信号转换电路IV-频率电压转换电路
信号转换电路
• CMOS开关电路
uGP
+E
ui
-E
uo
uGN a)
Ron Ron(P)
Ron(N)
Ron(C)
O
o
uiui
b)
集成模拟开关
• CMOS开关电路
u 1 1
uc DcG1
ui
V4 + E
V5
V3
V4
V2
V3
+
E
uo
1
V1
DG1D2 2
--E
图 6-6 含辅助电路的 CMOS 开关电路
多路模拟开关
对采样保持电路的主要要求： 精度和速度
为提高实际电路的精度和速度，可从元件和 电路两方面着手解决。
元件性能的影响和要求
• 输入输出缓冲器
特别需注意的参数：
∞
输入偏置电流以及带 宽，上升速率和最大
∞
-
S
+
-
+
+ N2
uo
输出电流等性能参数。 ui
+ N1
C
Uc
元件性能的影响和要求
• 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。
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高的方法（电路）
（2）电容校正方法的矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
-
-
Ron
+
+
uo
+ N2
大学物理实验探究性报告(论文)音频信号光纤传输试验
北京邮电大学音频信号光纤传输试验（北京邮电大学，北京市，100876）摘要：随着光纤通信技术的发展，一个以微电子技术、激光技术、计算机技术和现代通信技术为基础的超高速宽带信息网正在改变人们的生活。
光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流，未来信息社会的一项基础技术和主要手段。
本文旨在使读者了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体电光-光电元件的基本性能和主要特性的测试方法。
关键词：光纤通信;光电二极管SPD;信号放大中图分类号：[TN913.7]文献标识码：AOptical fiber transmission of audio signal(Beijing University of Post&Telecommunication, Beijing, 100876, China)Abstract：With the development of optical fiber communication technology, a microelectronic technology, laser technology, computer technology and modern communication technology-based ultra-high-speed broadband information network is changing people's lives. Optical fiber communication with its many advantages will become the mainstream of modern communication, the future of the information society and the main means of an underlying technology. This article aims to enable readers to understand the basic working principle of optical fiber communication, familiar with semiconductor electro-optic - Optoelectronics basic properties and main characteristics of the test methods.Keywords: Optical Fiber Communication; Photodiode; Signal amplification光导纤维是近40年发展起来的一项新兴技术，是现代光信息技术的重要组成部分。
大学生电子设计竞赛实验箱的开发
于竞赛 。以上 单片机 包括其ｆ 电 夕 围功能 ： 键盘、 Ａ ／ Ｄ转 换 、 Ｄ ／ Ａ转 换 、 Ｌ Ｃ Ｄ 实验实践教学是高等教育的一个重要环节， 包括各种形式， 例如课 液晶显示和通信下载 口功能等 。 程 实验 、 学生 课外科 技活 动 、 和毕业设 计 等 ， 实 验 实践 教学 离不 开各 种 ２ ． ３电路模 块 区 实验装置， 对实践教学起了很大的作用 ， 学生的实践能力得到了很好的 电路模 块 区是 该实验 箱的一 大亮点 。包括 常用模拟 电路 和数 字 电 培养。目 前在各高等院校电类专业 ， 每２ 年１ 次的全国大学生电子设计 路类 ， 实验箱把常用的各种电路做成标准接口模块 ， 可快速验证电路功 竞赛蓬勃开展， 参赛人数 日益提高 ， ２ ０ １ １ 年参赛人数达 １ 万多人 ， 参赛 能。 模拟电路类包含以下各种电路模块： 放大器、 滤波器 、 比较器、 信号变 水平不断提高， 学生的专业技术能力得到社会各界认可 ， 同时促进了高 换和信号振荡等， 每种电路模块又由几种常用电路组成。 放大器模块包 校的电类课程教学改革。实验箱的采用 ，对实践教学有事半功倍的效 括常用的几种放大器形式， 例如同相比例放大器 、 反相 比例放大器 、 仪 果， 但目 前电子竞赛没有专用的实验箱 ， 学生在竞赛培训中， 很 多学生 表放大器和可编程放大器等。滤波器模块包括常用的几种有源滤波器 电路五花八门、 布线杂乱无章， 培训层次、 效率较低 ， 不利于学生在竞赛 形式， 例如低通 、 高通、 带通和数字低通滤波器 ＭＡ Ｘ ２ ９ ７ 。比较器模块包 中去的好成绩。 括常用的几种比较器形式， 例如同相比较器、 反相 比较器等。信号变换
