始状态输出应为零（平衡状态），实际上，由于桥臂电阻不可能绝对相等，接触电阻不完全相等，导线电阻存在差异，所以常使初始状态输出不为零。

解决的方法：设置调零电阻

第三篇：传感器信号调理电路

传感器信号调理电路

传感器信号调理电路

信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、ph、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(adc)的输入。然后，adc对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择adc。adc应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。

传感器

传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(rtd)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的ph电极；用于光电子测量光强的pin光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是rtd、热敏电阻、应变片，而热电偶和pin二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标：

·源阻抗

——高的源阻抗大于100kω

——低的源阻抗小于100ω

·输出信号电平

——高信号电平大于500mv满标

——低信号电平大于100mv满标

·动态范围

在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。

放大器功用

放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到adc之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口adc。关键因素包括放大器和adc之间的连接距离，电容负载效应和adc的输入阻抗。

选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，ph电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。ph传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗mos输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积(gbp)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。

传感器和放大器匹配电路

ph电极缓冲器

高阻抗ph传感器可与具有低功率电路(仅需要2个1.5v电池供电)的放大器配对。放大器mos输入晶体管为传感器提供高阻抗，传感器输出阻抗为1mw或更大。此放大器的输入偏置电流小于1pa，所以，放大器工作消耗非常小的电流。放大器的失调电压小于1mv。放大器提供轨到轨工作并具有高驱动能力，能在长线上发送信号(放大器远离adc的情况)。在电路中增加了一个精密温度传感器，可以测量ph传感器的温度。这使得具有精确的ph温度补偿值。

完整的传感器桥接口

·测量应变片传感器通常要通过桥网络，应变片构成桥的两个(或4个)臂。应变片是低源阻抗器件，其输出信号范围是小的(几百微伏~几毫伏)。图3所示的电路能为精确测量传感器信号提供测量桥稳定激励电压和高共模电压抑制(cmr)，消除了任何共模电压。用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器a1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器a2、a3、a4必须提供高共模抑制比(cmrr)，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压(vos)漂移(也称之为失调电压温度系数tcvos)和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。放大器a1~a4连接成仪表放大器以达到上述目标。这种配置的电压增益(av)为：av=(1+2r2/br2)(ar1/r1)，其中a和b是确定总增益的比值。

辐射分析仪通道

辐射谱测量来自辐射源的发射能量的分布，辐射源可以是粒子，x射线或γ射线。辐射照到闪光晶体上并发射强度正比于能量的短脉冲。然后由pin光电二极管把光转换为电流。放大器(见图4)用做首置放大器和pin光电二极管输出的电流/电压转换器。此电路为用于基本辐射谱的单通道分析仪。信号的脉冲幅度包含重要信息，所以低输入失调电压和低失调电压漂移是重要的。宽带宽为处理脉冲(可窄到几纳秒)提供快速响应。首置放大器输出(vout)到脉冲幅度分析仪(如快速adc)来测量和储存每个峰值发生的数。分布是单个源的光谱。反馈电阻r1值取决于来自pin光电二极管的最大电流和到adc的最大输出电压。因此，r1=(maxvout)/(maxisignal)。电容c1用于pin光电二极管寄生电容的补偿。r2和c2相当于r1和c1用于补偿放大器非倒相输入的输入偏置电流。

热电耦接口电路

热电偶根据两个不同金属线结点之间的温度差提供电压信号。热电偶温度传感器具有一个感测端(金属a/金属b连接端)和一个参考端(金属a和金属b与铜导线连接端)。冷端参考温度与热电偶信号一道进行控制和测量。热电偶具有大约10mv/℃~80mv/℃的小信号电平范围和小的源阻抗。配置成差分放大器的单放大器(图5)把信号放大到adc输入所需的电平。差分放大器增益为：

av=xr/r

其中x是电阻比，它决定增益。差分配置有助于抑制热电偶线的共模拾取。放大器应具有低失调电压和低失调电压漂移。

信号调理系统的最后级——adc

信号调理系统的基本目标是尽可能快速、完整和便宜地把模拟传感器数据变换为数字形式，此任务就落在adc身上。所用adc的类型由一系列参数决定。这包括所需的分辨率(位数)、速度(数据吞吐率)、ac或dc信号输入、精度(dc和ac)、等待时间(取样周期开始和第一个有效数字输出之间的时间)和电源电平。在输出端(接口到微控制器或数字信号处理器)的重要参数包括串行或并行、处理器的输入电压电平、有效的电源电压和功耗考虑。

大多数信号调理应用采用逐次逼近(sar)或积分型adc。这两种adc能很好地处理dc信号，而sar型adc对快速ac信号能提供更好的支持。sar转换器是所有adc中最通用的，这种转换器把高分辨率(高达

