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第5章 采样保持器

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热工测试课后练习答案

热工测试课后练习答案

解： 0.04s ， A() ( )2
1 (2f )2
（1）当 f=0.5Hz 时，
（2）当 f=1Hz 时，
（3）当 f=2Hz 时，
2-11、对某二阶系统进行动态标定时，测量最大过冲量 Ad 1.5 以及在响应曲线上由 n 个周期取
平均值的衰减周期
。试求该系T统d 的2阻s 尼比及系统固有频率。
（2） A() 1 A() 1
1
1
1
2.81%
1 ( )2
1 (50 2 7.71104 )2
2-9、用传递函数为 1/(0.0025s+1)的一阶装置进行周期信号测量，若将幅值误差限制在 5%以下，试 求所能测量的最高频率成分，此时相位差是多少？
解： 0.0025s ， A() 1 A() 1 1 1
解： 2-8、用一阶系统对 100Hz 的正弦信号进行测量时，如果要求振幅误差在 10%以内，时间常数应为 多少？如果用该系统对 50Hz 的正弦信号进行测试时，幅值和相位误差各为多少？
解：（1） A() 1 A() 1 1 1
1
10%
1 ( )2
1 (100 2 )2
则 7.71104 s
上式是一个单质量强迫阻尼振动微分方程。将其与 比较可得
a2
d2y dt 2
a1
dy dt
a0
y
b0 x
a2 m, a1 c, a0 k, b0 1 ，f（t）相当于 x。用 k 除以两端可得
将上式与
相比，其传递函数有相同形式。这时，
1/k 为系统的柔性系数， n k / m为系统的固有频率， c / 2 km 为系统的阻尼比。 因而，测振仪属二阶测量系统。
判别法的选择：1.从理论上讲，当测量次数 n 趋近 （或 n 足够大）时，采用莱依特准则更为 合适；若次数较少时，则采用格拉布斯准则，t 检验准则或狄克逊准则。要从测量列中迅速判别粗 大误差时，可采用狄克逊准则。2.在最多只有一个异常值时采用格拉布斯准则来判别坏值的效果最 佳。3.在可能存在多个异常值时，应采用两种以上的准则来交叉判别，否则效果不佳。 3-5、试述直接测量误差计算的一般步骤。 答：直接测量误差计算的一般步骤： 1.计算ｌi 的平均值 L； 2.计算 li 的偏差 vi=li-L； 3.计算均方根误差 ô 和极限误差Δ； 4.计算算术平均值的均方根误差 S 和极限差λ； 5.计算算术平均值的相对极限误差δ； 6.得出被测量的值； 7.检查 vi 中有大于Δ者，应将该次测量看做误差为差错予以剔除，然后按上述步骤重新计算。 3-6、什么叫做等精度测量和非等精度测量？为什么在非等精度测量中引入“权”的概念计算更为 合理？ 答：等精度测量：用同一仪器，按同一方法，由同一观测者进行的测量。 非等精度计算：用不同一仪器，按不同一方法，由不同一观测者进行的测量。 “权”概念引入的原因：对于非等精度测量，其最可信赖度就不能用算术平均值来确定，为了正确 评价测量结果的质量，引进了测量结果“权”。 3-7、试述间接测量的含意及其计算的一般步骤。 答：间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测得的数 值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。 3-8、什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？ 答：由系统各环节的静态误差组成的总误差。在系统中引入负反馈开辟了补偿顺联环节误差的新途 径，因为在系统的误差计算公式中，顺联与负反馈误差的符号相反，可以减小或抵消误差，使整个 系统误差大大减小，以提高测量精度 3-9、回归分析是实验数据处理的一种数学方法,它有何特点? 答：（1）两个变脸光之剑不是对等关系，进行回归分析时，应该先根据研究目的确定自变量和因 变量； （2）回归方程的作用在于给定自变量的值估计推算因变量的值，回归方程表明变量间的变动关系； （3）回归方程中自变量的系数成为回归系数，回归系数有正负号，正好表明回归方程配合的是一 条上升的直线，负号表明回归方程配合的是一条下降直线；

