06信号转换电路资料讲解
机械电子学-第5章 信号隔离电路
开关量的隔离方法
• 光电耦合器
– 特点
• 电信号传输具有单向性，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 • 输入端属于电流型工作的低阻元件，具有很强的共模抑制能力。 • 在远距离传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比（隔噪）。 • 在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增
加计算机系统工作的可靠性。 • 响应快、寿命长。 • 用作线性传输时失真小、工作频率高； • 用作光电开关时无机械触点疲劳，可靠性高。
开关量的隔离方法
• 固态继电器的应用
开关量的隔离方法
• 固态继电器的应用
计算机控制单相交流电机正反接的接口及驱动电路
开关量的隔离方法
• 使用固态继电器注意事项
– 切忌将负载两端短路，以避免造成永久性损坏； – 如果外部运行环境温度高，选用的SSR必须留有较
大的余量； – 当用SSR控制感性负载时，应接上氧化锌压敏电阻
应用2. 光耦合器组成的开关电路
高低电平
低VCC电1 平 高低电平
功能： （1）实现脉冲传输； （2）实现电平转换。
开关量的隔离方法
• 光电耦合器的主要技术参数
– 二极管正向压降 – 正向电流 – 电流传输比 CTR – 输出侧供电电压 – 输出侧最大输出电流 – 输入输出之间最大的隔离电压BV – 导通时间 – 关断时间 – 输出侧最大耐压值
– 以光为媒介传输电信号的一种电—光—电转换 器件。由发光源和受光器两部分组成
发光器件 +
LED
–
c
受光器件 光电二极管
e 光电三极管
实现 电 - 光 - 电 传输和转换
开关量的隔离方法
• 光电耦合器
– 类型1：光电二极管型、光电三极管型、光敏 电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成 电路型。
脉冲信号的产生与转换
202X
第六章 脉冲信号的产生与转换
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清新立春时节
第一节 预备知识
微分电路和积分电路 RC电路在脉冲信号产生与转换电路中有着广泛的应用。 微分电路 微分电路是一种能够将输入的矩形脉冲变换为正负尖脉冲的波形变换电路。微分电路的形式就是一个RC串联电路，且要求电路的充放电时间常数τ=RC 远小于输入矩形正脉冲的宽度tw。
当VDD为+5V时，振荡频率计算公式可用下式估算：
03
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利用施密特触发器也可以构成多谐振荡器。
02
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(二) 多谐振荡器
01
多谐振荡器 b）可控多谐振荡器 c）占空比和频率可调的多谐振荡器
4. 恢复过程 暂稳态结束后，电容C上已充有一定的电压，因此，电路返回稳态后需经C的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳态时的数值，这一过程即为恢复过程。恢复过程所需时间tre 的大小与放电时间常数RC 的大小有关。恢复过程结束后，才允许输入下一个触发脉冲。
主要参数 输出脉冲宽度 设VDD=5V、VTH=2.5V，估算公式得到 tW ≈0.7RC R、C的单位分别为MΩ和μF，tw的单位为秒。 恢复实间tre tre =(3～5)RC 最高重复触发频率fmax fmax =1/（tw+tre）
数字电子技术基础习题
第三节 多谐振荡器
多谐振荡器没有稳定的状态，又称无稳态电路，它不需外加触发信号便能产生一系列矩形脉冲，在数字系统中常用作矩形脉冲源，作为时序电路的时钟信号。所谓的多谐，是指电路所产生的矩形脉冲中含有许多高次谐波的意思。
数字信号处理电路分析
数字信号处理电路分析数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是指对数字信号进行采样、量化、编码和计算等处理的技术。
数字信号处理电路（Digital Signal Processing Circuit，简称DSP电路）是实现数字信号处理功能的硬件电路。
1. 数字信号处理电路的基本原理数字信号处理电路由以下几部分构成：采样电路、模数转换电路、数字信号处理器和数模转换电路。
其基本原理如下：1.1 采样电路：将连续时间的模拟信号转换成离散时间的数字信号。