科技创新与应用 Ｉ ２ ０ １ ４电子设 计竞赛实验箱 的开发
LM331 电压频率(VF)变换电路
SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700DLB700DPART NO.BLUE OVAL LAMP LEDMODEL SPECIFICATIONS[Contents]1. Devices --------------------------------------------------2. Outline Dimensions -----------------------------------3. Absolute Maximum Ratings -------------------------4. Electro-Optical Characteristics ----------------------5. Reliability Tests ----------------------------------------6. Characteristic Diagrams ------------------------------7. Bin Code Description ---------------------------------8. Packing --------------------------------------------------9. Soldering Profile ---------------------------------------10. Reference ------------------------------------------------11. Precaution For Use -------------------------------------22345689121314SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D1. DEVICESColor DiffusionSourceLensPart NumberDice SourceColorBlueInGaNDiffused Blue LB700D 2. OUTLINE DEMENSIONSNotes : 1. All dimensions are in millimeters.2. Protruded epoxy is 1.0mm maximum.1.02.5±0.05MIN28.0MIN1.0CATHODEMAX1.0DETAIL+0.2-0.00.50.5±0.055.25±0.23.75±0.17.06±0.1XYSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D3. ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (at T a = 25ºC)mW 125P D Power Dissipation V 5V R Reverse Voltage ºC260 ºC for 10 second 2T SSolder TemperatureºC -30 ~ 85T opr Operating Temperature mA 100I FP 1Forward Peak Pulse CurrentºC -40 ~ 100T stg Storage Temperature mA 30I F DC Forward Current UnitValueSymbolItemNotes : 1. t ≤0.1ms, D = 1/102. 3mm bellow seating planeSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D4. ELECTRO-OPTICAL CHARACTERISTICS (at I F = 20mA, T a = 25ºC)nm 476470464λdDominant Wavelength 5--500300V 4.03.6-V F Forward Voltage µA-I RReverse Current (at V R = 5V)Max.Typ.Min.deg.100/502θ½View AngleMcd I VLuminous Intensity 1UnitValueSymbolItemNote : 1. Luminous Intensity Tolerance ±10%SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D5. RELIABILITY TESTS0/221 time 1kV, 1.5k Ω; 100pFESD(Human Body Model)0/50100cyclesT a = -40ºC (30min) ~ 100º(30min)(Transfer time : 5sec, 1Cycle = 1hr)Thermal Shock 0/22100hrsT a = 85ºC, RH = 85%I F = 8mATemperature HumidityOperating0/221000hrs T a = 85ºC, RH = 85%Temperature HumidityStorage 0/221000hrs T a = -40ºC Low TemperatureStorage 0/221000hrs T a = 100ºC High TemperatureStorage 0/220/220/220/22Failures1 time T s = 255 ±5ºC, t = 10sec Resistance to solderingHeat 1000hrs T a = 85ºC, I F = 8mA High TemperatureOperating 1000hrsT a = -30ºC, I F = 20mALow TemperatureOperating 1000hrs T a = RT, I F = 30mA Life Test NoteConditionItem< Judging Criteria For Reliability Tests >LSL 2 X 0.5I VUSL X 2.0I R USL 1X 1.2V F Notes : 1. USL : Upper Standard Level 2. LSL : Lower Standard Level.