测控技术与仪器信号转换电路.ppt

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1、第五章信号转换电路从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：1.从自然界物理量到电量的转换2.电量之间的转换3.从电量到物理量的转换本章主要学习第二类信号转换——电参量之间的转换。第一节采样保持电路基本性质作用：采集某一瞬间的模拟输入信号，根据需要保持并输出所采集到的电压值。采样保持电路的组成和工作原理采样保持电路组成：模拟开关、存储电容、缓冲放大器OtTsui,uoOtuof(t)fs(t)采样定理：采样频率至少应该大于模拟信号最高频率的两倍。（7—10）从频谱分析的角度：采样得到的离散信号是模拟信号与采样脉冲相乘的结果，而周期采样信号可用傅里叶级数表示为：则输出

2、为：第二项可写成：从右图可以看出：只要离散的频谱不重叠，就可以采用低通滤波器取出fmax以下的频谱，近而复现（还原）原输入信号。采样保持电路的主要参数对采样保持电路的主要要求：精度和速度主要参数：捕捉时间、孔径时间、下垂率捕捉时间：从发出采样指令时刻起，直至输出值达到规定的误差范围以内所需要的时间。（长则追踪能力差）孔径时间：从发出保持指令时刻起，直至开关真正断开为止所需要的时间。（长则停止采样响应能力差）下垂率：由于存贮电容的电荷泄露所引起的输出电压的变化率。（输出放大器的输入偏置电流是一重要因素）一电平比较电路（单阈值比较器）（a）差动比较电路（UR为零时则为过

3、零比较器-鉴零器）第二节电压比较电路-1+1#uiUoURuiURa)b)图6-9电压比较器及其特性作用：用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小。后加钳位电路可构成一种最简单的模数转换器，是模拟电路和数字电路的桥梁。利用通用运放可构成比较器，但其相应时间一般较长。而比较器的一个重要指标是它的响应时间，一般要求低于10-20ns。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钳位措施，使它的高，彽输出电位满足数字电路逻辑电平的要求，同时减小正负饱和跳变的时间。主要区别在运

4、放内的输出级电路：普通运放：输出级输出阻抗小，带负载能力强集成比较器：输出级一般集电极开路结构以保证逻辑电平输出。（b）求和比较电路（阈值可变比较电路）优点：阈值可变缺点：振铃现象对于差动型比较电路同样存在此缺点。a)求和型比较电路∞-++uiUoUR1R2RΣb)比较器的振铃现象URuiunMNPQUo#二滞回比较电路（正反馈阈值）两个阈值：单方向单阈值滞后电平：滞回比较电路的应用1.选择合适的滞后电平，可消除“振铃”现象；2.可将积分延时波形变成快速上升的方波；3.将慢速变化的正、余弦波变成脉冲型方波；4.消除过渡电平中干扰的影响，对波形进行整形。URURuiu

5、nMNPQUo消除振铃现象示意图三窗口比较电路单方向多个阈值，可用来检测输入信号是否在某两个电平之间。第三节电压频率转换电路V/f转换器定义：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)。应用：在调频，调相、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，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等（一）积分复原型V/f转换电路组成：积分器、比较器和积分复原开关等OU1U2uoT1T2tuCU2U1ttOOuP充电过程中：充电时间：

6、放电过程中电流的平均值：放电时间：充放电的周期为：周期中包含两部分，其中第二部分为常数项与输入电压无关，这将给f-V的关系带来非线性，为提高线性度，要求：在该条件下，可将放电时间忽略，而周期主要取决于充电时间T1，因此，输出脉冲信号的频率为：电荷平衡型V/f转换电路∞-++N1∞-++N2-EuiRCuC单稳态定时器uoURISiotucotuot0t1集成V/F转换器f/V转换电路通用f/V转换电路包括三个部分：电平比较器，单稳态触发器和彽通滤波器Tw0V0Vu2uNuPUmUHUL66RRRE+UH0V0V0Vuiu1u2UZ（扩展）单稳态触发器的工作特点：①具

7、有一个稳态和一个暂稳态两种工作状态。②在外加触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态。在暂稳态维持一定时间后，再自动返回稳态。③暂稳态维持时间的长短取决于电路的参数。单稳态触发器的应用单稳态触发器是一种脉冲整形电路，多用于脉冲波形的整形、延时和定时。1.脉冲整形：对于幅度和宽度都不规则的脉冲信号，只要这些脉冲的幅度都大于单稳态触发器的触发电平，则经过单稳态触发器可以将不规则的脉冲波形变成幅度和宽度都相同的脉冲波形。2.用于定时：利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高、低电平去控制某个电路定时工作。3.用于延时集成f/V转换器＃稳态：Q=0暂稳态：Q=1暂稳态持续时间由R