单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.,信号转换电路,刘建娟,电气工程学院测控系,电子邮件：,：,2024/11/17,模拟开关,采样保持电路,电压比较电路,电压频率转换电路,6.,信号转换电路,电压电流转换电路,6.1,模拟开关,模拟开关,模拟开关是在电路中用于实现模拟信号通与断的电子开关器件，它的作用类似于机械式转换开关，信号电流从输入端流到输出端，其信号传送方向可以是双向的。,除了模拟开关还有数字开关，它用于数据选择器等数字电路，它仅适用于传送规律电平。,要求信号通过模拟开关后，输出电压与输入电压根本一样，而通过数字开关后输出信号可能与输入信号一样，也可能不同。,6.1,模拟开关,6.1.1,模拟开关及其主要参数,模拟开关通常有三个端子：把握端C、信号输入端I及输出端O。I/O可以互换的为“双向开关”。,模拟开关主要参数：,导通电阻Ron：开关闭合时所呈现的电阻；,截止电阻Roff：开关断开时所呈现的电阻；,电荷注入：与构成模拟开关的NMOS和PMOS管相伴的杂散电容引起的一种电荷变化，是开关过程中模拟开关的寄生电容失配及其对输出信号完整性影响的函数；,延迟时间：把握信号转变时对应产生的输出延迟时间，它包括开关导通延迟时间和开关截止延迟时间，由模拟开关的寄生电容所致。,常用的模拟开关元件包括二极管开关、双极性晶体管开关、结型场效应晶体管开关、MOS型场效应晶体管开关等。,用增加型MOSFET构成的电子模拟开关，尽管导通特性并不是最正确的，但由于其易于集成化、尺寸小、极间泄露电流特殊小，在测控电路中仍得到了广泛的应用。,S,B,D,G,u,i,u,o,u,c,R,on,u,i,O,优点：,R,off,10,13,一、N沟道增加型MOSFET开关电路,缺乏：Ron随ui增大而增大,6.1.2 增加型MOSFET开关电路,6.1,模拟开关,b,）,R,on,-u,i,特性,R,on,R,on,(C),R,on,(N),R,on,(P),u,i,O,u,GP,u,i,u,o,u,GN,+E,-E,a,）,CMOS,开关,将,P,沟道与,N,沟道,MOSFET,并联,二、,CMOS,开关电路,增加型MOSFET开关电路,6.1,模拟开关,输出,/,输入,A,B,C,+E,0,1,2,3,4,5,6,7,输入,/,输出,-E,1,-E,2,逻辑电平转换电路,8,选,1,译码电路,13,14,15,12,1,5,2,4,16,11,10,9,6,8,7,3,INH,S,1,S,2,S,3,S,4,S,5,S,6,S,7,S,8,巡回采样：,8,路输入、,1,路输出,1,路输入、,8,路输出,6.1.3,模拟多路开关电路,6.1,模拟开关,采样/保持S/H电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，依据需要保持并输出采集的电压数值的功能。在“采样”状态下，电路的输出跟踪模拟信号；转为“保持”状态后，电路的输出保持采样完毕时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。,这种电路用于一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移等；最常见的是应用于快速数据采集系统，以保持输入信号在采样过程中不变；当系统有多个模拟信号时，为了采得各通道同一时刻的信息时，则需用多个采样保持器进展同时采样。,采样保持电路是一种时间上离散化电路。,6.2,采样保持电路,6.2,采样保持电路,6.2.1 根本原理,采样保持电路的根本组成：,1模拟开关,2模拟信号存储电容,3缓冲放大器,u,o,a,）,S/H,电路原理,-,+,+,N,1,-,+,+,u,i,S,U,C,C,6.2,采样保持电路,6.2.2,性能指标,采样保持电路的主要性能指标：,捕获时间TAC：当采样/保持电路从保持状态转到采样状态时，电路的输出从保持值过渡到重新跟踪输入值所需的时间。跟踪性能的标志。,孔径时间TAP：指从发出保持指令的时刻起，到开关真正断开所需的时间。