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D6. CHARACTERISTIC DIAGRAMSI F = f (V F ),T a = 25ºCI rel = f (θ), T a = 25ºCOff Axis Angle vs. Relative Intensity Forward Voltage vs. Forward Current2.4 2.6 2.83.0 3.2 3.4 3.6110100F o r w a r d C u r r e n t I F [m A ]Forward Voltage V F [V]-100-80-60-40-200204060801000.00.20.40.60.81.0Y XR e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yOff Axis Angle [deg.]-40-20020406080100010203040F o r w a r d C u r r e n t I F [m A ]Ambient Temperature T a [oC]I V = f (I F ),T a = 25ºCI F = f (T a ), T a = 25ºCForward Current vs. Relative Intensity Ambient Temperature vs. Forward Current0510********0.00.40.81.21.6R e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yForward Current I F [mA]SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D-40-200204060801000.50.60.70.80.91.01.11.21.3R e l a t i v e L u m i n u o s I n t e n s i t yAmbient Temperature T a [oC]I V /I V(25C)= f (T A ), I F = 20mA4005006007000.00.51.0R e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yWavelength [nm]I rel = f ( λd), T A = 25ºC, I F = 20mA Wavelength vs. Relative Intensity Ambient Temperature vs. Relative IntensitySEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D7. BIN CODE DESCRIPTION21TForward VoltageColor RanksIntensity BIN CODE800600U450300S 600450T Max.Min.BIN CODE Intensity (mcd) @ I F =20mA 3.23.00 4.03.843.63.42 3.83.63 3.43.21Max.Min.BIN CODE Forward Voltage (V) @ I F =20mA 47647024704641Max.Min.BIN CODE Dominant Wavelength (nm)@ I F =20mASEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D8. PACKING(1) Antistatic poly vinyl bag apply Poly bag:5φLamp Series : 500pcs 3φLamp Series : 500pcs(2) Inner box structureBox : 2 poly bags(3) Outer box structure Box : 27 boxes485.0mm260mm315.0m m70m m170mm97.0m mLX000LXXXXQTY :pcsLOT : 200X.XX.XX XXXSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTDOOORANK1) Bulk PackingSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D2) Tapping Outline DimensionsH oPoW 1DoW 2WW oFP0±1.30±2.0φ4.0±0.55.0±0.512.7±0.312.7±0.59.0±0.51.0±0.513.0±0.318.0 +1.0W2DoW1F Wo Po W P Ho *Package Dimensions (unit : mm )-0.5 1 Box contain quantity.* Remark : Ho -users define.