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第一篇：信號調理器設計—大二暑期信號分析實習報告
文章標題：信號調理器設計—大二暑期信號分析實習報告
****作用：對傳感器輸出的信號進行放大、濾波、消除干擾，為後續的a/d轉換提供具有足夠能量的所需信號。
一、設計任務
橋式放大電路、低通濾波器和恆流電源設計等，其輸出應滿足a/d卡要求。畫出原理圖及pcb圖。
技術要求：（1）為a/d轉換電路提供、兩種信號電壓。
（2）電橋具有調零和標定功能。
（3）電路具有抗混淆低通濾波功能，以滿足抽樣定理。
二、電橋放大器設計（電橋 放大器）
1、電源接地的電橋放大器
（圖）
假定為單臂工作：；
根據節點電流定律：a點：
b點：
由電路圖得，；；；
；；；
由以上關係，可得：；；
根據運算放大器特性：；可解得：
；
當時，上式近似為
2、電源浮地的電橋放大器
（圖）
單臂工作時：
同時，由輸出端得：；
解得：
3、雙運放電橋放大器
單臂工作，電橋由兩個運放組成，恆流源供電。
特性分析：a點c點等電位：，b電位：；
則；因，即
解得：
三、恆流源設計
電壓——電流變換電路
當輸入電壓恆定時，負載中的電流恆定，與負載無關。
四、調零電路設計
電橋初始狀態輸出應為零（平衡狀態），實際上，由於橋臂電阻不可能絕對相等，接觸電阻不完全相等，導線電阻存在差異，所以常使初始狀態輸出不為零。
解決的方法：設置調零電阻
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第二篇：大二暑期信號分析實習報告
大二暑期信號分析實習報告
××××作用：對傳感器輸出的信號進行放大、濾波、消除干擾，為後續的a/d轉換提供具有足夠能量的所需信號。
一、設計任務
橋式放大電路、低通濾波器和恆流電源設計等，其輸出應滿足a/d卡要求。畫出原理圖及pcb圖。
技術要求：（1）為a/d轉換電路提供、兩種信號電壓。
（2）電橋具有調零和標定功能。原創：（3）電路具有抗混淆低通濾波功能，以滿足抽樣定理。
二、電橋放大器設計（電橋 放大器）
1、電源接地的電橋放大器
（圖）
假定為單臂工作：；
根據節點電流定律：a點：
b點：
由電路圖得，；；；
；；；
由以上關係，可得：；；
根據運算放大器特性：；可解得：
；
當時，上式近似為
2、電源浮地的電橋放大器
（圖）
單臂工作時：
同時，由輸出端得：；
解得：
3、雙運放電橋放大器
單臂工作，電橋由兩個運放組成，恆流源供電。
特性分析：a點c點等電位：，b電位：；
則；因，即
解得：
三、恆流源設計
電壓——電流變換電路
當輸入電壓恆定時，負載中的電流恆定，與負載無關。
四、調零電路設計
電橋初始狀態輸出應為零（平衡狀態），實際上，由於橋臂電阻不可能絕對相等，接觸電阻不完全相等，導線電阻存在差異，所以常使初始狀態輸出不為零。
解決的方法：設置調零電阻
第三篇：傳感器信號調理電路
傳感器信號調理電路
傳感器信號調理電路
信號調理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用於數據採集、控制過程、執行計算顯示讀出和其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如温度、壓力、力、流量、運動、位置、ph、光強等。通常，傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。調理就是放大，緩衝或定標模擬信號，使其適合於模/數轉換器(adc)的輸入。然後，adc對模擬信號進行數字化，並把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。此鏈路工作的關鍵是選擇運放，運放要正確地接口被測的各種類型傳感器。然後，設計人員必須選擇adc。adc應具有處理來自輸入電路信號的能力，並能產生滿足數據採集系統分辨率、精度和取樣率的數字輸出。
傳感器
