常见传感器接口电路优化方案

根据传感器输出信号的不同特点，要采取不同的处理方法。传感器输出信号的处理主要由接口电路来完成，典型的接口电路主要有以下几种。

1.放大电路

传感器输出信号一般比较微弱，因此在大多数情况下需要使用放大电路。放大电路主要将传感器输出的微弱直流信号或交流信号放大到合适的程度。放大电路一般采用运算放大器构成。

（1）反相放大器 图1-28是反相放大器的基本电路。输入电压加到运算放大器的反相输入端，输出电压经R_F反馈到反相输入端。

输出电压为

U_O＝-U_I×（R_F/R₁） （1-38）

反相放大器的放大偌数取决于R_F与R₁的比值，负号表示输出电压与输入电压反相。该放大电路应用广泛。

（2）同相放大器 图1-29是同相放大器的基本电路。输入电压加到运算放大器的同相输入端，输出电压经R_F反馈到反相输入端。

图1-28 反相放大器基本电路

图1-29 同相放大器基本电路

输出电压为

U_O＝（1＋R_F/R₁）×U_I （1-39）

同相放大器的放大偌数取决于R_F与R₁的比值，输出电压与输入电压同相。

（3）差动放大器

图1-30 差动放大器基本电路(www.xing528.com)

图1-30为差动放大器的基本电路。两个输入信号分别加到运算放大器的同相输入端和反相输入端，输出电压经R_F反馈到反相输入端。若R₁＝R₂，R₃＝R_F，则输出电压为

U_O＝R_F/R₁×（U₂-U₁） （1-40）

差动放大器的优点是具有抑制共模信号的能力和抗干扰能力。

2.阻抗匹配器

传感器输出阻抗都比较高，比一般电压放大电路的输入阻抗要大得多，若将传感器直接与放大电路进行连接，则信号衰减很大，甚至不能正常工作。常常使用高输入阻抗低输出阻抗的阻抗匹配器。常用的阻抗匹配器是半导体阻抗匹配器、场效应晶体管阻抗匹配器及集成电路阻抗匹配器等。

半导体阻抗匹配器，实际上是共集电极放大电路，又称为射极输出器。射极输出器的输出相位与输入相位相同，放大倍数略小于1，输入阻抗高，输出阻抗低。

场效应晶体管阻抗匹配器的输入阻抗高达10¹²Ω以上，而巨其结构简单、体积小，得到了广泛的应用。

3.电桥电路

电桥电路是传感器系统中经常使用的转换电路，主要用来把电阻、电容、电感的变化转换为电压或电流。根据其供电电源性质的不同，可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥主要用于电阻式传感器，交流电桥可用于电阻、电容及电感式传感器。

电桥的基本电路如图1-31所示，阻抗Z构成电桥电路的桥臂，桥路的一对角线接工作电源，另一对角线是输出端。

当电桥的4个桥臂的阻抗由于被测量引起变化时，电桥平衡被打破，此时电桥的输出与被测量有直接对应关系。

4.电荷放大器

有些传感器输出的信号是电荷量的变化，要将其转换成电压信号，可采用电荷放大器。电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器。图1-32所示是一种常见的电荷放大器电路。

图1-31 电桥基本电路

图1-32 电荷放大器电路