∗ 3φLamp Series : 3000pcs * 5φLamp Series : 2000pcsSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 3) Forming Outline DimensionsDoPo PH H 1H o WW oW 1FW 2φ4.0±0.55.0±0.512.7±0.312.7±0.59.0±0.51.0±0.513.0±0.318.0 +1.0W1Do WoF WPo H1 *P Ho *W2H *Package Dimensions (unit : mm )-0.5 1 Box contain quantity.∗ 3φLamp Series : 2000pcs* 5φLamp Series : 1500pcs * Remark : H / Ho / H1-users define.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 9. SOLDERING PROFILE1) Wave Soldering Conditions / Profile•Preliminary heating to be at 85ºC(120 ºC max)for 20 seconds(60 seconds max).•Soldering heat to be at 235 ºC (260ºC max) for 5 seconds (10 seconds max.)•Soak time above 200 ºC is 5 seconds2) Hand Soldering conditions•Not more than 5 seconds at max. 300ºC, under Soldering iron.024681012141618202224262830323436050100150200250T e m p e r a t u r e [O C ]T im e [s ]PREHEAT 20s (30s Max)85 ºC(100 ºC max)PEAK5s (10s Max)235 ºC(260 ºC Max)Note : In case the soldered products are reused in soldering process, we don’t guarantee the products.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 10. PART NUMBERING SYSTEM*8***-******L CB A 76543211) Lamp LED initial2) ColorU: Ultra Violet, B : Blue (460~490nm), C : Cyan (490~510nm)T : True Green (510~540nm), G : Yellow-Green (540~580nm)Y : Yellow (580~600nm) O : Orange (600~620nm) R : Red (620~700nm)W : WhiteM : WarmI : Infrared 3) If the products have 2 or 3chipsGR : Green + Red ( according to wavelength), FL : Full color4) Outline type1 : 3x2(square),2 : 5x2(square),3 : Phi3,5 : Phi 5 ,6 : 3Phi Oval,7 : 5Phi Oval5) Half angle1: ~14O , 2: 15~24O , 3: 25~34O , 4: 35~44O , 5 : 45~54O …0 : more than 100O6) 1st Development according to a chip7) 2nd Development (other material)D : diffused C : colored Z : zener chip attached8) Stand off typeA, B, C : Bin cord description A: IV, B: WD C: VFSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 11. PRECAUTION FOR USE1)In order to avoid the absorption of moisture, it is recommended to store in the dry box (or desiccators) with a desiccant . 2)In case of more than 1 week passed after opening or change color of indicator on desiccant components shall be dried 10-12Hr, at 60±5℃.3)In case of supposed the components is humid, shall be dried dip-solder just before, 12Hr at 80±5℃or 10Hr at 100±5℃.4)Any mechanical force or any excess vibration shall not be accepted to apply during cooling process to normal temp. after soldering.5)Quick cooling shall not be avoid.6)Components shall not be mounted on warped direction of PCB.7)Anti radioactive ray design is not considered for the products listed here in.8)This device should not be used in any type of fluid such as water, oil, organic solvent and