Измерительный сигнал и необходимость усиления

Чувствительный элемент часто формирует очень маленький электрический сигнал. Термопара создает милливольты, тензорезистивный мост - небольшое дифференциальное напряжение. Непосредственно передавать такой сигнал на большое расстояние и точно оцифровывать бывает неудобно. Поэтому применяется signal conditioning - подготовка сигнала.

Подготовка может включать усиление, фильтрацию, гальваническую развязку, линеаризацию и преобразование в стандартный диапазон. Цель - сохранить полезную информацию и уменьшить влияние помех.

Если датчик дает 5 mV при полном диапазоне, а АЦП оптимально работает с 0-5 V, нужен коэффициент усиления примерно 1000. Но простой высокий gain усиливает не только полезный сигнал, но и шум. Поэтому важны правильная схема, экранирование и дифференциальное измерение.

Усилитель имеет ограниченный диапазон выхода. Если входной сигнал или offset слишком велик, выход упирается в верхний/нижний предел - насыщается. После этого зависимость перестает быть линейной, и измерение искажается.

Датчик выдает 0-10 mV, АЦП работает 0-5 V. Рассчитайте идеальный коэффициент усиления. Затем объясните, почему в реальной схеме необходимо оставить небольшой запас по диапазону.

• Зачем нужна подготовка сигнала?

• Что такое gain?

• Почему усиление может ухудшить ситуацию с шумом?

• Что такое насыщение усилителя?

• Какие операции, кроме усиления, относятся к signal conditioning?