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测控电路第06章 信号转换电路PPT课件

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整套课件：测控电路

整套课件：测控电路

➢典型测量放大电路 同相放大电路
R2
Kf
uo ui
1 R2 R1
Zi
KZ
' i
1 R2 /
R1
R3
注意：R3 R1 // R2
R1
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
常用芯片：MAX4074,MAX4075,OPA2682,OPA3682
2021/10/20
44
2021/10/20
45
2021/10/20
2021/10/20
18
1.5 测控电路的发展趋势
➢优质化 ➢集成化 ➢数字化 ➢通用化、模块化 ➢测控一体化 ➢自动化与智能化
2021/10/20
19
1.6 课程的性质、内容与学习方法
目的：应用电子技术来解决测量与控制中的问题 基础：《电路》、《模拟电子技术》、《数字电路》等等 方法： 多分析、多思考 理论推导 仿真验证(再分析、思考)
合适的输入与输出阻抗
动态性能好
响应快 (实时动态测量) 动态失真小
2021/10/20
6
转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ灵活
模数与数模转换 电量参数转换 量程转换 信号选取 信号运算
可靠性
经济性
2021/10/20
7
影响因素：
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
2021/10/20
ud
u1 u2 , uc
u1 u2 2
ud 100V ,uc 0V
uo Adud Acuc 100Ad
2021/10/20
56
ud 100V ,uc 10000V

测控电路第六章信号转换电路

测控电路第六章信号转换电路

a)
b)
图 6-9 电压比较器及其特性
一般运放工作在开环状态下，就是电压比较器。
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。 （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。
滞后电平：
ΔU
=U2
−U1
=
R2 R1 + R2
(U oH
− U oL )
可见，滞后电压可用R1或R2来调节，合理选择其大小， 使之稍大于预计的干扰信号，就可消除上述“振铃”现象。
计量测试工程学院 朱维斌
6.4 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)。
干簧继电器
开关元件
机械触点式 水银继电器
模拟开关 电子式
机械振子式继电器
二极管 双极型晶体管 场效应管（JFET、MOSFET） 集成模拟开关
控制电路
主要是MOSFET构成的模拟开关
计量测试工程学院 朱维斌
（一）增强型MOSFET构成的模拟开关
1、N沟道增强型MOSFET开关电路
工作条件 uGS － uT>0，uT为开启电压。
应用：在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域得到非 常广泛的应用。

第六章信号的转换PPT课件

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

信号转换电路

信号转换电路

uC
V
R3
O U1
t
C
R9
U2
ui
R1
∞
R4
∞
-
uC
-
R8
+ + N1
+
uP
+ N2
uP
uO T
U1
uo
U2
t
R2
R7
VS2
R6
uo
T1 T2
R5
VS1
VS3
O
-E
-U
t
电压频率转换电路
• 电荷平衡型
CF
Rf


－
＋
If
D1 ＋ A1
usc1 -Em
A2
－
I1
D2
定 时 usc2
usc3
电路
Ij -E
• 运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽 宽及转换速率（上升速率）大的运算放大 器；输入运放还应具有大的输出电流
信号转换电路(二)
电压比较电路 电压频率转换电路
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。
偏流
触发器
比较
7
输入
6 域值
Rt
基准 电源
QR
定时 比较
器+
5
定
时
输出 保护
复位 2R
Ct

测控电路信号运算电路讲课文档

测控电路信号运算电路讲课文档

ui1
ui2
R pR 1//R 2////R m
uin
独立作用原理
R-1
RfR-2∞ຫໍສະໝຸດ u－ -R1 R-m
u+ +
+
uo
N
R2
Rn
R
第五页，共46页。
5.1 线性运算电路
5.1.3 加减混合运算电路
ui1
1
ui2
uo
ui1、ui2均可扩展
第六页，共46页。
5.2 乘除运算电路
Kxy
ux
x
乘除运算电路在参数计算、调制解调、滤波等中uo
5.5.3 PID电路
干扰参数 Z
+ Y+ Z
对象 AS
被调参数 X
调节参数 Y
调节器 AR
W -X
+
+
额定值
调节偏差
W
积分：消除静差、抑制干扰 比例：提高调节灵敏度、减小静差、减小滞后 微分：进一步减小滞后、加快调节速度
第三十二页，共46页。
22002211//1100//1166
5.5 微分积分运算电路 W(s)KPT1Is1TK D TsD DsKP1KP1TIs1K TD K T PD D ss
R
R1 C ui
C1
∞
－
+
+N
uo
b)实用微分电路
Cdui uo 0 dt R
uo
RCdui dt
可进一步提高调节速度
微分电容通常较小
H (s)
1
( R1
1 Cs
)(
1 R
+C1s)
RCs