切断力气的标志。,下垂率：指由于存贮电容的电荷的泄漏所引起的输出电压的变化率。,为提高实际电路的精度和速度，需同时从元件和电路两方面着手解决。,-1,+1,#,u,i,U,o,U,R,u,i,U,R,a,）电压比较器符号,b,）电压比较器特性,电压比较器是一种电压-开关信号转换器。,6.3 电压比较电路,2024/11/17,6.3.1 电平比较电路,-1,+1,#,u,i,U,o,U,R,u,i,U,R,a,）电压比较器符号,b,）电压比较器特性,6.3 电压比较电路,一、差动型电平比较电路,2024/11/17,优点：阈值可变,缺点：振铃现象,U,R,u,i,u,n,电平比较器的“振铃”现象,U,o,6.3.1 电平比较电路,6.3 电压比较电路,二、求和型电平比较电路,U,o,-,+,+,u,i,U,R,1,R,2,R,求和型比较电路,2024/11/17,不同方向变化不同阈值,a),电路原理图,b),传输特性,u,i,U,o,U,1,O,U,2,-1,+1,#,u,i,U,o,U,R,R,R,2,R,1,6.3.2 滞回比较电路,6.3 电压比较电路,2024/11/17,单方向多个阈值,u,i,“,1”,“,0”,O,U,U,R,2,U,R,1,U,o,-1,+1,#,&,-1,+1,#,u,i,VS,R,1,R,P,R,2,U,o1,U,o2,U,o,U,Z,N,2,N,1,U,R2,U,R1,E,6.3.3 窗口比较电路,6.3 电压比较电路,2024/11/17,定义：V/f(电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压把握(压控)振荡器(VCO)。,应用：由于频率信号抗干扰性好，便于隔离、远距离传输，也可以调制，因此，V/f在调频、调相、模/数转换器、远距离遥测遥控设备中得到特殊广泛的应用。,指标：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等。,6.4,电压频率转换电路,6.4.1 V/f,转换器,2024/11/17,O,U,1,U,2,u,o,T,1,T,2,t,u,C,U,2,U,1,t,t,O,O,u,P,V,-,+,+,N,2,-,E,R,3,R,4,R,5,R,6,R,7,R,8,R,9,u,C,u,P,VS,1,VS,2,VS,3,u,o,-,U,-,+,+,N,1,R,2,u,i,R,1,C,积分器,复原开关,比较器,一、积分复原式,V/f,转换电路,6.4,电压频率转换电路,6.4.1 V/f,转换器,2024/11/17,u,o,t,1,t,u,C,t,O,O,t,0,u,o,-,+,+,N,1,-,+,+,N,2,S,u,i,R,I,S,单稳定时器,u,C,i,U,R,C,1线性好；2易于集成,二、电荷平衡式,V/f,转换电路,6.4,电压频率转换电路,6.4.1 V/f,转换器,2024/11/17,很多频率解调电路都属于f/V 转换电路,6.4,电压频率转换电路,6.4.2 f/V,转换器,R,1,-,+,+,N,u,o,R,2,R,s,i,s,i,要求电流源is的内阻Rs必需很大，,is需远大于运算放大器偏置电流。,一、反相输入型,6.5,电压电流转换电路,6.5.1 I/V,转换器,R,2,-,+,+,N,u,o,R,1,R,3,R,4,i,u,i,二、同相输入型,6.5,电压电流转换电路,6.5.1 I/V,转换器,U,b,要求：,1输出电流只与输入电压有关，与负载根本无关；,2能够输出所需较大电流。,R,L,u,i,i,o,输出电流不仅与输入电压,有关，而且与负载有关,不能输出所需较大电流,i,o,R,L,u,i,R,R,R,L,6.5,电压电流转换电路,6.5.2 V/I,转换器,R,4,R,7,+,R,L,i,o,R,4,-,+,+,N,V,2,R,5,R,1,R,3,V,1,R,2,R,6,R,7,u,N,u,P,u,i,U,b,+,E,R,1,=,R,2,，,R,3,=,R,4,R,L,6.5,电压电流转换电路,6.5.2 V/I,转换器,思考题与习题,6-1,6-2,6-4,