采样定理规定了采样频率应大于信号最高频率的两倍，以避免采样失真。
1.2 模数转换电路：将连续的模拟信号转换成对应的数字信号。
模数转换器的核心是模数转换器芯片，采用逐级逼近型模数转换器或者delta - sigma调制器。
1.3 数字信号处理器：对数字信号进行数学运算和算法处理的核心部件。
它可以用于音频、视频等信号的压缩、滤波、变换等处理。
1.4 数模转换电路：将数字信号转换为模拟信号，以便于输出到外部设备。
2. DSP电路常用应用及分析2.1 音频信号处理DSP电路广泛应用于音频设备中，如音乐播放器、音响等。
采用DSP电路可以对音频信号进行滤波、均衡、混响等处理，以改善音质和增加音效。
2.2 图像处理在数字相机、手机摄像头等设备中，DSP电路可用于图像处理，如去噪、增强对比度、调整颜色平衡等。
DSP电路的高速处理能力和算法优化可以提供更好的图像质量。
2.3 通信信号处理在通信领域，DSP电路被广泛应用于调制解调、编解码、信号压缩等方面。
采用DSP电路可以提高通信质量和信号处理的速度。
2.4 视频信号处理DSP电路在电视、监控摄像头等设备中也起到重要作用。
例如，DSP电路可以完成视频信号的编码、解码、去噪和增强，以提高图像质量和显示效果。
2.5 生物医学信号处理生物医学信号处理是DSP电路的重要应用领域之一。
通过DSP电路可以对生物医学信号进行滤波、去噪、生理参数提取等处理，为医学诊断和治疗提供支持。
pwm转电压电路 微积分
pwm转电压电路微积分
PWM（脉冲宽度调制）转电压电路是一种常见的电子电路，用于将数字信号转换为模拟电压信号。
这种电路通常由比较器、滤波器和反馈网络组成，它可以将微控制器或数字信号处理器产生的PWM 信号转换为可控的模拟电压输出。
从微积分的角度来看，PWM转电压电路的工作原理涉及到信号的积分过程。
当PWM信号输入到反馈网络中，经过滤波器处理后，得到的输出电压信号是PWM信号的平均值。
在数学上，这可以表示为积分运算，即将输入信号的面积（即脉冲宽度和幅值的乘积）转换为输出电压。
从电路设计的角度来看，PWM转电压电路需要考虑滤波器的设计和稳定的反馈网络。
滤波器通常使用电容和电感元件来平滑PWM 信号，以获得稳定的模拟电压输出。
反馈网络则用于调节输出电压的增益和稳定性，通常使用运算放大器等元件实现。
另外，从工程应用的角度来看，PWM转电压电路在电源管理、电机控制和信号调制等领域具有广泛的应用。
例如，它可以用于直流-直流变换器中的电压调节，以及用于马达驱动器中的速度控制。
总的来说，PWM转电压电路是一种通过微积分原理实现数字到
模拟信号转换的电子电路，它在工程和电路设计中有着重要的应用。
通过合适的滤波和反馈设计，可以实现稳定、可靠的模拟电压输出。
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换电路基础原理：数字信号的模数转换与数模转换在现代电子技术中，数字信号的模数转换和数模转换是非常重要的概念。
它们是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的过程。
本文将探讨数字信号的模数转换和数模转换的基本原理及其在电路中的应用。
一、数字信号的模数转换数字信号的模数转换（Analog-to-Digital Conversion, ADC）是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在这个过程中，连续的模拟信号被离散化为一系列离散的数字信号。
模数转换的过程包括采样和量化两个步骤。
采样是指对连续时间内的模拟信号进行离散化，取样点的时间间隔称为采样周期。
而量化则是对采样得到的离散信号进行幅度的近似描述，将其转换为一系列离散的数值。
在实际应用中，模数转换器（ADC）通常采用电压-数字转换器（Voltage-to-Digital Converter, VDC）来实现。
VDC使用一系列的比较器来比较模拟信号与参考电压之间的差异，并将其转换为数字信号。
数字信号的模数转换在现代电子技术中具有广泛的应用。
例如，在通信领域中，模数转换是将声音、图像等模拟信号转换为数字信号的关键步骤。
在工业自动化中，模数转换则是传感器将物理量转换为数字信号的基础。
二、数字信号的数模转换数字信号的数模转换（Digital-to-Analog Conversion, DAC）是指将数字信号转换为模拟信号的过程。
在这个过程中，一系列离散的数字信号被重构为连续的模拟信号。
数模转换的过程包括数值恢复和模拟滤波两个步骤。
数值恢复是指根据数字信号的编码方式，将数字信号转换为相应的数值。