16位)和高吞吐能力结合在一起。

积分adc具有长操作时间，这是因为所用转换方法的原因，但通过信号平均使其具有噪音低的特点。对于中频ac信号，d-s转换器是最好的选择，因为它们具有高分辨率和高精度。d-s转换器分辨率高达24位，但以降低速(本文 来自本站)度为代价，其等待时间非常长。其他两类adc—流水线和分段adc是高速器件，非常适合用于转换高频ac信号。

第四篇：信号调理电路

信号调理电路 信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等...但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(adc)的输入。然后，adc对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到mcu或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。

信号调理将您的数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过帮助您直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。

信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。因为工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。

一般的采集卡上都带有可编程的增益，但具体要不要作信号调理，要视待采信号的特点而定，若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。

第五篇：信号实习报告

信号与系统实习大纲二○九年十二月十二日1.课程实习任务3 1.1课程实习任务：3 1.2matlab语言及应用3 1.3、matlab的基本命令3矩阵的创建3绘图函数3 1.4信号运算的表示方法4 1.相加4 2.相乘4 3.时移5 4.反褶5 5.尺度变换5 1.5信号与系统中基本函数的命令表示方法5 1.冲击函数：impuse(t)5 2.阶跃函数：heaviside(t)5 3.卷积：c=conv(a,b)5 4.积分：6 5.微分：6 2.连续系统表示方法6 2.1求解零状态响应命令6 2.2阶跃函数和冲击函数命令7 3.傅里叶表示方法7 4.s域表示方法8 5.离散系统的表示方法10 5.1线性时不变(lti)离散时间系统10 5.3冲激响应10 5.4阶跃响应10 6.总结11 7.参考文献11 1.课程实习任务1.1课程实习任务：了解matlab的基本命令及使用方法，并熟悉连续系统和离散系统的表示方法，信号实习报告。1.2matlab语言及应用1.3、matlab的基本命令矩阵的创建简单矩阵：a=a=求矩阵的行列式：det求矩阵的逆：inv特殊命令：zero(m,n)表示创建一个m行n列的全零矩阵ones(m,n)表示创建一个m行n列的全1矩阵eye表示创建一个单位阵rand(n)表示创建一个随机均匀分布的矩阵，矩阵元素为(0~1)绘图函数plot(x1,y1…)表示绘制一个二维图像plot3(x1,y1…)表示绘制一个三位图像图像加标注：图例框legned legned(曲线1,曲线2,0)0表示标注在所绘制图像的最佳位置1表示标注在所绘制图像的右上角2表示标注在所绘制图像的左上角3表示标注在所绘制图像的左下角4表示标注在所绘制图像的右下角-1表示标注在所绘制图像的右侧为坐标轴加标注：xlabel(x轴)ylabel(y轴)为图像加标题：title(正弦函数)创建子图：subplot(m,n,p)此命令表示创建一个图像有m行n列个子图，p表示第p个子图创建网格：grid创建坐标轴范围：axis()表示横坐标1 x2,3 y4在这段程序中，绘制的曲线时，时间坐标值作为元素保存在矢量中。表达式exp(-.1*t)和sin(2/3*t)分别产生一个矢量，各矢量中的元素等于对应不同时间点处表达式的值。由这两个表达式生成的两个矢量的对应元素相乘得到矢量，然后用plot命令绘出该信号的时域波形。plot命令可以将点与点间用直线连接，当点与点间的距离很小时，绘出的图形就成了光滑的曲线，如图。1.4信号运算的表示方法如前说述，matlab可以有两种方法来表示连续时间信号。用这两种方法均可实现连续信号的时域运算和变换，但用符号运算的方法则较为简便。下面分别介绍各种运算、变换的符号运算的matlab实现方法。1.相加s=symadd(f1,f2)或s=f1+f2 ezplot(s)上面是用matlab的符号运算命令来表示两连续信号的相加，然后用ezplot命令绘制出其结果波形图。其中f1,f2是两个用符号表达式表示的连续信号，s为相加得到的和信号的符号表达式。2.相乘w=symmul(f1,f2)或w=f1*f2 ezplot(w)上面是用matlab的符号运算命令来表示两连续信号的相乘，然后用ezplot命令绘制出其结果波形图。其中f1,f2是两个用符号表达式表示的连续信号，w为相乘得到的积信号表达式。3.时移y=subs(f,t,t-t0)；ezplot(y)上面的命令是实现连续时间信号的平移及其结果的可视化，其中f是用符号表达式表示的连续时间信号，t是符号变量，subs命令则将连续时间信号中的时间变量t用t-t0替换。