[求助] 惠斯通电阻应变传感器输出电压放大设计

萤火   2017-12-17 12:12 楼主
请问老师,设计这个传感器放大电路,传感器输出幅值在mV 级,频率1KHZ以内,把电压放大到0-5V,这个电路该怎么设计?

回复评论 (73)

“设计这个传感器放大电路,传感器输出幅值在mV 级,频率1KHZ以内,把电压放大到0-5V”
首先这个桥式电路输出是差动信号,建议选择仪表放大器。其次,该仪表放大器的失调电压必须要小,带宽倒是还在其次(因这种桥式电路输出信号不可能变化非常快,1kHz已经是多说了)。
点赞  2017-12-17 12:17
引用: maychang 发表于 2017-12-17 12:17
“设计这个传感器放大电路,传感器输出幅值在mV 级,频率1KHZ以内,把电压放大到0-5V”
首先这个桥式电路 ...

老师,怎么处理电路中的干扰呢?传感器的信号从LEMO接口引入到放大器,放大器的输出连接一个低通滤波器,低通滤波器的输出连接AD采集,这样就行了嘛?
点赞  2017-12-17 12:44
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 12:44
老师,怎么处理电路中的干扰呢?传感器的信号从LEMO接口引入到放大器,放大器的输出连接一个低通滤波器, ...

传感器的输出(放大器输入)就可以安排低通滤波。
当然,此滤波器必须对称。
点赞  2017-12-17 14:39
引用: maychang 发表于 2017-12-17 14:39 传感器的输出(放大器输入)就可以安排低通滤波。 当然,此滤波器必须对称。
您的意思是:在仪表放大器的同相与反相输入端加滤波电路,比如,同时加RC低通滤波电路,这样能够满足性能吗? 本帖最后由 萤火 于 2017-12-17 20:12 编辑
点赞  2017-12-17 19:35
引用: maychang 发表于 2017-12-17 14:39
传感器的输出(放大器输入)就可以安排低通滤波。
当然,此滤波器必须对称。

老师,我这个传感器是用来测量位移的,全行程位移有24微米,对应的电压变化量为几十mV, 位移分辨率有1nm,对应的电压变化为uV级,我看了下TI的仪表运放,失调电压最小的有20uV,ADI的仪表运放最小的有10uV,有些零漂移的运放失调电压很小,几个uv,可是输入阻抗太小了。这该怎么选择呢?
点赞  2017-12-17 20:11
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 19:35
您的意思是:在仪表放大器的同相与反相输入端加滤波电路,比如,同时加RC低通滤波电路,这样能够满足性能 ...

不是这个意思。
仪表运放虽然也有同相输入端和反相输入端,但输出端与反相输入端之间并不联接一支反馈电阻。如果有反馈电阻的话,那么同相输入端和反相输入端输入阻抗不等,滤波器必定不对称,共模干扰就会产生差模信号(也是干扰)。 AD620.png
典型的仪表运放如AD620应用于电阻桥,可以使用上面的电路。
你所说的滤波器,应该插在电桥与运放两个输入端之间,两支电阻当然是串联在桥的对角线和两个输入端联线上,电容并联在两个输入端之间(不是接地)。
当然,你愿意把低通滤波放到运放输出端,也是可以的,不是非放到输入端不可。
点赞  2017-12-17 20:37
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 20:11
老师,我这个传感器是用来测量位移的,全行程位移有24微米,对应的电压变化量为几十mV, 位移分辨率有1nm, ...

失调电压不是很重要。失调电压可以校正,用硬件校正或者软件校正都可以,校正到输入为零时输出也为零就是了。
重要的是失调电压的温度漂移。温度漂移很难校正。
点赞  2017-12-17 20:41
引用: maychang 发表于 2017-12-17 20:37 不是这个意思。 仪表运放虽然也有同相输入端和反相输入端,但输出端与反相输入端之间并不联接一支反馈电 ...
老师,AD705的作用没看出来?我再学习学习,谢谢您的指导 本帖最后由 萤火 于 2017-12-17 20:59 编辑
点赞  2017-12-17 20:55
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 20:55
老师,AD705的作用没看出来?我再学习学习,谢谢您的指导