etc. When washing is required, IPA should be used.9)When the LEDs are illuminating, operating current should be decided after considering the ambient maximum temperature.10)LEDs must be stored to maintain a clean atmosphere. If the LEDs are stored for 3 monthsor more after being shipped from SSC, a sealed container with a nitrogen atmosphere should be used for storage.11)The LEDs must be soldered within seven days after opening the moisture-proof packing.12)Repack unused products with anti-moisture packing, fold to close any opening and then store in a dry place.13)The appearance and specifications of the product may be modified for improvementwithout notice.。
信号转换电路IV-频率电压转换电路资料
（2）ui >0，uC负向增加， uC≤U2时，比较器输出uo由负向限幅电压突变为正向限
幅电压，V导通，电容C通过R3放电，积分器输出迅速回升。 uo通过正反馈电路使比 较器同相端电压up突变为U1。
（3）当积分器输出回升到uC≥U1时，比较器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅 电压，V又处于截止状态，同时up恢复为U2，积分器重新开始积分。
约 10mV t
t
2020/9/24
u单i >稳u态6，定输时入器比输较出器端输Q出为高高电电平平，，
V精导密通电，流u源o=输Uo出L≈电0V流，is开对关CLS充闭电合，，
u内电6逐放，渐电Ct电上管压升截上。止升与，。引电脚源5U相经连Rt的对芯Ct充片
u时s=器u输Ct出≥2端UQ/3为时低，电单平稳，态V定截 止， uo = UoH = +E，电流 开关S断开， CL通过RL放电， 使u6下降。 Ct通过芯片内放 电管快速放电到零。 当冲周u6期≤，ui时如，此又循开环始，第输二出个端脉便 输出脉冲信号。
8
集成V/F转换器——LM131
+U 8
1 整个周期内，RL 在消耗电荷 2 恒流源提供电荷 （充电）的时间由 CL 单稳触发器的暂态 决定 3 电荷平衡（电源 提供的电荷量等于 电阻消耗的电荷量）
精密 电流源
电流 输出 1
电流 开关
RL
2
基准
电压
1.9V
- 基准 比较
+器
iS
uo
频率 3 驱动 V RS 输出
5
二、电荷平衡型
在一个周期T=t0+t1中，积分电容 充电电荷量与放电的电荷量相等，
即i×T= Is×t0
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。
测控电路课后题
2-2 什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于要求共模抑制比大于100dB 的场合，例如人体心电测量。
2-7 线性电桥放大电路中，若u 采用直流，其值Ｕ＝10V，R1＝R3= R＝120Ω，ΔR＝0.24Ω时，试求输出电压Ｕo 。
如果要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于1mV，那么输入失调电压和输入失调电流应为多少？由图2-14 电路的公式（式2-24）：并将题设代入，可得U=–UΔR/(2R)=10mV。
设输入失调电压为u 和输入失调电流为I 0s，当输出失调电压小于1mV时，输入失调电压u ﹤(1×10 )/ (1+R/R )=0.5mV；输入失调电流为I0s ﹤(1×10 )/[R (1+R/R )]=4.17μA。
2-11 何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。
自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。
应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。
图2-7所示电路就是它的例子。
2-13 请根据图2，画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。
由图X2-3 可得：当开关A 闭合时，Uo=Ui；当开关B闭合时，Uo=10Ui，当开关C 闭合时，Uo=100Ui。
3-1 什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。
而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。
为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。
调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。
差压式流量计设计说明书
一、流量测量的依据1. 流量与差压换算公式依据流体力学公式，对于差压式流量计中流量和差压的关系式可以简化为Q=C 其中0C 即作为本设计中流量系数，修改0C 即可以修正Q 与P ∆的关系。