傳感器根據所測物理量的類型可分類為：測量温度的熱電偶、電阻温度檢測器(rtd)、熱敏電阻；測量壓力或力的應變片；測量溶液酸鹼值的ph電極；用於光電子測量光強的pin光電二極管等等。傳感器可進一步分類為有源或無源。有源傳感器需要一個外部激勵源(電壓或電流源)，而無源傳感器不用激勵而產生自己本身的電壓。通常的有源傳感器是rtd、熱敏電阻、應變片，而熱電偶和pin二極管是無源傳感器。為了確定與傳感器接口的放大器所必須具備的性能指標，設計人員必須考慮傳感器如下的主要性能指標：
·源阻抗
——高的源阻抗大於100kω
——低的源阻抗小於100ω
·輸出信號電平
——高信號電平大於500mv滿標
——低信號電平大於100mv滿標
·動態範圍
在傳感器的激勵範圍產生一個可測量的輸出信號。它取決於所用傳感器類型。
放大器功用
放大器除提供dc信號增益外，還緩衝和定標送到adc之前的傳感器輸入。放大器有兩個關鍵職責。一個是根據傳感器特性為傳感器提供合適的接口。另一個職責是根據所呈現的負載接口adc。關鍵因素包括放大器和adc之間的連接距離，電容負載效應和adc的輸入阻抗。
選擇放大器與傳感器正確接口時，設計人員必須使放大器與傳感器特性匹配。可靠的放大器特性對於傳感器——放大器組合的工作是關鍵性的。例如，ph電極是一個高阻抗傳感器，所以，放大器的輸入偏置電流是優先考慮的。ph傳感器所提供的信號不允許產生任何相當大的電流，所以，放大器必須是在工作時不需要高輸入偏置電流的型號。具有低輸入偏置電流的高阻抗mos輸入放大器是符合這種要求的最好選擇。另外，對於應用增益帶寬乘積(gbp)是低優先考慮，這是因為傳感器工作在低頻，而放大器的頻率響應不應該妨礙傳感器信號波形的真正再生。
傳感器和放大器匹配電路
ph電極緩衝器
高阻抗ph傳感器可與具有低功率電路(僅需要2個1.5v電池供電)的放大器配對。放大器mos輸入晶體管為傳感器提供高阻抗，傳感器輸出阻抗為1mw或更大。此放大器的輸入偏置電流小於1pa，所以，放大器工作消耗非常小的電流。放大器的失調電壓小於1mv。放大器提供軌到軌工作並具有高驅動能力，能在長線上發送信號(放大器遠離adc的情況)。在電路中增加了一個精密温度傳感器，可以測量ph傳感器的温度。這使得具有精確的ph温度補償值。
完整的傳感器橋接口
·測量應變片傳感器通常要通過橋網絡，應變片構成橋的兩個(或4個)臂。應變片是低源阻抗器件，其輸出信號範圍是小的(幾百微伏~幾毫伏)。圖3所示的電路能為精確測量傳感器信號提供測量橋穩定激勵電壓和高共模電壓抑制(cmr)，消除了任何共模電壓。用高精度和非常低漂移(隨温度)的精密電壓基準驅動放大器a1。這可為橋提供非常精確、穩定的激勵源。因為共模電壓大約為激勵電壓的一半，所以被測信號僅僅是橋臂之間小的差分電壓。放大器a2、a3、a4必須提供高共模抑制比(cmrr)，所以僅測量差分電壓。這些放大器也必須具有低值輸入失調電壓(vos)漂移(也稱之為失調電壓温度係數tcvos)和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數。放大器a1~a4連接成儀表放大器以達到上述目標。這種配置的電壓增益(av)為：av=(1+2r2/br2)(ar1/r1)，其中a和b是確定總增益的比值。
輻射分析儀通道
輻射譜測量來自輻射源的發射能量的分佈，輻射源可以是粒子，x射線或γ射線。輻射照到閃光晶體上併發射強度正比於能量的短脈衝。然後由pin光電二極管把光轉換為電流。放大器(見圖4)用做首置放大器和pin光電二極管輸出的電流/電壓轉換器。此電路為用於基本輻射譜的單通道分析儀。信號的脈衝幅度包含重要信息，所以低輸入失調電壓和低失調電壓漂移是重要的。寬帶寬為處理脈衝(可窄到幾納秒)提供快速響應。首置放大器輸出(vout)到脈衝幅度分析儀(如快速adc)來測量和儲存每個峯值發生的數。分佈是單個源的光譜。反饋電阻r1值取決於來自pin光電二極管的最大電流和到adc的最大輸出電壓。因此，r1=(maxvout)/(maxisignal)。電容c1用於pin光電二極管寄生電容的補償。r2和c2相當於r1和c1用於補償放大器非倒相輸入的輸入偏置電流。
熱電耦接口電路
