测控电路第六章信号转换电路

开关导通。 开关导通。
Ron
输出电阻R 输出电阻 on随ui的变化见上图 如果栅极G 为低电平时， 如果栅极 uc为低电平时，开关不 导通，相当于断路， 导通，相当于断路，截止电阻 1013 。
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O
ui
N沟道 沟道MOSFET的Ron—ui特性曲线 沟道 的
2. CMOS开关电路 开关电路
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ui
S
实际电路见下图： 实际电路见下图：
uc为高电平，开关 接通， 为高电平，开关S接通 接通， 采样阶段 uc为低电平，开关 断开， 为低电平，开关S断开 断开， 保持阶段
ui ,uo uo f(t)
O fs(t)
t
采样时间间隔T 愈短， 采样时间间隔 s愈短，波 形愈准确。 形愈准确。
U2 =UR
R1 R2 + U oL R1 + R2 R1 + R2
R1 R2 + U oH R1 + R2 R1 + R2
滞后电平： 滞后电平：
∆U = U 2 − U 1 =
R2 (U oH − U oL ) R1 + R2
可见，滞后电压可用 来调节，合理选择其大小， 可见，滞后电压可用R1或R2来调节，合理选择其大小， 使之稍大于预计的干扰信号，就可消除上述“振铃”现象。 使之稍大于预计的干扰信号，就可消除上述“振铃”现象。
它是构成S/H电路关键器件之一。 电路关键器件之一。 它是构成 电路关键器件之一
干簧继电器 机械触点式 水银继电器 模拟开关 电子式 机械振子式继电器 二极管 双极型晶体管 场效应管（ 场效应管（JFET、MOSFET） 、 ） 集成模拟开关
开关元件
控制电路
主要是MOSFET构成的模拟开关 构成的模拟开关 主要是
2
3
4 偏移调节
5
6
7
ui
C
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6.3 电压比较电路
Uo
ui>uR
ui -1 +1 UR a) 图 6-9 电压比较器及其特性 # Uo O UR b) ui ui<UR ui>U R
uo=0 uo=1
ui<uR
一般运放工作在开环状态下，就是电压比较器。 一般运放工作在开环状态下，就是电压比较器。
ui (t) u0 = ui (t0 ) 采样期 保持期(t 保持期(t ） 0为发出保持命令的时刻
捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地跟踪上输入信号为止，所 捕捉时间： 从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地跟踪上输入信号为止， 需的时间定义为捕捉时间 关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下来为止， 关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下来为止，所需的时间定义 为关断时间。 为关断时间。 捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不好， 捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不好，它们限制了 电路的工作速度。 电路的工作速度。
c) S/H电路输出信号频谱 电路输出信号频谱
fs－fmin
∴ f (t ) • f s (t ) = E0 f (t ) + E1 f (t ) cos 2πf s t + E 2 f (t ) cos 4πf s t + ⋯⋯
利用三角函数展开 [cos 2π ( f s + f )t + cos 2π ( f s − f )t ] / 2 ∴得到频谱c）图 得到频谱 ）
E1 fs b) 2fs
E2 f
f s (t ) = E0 + E1 cos 2πf s t + E2 cos 4πf s t + ⋯⋯
频谱图为左b)图 频谱图为左 图
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F(f)* Fs(f)
fs＋fmin
O fmin fmax fs- fmax
fs
fs+ fmax
2 fs
f
fs>2fmax 在实际工作中， 我们原来的波形才不失真。 在实际工作中， fs>10fmax，我们原来的波形才不失真。 在频域里面看看采样定理： 在频域里面看看采样定理：
F(f)
O fmin Fs(f) E0 O
fmax a)
f
a）图为输入信号的频谱 ） 采样后所获得的信号是模拟 信号f(t)与采样脉冲 与采样脉冲f 相乘的 信号 与采样脉冲 s(t)相乘的 结果，同时周期性采样脉冲f 结果，同时周期性采样脉冲 s(t) 可以用傅立叶级数来表示。 可以用傅立叶级数来表示。
Uc
高精度S/H电路 电路 高精度
I1
R u1 V1
u2
-
∞ + + N
V假如有漏电流，那流过R。 假如有漏电流，那流过 。 假如有漏电流 I1很小，所以 1很小， 很小，所以u 很小， 同时u 为运放失调电压，也很小， 同时 2为运放失调电压，也很小， 在这种情况下， 在这种情况下，V1的漏电流大大减小 ∴从而大大提高了存储电容的精度
