多路模拟电子开关和可编程增益放大器在数显表中的应用

2020/6/21 15:12:36 人评论 次浏览 分类:二次仪表  文章地址:/tech/3160.html

数显表的输入信号有热电偶、热电阻、直流线性电压、直流线性电流等。通常使用4个端子来完成以上四类信号的输入任务。而在处理及放大输入信号时,都离不开电子模拟开关及运算放大器,本文深入介绍多路模拟电子开关和可编程增益放大器在数显表输入电路中的应用。

多路模拟电子开关

数显表万能输入即数显表接收多种信号都是采用公共的采样/保持电路、运算放大电路、A/D转换电路。多路模拟电子开关用于信号切换,使某一时刻接通某一路信号输入,而把其他电路断开,达到信号切换的目的。模拟电子开关种类很多,但功能基本相同,区别只是通道数、开关电阻、漏电流、输入电压及方向切换的差别。欧宝娱乐登入仪表以CD4051(HEF4051)、CD4053为例进行介绍。

CD4051(HEF4051)是八选一模拟开关,相当于一个单刀八掷开关,如图1和图2所示。CD4051与HEF4051引脚及功能相同,只是功能符号有差别,图中括号为HEF4051的功能符号?亟油母鐾ǖ溃啥剖淙胄藕趴刂贫薃、B、C决定。INH是禁止端,当INH=1时,全部通道被置为关断状态。CD4051还有另外一个电源端VEF,作为电平位移使用,使单电源供电的CMOS电路可传输峰值达15V的交流信号。若模拟开关的供电VDD=5V,Vss=0V,当VEF=-5V时,只要对此模拟开关施加0-5V的数字控制信号,就可控制幅度范围为-5~5V的模拟信号。

CD4051(HEF4051)引脚排列
图1 CD4051(HEF4051)引脚排列
CD4051(HEF4051)逻辑符号
图2 CD4051(HEF4051)逻辑符号


CD4053是三组二选一模拟开关,相当于三组单刀双掷开关,如图3和图4所示,三个数字控制输入端A、B、C可独立选择每组模拟开关刀位的导通方向,当INH=1时,全部通道被置为关断状态。若Von=5V,Vss=0V,VEE=-13.5V,则0-5V的数字信号可控制-13.5~4.5V的模拟信号。CD4051和CD4053的真值表见表1。

CD4053引脚排列      CD4053逻辑符号
图3 CD4053引脚排列                                       图4 CD4053逻辑符号


可编程增益放大器

数显表要输入不同种类传感器的信号和标准信号,但各种信号最大量程对应的电量相差很大,如K型热电偶0-1200℃对应的热电势是0-48.838mV,S型热电偶0-1600℃对应的热电势是0-16.777mV?杉淙胄藕庞写笥行。远苑糯笃鞯姆糯蟊妒笠膊煌39孀龇ㄊ遣捎枚喔龇糯笃鳎员碓虿捎每杀喑淘鲆娣糯笃(PGA),来满足各种类型输入信号的不同的放大倍数。只要准备几种量程,就可满足常见的各种输入信号类型。

可编程增益放大器由电子模拟开关和集成运算放大器构成。各型数显表的电路结构、使用器件虽不相同,但基本原理相似,从图5可见,输入数显表的所有信号都是共用一个放大器,因此,所有信号都需要尽可能使用这个放大器的输入范围。为解决放大倍数不相同的问题,可通过模拟开关X0-X3的选择,把电路中的反馈电阻进行组合,即通过各开关的通断来调整放大器的增益。从图5可知这是个使用同相运算放大器的电路,放大器的增益?豖1接通时放大器有10倍的增益,开关X0接通时放大器有17倍的增益,开关X3接通时放大器有50倍的增益,就可以用单个运放来完成大小不同输入信号的放大。即不管输入数显表的是什么量程的信号,经过程控放大器处理,就变成了与A/D转换器相匹配的电平信号,这样一台数显表就可以实现万能输入(即接收多种类型的信号输入)。当数显表接收直流电流信号时,大多通过250Ω或50Ω的标准电阻转换成1-5V或0.2-1V的电压信号,并通过X2开关把放大器的输出端和反相端连接起来,此时增益A=1,即V0=Vi,没有电压放大作用,成了一个电压跟随器。
可编程增益放大器原理
图5 可编程增益放大器原理


数显表的输入信号通过CD4051电子模拟开关切换进行传输,切换动作与所选输入信号类型,取决于微处理器的控制信号。如何切换与数显表的参数设置有关,与软件程序紧密相关,没有进行参数设置数显表将无法工作。


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