而模拟滤波则是通过滤波器对数值恢复后的数字信号进行平滑处理，去除数字信号中的高频成分，生成连续的模拟信号。
在实际应用中，数模转换器（DAC）通常采用数字-电压转换器（Digital-to-Voltage Converter, DVC）来实现。
信号转换电路
传感检测技术基础信号转换电路信号转换电路模/数转换器A／D转换可分为直接法和间接法。
直接法是把电压直接转换为数字量，如逐次比较型的A／D转换器。
间接法是把电压先转换成某一中间量，再把中间量转换成数字量。
(1)逐次比较型模/数转换器逐次比较型A／D转换就是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值.模模//数与数数与数//模转换器模转换器逐次比较型A／D转换器简化框图如图10.20所示它由D／A转换、数码设定、电压比较和控制电路组成图10.20逐次比较型A/D转换框图（2）双积分型模/数转换电路双积分型A／D转换电路如图10.21所示,当t=T2时，U0(t)=0,如图（b）所示.图10.21双积分型A/D转换器原理图转换过程分两步，首先接通S1，对输入电压(-Ui)积分，积分电路输出电压为:(10.21)然后在T1时，开关切换到S2位置，对基准参考电压Ur反向积分，积分电路输出电压为：（10.22）当t=T2时，U0(t)=0，如图10.21（b），此时得：(10.23)设时钟脉冲频率为,当t=T1时,则时间T1为：此时开始对标准参考电压Ur反向积分，时间间隔T=T1－T2，计数值为N，则，所以：数/模转换器数/模（D/A）转换器是通过电阻网络，把数字按其数码权值转换成模拟量的输出.D/A转换器有两种类型:权电阻网络和T形电阻网络(1)权电阻数/模转换器图10.22是4位二进制权电阻D／A转换器原理图由上图可得：（10.24）（10.25）在上述电路中，权电阻分别为R、2R、4R、…、。
若数字量多于四位，可通过增加模拟开关和权电阻来增加其位数。
(2)T形电阻数/模转换器T形电阻D/A转换器原理如图10.23所示,该电路电阻形状成T形，故称T形网络.图10.23T型电阻D/A转换器由图10.23可知,根据叠加原理，运算放大器总输入的等效电压是各支路等效电压之和，即:(10.26)若取RF＝3R，运算放大器的输入端电流为:(10.27)运算放大器的输出电压V0为:(10.28)电压/频率转换器(1)转换原理V/F转换器原理如图10.24所示电压电压//频率与频率频率与频率//电压转换器电压转换器图10.24V/F转换电路示意图1)当输入电压Ux>Uc时，放大器A输出为“1”状态，此时将单稳触发器置“1”，触发器驱动开关S 接通恒流源，使I0对电容CL充电;2)Uc上升，在Uc=Ux+△U时，电压比较器A输出为“0”状态，单稳触发器置“0”，使开关S断开，I0停止对电容CL充电;3)电容CL通过电阻RL放电，Uc下降。
电路基础原理电路中的数字与模拟信号转换
电路基础原理电路中的数字与模拟信号转换电子设备广泛应用于我们的日常生活中，而其中涉及到的电路基础原理是我们理解和运用电子设备的关键。
其中一个重要的知识点就是数字与模拟信号的转换。
本文将就这个主题展开探讨。
一、数字信号与模拟信号的区别在了解数字与模拟信号的转换之前，首先我们需要明确它们之间的区别。
简单来说，数字信号是一种离散的信号，它只能取有限的值，通常用二进制表示；而模拟信号是一种连续的信号，可以取无限个值。
例如，在计算机内部，数字信号被广泛应用，而在音频和视频设备中，我们通常使用的是模拟信号。
二、数字信号转模拟信号1. 数字到模拟的转换方法在数字信号转模拟信号的过程中，会涉及到一些转换方法。
最常见的方法是脉冲宽度调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）。
脉冲宽度调制是通过改变信号脉冲的宽度来传递信息，而脉冲位置调制是通过改变信号脉冲的位置来传递信息。
2. 数字音频信号的转换在数字音频设备中，数字音频信号需要经过数字到模拟的转换才能被扬声器正确解码。
这个过程通常由数字-模拟转换器（DAC）完成。
DAC接收数字信号，并根据其数值生成对应的模拟信号。
这样，我们才能真正听到声音的效果。
三、模拟信号转数字信号1. 模拟到数字的转换方法模拟信号转数字信号通常是使用模拟-数字转换器（ADC）来实现的。
ADC会对模拟信号进行采样，然后将采样的结果转换成数字信号。
最常用的是脉冲幅度调制（PAM），以及对其进行编码的方法，如脉冲编码调制（PCM）。
2. 模拟音频信号的转换在模拟音频设备中，模拟音频信号需要经过模拟到数字的转换，才能被数字音频设备处理和存储。