2. 流量与电流换算公式本设计中流量范围为0～1000L/min ，流量计输出信号4～20mA ，依据流体力学公式和信号转换特点有如下关系式：max Q Q max P I-4=P 16∆∆ 即可得到Q 与I 的关系式：max Q Q 若假设流量为500L/min ，依据计算公式可知，2500I=16+4=8 mA 1000⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭二、差压式流量计的结构设计1. 整体结构框图，如图所示2. 电容式差压传感器（差动电容）如图所示，即为一种电容式差压传感器。
当流量计的两路过程压力从测量容室的两侧施加到隔离膜片后，经硅油灌冲液传至中心膜片上，中心膜片是一个边缘张紧的膜片，在压力作用下，产生相应的位移，该位移即形成差动电容变化。
将该差动电容接入一个LC 振荡回路（或LRC 振荡回路）中，差动电容的容值变化将会导致振荡电路的振荡频率改变。
3. f-V 转换电路（频率-电压转换电路）频率电压转换电路可实现频率到电压的转换。
这里选用美国NS 公司生产的精密频率电压转换芯片LM331。
LM331性能价格比高、外围电路简单、可单电源供电、低功耗的集成电路。
LM331动态范围宽达100dB ，工作频率低到0.1Hz 时尚有较好的线性度，数字分辨率达12位。
LM331的输出驱动器采用集电极开路形式，因此可通过选择逻辑电流和外接电阻来灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL 、DTL 和CMOS 等不同逻辑电路。
LM331可工作在4.0V ～40V 之间，输出可高达40V ，而且可以防止VCC 短路。
这里假设频率范围0～10KHz 进行设计，电路图如图，转换后电压范围0～5V 。
改变Rs 的阻值可以调节转换后电压范围。
（）4. 调理电路由于f-V 转换电路后的输出电压已经在0～5V 范围内，故暂不需要放大电路。
测控电路_复习
第一章 绪论
第一节 第二节 第三节 第四节 测控电路的功用 对测控电路的主要要求 测控电路的输入信号与输出信号 测控电路的类型与组成
第五节
测控电路的发展趋势
本章基本概念
1.
对测控电路的主要要求（精度高；高的输入阻抗和低的输出阻抗； 响应速度快和动态失真小；转换灵活；可靠性与经济性）； 影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰★；失调与漂移，主 要是温漂；线性度与保真度★ ；输入与输出阻抗的影响）；
基本微分电路的微分方程、微分器的阶跃相应；
二、推导、分析和计算
练习：5-1，5-2，5-3，5-4
第五章
信号运算电路
三、推导、分析和计算
5-2.试设计一个能实现加减混合运算的电路。
1 1 U o U i1 U i 2 U i 5 U i1 U i2 U i3 5 5
6-1 常用的信号转换电路有哪些种类？试举例说明其功能。
答：常用的信号转换电路有采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、 V/f（电压/频率）转换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流 ）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/数）转换器、D/A（数/ 模）转换器等。 采样/保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，根据 需要保持并输出采集的电压数值的功能。 模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电 路。比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。 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。 V/I（电压/电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。 模/数转换器在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必 须将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使用模/数转 换器（简称A/D转换器或ADC）。
变换器电路讲解
图2 N=8时分频器电路测量波形
(2)倍频器：
将信号在一个周期内的两次变化转变成 为两个脉冲，方法有很多。如以下几种： ★ 用两个单稳态触发器的正、负触发，分别 在升、降沿处产生一个脉冲； ★ 用微分电路在升、降沿处产生两个微分脉 冲，然后将两个微分脉冲加工成为两个方波； ★ 用R、C延时和异或门构成倍频电路。如课 本P172例。
+12V 2 1
4069
3K 68K 0.01uF 1K
+12V
10 9 1 15 5
9013
U/D B/D PE CLK CI P3 P2 P1 P0
4
R
Q
2
CO Q3 Q2 Q1 Q0
7 2 14 11 6
3 5Biblioteka CLK D QSÐÐÐÐ
3 13 12 4
1
4029
1K
Á¬½Ó²¨¶Î¿ª¹Ø
图1分频器电路
2. V/I，I/V变换器： 在控制系统及测量设备中，常用电压—电流转换 电路进行电压、电流信号间的转换。例如:在远距离监 控系统中，必须把监控电压信号转换成电流信号进行 传输，以减小传输导线阻抗对信号的 影响。而对电流 数字测量时，首先将电流转换成电压，再由数字电压 表进行测量。 在信号转换时为保证精度和有较大适应范围，要 求： ①I/V转换电路有：低的输入输出阻抗； ②V/I转换电路有：高的输入输出阻抗；
由N3构成低通滤波器，输出电压平均值：
U o TVZ f i
图7输出各点波形
Ui 0
U1
0
Tω U2
Vz 0
UH
UL UH UP
图7输出各点波形