比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？ 比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？ （1）比较器的一个重要指标是它的响应时间，它一般低于10-20ns。响应时间与放 ） 比较器的一个重要指标是它的响应时间，它一般低于 。响应时间与 响应时间 大器的上升速率和增益-带宽积有关。因此， 带宽积有关 大器的上升速率和增益 带宽积有关。因此，必须选用这两项指标都高的运算放大 器作比较器，并在应用中减小甚至不用相位补偿电容， 器作比较器，并在应用中减小甚至不用相位补偿电容，以便充分利用通用运算放大 器本身的带宽来提高响应速度。 器本身的带宽来提高响应速度。 （2）当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较器无需添加任何元器件，就 ）当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较器无需添加任何元器件， 可以直接连接，但对通用运算放大器而言，必须对输出电压采取嵌位措施， 可以直接连接，但对通用运算放大器而言，必须对输出电压采取嵌位措施，使它的 输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。 高，彽输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。 常用集成电压比较器： 常用集成电压比较器：MAX475，LM139，LM111，LM119等等 ， ， ， 等等
uGP
Ron(P) Ron Ron(N)
+E ui -E uo
Ron(C)
uGN
a)
o
b)
ui
uGN为高电平，uGP为低电平，二管导通， 为高电平， 为低电平，二管导通， 反之 uGN为低电平，uGP为高电平，二管截止。 为低电平， 为高电平，二管截止。 N、P沟道的曲线变化互补，所以等效电阻特别平坦，好。 、 沟道的曲线变化互补 所以等效电阻特别平坦， 沟道的曲线变化互补，
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6.4 电压频率转换电路
V/f 转换器 定义： 电压/频率 定义：V/f (电压 频率 转换器能把输入信号电压转换成相 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， 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，故又称为电压控制(压控 振荡器(VCO)。 压控)振荡器 成比例，故又称为电压控制 压控 振荡器 。 应用：在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域得到非 应用：在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域得到非 常广泛的应用。 指标：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数， 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 非线性误差， 反之： 反之：把频率变化信号线性地转换成电压变化信号的转 换器称为f/V转换器 转换器。 换器称为 转换器。
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（一）增强型MOSFET构成的模拟开关 增强型 构成的模拟开关
1、N沟道增强型 、 沟道增强型 沟道增强型MOSFET开关电路 开关电路
工作条件 uGS － uT>0，uT为开启电压。 ， 为开启电压。 uGS= uc－ ui
∴ ui<uc－uT时，所以 c加高电平时， 所以u 加高电平时，
G S
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单片集成采样保持器： 单片集成采样保持器：AD571
Uc
+5V
uo
14 13 12 11 & 10 9 8
模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入 模拟量输入
AD582
状态
DG ∞ +
#
-
S
-
∞ +
+ N1
+ N2
AD571
1
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最常用的就是电平检测 参考电压
输入电压
输出
把正弦波变成方波， 把正弦波变成方波，整形等等常用方波
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R1 ui R2 U + R Σ -
∞ + Uo
VR = −
R 1 V R2
遏制共模误差
a)求和型比较电路 求和型比较电路
un
优点： 优点：阈值可变 缺点： 缺点：振零现象
O
Ts
t
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二、采样定理
采样定义：依据采样定理按照一定的时间间隔从连续的 采样定义：依据采样定理按照一定的时间间隔从连续的 采样定理 模拟信号中抽取一系列的时间离散样值。 模拟信号中抽取一系列的时间离散样值。 采样频率： 采样频率： f s =
1 T
模拟信号最大频率为f 模拟信号最大频率为 max
计量测试工程学关
例：CD4066 四双向模拟开关
4066管脚信息 管脚信息
（二）多路模拟开关
成： 成：惺桘 +多路双向模拟开关 多路双向模拟开关