熱電偶根據兩個不同金屬線結點之間的温度差提供電壓信號。熱電偶温度傳感器具有一個感測端(金屬a/金屬b連接端)和一個參考端(金屬a和金屬b與銅導線連接端)。冷端參考温度與熱電偶信號一道進行控制和測量。熱電偶具有大約10mv/℃~80mv/℃的小信號電平範圍和小的源阻抗。配置成差分放大器的單放大器(圖5)把信號放大到adc輸入所需的電平。差分放大器增益為：
av=xr/r
其中x是電阻比，它決定增益。差分配置有助於抑制熱電偶線的共模拾取。放大器應具有低失調電壓和低失調電壓漂移。
信號調理系統的最後級——adc
信號調理系統的基本目標是儘可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數據變換為數字形式，此任務就落在adc身上。所用adc的類型由一系列參數決定。這包括所需的分辨率(位數)、速度(數據吞吐率)、ac或dc信號輸入、精度(dc和ac)、等待時間(取樣週期開始和第一個有效數字輸出之間的時間)和電源電平。在輸出端(接口到微控制器或數字信號處理器)的重要參數包括串行或並行、處理器的輸入電壓電平、有效的電源電壓和功耗考慮。
大多數信號調理應用採用逐次逼近(sar)或積分型adc。這兩種adc能很好地處理dc信號，而sar型adc對快速ac信號能提供更好的支持。sar轉換器是所有adc中最通用的，這種轉換器把高分辨率(高達
16位)和高吞吐能力結合在一起。
積分adc具有長操作時間，這是因為所用轉換方法的原因，但通過信號平均使其具有噪音低的特點。對於中頻ac信號，d-s轉換器是最好的選擇，因為它們具有高分辨率和高精度。d-s轉換器分辨率高達24位，但以降低速(本文 來自本站)度為代價，其等待時間非常長。其他兩類adc—流水線和分段adc是高速器件，非常適合用於轉換高頻ac信號。
第四篇：信號調理電路
信號調理電路 信號處理電路，把模擬信號變換為用於數據採集、控制過程、執行計算顯示讀出或其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如温度、壓力、光強等...但由於傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字信號之前必須進行調理。調理就是放大，緩衝或定標模擬信號等，使其適合於模/數轉換器(adc)的輸入。然後，adc對模擬信號進行數字化，並把數字信號送到mcu或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。
信號調理將您的數據採集設備轉換成一套完整的數據採集系統，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號類型(從熱電偶到高電壓信號)來實現的。關鍵的信號調理技術可以將數據採集系統的總體性能和精度提高10倍。
信號調理簡單的説就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成採集設備能夠識別的標準信號。是指利用內部的電路(如濾波器、轉換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型並輸出之。因為工業信號有些是高壓，過流，浪湧等，不能被系統正確識別，必須調整理清之。
一般的採集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調理，要視待採信號的特點而定，若信號很小，則要經過放大將信號調理到採集卡能夠識別的範圍，若信號干擾較大，就要考慮採集之前作濾波了。
第五篇：信號實習報告
信號與系統實習大綱二○九年十二月十二日1.課程實習任務3 1.1課程實習任務：3 1.2matlab語言及應用3 1.3、matlab的基本命令3矩陣的創建3繪圖函數3 1.4信號運算的表示方法4 1.相加4 2.相乘4 3.時移5 4.反褶5 5.尺度變換5 1.5信號與系統中基本函數的命令表示方法5 1.衝擊函數：impuse(t)5 2.階躍函數：heaviside(t)5 3.卷積：c=conv(a,b)5 4.積分：6 5.微分：6 2.連續系統表示方法6 2.1求解零狀態響應命令6 2.2階躍函數和衝擊函數命令7 3.