2）V/I转换器 V/I转换器的作用将输入电压信号转换为 与之成线性关系的 输出电流信号。它不仅要 求输出电流与输入电压具有线性关系，而且 要求输出电流随负载电阻变化所引起的 变化 量不超过允许值，即转换器具有恒流性能。
信号转换电路
（一）差动比较电路
Uo
ui
-1
UR
+1
# Uo
a）电压比较器符号
ui<UR
ui>UR
O UR
ui
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。
ui
-1
UR
+1
# Uo
a）电压比较器符号
Uo ui<UR
ui>UR
O UR
ui
b）电压比较器特性
1.由于比较器本身有失调电压UOS,基准电平实际为
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
∞
6.2.1 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)பைடு நூலகம்
（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
6.3 电压比较电路
➢ 模拟电压比较器是用来鉴别和比较两个模拟输入电 压大小的电路。
为了将模拟信号转换成数字，首先要进行采样。 采样保持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。
快，可能比较器来不及转） Uo
测控电路课后答案(张国雄 第四版)第六章
u o = (1 +
R3 R )iR1 − 3 U b R2 R2
R3
R2 Ub ui Байду номын сангаас R1
图 X6-3 -
∞
R4
+ N
+
uo
取 R1=250Ω，当 i=4mA 时，ui=1V，当 i=20mA 时，ui=5V。 因此要求
R3 Ub =1 , R2
(1 +
R3 ) × 5 = 11 R2
有 R3/ R2=6/5，Ub=5/6(V)，取 R2=10k，R3=12k，R4= R2// R3=5.45k，取 R4=5.6k 。 6-7 如果要求一个 D/A 转换器能分辨 5mV 的电压，设其满量程电压为 10V，试问其输入端数 字量要多少数字位。 当满量程电压为 UF =10V 时，有：
UT = −
R2 R UZ + UR R2 + R R2 + R
2
其电压传输特性如图 X6-2 所示：
uo UZ uo UZ U2 U1 ui
O
-UZ
O
a) 图 X6-2
UT
UR
ui
b)
6-6 如果要将 4～20mA 的输入直流电流转换为 0～10V 的输出直流电压，试设计其转换电路。 该转换电路如图 X6-3 所示。 根据图 X6-3 电路，有
A
B
10 9
C
8 16 3
+E E
Rf
_
1
+
uo o
ui i R1 R2
2
+
图 X6-1 6-5 试分析图 6-36 中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。 VS1 VS2 ∞ + + N
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电荷平衡型
Ui
If
0
CF
Rf
－
usc2
If I1
t
D1
A1
usc1
-Em D2
A2
定时 usc3 电路
usc1
Em
0
t
Ij -E
－Em
0
电荷平衡型U/f转换电路
usc2 u sc3 Ij
t
0
t
Ij 0
t
复位电路由定时电路、恒流源Ij和二 极管D1,D2组成，复位电路的工作由比 较器A2控制，每当比较器的输出从高 电位变到低电位时，定时电路就输出 一个脉宽固定为Tj的负脉冲，使D2截 止，D1导通，可见，比较器的输出每 变换一次状态，复位电路从积分电容 上取走一份固定的电荷量IjTj。
2
t
由N2、R5～R8组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电平为
R7 R6 U1 U UZ R6 R7 R6 R7
U2 R7 R6 U UZ R6 R7 R6 R7
（1）ui ＝0，uC＝0， uo输出负向限幅电压-Uz,V截止。 （2）ui >0，uC负向增加， uC≤U2时，比较器输出uo由负向限幅电压突变为正向限 幅电压，V导通，电容C通过R3放电，积分器输出迅速回升。 uo通过正反馈电路使比 较器同相端电压up突变为U1。
每输入一个脉冲，is对CL充电一次,充电时间等于Ct的电压uCt从零上升到 U- =2U/3所需的时间
8 +U 3 + R U5 2R + 定时 比较 器 输入 比较 器 2 U1 RS Q R 触发器 Q U2 V S iS RS
U U (1 e
-t/T
)
ui
Rd Cd U7
R1 u6 6 7 R2 Rt u5 Ct
R1
R2
+E R 11
高通滤波器
ui V D1
V D3 uN uP + + N2 R7 V2 R 4=100R 3 R3 +E R C R6 R 89 ∞ V D4 R9 V1 + + N1
u2 Um
R 12 C2 VS +
∞ + N3
uo
V D2 -E
uo
R 10
低通滤波器
14
f/V转换电路
ui 0V
利用这种方法，可以得到精度很高，动态范围很宽的压－频变换器。
5
二、电荷平衡型
在一个周期T=t0+t1中，积分电容 充电电荷量与放电的电荷量相等， 即i×T= Is×t0 输出脉冲频率可表示为 f = 1/T = i/（ Is×t0 ）
优点
（1）输出脉冲频率与输入电流有精密的线 性关系。 （2）易于集成化。将积分器，比较器，定 时电路，恒流源和缓冲器集成在一块硅片上， 应用时外加少量元件，就能调节比较器的门 限电位，定时电路的输出脉宽和恒流源的输 出电流，从而提高了其适应能力。 电荷平衡型U/f转换电路及波形图
10
2014-6-24
设输出脉冲信号周期T，输出为低电平(uo ≈0V)的持续时间to期间，电流is提供给CL、 RL 的总电荷量QS为 Q i t 1.9V to
S S o
