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检测技术与控制工程基础 第六章 检测系统信号处理电路 材料成型及控制工程专业（必修） 信号处理电路 常用的信号变换电路 信号调理与解调 计算机自动检测系统构成及原理 6.1 常用的信号变换电路 实际应用中，敏感元件或传感器输出的信号可能是直流电压、直流电流，也可能是交流电压、交流电流，甚至是电阻值、电容值等等。在进行处理、传输、接口、显示记录过程中，常常需要借助于各种信号变换器，进行信号变换。 这些变换通常包括： ◆ 电流----电压变换 ◆ 电压----电流变换 6.1 常用的信号变换电路 ◆ 交流----直流变换 ◆ 电阻----电压变换 ◆ 电容----电压变换 ◆ 电压----频率变换 ◆ 电压----脉宽变换 1）电流----电压变换电路 最简单的电流-电压变换电路如下图所示， 通常采用高输入阻抗运算放大器，如LM356、CF3140 、F071～F074、F353等，可方便地组成电流----电压变换器。 1）电流----电压变换电路 一个简单的方案如图所示。它能提供正比于输入电流的输出电压，比例常数就是反馈电阻R， 。 如果运算放大器是理想的，那么它的输入电阻为∞，输出电阻为零。Ｒ阻值的大小仅受运放的输出电压范围和输入电流大小的限制。 2）电压----电流变换电路 一个简单的U-I变换器电路如图所示。它类似于一个同相放大器，RL的两端都不接地。利用运算放大器的分析概念，可得输出电流与输入电压的关系为 2）电压----电流变换电路 通常所用的运算放大器其输出最大电流约为20mA，为了降低运算放大器功耗，扩大输出电流，在运算放大器的输出端可加一个三极管驱动电路，如图所示。该电路的输入为0～1V，输出为0～10mA。 3）交流电压----直流电压变换 把交流电压变换成直流电压亦称AC-DC变换。下图是使用二极管的整流电路，利用半波整流把交流电变成直流电。直流输出电压Uo可用下式表示： 式中Um是被测交流电压的峰值。 3）交流电压----直流电压变换 但是从图所示硅二极管的正向伏安特性可以看出，用硅二极管进行半波整流时，如果Um 0.5V，则输出电压Uo ≈0。显然，该电路不能把峰值在0.5V以下的交流电压转换成直流电压。 3）交流电压----直流电压变换 为此，可采用图(a)所示的由运算放大器构成的线性整流电路。这时Um与Uo呈线性关系，如图(b)所示。实际应用中(a)所示电路的输出端对地还要接滤波电容，使输出电压Uo平滑。 4）交流电流----直流电压变换 进行交流电流----直流电压的变换，可以采用先利用电流——电压变换电路，将交流电流转换为交流电压，然后再变换为直流电压。 5）电阻----电压变换 电桥是把电阻变换量转换为电压输出的最常用电路。 把电阻值变换成直流电压的一种电路如图所示。Ux与电阻Rx有如下关系： 电源电压Es和分压电阻Rx均为定值，于是电阻Rx就可变换成直流电压Ux，但是Ux与Rx呈非线性关系，实际中很少采用。 5）电阻----电压变换 使用运算放大器的R-U变换电路如图。该电路为反相比例放大器，其输出电压Uo为 5）电阻----电压变换 如果使用恒流源进行R-U变换，如图所示，就能取得很好的变换效果。因为无论Rx的阻值如何变化，流过Rx的电流Io恒定，于是有 6）电容----电压变换 C－U变换电路较复杂。下图是用ICM7556双时基集成电路和阻容元件构成的C－U变换电路。 6）电容----电压变换 该电路有5个电容档：200pF、2nF、20nF、200nF、2μF。A1、A2是7556内部的两个完全相同的单时基电路。 A1和R1、C1组成多谐振荡器。A1输出振荡脉冲的占空比q1接近100%，振荡频率fo=90Hz，周期T=0.011s，A1的输出送至A2触发端。 A2和R2～R6、电容Cx组成单稳态触发器。例如，对200pF档， A2输出的脉冲宽度为 6）电容----电压变换 A2输出的脉冲占空比为： Cx与q2成正比，而q2又与A2输出电压的平均值 有关，所以， 的值就代表着Cx的大小。 7） VFC和FVC 电压---频率变换器简称为VFC，是输出信号频率正比于输入信号电压的线性变换装置，其输出函数可表示为 fo=KUi。 频率---电压变换器简称为FVC，是输出信号电压正比于输入信号频率的线性变换装置，其传输函数可表示为Uo=Qfi。 电压模拟量经U-f变换成频率信号后，其抗干扰能力大为增强，故非常适用于远距离传输，在遥控系统以及噪声环境下，更显示出它的使用必要性。 7） VFC和FVC 压频转换芯片LM331