傅里葉表示方法7 4.s域表示方法8 5.離散系統的表示方法10 5.1線性時不變(lti)離散時間系統10 5.3衝激響應10 5.4階躍響應10 6.總結11 7.參考文獻11 1.課程實習任務1.1課程實習任務：瞭解matlab的基本命令及使用方法，並熟悉連續系統和離散系統的表示方法，信號實習報告。1.2matlab語言及應用1.3、matlab的基本命令矩陣的創建簡單矩陣：a=a=求矩陣的行列式：det求矩陣的逆：inv特殊命令：zero(m,n)表示創建一個m行n列的全零矩陣ones(m,n)表示創建一個m行n列的全1矩陣eye表示創建一個單位陣rand(n)表示創建一個隨機均勻分佈的矩陣，矩陣元素為(0~1)繪圖函數plot(x1,y1…)表示繪製一個二維圖像plot3(x1,y1…)表示繪製一個三位圖像圖像加標註：圖例框legned legned(曲線1,曲線2,0)0表示標註在所繪製圖像的最佳位置1表示標註在所繪製圖像的右上角2表示標註在所繪製圖像的左上角3表示標註在所繪製圖像的左下角4表示標註在所繪製圖像的右下角-1表示標註在所繪製圖像的右側為座標軸加標註：xlabel(x軸)ylabel(y軸)為圖像加標題：title(正弦函數)創建子圖：subplot(m,n,p)此命令表示創建一個圖像有m行n列個子圖，p表示第p個子圖創建網格：grid創建座標軸範圍：axis()表示橫座標1 x2,3 y4在這段程序中，繪製的曲線時，時間座標值作為元素保存在矢量中。表達式exp(-.1*t)和sin(2/3*t)分別產生一個矢量，各矢量中的元素等於對應不同時間點處表達式的值。由這兩個表達式生成的兩個矢量的對應元素相乘得到矢量，然後用plot命令繪出該信號的時域波形。plot命令可以將點與點間用直線連接，當點與點間的距離很小時，繪出的圖形就成了光滑的曲線，如圖。1.4信號運算的表示方法如前説述，matlab可以有兩種方法來表示連續時間信號。用這兩種方法均可實現連續信號的時域運算和變換，但用符號運算的方法則較為簡便。下面分別介紹各種運算、變換的符號運算的matlab實現方法。1.相加s=symadd(f1,f2)或s=f1+f2 ezplot(s)上面是用matlab的符號運算命令來表示兩連續信號的相加，然後用ezplot命令繪製出其結果波形圖。其中f1,f2是兩個用符號表達式表示的連續信號，s為相加得到的和信號的符號表達式。2.相乘w=symmul(f1,f2)或w=f1*f2 ezplot(w)上面是用matlab的符號運算命令來表示兩連續信號的相乘，然後用ezplot命令繪製出其結果波形圖。其中f1,f2是兩個用符號表達式表示的連續信號，w為相乘得到的積信號表達式。3.時移y=subs(f,t,t-t0)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的平移及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量，subs命令則將連續時間信號中的時間變量t用t-t0替換。4.反褶y=subs(f,t,-t)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的反褶及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量。5.尺度變換y=subs(f,t,a*t)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的尺度變換及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量。1.5信號與系統中基本函數的命令表示方法1.衝擊函數：impuse(t)2.階躍函數：heaviside(t)3.卷積：c=conv(a,b)例：求出f1(t)*f2(t)的數值近似，並繪出其時域波形圖，如圖2所示，實習報告《信號實習報告》。實現上述過程的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.