正如我们在运算放大器教程中看到的那样,运算放大器可用于在反相或非反相配置中连接时提供信号放大。
由传感器产生的非常小的模拟信号电压,例如几毫伏甚至微微伏,可以通过简单的运算放大器电路放大多倍,以产生更大的电压信号,例如5v或5mA,然后可以用作微处理器或基于模拟到数字的系统的输入信号。
因此,为了提供任何有用的信号,传感器输出信号必须用放大器放大,放大器的电压增益高达10,000,电流增益高达1,000,000,信号的放大是线性的,输出信号是精确的再现。输入,只是改变幅度。然后放大是信号调节的一部分。因此,当使用模拟传感器时,在使用信号之前,通常可能需要某种形式的放大(增益),阻抗匹配,输入和输出之间的隔离或者可能需要滤波(频率选择),这可以通过运算放大器方便地执行。而且,当测量非常小的物理变化时,传感器的输出信号可能被不需要的信号或电压“污染”,从而阻止正确测量所需的实际信号。这些不需要的信号称为“ 噪声 ”。通过使用我们在Active Filter教程中讨论的信号调节或滤波技术,可以大大减少甚至消除噪声或干扰。
通过使用低通或高通或甚至带通滤波器,可以降低噪声的“带宽”,只留下所需的输出信号。例如,来自开关,键盘或手动控制的许多类型的输入不能快速改变状态,因此可以使用低通滤波器。当干扰处于特定频率时,例如电源频率,窄带抑制或陷波滤波器可用于产生频率选择滤波器。
典型的运算放大器滤波器
在滤波之后仍然存在一些随机噪声,可能需要取几个样本然后对它们求平均值以得到最终值,从而增加信噪比。无论哪种方式,在“现实世界”条件下,放大和滤波在将传感器和换能器连接到基于微处理器和电子设备的系统中起着重要作用。
在下一个关于传感器的教程中,我们将研究位置传感器,它可以测量物理对象的位置和/或位移,这意味着从一个位置到另一个位置的特定距离或角度的移动。