信号转换电路精品PPT课件
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精品课件-电子线路基础(第二版)(闵锐)-第7章
解 本电路稳压管跨接于输出端与反相输入端之间，假设 稳压管均截止，则运放工作在开环状态，输出不是高电平，就是 低电平，这样势必导致一定有一稳压管击穿而工作在稳压状态， 从而构成负反馈支路。反相输入端“虚地”，限流电阻R上的电流 iR等于稳压管电流iZ，输出电压为±UZ，该电路的优点为输入电压、 电流均较小，易于保护输入级。 另外，由于运放工作在线性区， 因而在输入电压过零时，运放内部晶体管无须从饱和区逐渐变到 截止区，或从截止区逐渐变到饱和区。
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
第六章信号的转换PPT课件
第二节 电压比较电路
1、运放的工作状态 比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件 下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和 值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下， 运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚 断”的结论仍然可用(由于运放的输入电阻很 大）。 2、电压比较器的类型 常用的电压比较器有零电平比较器、非零电平 比较器、滞回比较器和窗口比较器等电路。
捕捉时间
关断时间
限制了电路的工作 速度
第一节 采样保持电路
采样保持电路的基本性质 组成： 1. 模拟开关 2. 模拟信号存储电容 3. 缓冲放大器
第一节 采样保持电路
ui ,uo
O fs(t)
O Ts
a)
uo
f(t)
t
t
模拟信号采样
采样保持电路
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。
滞后电平可调，合理选择大小，使之稍大于预计的干抗信号，就可消除 振铃现象。但不可太大，否则检测误差太大。
电压比较电路
三 窗口比较电路
R1
UZ
E
UR1
VS
RP
UR2
R2
Uo
-1
#
“1”
+1 N1 Uo1
&
-1
#
+1 N2 Uo2
Uo O “0”
ui
单方向多个阈值
U
U R2
U R1
ui
四、比较电路的应用
电压比较器的性能指标
(1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输 入电压称之为阈值电压或门限电平。
(2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 (3）灵敏度：输出电压跳变前后，输入电压
信号转换I-模拟开关采样保持电路概要
36
➢模拟开关中存储电容的性能要求
选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器，如聚 苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。
➢当电路从采样转到保持（充电结束时），介质的吸附 效应会使电容器上的电压下降，被保持的电压低于采样 转保持瞬间的输入电压； ➢开关接通时，电容放电，介质吸附效应会使放电后的 电容电压回升，引起小信号峰值的误差。 ➢电容器的泄漏电阻引起电容上的保持电压随时间逐渐 减小，降低保持精度
➢实际的场效应模拟开关模型
1 当闭合时,相当一个小电阻 (如DG403, RON<30欧姆)
2 当断开时,相当一个小的电容 (如DG403;约0.5PF)
3 当断开时,还存在一定量的泄漏电流 (DG403;<0.5NA)
35
MOS开关
MOS采样电路
采样模式时的等效电路
ＭＯＳ开关在“开”状态，存在一定的电阻；
a)吸电流；b）拉电流
N沟道MOSFET的 Ron-ui特性
N沟道增强型MOSFET开关原理 当ui吸入电流时，ui端为S，uo为D； 当uo吸入电流时，uo端为S，ui为D；
Ron随ui不同而变化
31
➢P沟道增强型MOSFET开关（绝缘栅型）
VGS小于VT的绝对值, 场效应管不能导通。 P沟道增强型MOSFET衬底B接高电位才能正常工作 32
5
一、基本理论
6
如何实现采样和保持？
采样: 采集器必须与输入信号相连接，且不影响输入 信号；采样的信号是被采信号的“拷贝”。 保持：能储存信号（信号的存在是以能量来刻画） 能够存储能量的元件：电感和电容
通常电感体积大，价格高，在集成电路中制造较 困难，同时,电流的信号也很难处理,故较少使用。 通过分析，我们用一个开关和电容就可实现信号 的采样和保持。
信号与系统三大变换PPT课件
拉普拉斯变换
拉普拉斯变换可以将时域信 号转换为复频域,能够分析 系统的动态特性,是分析线 性时不变系统的重要工具。
Z变换
Z变换可以将离散时间信号 转换为复频域,广泛应用于 数字信号处理、数字滤波器 设计等领域。
信号与系统分析的一般流程
