《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案_浦昭邦_王宝光(17)

对于输出数字信号的传感器而言，计数器和锁存器一般是必需的（如图5-3所示）。对于传感器输出数字信号与后续电路不匹配（如TTL信号与CMOS信号等）的场合，还需电平转换电路。对于传感器输出正弦波的场合，还需整形电路将正弦波转变为方波。对于传感器输出连续脉冲的场合，还需辨向电路判断被测量变化的方向。为了进一步提高分辨力和精度，还常常采用细分电路。

对传感器输出的微弱模拟信号（电压、电流或者电荷）进行放大，以便满足测量灵敏度和后续电路的要求。这些放大电路也称测量放大电路或仪器放大电路。

① 噪声要求：要求放大电路具有较高的信噪比。

② 稳定性要求：包括较低的输入失调电压和失调电流，温度漂移和灵敏度漂移要小等。

③ 阻抗要求：放大电路的输入阻抗应与传感器的输出阻抗相匹配。

④ 增益要求：要求放大电路具有一定的放大倍数，增益稳定，以免降低测量精度。

⑤ 速度要求：要求放大电路有足够的带宽和转换速率，以满足采样速率的要求。

主要取决于传感器输出信号的形式和后续电路（中央处理系统活控制电路）的输入要求。建议优先选用集成运算放大器。

① 阻抗匹配问题：有时，传感器的输出阻抗很高，例如压电式传感器，必须配接高输入阻

抗的放大器。可以采用跟随器电路。

② 漂移问题：应优先考虑低温漂或具有自动稳零功能的放大器。斩波放大器提供了较低的电压和较低的随温度变化的偏置电压漂移，是一种很好的选择。

③ 增益问题：放大器增益的选择和确定应权衡量程与分辨力两方面的因素。当二者不能同时满足时，可以考虑采用量程切换的方法。

在大多数场合下，被测量都是模拟量，传感器的输出也多为模拟电压信号。为了适应后续的计算机处理，完成将模拟量转换成一定位数的数字量的器件就是模拟／数字转换器，简称A/D转换器。

按照模拟/数字转换的原理，A/D转换器可以分为双积分式、逐次逼近式、并行比较式、Σ-Δ式等；按照转换器的位数，可以分为8位、10位、12位、16位、24位等；按照转换速度的高低，有可以分为低速和高速两种。

A/D转换电路的设计主要应考虑以下几方面因素：

① A/D转换器的位数：一般说来，位数越多，分辨率越高，量化误差就越小。因此，A/D转换器的相对精度也常用最低有效值的位数LSB来表示，即：1 LSB = 满刻度值/2n。

② 线性误差：指A/D转换器在满量程内的输入和输出之间的比例关系不是完全的线性而产生的误差。

③ 转换时间 ：指A/D转换器完成一次转换所需要的时间，是从模拟量输入至数字量输出所经历的时间。

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