4.反褶y=subs(f,t,-t)；ezplot(y)上面的命令是实现连续时间信号的反褶及其结果的可视化，其中f是用符号表达式表示的连续时间信号，t是符号变量。5.尺度变换y=subs(f,t,a*t)；ezplot(y)上面的命令是实现连续时间信号的尺度变换及其结果的可视化，其中f是用符号表达式表示的连续时间信号，t是符号变量。1.5信号与系统中基本函数的命令表示方法1.冲击函数：impuse(t)2.阶跃函数：heaviside(t)3.卷积：c=conv(a,b)例：求出f1(t)*f2(t)的数值近似，并绘出其时域波形图，如图2所示，实习报告《信号实习报告》。实现上述过程的matlab命令如下：p=0.01；k1=0：p：2；f1=0.5*k1；k2=k1；f2=f1；=sconv(f1,f2,k1,k2,p)4.积分：d=int(x)5.微分：y=diff(x)2.连续系统表示方法2.1求解零状态响应命令matlab中的函数lsim()能对微分方程描述的lti连续时间系统的响应进行仿真。该函数能绘制连续时间系统在指定的任意时间范围内系统响应的时域波形图，还能求出连续例：描述某连续时间系统的微分方程为解：matlab命令如下：a=；b=；p=0.5；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；hold on p=0.3；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；p=0.01；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；hold off系统零状态响应的仿真波形图如图3所示：图3 2.2阶跃函数和冲击函数命令冲激响应：y=impulse(sys,t)；阶跃响应：y=step(sys,t).3.傅里叶表示方法matlab的symbolic math toolbox提供了能直接求解傅立叶变换及与变换的函数fourier()与ifourier()。在调用fourier()与ifourier()之前，要用syms命令对所用到的变量进行说明，即要将这些变量说明成符号变量。对fourier()中的函数f及ifourier()的函数f，也要用符号定义符syms将f和f说明为符号表达式。若f或f是matlab中的通用函数表达式，则不必用sym加以说明。例：求f(t)=e-2|t|的傅立叶变换，试画出f(t)及其幅度频谱图。解：matlab命令为：syms t；x=exp(-2*abs(t))；f=fourier(x)；subplot(211)；ezplot(t)；subplot(212)；ezplot(f)；f(t)的幅度频谱图如图所示：4.s域表示方法拉普拉斯变换是分析连续时间信号的有效手段。信号的拉普拉斯变换定义为：其中，若以为横坐标(实轴)，为纵坐标(虚轴)，复变量就构成了一个复平面，称为平面。(2)部分分式展开法求拉普拉斯逆变换如果是的实系数有理真分式，则可写为：式中分母多项式称为系统的特征多项式，方程称为特征方程，它的根称为特征根，也称为系统的固有频率(或自然频率)。为将展开为部分分式，要先求出特征方程的个特征根，这些特征根称为极点。根据的极点或特征根的分布情况，可以将展开成不同的部分分式。利用matlab中的residue函数可对复杂的域表示式进行部分分式展开，其调用形式为：=residue(num,den)其中，num(numerator)、den(denominator)分别为分子多项式和分母多项式的系数向量，r为所得部分分式展开式的系数向量，p为极点，k为分式的直流分量。解：matlab程序如下：a=；b=；=residue(b,a)；impulse(b,a)运行结果为：r=1-3 2p=-2-1 0k=可见，系统函数有三个实极点，可以根据程序运行结果直接写出系统的冲激响应为：5.离散系统的表示方法5.1线性时不变(lti)离散时间系统用常系数线性差分方程进行描述：其中，f和y分别表示系统的输入和输出，n=max(n,m)是差分方程的阶数。在已知差分方程的初始状态以及输入的条件下，可以通过编程由下式迭代算出系统的输出：5.2系统的零状态响应就是在系统初始状态为零条件下微分方程的解。在零初始状态下，matlab控制系统工具箱提供了一个filter函数，可以计算差分方程描述的系统的响应，其调用形式为：y=filter(b,a,f)其中，、分别是系统差分方程左、右端的系数向量，f表示输入向量，y表示输出向量。注意，输出序列的长度与输入序列的长度相同。5.3冲激响应：h=impz(b,a,k)，其中的h表示系统的单位序列响应，、分别是系统差分方程左、右端的系数向量，k表示输出序列的时间范围。5.4阶跃响应：g=stepz(b,a,n)，其中的g表示系统的单位阶跃序列响应，b和a的含义与上相同，n表示输出序列的长度。6.总结通过对matlab的窗口界面的认识、了解和操作，对matlab的功能和基本命令有了些了解，对一些例题的分析和操作，使自己对信号与系统里的傅里叶变换和s域的变换有了更深刻的理解。7.参考文献1、《控制系统计算机辅助设计--matlab语言及应用》作者薛定宇出版社清华大学出版社出版时间2014.4 2、3、

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