《测控电路》PPT课件

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1、第六章信号转换电路第一节采样保持电路第二节  电压比较电路第三节  电压频率转换电路第四节电压电流转换电路从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：从自然界物理量到电量的转换电量之间的转换从电量到物理量的转换信号转换电路用于将各类型的信号进行转换。使具有不同输入、输出的器件可以联用。应考虑：转换电路应具有线性特性。阻抗的匹配。第一节采样保持电路采样/保持电路：具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的功能。在采样状态下：电路的输出跟踪输入模拟信号。在保持状态下：电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一

2、次采样状态为止。一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失调和漂移。瞬态变量的测量等。第一节采样保持电路一、基本原理组成：模拟开关模拟信号存储电容缓冲放大器Uc=1，S闭合：uo=ui,输出跟随输入变化。并向电容C充电。Uc=0，S断开：uo保持断开瞬间的输入信号。第一节采样保持电路第一节采样保持电路捕捉时间：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，所需的时间定义为关断时间。捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间

3、长，电路的保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。一、基本原理输入放大器N1：具有优良转换速率和稳定驱动电容负载能力。它对ui为高输入电阻，并为开关S和电容C提供极低的输出电阻。使电容C在S闭合时进可能快速充电，及时跟踪输入ui。输出放大器N2：跟随器。其输入级由MOS场效应管组成。以得到极低的输入偏置电流，它以极高的输入电阻使电容C和负载隔离，实现保持功能。为了使所采集的信号能够正确反映输入模拟信号，除保证采样/保持器精度要求外，还必须符合采样定理。采样过程：当模拟信号ui=f(t)通过一个受采样脉冲信号fs(t)控

4、制的开关电路时，开关输出端的信号是时间离散信号。不难看出，采样脉冲的重复周期Ts愈小，采样时间间隔愈短，获得的离散信号亦愈多。第一节采样保持电路从离散信号中恢复原信号的必要条件是:若被采样的信号f(t)的最高频率为fmax，为了复现该波形，必须要求采样间隔小于1/(2fmax).也就是说采样频率fs大于模拟信号中最高频率的2倍，这便是采样定理的要求。第一节采样保持电路采样定理采样频率fs应大于模拟信号最高频率fmax的两倍。一、基本原理对采样保持电路的主要要求：精度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

5、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，上升速率和最大输出电流等性能参数。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。控制电路开关元件元件性能的影响和要求模拟开关的分类按切换的对象分：电压和电流开关电压模拟开关的特点是：当开关断开时，跨于它两端的电压总与被换接的电压Vx有关，而且通过开关的电流则与负载RL有关。电流模拟开关的特点是：不管负载电阻RL的大小如何，流过开关的电流总是和被换接

6、的电流Ix相等，而且换接的电压则由RL*Ix决定。元件性能的影响和要求模拟开关的分类按切换对象使用元件：机械触点式和电子式开关机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等。电子式开关：二极管、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。元件性能的影响和要求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。动态特性：开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间Ton和开关截止延迟时间Toff,通常Ton>Toff,理想

7、模拟开关时Ton→0，Toff→0元件性能的影响和要求模拟开关的性能参数为了得到高质量的采样保持电路，场效应模拟开关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启电压，导通电阻和反向漏电流等参数都应小。CD4051多路模拟开关CD4051多路模拟开关元件性能的影响和要求存储电容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。原因：当电路从采样转到保持，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，峰值检波器复位时，电容放电，介质吸附效应会使放电后的电容电压回升，引起

8、小信号峰值的检波误差。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。什么是电容的吸附效应？在实际电容器中，电容器介质的偶极子及其界面极化的形成和消失都不可能瞬时实现，往往需要一定的时间，因而使电介质常数随信号频率和环境温度变化，不能似为常数实际电容器的仿真模型如右图所示，图中C为理想电容值，R0为电容器的泄漏电