周期T内流过RL的总电荷量(包括is提供及CL放电提供)QR为
RS
QR iLT
ui QR T RL
iL —— 流过RL的平均电流。 u6在很小的区域(大约10mV)内波动，近似取u6≈ui，则iL≈ui/RL，故有
充电
放电
ui
u6
约 10mV
O
t to
u0
O
T b)
t
us=uCt≥2U/3时，单稳态定时 器输出端Q为低电平，V截止， uo = UoH = +E，电流开关S断 开， CL通过RL放电，使u6下 降。 Ct通过芯片内放电管快 速放电到零。 当u6 ≤ui时，又开始第二个 脉冲周期，如此循环，输出 端便输出脉冲信号。
12
f/V转换电路 ----------《窄脉冲鉴频》 定义：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。
三个组成部分：电平比较器，单稳态触发器和低通滤波器
us
放大与电 平鉴别器
Us
单稳态 触发器
Us ˊ
低通 滤波器
uo
us a) O U ˊ s b) O uo O τ t t t
t1 Rt Ct ln 3 1.1Rt Ct
t QS I st1 1.9 1 Rs u QR iLTi o Ti Qs RL
S 1 RL
iS
uo CL
4
1.9t1 RL RL uo 2.09 Rt Ct f i Ti Rs Rs
图 6-20 LM131 用作 f/V 转换电路原理图
7
单稳态触发器
触发器有两个稳定的状态，即0和1，所以触发器也被称为双稳态电路。 与双稳态电路不同，单稳态触发器只有一个稳定的状态。这个稳定状态 要么是0，要么是1。单稳态触发器的工作特点是： (1)在没有受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器保持在稳态； (2 ）在受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器翻转，进入“暂 稳态”。假设稳态为0，则暂稳态为1。 （3）经过一段时间，单稳态触发器从暂稳态返回稳态。
u5 5
Ct
+E
比较 +1 器
#
单稳 Q 态定 时器 Q
V
3 uo 4
ui > u6，输入比较器输出高电平， 单稳态定时器输出端Q为高电平， V导通，uo=UoL≈0V，开关S闭合， 精密电流源输出电流is对CL充电， u6逐渐上升。与引脚5相连的芯片 内放电管截止，电源U经Rt对Ct充 电，Ct电压上升。
RS ui RS ui 1 fo T 1.9 1.1Rt Ct RL 2.09 Rt Ct RL
11
元器件的选择
RS ui RS ui 1 fo T 1.9 1.1Rt Ct RL 2.09 Rt Ct RL
电阻Rs、RL、Rt和电容Ct直接影响转换结果f0 ,因此对元件的 精度有一定的要求； 在电路中电阻均采用精密电阻； 电容采用漏电流小的云母电容； 电容CL对转换结果虽然没有直接的影响,但应选择漏电流小 的电容器；
Um u2
（扩展）
Tw
u1
0V UH
0V
uN
0V UL UH
u2
UZ 0V
uP
E
暂态
R 6 R R 6
暂态
稳态
15
集成f/V转换器
无信号输入： U1＝0， U2＝0,保持Q=0，S1接地， V2导通 ui前沿负脉冲： U1＝1， U2＝0,置位Q=1，S1接通， CL充电，V2截止，
Ct充电, u5=uCt≥U-=2U /3, U2＝1 , u6>U7, U1=0, Q=0
电流 开关
1.9V - 基准 Q S
输入 比较 器 偏流
Q
-
7 6
比较 输入 阈值
Rt
CL
RS 触发器
R
比较 + 器 uo 频率 3 输出 驱动
V
基准 电源 输出 保护 4
定时 比较 器 + 复位
2R
5
定 时
Ct
RS
9
+U RS 8 2 iS # S 1 u6 RL CL ui 6 7 -1输入
Rt
16
uC O
R3 R9 R4 uC N1 R6 -U uP ∞ + + N2 R7 VS1 VS2 VS3 R8 电流要小 2、 N2的响应时间小 3、 R1或者C, Tr/Tp小
U1
t
U2
频率调制
uP u OT U2 uo O
U1 T1 T2
t
输入电压越大，电容C充 电电流及锯齿波电压的 斜率就越大，因此每次 达到负向门限电压U2的 时间也越短，输出脉冲 的频率就越高。
ui T1 U1 U 2 R1C
，
R1C U1 U 2 T1 ui
U1 U 2 设 rce 为晶体管V的集电结ce结电阻， I 2( R r ) 3 ce
U 2 U1 | U 2 U1 | 放电持续时间T2为 T2 | | C 2( R3 rce )C I U1 U 2
单稳态触发器在暂稳态停留的时间仅仅取决于电路本身的参数。
8
集成V/F转换器——LM131
+U 8 精密 电流源 电流 输出 1 RL 2 基准 电压
iS R
1 整个周期内，RL 在消耗电荷 2 恒流源提供电荷 （充电）的时间由 单稳触发器的暂态 决定 3 电荷平衡（电源 提供的电荷量等于 电阻消耗的电荷量）
工作原理：
输入信号us通过比较器转换成快速上 升/下降的方波信号去触发单稳态触发器， 产生定宽(Tw)、定幅度(Um)的输出脉冲。 将此脉冲序列经低通滤波器平滑，可 得到比例于输入信号频率fi的输出电压 uo=TwUmfi。
c)
13
f/V转换电路
单稳复位电路 滞回比较器
+E
跟随器
-E
∞ C1 u1 R5
（3）当积分器输出回升到uC≥U1时，比较器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅 电压，V又处于截止状态，同时up恢复为U2，积分器重新开始积分。
3
（1）充电时间T1
1 积分器在充电过程的输出电压为 uC t R C 1
令充电持续时间为T1，则有 （2）放电时间T2
t
0
ui dt ＋U1
电压频率转换电路
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