《测控电路》PPT课件

《测控电路》PPT课件
8 选 1 译 码 电 路
7
-E2
S1
S2
S3
S4
S5
输出/输入
S6
S7
S8
图 6-7 CD4051 原理图
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，引起小信号峰值的检波误差。
➢ 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。
（3）高速S/H电路
用开环式采样/保持电路方案，选用高速元件，并通过扩增驱动电流来减小存储 电容的充电时间。
Uc
VD1
VD2 V2
V1
∞
-
ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
+ N2
C
（3）高速S/H电路
在采样期间，Uc为正，V与V2导通，V1截止。
V1的导通将使V和C置于N1的闭环回路中，C上的电压将等于 输入电压而不受V的导通电阻的影响，另外，由于N1反相端 的偏置电流和V1的漏电流都很小，
由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的。

测控电路(第7版)课件：信号转换电路

测控电路(第7版)课件：信号转换电路
应用：在调频（电压调频），锁相和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
信号转换电路
32
7.4.1 V/f 转换电路
积分复原型
复原开关
V
R3
R1 ui
积分器
R2
C
∞ -
+ + N1
uC
R4
∞
-
uP
+ + N2
7.1 模拟开关
模拟开关是在电路中用于实现模拟信号通与断的电子开关器件，它的作用类 似于机械式转换开关，信号电流从输入端流到输出端，其信号传送方向可以 是双向的.
模拟开关通常有三个端子：控制端C、信号输入端I及输出端O。I/O可以互 换的为“双向开关”。
常用的模拟开关元件包括二极管开关、双极型晶体管开关、结型场效应晶体 管（JFET）开关、MOS型场效应晶体管（MOSFET）开关等
在导通状态下，该电路的传递函数为：
开关的极点影响电路的带宽，为了使带宽最大化，开关应具有低输入电容、
低输出电容和低导通电阻。在关断状态下CDS会把输入信号耦合至输出端， 导致开关隔离性能劣化，关断隔离度随输入频率增大而下降。就此误差源而
言，解决方法是选择CDS尽量小的开关。
CDS
S
D
uo
ui
Ron
CD
ui
+
uo
UR
-
阈值电压： UT =UR
即ui
UT
U
时，输出电压翻转
R
uo
ui U R ui U R
uP uN ui U R 0 uP uN ui U R 0

测控电路(第7版)课件：信号运算电路

测控电路(第7版)课件：信号运算电路

实现输入信号相加，且输入输 出同相，系数调整不易
信号运算电路
Rf
N
uo
叠加定理
9
6.2.2 反相加法电路
uo1 uo2
Rf R1 Rf R2
ui1 ui 2
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
实现输入信号相加，且输入输出反相， 系数单独可调，输入阻抗低
信号运算电路
Rf
ui1
R1
ui2
信号运算电路
41
6.6.2 常用微分电路
iC
C
duc dt
=C
dui dt
uo R
uo
RC
dui dt
iC
iR R
C ui
∞
－
+
+N
uo
微分常数：TD RC，TD越大微分速度越快，微分作用越弱
a)基本微分电路
信号运算电路
42
微分电路应用
• 若输入为正弦： ui sin t
uo RC cost RC sin(t 90 )
6.3.1 对数运算电路 6.3.2 指数运算电路 6.3.3 基于对数/指数运算的乘法/除法运算电路 6.3.4 变跨导乘法运算电路 6.3.5 乘方和开方运算电路 6.3.6.集成乘法运算电路
6.3.1 对数运算电路
在自然界，人们的听觉和视觉都是对数特性的，光经过介质的衰减也是对数 特性的，阻容电路的充、放电的过程是指数特性的。
u1 u2
R3
V2
∞ -
+
+ N2
uo2 R2
∞ -
+
+ N3
uo3 V3

测控电路课件(完整)

测控电路课件(完整)

