3.4.2 常用传感器接口电路
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。射极输出器的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，所以常用来做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，但由于受偏置电阻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，在有些场合有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1012 Ω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，因此常用做前置级的阻抗变换器。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。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，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是交流电桥的，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，其引线分布电容的影响不可忽略。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3-7所示。
图3-7 直流电桥的基本电路
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。桥路的一对角线两端是输出端，一般接有高输入阻抗的放大器，因此可以把电桥的输出端看成是开路，电路不受负载电阻的影响。在电桥的另一对角线两端加有直流电压。
电桥的输出电压可由下式给出：
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个电阻值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
当
时，有
此时，电桥电路被称为四等臂电桥，输出灵敏度最高，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，其中包括零点平衡补偿、温度补偿和非线性补偿等。
（2）交流电桥
图3-8所示为交流电桥的基本电路。
图3-8 交流电桥的基本电路
图中，Z1和Z2为阻抗元件，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Uout=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
如果Z1=Z0-ΔZ，Z2=Z0+ΔZ，则电桥的输出电压为
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。放大电路主要用来将传感器输出的直流信号或交流信号进行放大处理，为检测系统提供高精度的模拟输入信号，它对检测系统的精度起着关键作用。