信号建模
1
根据实际问题,建立合适的数学模型
系统分析 2
对系统的输入输出关系进行分析
信号与系统分析实例
频域分析
运用傅里叶变换将时域信号转换到频域,分析信号的频谱特性,如频带、主频、谐波等。
时域分析
利用时域函数描述信号的波形、幅值、时间特性,如上升时间、延迟时间、衰减特性等。
系统建模
建立信号传输系统的数学模型,运用拉普拉斯变换或Z变换分析系统的响应特性。
滤波设计
利用频域分析结果设计合适的滤波器,如低通、高通、带通滤波器,优化系统性能。
系统
系统指由相互关联的元素组成的 整体,对输入信号进行处理并产 生输出信号的装置或过程。
输入输出
系统接受外界信号作为输入,经 过一系列的处理过程后产生输出 信号。输入输出是系统的基本特 性。
为什么要学习信号与系统
理解现代技术的 基础
信号与系统是现代技 术的基础之一,涉及 电子、通信、控制、 信息处理等诸多领域 。学习这门课程可以 帮助我们深入理解这 些技术的工作原理变换F(s)的收敛性 由实部大于某个门限值的s 决定。即当Re(s) > σ₀时, 拉普拉斯变换收敛。
拉普拉斯变换的性质
线性性
拉普拉斯变换满足线 性性质,即对任意常 数a和b以及信号x(t) 和y(t),有 L{ax(t)+by(t)}=aL{ x(t)}+bL{y(t)}。这 使得拉普拉斯变换在 信号分析中有很强的 适用性。
电路与信号系统课件
可方便地对电路参数进行测试和分析；
可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理 图；
实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和 数量不受限制、实验成本低、实验速度快、效率高；
设计和实验成功的电路可直接在产品中使用。
MULTISIM仿真软件的使用
1） MULTISIM的工作界面
Multisim菜单器件库
Trace width
分析后处理功能
新增OP AMP电路和MOSFET放大器电路
在Multisim9以后的版本： 提供了 Microphone，Speaker，Signal Analyzer，Signal Generator的Labview虚拟 仪器
第二部分 MULTISIM仿真软件使用
Component Wizard：元件创建向导。 Database ：元件库管理。 555 Timer Wizard ： 555时基电路设计向导。 Filter Wizard ： 滤波器设计向导。 CE BJT Amplifier Wizard ： 共发射极放大电路
可以对被仿真的电路中的元器件设置各种 故障、如开路、短路和不同程度的漏电等，
利用MULTISIM可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与 传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：
设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改 调试方便；
设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成 各种类型的电路设计与实验；
。
Show Grid :显示栅格。 Show Brder :显示图纸边框。 Show Page Bounds :显示图纸边界。 Ruler bars :显示表尺。 Status Bar : 显示状态条。 Design Toolbox ：显示工程工具箱。 Spreadsheet View :显示电子数据表。 Circuit Description box:显示电路描述
可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理 图；
实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和 数量不受限制、实验成本低、实验速度快、效率高；
设计和实验成功的电路可直接在产品中使用。
MULTISIM仿真软件的使用
1） MULTISIM的工作界面
Multisim菜单器件库
Trace width
分析后处理功能
新增OP AMP电路和MOSFET放大器电路
在Multisim9以后的版本： 提供了 Microphone，Speaker，Signal Analyzer，Signal Generator的Labview虚拟 仪器
第二部分 MULTISIM仿真软件使用
Component Wizard：元件创建向导。 Database ：元件库管理。 555 Timer Wizard ： 555时基电路设计向导。 Filter Wizard ： 滤波器设计向导。 CE BJT Amplifier Wizard ： 共发射极放大电路
可以对被仿真的电路中的元器件设置各种 故障、如开路、短路和不同程度的漏电等，
利用MULTISIM可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与 传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：