（三）、开关信号
开关信号可视为绝对码信号的特例，当绝 对码信号只有一位编码时，就成了开关信号。 只有0和1两个状态。
与行程开关、光电开关、触发式测头相连 接的测控电路，其输入信号为开关信号。
当执行机构只有两种状态时，如电磁铁、 开关等，要求测控电路输出开关信号。
第四节 测控电路的类型与组成
一、测量电路的基本组成 (一)模拟式测量电路的基本组成 (二)数字式测量电路的基本组成
二、控制电路的基本组成 (一)开环控制 (二)闭环控制
传 感 器
量 程 切 换
放 大 器
解 调 器
电
路
振荡器
信 号 分 离
运 算 电
模 数 转 换
计 算 机
电路 电
路
路
电源
显 示 执 行 机 构 电路
图1-6 模拟式测量电路的基本组成
传 感 器
细 脉转 分 冲换 电 当电 路 量路 辨向电路
（二）、绝对码信号
1111 0000
1110
0001
1101
0010
1100
0011
1011
0100
1010
0101
1001
0110
1000 0111
绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
绝对码信号在显示与打印机机构中有广泛的 应用。显示与打印机构根据测控电路的译码器输 出的编码，显示或打印相应的数字或符号。在一 些随动系统中，执行机构根据测控电路输出的编 码，使受控对象进入相应状态。
以磁电式电表、示波器、笔式记录器作为显示 机构，以直流电动机为执行机构时，要求测控电路 的输出信号为非调制模拟信号。
第三节 测控电路的输入信号与输出信号

测控电路06_信号转换电路

测控电路06_信号转换电路
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
测控电路
2013-8-1
12
6.3 电压频率转换电路
6.3.1 V/f 转换电路
复原开关
V R3 C R1 ui ∞ + + N1 uC R4 uP R6 ∞ -
(一）积分复原型
R9 R8 uo VS2 VS3
6.4 采样保持电路
∞
6.4.1 基本原理
ui
∞ + S
+ + C UC uo
+ N1
采样保持电路 的基本组成： （1）模拟开关 （2）模拟信号存 储电容 （3）缓冲放大器