要想弄清楚AD705的作用,先弄清楚AD620的第5脚作用。
要想弄清楚AD620第5脚作用,先看仪表运放原理(一般模拟电路教材里面都有,例如《电子技术基础 模拟部分》康华光第5版,36页开始)。
点赞  2017-12-17 22:07
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 20:55
老师,AD705的作用没看出来?我再学习学习,谢谢您的指导

或者看《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计》,赛尔吉欧·佛朗哥著,62页开始。
点赞  2017-12-17 22:10
引用: maychang 发表于 2017-12-17 22:07
要想弄清楚AD705的作用,先弄清楚AD620的第5脚作用。
要想弄清楚AD620第5脚作用,先看仪表运放原理(一般 ...

老师,您看这个电路?输入连接传感器,输出直接连接ADC可以吗
无标题.png
点赞  2017-12-17 22:11
引用: maychang 发表于 2017-12-17 22:10
或者看《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计》,赛尔吉欧·佛朗哥著,62页开始。

好的,谢谢您
点赞  2017-12-17 22:13
引用: 萤火 发表于 2017-12-17 22:11
老师,您看这个电路?输入连接传感器,输出直接连接ADC可以吗

此图正确,可以使用。
但两支2kΩ电阻应尽量相等,两支1nF电容也应该尽量相等。
点赞  2017-12-18 08:11
引用: maychang 发表于 2017-12-18 08:11
此图正确,可以使用。
但两支2kΩ电阻应尽量相等,两支1nF电容也应该尽量相等。

谢谢老师,我看有些人设计的电路,在运放的输出端接入了五阶巴特沃斯低通滤波电路,有这个必要吗?
点赞  2017-12-18 19:37
引用: 萤火 发表于 2017-12-18 19:37
谢谢老师,我看有些人设计的电路,在运放的输出端接入了五阶巴特沃斯低通滤波电路,有这个必要吗?

是否有这个必要,全看你自己的要求。
有源滤波会引入误差(构成有源滤波器的运放自身就有失调和失调温漂),不宜放在输入端。输入端使用无源滤波当然可以,但无源滤波做到五阶,其对称性的保持要比一阶二阶困难得多。
放大器输出端插入高阶有源滤波当然可以。因为微弱信号已经放大,所以有源滤波器的失调等等往往可以忽略。如果对带外信号的衰减要求比较高,那就需要在放大器的输出端使用高阶低通滤波。
点赞  2017-12-18 20:12
引用: maychang 发表于 2017-12-18 20:12
是否有这个必要,全看你自己的要求。
有源滤波会引入误差(构成有源滤波器的运放自身就有失调和失调温漂) ...

明白了,我就在运放输入端放两个RC滤波,输出端放一个五阶的巴特沃斯滤波,非常感谢您!
点赞  2017-12-18 20:19
引用: maychang 发表于 2017-12-17 20:41
失调电压不是很重要。失调电压可以校正,用硬件校正或者软件校正都可以,校正到输入为零时输出也为零就是 ...

老师,向您请教一个问题,一般的运放电路中,输入输出之间都会有相移,在保证运放稳定工作下,会产生一点相移(比如0-10度),请问:这个相移会有什么影响(有什么用呢)?
点赞  2017-12-18 22:44
引用: 萤火 发表于 2017-12-18 22:44
老师,向您请教一个问题,一般的运放电路中,输入输出之间都会有相移,在保证运放稳定工作下,会产生一点 ...

运放电路作为宽带放大器使用,在其工作频带的中部是几乎没有相移的。只有在工作频带的两端也就是增益有所下降的部分才会有相移。
可以这么说:增益有变化处必有相移,反过来也对:增益无变化处没有相移。
点赞  2017-12-18 23:59
引用: maychang 发表于 2017-12-18 23:59
运放电路作为宽带放大器使用,在其工作频带的中部是几乎没有相移的。只有在工作频带的两端也就是增益有所 ...

我用了ADI官网上设计的一个五阶巴特沃斯滤波电路,-3db处频率为10KHZ,仿真时,输入1KHZ时,输出明显有相移。
点赞  2017-12-19 19:43
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