设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改 调试方便；
设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成 各种类型的电路设计与实验；
。
Show Grid :显示栅格。 Show Brder :显示图纸边框。 Show Page Bounds :显示图纸边界。 Ruler bars :显示表尺。 Status Bar : 显示状态条。 Design Toolbox ：显示工程工具箱。 Spreadsheet View :显示电子数据表。 Circuit Description box:显示电路描述
信号点灯电路精品PPT课件
信号点灯电路
信
作用
用来控制信号机的各种信号显示
号
机
点 灯
在室外 每架信号机设有信号灯泡、信号变压
器和灯丝转换继电器
电
路
组成
在室内
设有灯丝继电器及有关继电器节点的 控制条件。
信号点灯电路
➢ 进站信号机点灯电路 ➢ 出站兼调车信号机点灯电路 ➢ 调车信号机点灯电路 ➢ 主灯丝报警电路
信号点灯电路
❖ 进站信号机点灯电路
点灯电路设有几个灯 丝继电器，各灯丝继
电器的作用？
点灯电路设有DJ和2DJ两个 灯丝继电器。 其中DJ是用来监督红灯、绿 灯和一黄灯的电灯情况2DJ是 用来监督二黄灯和白灯的点 灯情况。
❖
进 站 信 号 机 点 灯 电
路
出站兼调车信号机点灯电路
XJ Z2 2 0
R D1
5
6
LXJ
0 .5 A DJ
4
L XZ
8
ZXJ
2 LQJ
U
2DJ 1
UB
6 D XJ
L
H
LB
5
6 7
L XJF
2DJ
2 L XF
7 ZX J
2L
B
HB
2LB
XJ F2 2 0
R D2
6 L XJ
L
H
U
B
H
H
BB
U
L
H
2L
B
调车信机号点灯电路
•月白色灯光——准许越过该信号机调车 •蓝色灯光——不准越过该信号机调车
•调车信号机灯光显示
KZ KF
XDSD H
XDSA 1
JF KF 控制台
信
作用
用来控制信号机的各种信号显示
号
机
点 灯
在室外 每架信号机设有信号灯泡、信号变压
器和灯丝转换继电器
电
路
组成
在室内
设有灯丝继电器及有关继电器节点的 控制条件。
信号点灯电路
➢ 进站信号机点灯电路 ➢ 出站兼调车信号机点灯电路 ➢ 调车信号机点灯电路 ➢ 主灯丝报警电路
信号点灯电路
❖ 进站信号机点灯电路
点灯电路设有几个灯 丝继电器，各灯丝继
电器的作用？
点灯电路设有DJ和2DJ两个 灯丝继电器。 其中DJ是用来监督红灯、绿 灯和一黄灯的电灯情况2DJ是 用来监督二黄灯和白灯的点 灯情况。
❖
进 站 信 号 机 点 灯 电
路
出站兼调车信号机点灯电路
XJ Z2 2 0
R D1
5
6
LXJ
0 .5 A DJ
4
L XZ
8
ZXJ
2 LQJ
U
2DJ 1
UB
6 D XJ
L
H
LB
5
6 7
L XJF
2DJ
2 L XF
7 ZX J
2L
B
HB
2LB
XJ F2 2 0
R D2
6 L XJ
L
H
U
B
H
H
BB
U
L
H
2L
B
调车信机号点灯电路
•月白色灯光——准许越过该信号机调车 •蓝色灯光——不准越过该信号机调车
•调车信号机灯光显示
KZ KF
XDSD H
XDSA 1
JF KF 控制台
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
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五 峰值检波器
复 位 指 令u
O
t1
uo
t2
t3
t
O
t1
t2
t3
t
图 8-33 峰值检波器特性
(1) 单向峰值检波器
R1
VD1
C2
C1
∞
∞
－ A1 ＋
VD2
－
A2 ＋
R
＋
＋
＋
＋
ui －
＋ uc C
－
V
VD3
u
uo －
图 8-34 单向峰值检波器
(2) 峰-峰值检波器
正向峰值 检波器
ui
反相器
正向峰值 检波器
附加内容 信号调理电路
1 数据采集系统中信号调理电路作用 2 物理量变换电路 3 电压比较电路 4 相位计 5 峰值检波器 6 有源RC滤波器 7 电压频率转换电路
一 数据采集系统中信号调理电路作用
• 接口作用
信号调理电路首先要完成信号的电平和极性等的转换，以便 与A/D转换器所需要的电平极性匹配。其次要完成对信号 的放大。然后还有对信号进行极性转换。同时还有阻抗变 换的作用，以隔离后面的负载对信号源的影响。
优点：阈值可变 缺点：振零现象
VR
R1 R2
V
(二) 滞回比较电路（正反馈阈值） 两个阈值：
在反向输入单门限比较器的基础上引入了正反馈网络，组成了具有双门 限值的反向输入迟滞比较器。 门限电压的估算
门限电压的估算：
vN vI
vP
R1vO R1 R3
R3vR R1 R3
当vI
v
时输出为低电平
按理想运放分析，则流过RL的电流是
iL
i1
