1.阻抗匹配器

传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常采用高输入阻抗和低输出阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路。常见的阻抗匹配器有晶体管阻抗匹配器、场效应晶体管阻抗匹配器及运算放大器阻抗匹配器。

晶体管阻抗匹配器实际上是一个晶体管共集电极电路，又称为射极输出器。射极输出器输出相位与输入相位相同，其电压放大倍数小于但接近于1。电流放大倍数从几十倍到几百倍。由于射极输出器的输入阻抗较高、输出阻抗低、带负载能力强，所以常将其用来作阻抗变换电路和前后级隔离电路。晶体管阻抗匹配器虽然有较高的输入阻抗，但由于受偏置阻抗和管子本身基极及集电极间电阻的影响，不可能获得很高的输入阻抗，在有些场合可能无法满足传感器的要求。

场效应晶体管是一种电平驱动器件，栅源极间电流很小，其输入阻抗可高达10¹²Ω以上，可作阻抗匹配器使用。场效应晶体管阻抗匹配器结构简单、体积小，因此常用作前置级阻抗变换器。场效应晶体管阻抗匹配器有时还直接安装在传感器内，以减少外界的干扰，在电容式传感器、压电式传感器等容性传感器中得到了广泛的应用。

运算放大器的输入阻抗一般也非常高，且性能稳定，故也是阻抗匹配器的理想选择。

2.电桥电路

电桥电路是传感器检测电路中经常使用的电路，主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流信号。根据电桥供电电源的不同，电桥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，例如热敏电阻、电位器等。交流电桥主要用于测量电容式传感器和电感式传感器的电容和电感的变化。电阻应变片传感器大都采用交流电桥，这是因为应变片电桥输出信号微弱，需经放大器进行放大，而使用直流放大器容易产生零点漂移。此外，应变片与桥路之间采用电缆连接，其引线分布的影响不可忽略。使用交流电桥还可以消除这些影响。

（1）直流电桥

直流电桥的基本电路如图3-23所示。

它是由直流电源供电的电桥电路，电阻构成桥式电路的桥臂，桥路的一条对角线两端是输出端。由于一般接有高输入阻抗的放大器，因此可以将电桥的输出端看成是开路，电路不受负载电阻的影响。在电桥的另一条对角线两端加有直流电压。

电桥的输出电压可由下式给出：

图3-23 直流电桥的基本电路图

电桥的平衡条件为

R₂R₄=R₁R₃

当电桥平衡时输出电压为零。

当电桥4个臂的电阻发生变化而产生增量ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₄时，电桥的平衡被打破，电桥的输出电压变为

若取，则

当a=1时，输出灵敏最大，此时有

如果R₁=R₂=R₃=R₄时，则电桥电路被称为四等臂电桥，此时输出灵敏感度最高，而非线性误差最小。因此在传感器的实际应用中多采用四等臂电桥。

直流电桥在应用过程中常出现误差，消除误差通常采用补偿法，其中包括零平衡补偿、温度补偿和非线性补偿等。

（2）交流电桥

交流桥式电路如图3-24所示。

图中，Z₁和Z₂为阻抗元件，它们同时可以为电感或电容；电桥两臂为差动方式，又称为差动交流电桥。在初始状态时，Z₁=Z₂=Z₀电桥平衡，输出电压U_out=0。测量时一个元件的阻抗增加，另一个元件的阻抗减小。假定Z₁=Z₀+ΔZ，Z₂=Z₀-ΔZ，则电桥的输出电压为(www.daowen.com)

如果Z₁=Z₀-ΔZ，Z₂=Z₀+ΔZ，则电桥的输出电压为

图3-24 交流桥式电路

3.放大电路

传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下，都需要放大电路。放大电路用来将传感器输出的直流信号或交流信号进行放大处理，为检测系统提供高准确度的模拟输入信号，它对检测系统的精度起着关键作用。

图3-25a是反相放大器的基本电路。反相放大器的输出电压可由下式确定，即

图3-25 放大电路

图3-25b是同相放大器，同相放大器的输出电压为图3-25c是差动放大器的基本电路。差动放大器的输出电压为

差动放大器最突出的优点是能够抑制共模信号。

4.开关型输出电路

开关量输出的传感器，例如第7章中的翻斗式雨量传感器，其输出是一对节点，可以将降雨量转换为脉冲个数。该信号经整形后接在CC2530的INTO端，每次中断一次，则雨量加上0.1mm，准确实现对降雨的测量。处理其他类同开关量输出，可以参考此电路。

5.模拟量输出电路

模拟量输出可分为2种，即电压输出型和电流输出型。如果是标准输出，即电压是0～5V或1～5V，电流是4～20mA，如本书第6章、第7章都有相应例子可借鉴，即通过A-D转换，输入单片机或TI公司的CC2530处理。

如果是非标准的，则要经过预处理电路，变成标准的输出。一般而言，凡传感器的输出，都是按国家有关规定来处理的标准输出量。

6.数字量输出电路

数字量输出传感器，例如，温度传感器DB18B20，温度和湿度测量的传感器SHT11，光照度测量的光强度传感器TSL2561等。图3-26是适用于太阳能发电系统的传感器与AT89S52单片机的接口电路设计。

图3-26 数字量输出与AT89S52单片机的接口电路设计

7.串口输出电路

串口输出的传感器，无论是RS232，还是RS485，本书都有相应例子，在此不再累述。