这个转换通常由ADC来完成。
ADC将音频信号进行采样，然后将采样结果转换成数字信号，以供后续的数字处理。
四、数字与模拟信号转换的应用数字与模拟信号转换在许多领域都有重要的应用。
在通信领域，数字信号转模拟信号和模拟信号转数字信号是信息传输的基础。
在音频和视频领域，数字音频和数字视频设备也广泛应用这些转换技术。
acac变换电路的的原理与应用
ACAC变换电路的原理与应用1. 引言ACAC（Analog-to-Current Analog-to-Current）变换电路是一种常见的模拟信号处理电路。
它通过将输入模拟电压转换为相应的电流信号，从而实现信号的放大、滤波等功能。
本文将介绍ACAC变换电路的原理、工作方式以及在实际应用中的一些常见场景。
2. 原理ACAC变换电路的原理基于电流模式进行信号处理。
它利用了模拟电流信号在信号传输和处理中的许多优势，如抗干扰性能好、噪音低等。
以下是ACAC变换电路的工作原理的详细说明。
1.输入信号转换：ACAC变换电路首先将输入的模拟电压信号转换为对应的电流信号。
这一过程通常由差动放大器完成，它采用差分输入方式来实现输入电压到电流的转换。
通过调整差动放大器的放大倍数，可以实现电压到电流的精确转换。
2.电流模式放大：转换得到的电流信号将通过电流模式放大器进行放大。
电流模式放大器是一种特殊的放大器，它以电流信号为输入，并输出相应放大倍数的电流信号。
这种放大方式具有较高的线性度和抗干扰能力。
3.滤波电路：放大后的电流信号可能包含一些不需要的高频噪音。
因此，在ACAC变换电路中通常会添加滤波电路，以去除这些干扰信号。
滤波电路可以选择不同的滤波器类型，如低通滤波器、带通滤波器等，根据具体的应用需求进行选择。
4.输出转换：经过放大和滤波处理后的电流信号可以再次转换为模拟电压信号，以便于后续的传感器测量、数据采集等操作。
这一转换通常由电流到电压转换器（I-to-V）完成，它将输出电流转换为相应的电压信号。
3. 应用ACAC变换电路在许多领域中都有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用场景。
1.传感器接口：在许多传感器应用中，传感器输出通常是模拟电压信号。
ACAC变换电路可以将传感器信号转换为电流信号，并通过差动放大器和电流模式放大器进行信号放大和处理。
这种电流模式的信号处理可以提高传感器信号的抗干扰能力和系统的稳定性。
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数字开关主要要求动态特性
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
（一）N沟道增强型MOSFET开关电路
Ron
ui
S BD
uo
G
uc
O
ui
优点：Roff~1013 不足：Ron随ui增大而增大
2020/8/11
6.3 电压频率转换电路
6.3.2 f/V转换电路
• 许多频率解调电路都属于f/V 转换电路
单稳态
低通
ui
触发器 Uˊs 滤波器 uo
2020/8/11
6.3 电压频率转换电路 每输入一个脉冲，is对CL充电一次
6.3.1 f/V转换电路
充电时间等于Ct电压uCt从零上升 到U- =2U/3所需时间
集成f/V转换器 U U(1e-t/T) t1R tC tln 31.1R tC t
QS
Ist1
1.9
t1 Rs
QR
iLTi
uo RL
Ti
Q s
uo1.T9it1R RL s 2.09R RL s RtCt fi
+U
8
Rd
R1
ui
Cd u6 U7
6 7
- 输入 + 比较器 U1
Rt
R2
R
U-
- 定时
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
（二）CMOS开关电路
uGP
将P沟道与N沟道MOSFET并联
Ron Ron(P)
Ron(N)
ui
+E
uo
-E
2020/8/11
uGN a）CMOS开关
Ron(C)
O
ui
b）Ron- ui特性
6.4 采样保持电路
巡回采样：8路输入、1路输出
2020/8/11
R
RL
ui
RRL
io
不能输出所需较大电路
6.3 电压频率转换电路
6.3.1 V/f 转换电路
(一）积分复原型
复原开关
V
R3
R1 ui
积分器
R2
C
∞ -
+ + N1
uC
R4
∞
-
uP
+ + N2
R9
R8 uo
R5
R6
VS2
R7
VS3
-E
-U 比较器 VS1
ui越高uC越快达到uP电平，比较器翻转越快
采样保持电路是一种时间上离散化电路。
2020/8/11