us R1
若负载RL的一端接地，则可用图 8-19(b)所示的电路。根据 图中符号写出
u
R' R1 R'
us
R1 R1 R'
uo
(利用线性叠加原理)
iL
u R2
uo u R3
uo R3
u
1 R3
1 R2
1
R3
R1(R2 R3) R2R3(R1 R'
P
当vI vP时输出为高电平
所以v P 就是门限电压
进而可以求出上门限电压和下门限电压以及门限宽度
(三) 窗口比较电路
单方向多个阈值
2. 比较器的应用
ui (b) O
T
t
(1) 波形变换
uo
∞
－
uo
u′ VD uL
(c) O
t
＋
ui
＋
C
R
RL
u′
(a)
(d) O
t
i=-CduC/dt
uL
(e) O
（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 的高，彽输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。
1 电压比较电路
(1) 电平比较电路（单阈值比较器） （a）差动比较电路
（b）求和比较电路（阈值可 变）
3. 压电转换
R＋ R
R
∞
－
R －
＋
＋
＋
uo
－
E
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
＋
R
图 8-21 压电转换电路
uo1
R
R R
(Ec
)
1
R R
Ec
再令只有同相侧输入时，输出电压为uo2，由于
u
Ec 2
, uo2
1
R
R R
Ec 2
uo=uo1+uo2， 求得
uo
E R 2R
4. 热电转换
－ 15 V 100
加法器
uo
图 8-35 峰-峰值检波器组成方框图
六 有源RC滤波器
1. 低通滤波器
2. (1) 基本特性
Af ( j )
Uo Ui
Af ( )e j ( )
dB
3 20 lg| Afm |
20 lg| Af |
b
3 dB
2
a
通带
阻带 1
0
10－ 3 10－ 2 10－ 1 100
10
图 8-36 低通滤波器的特性
/ 0
(2) 一阶低通滤波器
＋
Rf
Ui
RP
－
CF dB
RF
20 lg| Af|
3 dB
∞
－
＋
＋
Uo
－
－ 20 dB / 十倍 频 程 0
10－ 2 10－ 1 100 10 102 / 0
(a)
(b)
图 8-37 (a) 电路； (b) 幅频特性
Af
(
j )
Uo( Ui (
j ) j )
ZF Rf
1
jCF
RF
1
jCF
RF
1 Rf
RF / Rf
1 j( /0 )
式中，ω0=1/RFCF或f0=1/2πRFCF。f0是滤波器的截止频率。 幅频特性和相频特性分别为
Af ( ) Af ( j )
RF / RF
2
1
0
f
( )
arctan
0
Af
2
1
0
一阶低通滤波器的优点是电路简单，只需一个电容器。缺 点是幅频特性偏离理想特性甚远，阻带区衰减太慢，衰减斜率 仅为-20dB/十倍频程。
VZ1
680 R1 1k
RT
UR
8.2 V
RW
10
2k
uo
RF R1 RT
UR
RF 150 k
∞ －＋ ＋
uo V 0～ 10V
5. 光电转换
(1) 硅光电二极管放大电路
RF
uo i RF
i
i
∞
－
VD
∑
＋
＋
uo
－E
图 8-23 硅光电二极管放大电路
(2) 光电耦合电路
RF
Rs Ii Us
光电耦合器件
T
t
图 8-27 比较器用于波形变换 (a) 电路； (b) 输入正弦波; (c) uo波形；(d) u′波形；(e) UL波形
四 相位计
可测量两个正弦波电压之间的相角。 只要把两个电压都转换成脉冲，可测出由两个正弦波转换成 的两个脉冲的间隔时间， 这个时间间隔与相位差成比例。 这种相位计能测量 0°到 360°的相角。
• 抑制干扰并提高信噪比
由于被采集信号比较微弱，容易受到干扰，因此采用信号调 理电路尽量抑制干扰和噪声。
• 滤波
去除被采集信号的高频噪声。
二 物理量变换电路
1. 电压-电流转换器
R1
RL
il＝iL
R1
R′
＋
il
∞
－
＋
＋ ＋
us － uo
∞
u－ －
＋
uo
＋
R2
us －
iL
RL
R3
(a)
(b)
图 8-19 电压-电流转换器 (a) 负载浮置； (b) 负载接地
∞
－
LED
Ic
＋
uo
＋
R′ －E
图 8-24 光电耦合放大电路
三 电压比较电路
电压比较电路
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，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。
)
uo
R' (R2 R3) R2R3(R1 R'
)
us
若要求iL与uo无关，则需要满足R3/R2=R′/R1，这样，负载上
流过的电流是
iL
us R2
可见，负载电流与输入电压成正比。
2. 电流-电压转换器
C
RF
is Rs
∞ －
＋ ＋
RP ＝Rs∥RF
uo
Uo=iSRf
图 8-20 电流-电压转换器
(3) 二阶低通滤波器
Ic1