低功耗電池供電電磁流量計研究與設(shè)計 二十八
4.3 電磁流量計信號調(diào)理電路
4.3.1 儀用放大電路
在第三章勵磁技術(shù)的設(shè)計中，三值低頻矩形波勵磁信號的頻率為6.25Hz，則感應(yīng)電動勢也為同頻率的交變電壓信號，即被測信號。傳感器和被測流體的阻抗，統(tǒng)稱為信號內(nèi)阻，而且阻值很大（與流體的電導(dǎo)率直接相關(guān)），一般為幾兆歐姆。為了減小信號電壓的損失，使采集的電壓信號盡可能多的進入后端測量電路，要求放大器的輸入電阻要遠遠大于信號內(nèi)阻。由于被測信號屬于低頻信號，放大電路不能使用阻容藕合放大器進行信號放大，需要頻帶從零開始的低頻直流放大器。那么在選擇直流放大器要考慮兩個問題：一是前級和后級的靜態(tài)工作點互相影響，二是零點漂移問題。前級引起的零點漂移電壓，再被后級放大，最終將掩蓋掉采集到的電壓信號做為輸出。因此信號調(diào)理電路的第一級采用儀用放大器。它由三個集成運算放大器組成，其中兩個性能一樣的運算放大器構(gòu)成差動結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效抑制零點漂移。儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它的特點有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等。儀表放大器所采用的基礎(chǔ)部件（運算放大器），它們在性能上與標(biāo)準(zhǔn)運算放大器有很大的不同。標(biāo)準(zhǔn)運算放大器是單端器件，其傳輸函數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)決定；而儀表放大器在有共模信號條件下能夠放大很微弱的差分信號，因而具有很高的共模抑制比（CMR）。 同時由于MSP430單片機是單極性供電，因此片內(nèi)A/D電壓輸入也為單極性輸入，即0～3.3V，而經(jīng)過信號處理電路的流量信號為雙極性信號，因此必須將信號轉(zhuǎn)換為單極性信號。根據(jù)設(shè)計要求和電路特點，選用美國MAXIM公司的精度高功耗低，并且增益可調(diào)的儀用放大器MAX4194。相比其它放大器，MAX4194的突出特點是供電電壓低，非常適用于功耗要求很低或者低電壓電源供電的場合。MAX4194低功耗儀表放大器屬于三運放拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三運放拓?fù)涞恼嬲齼?yōu)勢是具有很高的共模抑制比，能夠進行真正的差分測量，同時又有非常高的輸入阻抗，這些特點使其在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在信號內(nèi)阻非常高的場合。
由于特性優(yōu)良，加之體積小，并可通過一個外置電阻方便地設(shè)定增益，使其能夠廣泛應(yīng)用于信號采集放大、醫(yī)用儀器及多通道系統(tǒng)等很多領(lǐng)域，可以在低至±1.35V 的電源電壓下工作并且靜態(tài)工作電流很小，是便攜式和其它用電池供電系統(tǒng)的理想器件。
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