積分：d=int(x)5.微分：y=diff(x)2.連續系統表示方法2.1求解零狀態響應命令matlab中的函數lsim()能對微分方程描述的lti連續時間系統的響應進行仿真。該函數能繪製連續時間系統在指定的任意時間範圍內系統響應的時域波形圖，還能求出連續例：描述某連續時間系統的微分方程為解：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系統零狀態響應的仿真波形圖如圖3所示：圖3 2.2階躍函數和衝擊函數命令衝激響應：y=impulse(sys,t)；階躍響應：y=step(sys,t).3.傅里葉表示方法matlab的symbolic math toolbox提供了能直接求解傅立葉變換及與變換的函數fourier()與ifourier()。在調用fourier()與ifourier()之前，要用syms命令對所用到的變量進行説明，即要將這些變量説明成符號變量。對fourier()中的函數f及ifourier()的函數f，也要用符號定義符syms將f和f説明為符號表達式。若f或f是matlab中的通用函數表達式，則不必用sym加以説明。例：求f(t)=e-2|t|的傅立葉變換，試畫出f(t)及其幅度頻譜圖。解：matlab命令為：syms t；x=exp(-2*abs(t))；f=fourier(x)；subplot(211)；ezplot(t)；subplot(212)；ezplot(f)；f(t)的幅度頻譜圖如圖所示：4.s域表示方法拉普拉斯變換是分析連續時間信號的有效手段。信號的拉普拉斯變換定義為：其中，若以為橫座標(實軸)，為縱座標(虛軸)，復變量就構成了一個複平面，稱為平面。(2)部分分式展開法求拉普拉斯逆變換如果是的實係數有理真分式，則可寫為：式中分母多項式稱為系統的特徵多項式，方程稱為特徵方程，它的根稱為特徵根，也稱為系統的固有頻率(或自然頻率)。為將展開為部分分式，要先求出特徵方程的個特徵根，這些特徵根稱為極點。根據的極點或特徵根的分佈情況，可以將展開成不同的部分分式。利用matlab中的residue函數可對複雜的域表示式進行部分分式展開，其調用形式為：=residue(num,den)其中，num(numerator)、den(denominator)分別為分子多項式和分母多項式的係數向量，r為所得部分分式展開式的係數向量，p為極點，k為分式的直流分量。解：matlab程序如下：a=；b=；=residue(b,a)；impulse(b,a)運行結果為：r=1-3 2p=-2-1 0k=可見，系統函數有三個實極點，可以根據程序運行結果直接寫出系統的衝激響應為：5.離散系統的表示方法5.1線性時不變(lti)離散時間系統用常係數線性差分方程進行描述：其中，f和y分別表示系統的輸入和輸出，n=max(n,m)是差分方程的階數。在已知差分方程的初始狀態以及輸入的條件下，可以通過編程由下式迭代算出系統的輸出：5.2系統的零狀態響應就是在系統初始狀態為零條件下微分方程的解。在零初始狀態下，matlab控制系統工具箱提供了一個filter函數，可以計算差分方程描述的系統的響應，其調用形式為：y=filter(b,a,f)其中，、分別是系統差分方程左、右端的係數向量，f表示輸入向量，y表示輸出向量。注意，輸出序列的長度與輸入序列的長度相同。5.3衝激響應：h=impz(b,a,k)，其中的h表示系統的單位序列響應，、分別是系統差分方程左、右端的係數向量，k表示輸出序列的時間範圍。5.4階躍響應：g=stepz(b,a,n)，其中的g表示系統的單位階躍序列響應，b和a的含義與上相同，n表示輸出序列的長度。6.總結通過對matlab的窗口界面的認識、瞭解和操作，對matlab的功能和基本命令有了些瞭解，對一些例題的分析和操作，使自己對信號與系統裏的傅里葉變換和s域的變換有了更深刻的理解。7.參考文獻1、《控制系統計算機輔助設計--matlab語言及應用》作者薛定宇出版社清華大學出版社出版時間2014.4 2、3、
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