a）S/H电路原理 ui, uo
uo
f(t)
O UC O Ts b）模拟信号采样
t
t
6.4 采样保持电路
6.4.1 基本原理
16
1
A
11 逻 辑 电 平 转 换 电 路 8 选 1 译 码 电 路
S2
S3
B
10
S4
S5 S6 S7 S8 3 输出/输入
C
9
INH
6
8 -E11
7 -E2
6.4 采样保持电路
6.4.5 应用电路举例
Uc
+5V
uo
14 13 12 11 & 10 9 8
模拟量输入
AD582
∩# /
状态
DG
∞ +
ui
RRL
输出电流不仅与输入电压 有关，而且与负载有关
不能输出所需较大电路
6.3 电压频率转换电路
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单稳 定时器
uo
S
uc
Is
UR
O
t
uo
O
t0 t1
t
18
2、f/V 转换器
原理：
ui 电平比较器
方波信号
单稳触发器
定宽定幅 低通滤波器
脉冲序列
uo
1Ti
1Tw
uoTi 0Umd tTi 0Umd tfiUmTw
19
(1)通用运放 f/V 转换电路
+E
ui VD1 V D2 -E
R1 -E
∞ -
16
①积分复原型V/f 转换电路
V
R3
C
R9
ui
R1
R2
uC O U2 U1 uP O U2 U1
uo
∞
-
uC
+
+ N1
R4 uP
R5
R6
-E
-U
∞ -
+ + N2
R7
VS1
T1 T2
R8 uo
VS2 VS3
t
t
O t
17
②电荷平衡型V/f 转换电路
i
C
ui R
_ +
+ N1
uc _
+ + N2
+1 UR
a)
# Uo
u i< U R
u i> U R
O UR
ui
b)
图 6-12 电压比较器及其特性
11
1、电平比较电路 （1）差动比较电路
Uo
-1 ui
+1 UR
a)
# Uo
ui<U R
u i> U R
O UR
ui
b)
图 6-12 电压比较器及其特性
12
1、 电平比较电路 （2）求和比较电路
ui
R1
∞
R2
Σ
-
U
+
Uo
+
R
a)
缺点：振零现象
13
2、滞回比较电路
单方向 单阈值
R ui
R2
UR
-1 #
+1
Uo
R1
a)
Uo
UOH
O
UU1 1 U2 ui U2
UOL
b)
14
3、窗口比较电路
R1
UZ
E
UR1
VS
-1
#
+1 N1 Uo1
&
RP
UR2
-1
#
R2
+1 N2 Uo2
Uo
ui
“1”
O “0”
6.4 电压电流转换电路
1、I/V 转换电路 （1）反相输入型I/V转换电路
R1
i
_
+
is
RS + N
R2uo21源自（2）同相输入型I/V转换电路
R2
R3
_
ui R1
R4
+
+ N
i
uo
22
2、V/I 转换电路
+E
R6
ui Ub
R1 uN _
R2
uP
+ +N
R5 R4
V1
V2
R3
R7
RL io
23
第6章 信号转换电路
1
6.1 采样保持电路
1、基本原理 （1）电路组成
S/H电路原理图
2
（2）工作原理
ui ,uo
O fs(t)
O Ts
uo f(t)
t
t
3
2、元件性能的影响和要求 （1）输入输出缓冲器
4
2、元件性能的影响和要求 （2）模拟开关
开关元件
控制电路
5
常用模拟开关 ①增强型MOSFET开关电路
+ + N1
C1
VD3
u1
uN R5 uP
R4=100R3 R3
+E R C
R2
+E
∞ -
+
VD4 R9
+ N2
R7 V2
R6
R11 u2
V1 Um
R10
R12
C2 VS
R8
ui
0V u2 （扩展）
Tw
u1
0V uN
u2
Um 0V
uP
∞
-
+
uo
+ N3
Um
0V
UH 0V UL UH ERR+ R66 20
30
2、A/D转换器工作原理
②逐次逼近式A/D转换器
US
比较器
Ui
启动
逻辑控制 电路
时钟
D/A 转换器
逐次逼近 寄存器
转换结束
… 输出缓冲器
Dn-1 D0
输出允许
31
逐次逼近式A/D转换器的特点： 转换速度较高 精度较高 电路结构较简单 逐次逼近式A/D转换器的应用： 实时控制系统 主要器件： 8位ADC0801~0805 12位AD574 16位高精度ADC1140 高速ADC803
S BD
ui
uo
G uc
Ron
O
ui
6
常用模拟开关 ②CMOS开关电路
uGP
Ron
Ron(P)
+E
ui -E
uo
Ron(N)
uGN a)
Ron(C)
O b)
ui
7
2、元件性能的影响和要求
（3）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。
8
3、采样保持实用电路 （1）高精度S/H电路
电子 开关 阵列
电阻 解码 网络
D/A的组成框图
相加 运算 放大 器
模拟量输入
25
①加权电阻网络电路
R1 I1 R
d1
S1 I2 2R
Io
∞
d2 d3
S2 I3 4R A S3
-
+ +N
uo
In 2n-1 R
dn
UR
Sn
26
… …
②R-2R梯形电阻网络
UR
A1 R IR 2R
A2 R 2R
A3 2R
2
4
F'
3
1
F' 5
F' 8 F' 6
F' 7
2
2
1
1
0
采样
0
t
011 101 111 111 110 100 011 101
t
量化及编码
28
2、A/D转换器工作原理
①双积分式A/D转换器
C
Ui
电子
R
UR - UR
开关
∞
-
+ +N
UC
-1
#
+1
计数器
控制逻辑
数据输出
标准时钟
29
双积分式A/D转换器的特点： 具有较强的抗干扰能力 转换速度较慢，多为毫秒量级 双积分式A/D转换器的应用： 数字式仪表 低速数据采集系统 主要器件： MC14433、ICL7135、AD7555
-E R
V
V1
ui
Uc
∞ -
+ +N
C
uo
9
3、采样保持实用电路
（2）单片集成采样保持电路
Uc +5V 14 13 12 11 10
9 8 uo
AD582
&
DG
∞ -
S
+ + N1
#
∞ -
+ + N2
12 ui
34
5
偏移调节
67 C
状态 模拟量输入
?/# AD571
10
6.2 电压比较电路
Uo
-1 ui
单方向 多阈值
Uo
DU
U R2
U R1
ui
15
6.3 电压频率转换电路
1、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， 故又称为压控振荡器(VCO)。
应用：在调频，调相和A/D变换等许多技
术领域得到非常广泛的应用。
32
2、A/D转换器工作原理
③并行比较式A/D转换器
+1
#
-1 N3 3UR/4
Ui
+1
#
-1 N2 UR/2
An-1 R An 2R 2R 2R
R1
S1
S2
S3
Sn-1
Sn
1 01 0 1 0 1 0 1 0
∞
-
Io
+ +N
Uo
d1(MSB)d2
d3
dn-1 dn(LSB)
27
二、A/D转换器
1、基本原理
f (t )
7
6
F2
5
4 F1 3
F3 F4 F5
F6
F8
F 7
f1(t)
7
F' 3
F' 4
6
F'
5
6.5 模拟数字转换电路
一、D/A转换器
1、D/A转换器的转换特性
|Uo|
7UR/8