6.4 采样保持电路
∞
6.4.1 基本原理
∞
-
S
+
-
+
uo
+
• 采样保持电路
ui
+ N1
C UC
的基本组成：
（1）模拟开关
ui, uo
a）S/H电路原理
uo
f(t)
（2）模拟信号存
O
t
储电容
UC
（3）缓冲放大器
O
Ts
t
b）模拟信号采样
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.1 基本原理
• 对采样保持电路的 主要要求：
精度和速度，充 电快、放电慢
导通电阻、截止电 阻、延迟时间
• 为提高实际电路的 精度和速度，需同
∞
-
+
ui
+ N1
∞
-
S
+
+
C UC
时从元件和电路两 方面着手解决。
uo
带宽，上升速 率、最大输出 电流和漂移
漏电流
输入阻抗、上升速 率、漂移
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关 • 模拟开关
模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信 号接通或断开的元件或电路。该开关由开关元 件和控制（驱动）电路两部分组成。
开关元件
控制电路
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
模拟开关的分类 • 机械触点式：干簧继电器，水银继电器
及机械振子继电器等。 动作时间长、体积大、耗蚀 • 电子式开关：双极性晶体管、场效应晶 体管、光耦合器件及集成模拟开关等。 应用广泛
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
模拟开关的性能参数
• 静态特性：主要指开关导通和断开时输入端与 输出端之间的电阻Ron和Roff , 此外还有最大开关 电压、最大开关电流和驱动功耗等。
R2
R3
∞ -
R1 ui R4
+ +N
uo
i
uo
iR11
R2 R3
2020/8/11
6.2 电压电流转换电路
6.2.2 电压/电流转换电路
uN1
R3 R1 R3
ui
+E
uN2
R1 R1 R3
ioRL
ui Ub
R1
uN
-
∞
+ uP + N R2
R6 R5
V1
R4
V2
uP1R2R2R4io(RLR7)
2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.1 基本原理
• 采样保持电路的主要性能指标： 捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，到输出值达
到规定的误差范围以内所需的时间。跟踪性能的 标志。 孔径时间：指从发出保持指令的时刻起，到开关真 正断开所需的时间。 切断能力的标志。 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。
6.2 电压电流转换电路
6.2.1 电流/电压转换电路
（一）反相输入型
i R1
i is
∞
+
uo
uoi 1 RisR1
is
Rs
+N
R2
要求电流源is的内阻Rs必须很大，
is需远大于运算放大器偏置电流
2020/8/11
6.2 电压电流转换电路
6.2.1 电流/电压转换电路
（二）同相输入型
6.4.2 模拟开关
1路输入、8路输出
（三）模拟多路开关电路
输入/输出
+E
7 6 54 3 2 10
16
4 2 5 1 12 15 14 13
A 11
逻
B
10
辑 电
8 选
平
1
转
译
C
9换 电
码 电
路
路
INH 6
2020/8/11
8
7
-E11
-E2
S1 S2 S3 S4 S5 3 输出/输入 S6 S7 S8
Ct u5
5
比较器 +
U2
2R
3
S1
2
V1
RS
Is
Q
S RS R触发器
S1
Q
1
RL
V2
4
uo CL
2020/8/11
6.4 采样保持电路
数字信号具有抗干扰能力强，便于传输、长期存 储、分辨率高、能进行复杂的运算等优点。为了将模 拟信号转换成数字，首先要进行采样。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行同时采样 。
R4R7+RL
R3
R7
uP
2
R2 R2 R4
Ub
R1=R2，R3=R4
RL
io
io
R4 R2R7
ui
Ub
2020/8/11
6.2 电压电流转换电路
6.2.2 电压/电流转换电路
• 要求： （1）输出电流只与输入电压有关，与负载基本无关； （2）能够输出所需较大电流。
ui
RL
io
输出电流不仅与输入电压 有关，而且与负载有关