数据采集系统——计算机测控系统

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1、第十章数据采集系统——计算机测控系统§10.8采样保持器§10.9D/A转换器§10.10A/D转换器§10.7多路模拟开关§10.6典型的测控系统组成§10.6典型的测控系统组成传感器传感器变送器变送器多路模拟开关模拟控制器采样保持器计算机A/DD/A······测控系统框图把模拟量转换为数字量的过程称为模数转换，完成这种转换的电路称为模数转换器(AnalogtoDigitalConverter)，简称为ADC或A/D；把数字量转换为模拟量的过程称为数模转换，完成这种转换的电路称为数模转换器(DigitaltoAnalo

2、gConverter)，简称DAC或D/A。§10.7多路模拟开关模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号传输进行通、断控制的电子器件注意：模拟开关多用场效应管来构成，因为场效应管的VGS能够使D、S之间导通和断开，但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关断电流一、场效应管结构原理场效应管（FiedlEffectTransistor——FET）是利用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达1015Ω）、噪

3、声系数低、热稳定性好、工作频率高、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中得到广泛应用。按结构，场效应管可分两大类：结型场效应管（JFET）绝缘栅型场效应管（IGFET）绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层，又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFET)。MOSFET可分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道二、绝缘栅型场效应管结构1）结构N沟道增强型MOSFET在P型

4、半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区。栅极G源极S漏极D衬底B1、N沟道增强型MOSFET栅源电压vGS的控制作用——形成导电沟道正电压vGS产生的反型层把漏-源连接起来，形成宽度均匀的导电N沟道，自由电子是沟道内的主要载流子。反型层刚形成时，对应的栅源电压vGS称为开启电压，用VT表示。2）工作原理原理1漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用vGS≥VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。vDS增大至vGD=vGS−vDS

5、，沟道被预夹断（漏端），管子进入饱和区。原理2沟道预夹断后，vDS继续增大，夹断点向源极方向移动，iD略有增大。vGS变化时，vGS

6、量）时所对应的VGS。3）饱和漏极电流IDSS耗尽型FET重要参数。在VGS=0的条件下，管子预夹断时的漏极电流。1）开启电压VGS(th)(或VT)增强型FET的重要参数。在VDS为某一固定值下能产生iD所需要的最小

7、VGS

8、值。6）最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM=vDSiD决定，与双极型三极管的PCM相当。4）直流输入电阻RGS、rds栅源电压与漏极电流之比，通常JFET的RGS>107Ω，MOSFET的RGS>109Ω。5）低频跨导gm表征工作点Q上栅源电压vgs对漏极电流id的控制作用大小的参数，单位是m

9、S。双极型三极管场效应三极管结构NPN型PNP型C与E一般不可倒置使用结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)二、双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管场效应三极管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成使用注意事项：（1）绝缘栅场效

10、应管不能用万用表检查，必须用测试仪。使用四引线的场效应管，其衬底引线必须接地。（2）保存场效应管时应将各电极短路，以免外电场作用使管子损坏。焊接时，电烙铁必须有外接地线，以防止烙铁带电而损坏管子。焊接绝缘栅场效应管时，要按源极-漏极-栅极的顺序焊接，并且最好断电后进行焊接。二、多路模拟开关§10.8采样