2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载

2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载

2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。

主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。

为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。

本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。

计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。

5第五章CCD产品简介解析

5第五章CCD产品简介解析

TCD1702C
TCD1703C TCD2901D TCD2557D μPD8861 TCD1304AP
黑白
黑白 彩色 彩色 彩色 黑白
7500
7500 10550 5340 5400 3648
7× 7× 7
7× 7× 7 4× 4× 4 7× 7× 7 5.25×5.25×5.25 200×8×8
500 4600 1700
单路 单路 单路
TOSHIBA NEC TOSHIBA
高速尺寸、振动测量 尺寸、振动测量 尺寸测量
TCD1206SUP
TCD1208P TCD1209D μPD3734D TCD1251UD TCD2252D TCD132D TCD1500C TCD1501D
黑白
黑白 黑白 黑白 黑白 彩色 黑白 黑白 黑白
1 典型单沟道线阵CCD(TCD1209D)
TCD1209D是只有一个转移栅和一个模拟移位寄存器的单沟 道型线阵器件
TCD1209D的基本结构
TCD1209D 为典型的二相单沟道型线阵 CCD 图像传感器，
其基本结构、工作原理及驱动电路等都具有典型性。
结构组成：Photo Diode/转移栅/CCD模拟移位寄存器/输出单元 每个光敏单元尺寸14×14um，相邻两光敏单元中心距14um， 光敏单元总长度28.672mm（2048×14um）
750 2000 2000 3800 1600 1500 3000 3000
单路
单路 单路 单路 单路 RGB三路 单路 单路 单路
2
2 20 5 3 4 2 8 12
41.6×9.65
41.6×9.65 41.6×9.65 44×9.25 41.6×9.65 41.6×9.65 41.6×9.65 53.6×9.65 53.6×9.65

《计算机控制及网络技术》-第5章 计算机控制系统间接设计法

《计算机控制及网络技术》-第5章 计算机控制系统间接设计法
第五章 计算机控制系统的间接设计法
1. 离散与连续等效设计的基本步骤
2.离散与连续等效设计方法 3.数字PID控制器设计 4.改进的数字PID控制算法 5.数字PID控制器的参数整定
1离散与连续等效设计的基本步骤
s
连续域－离散化设计是先在连续域（ 平面）上进 行控制系统的分析、设计，得到满足性能指标的连续控 制系统，然后再离散化，得到与连续系统指标相接近的 计算机控制系统。下面具体说明设计步骤：
D( s)
Y ( s)
这里的采样保持器是一个虚拟的数字模型，而不是实际 硬件。由于这种方法加入了零阶保持器，对变换所得的 离散滤波器会带来相移，当采样频率较低时，应进行补 偿。零阶保持器的加入，虽然保持了阶跃响应和稳态增 益不变的特性，但未从根本上改变Z变换的性质。
阶跃响应不变法
阶跃响应不变法的特点如下： 若 D( s )稳定，则相应的 D( z )也稳定； D( z ) 和 D( s ) 的阶跃响应序列相同；
零、极点匹配z变换
6、零、极点匹配z变换法 所谓零、极点匹配z变换法，就是按照一定的规则 把的 G ( s ) 零点映射到离散滤波器 D( z ) 的零点，把G ( s )的 极点映射到 D( z )的极点。极点的变换同z变换相同，零 点的变换添加了新的规则。 设连续传递函数
G ( s的分母和分子分别为n阶和m阶，称 )
sT
G ( s ) 所有的在 点。
s 处的零点变换成在
z 1 处的零
如需 D( z ) 要的脉冲响应具有一单位延迟，则 D( z ) 分子 的零点数应比分母的极点数少1。
要保证变换前后的增益不变，还需进行增益匹配。
零、极点匹配z变换
例5.2

电力系统调度自动化--ppt课件全文编辑修改

电力系统调度自动化--ppt课件全文编辑修改

与调度通信 MODEM
打
印 键盘/显 屏幕显
机
示器
示器
RAM ROM 接口
接口 接口
接口
CPU
总线
接口
接口
接口
接口
接口
接口
A/D 模拟量
输入
状态量 输入
数字量 脉冲量 数字量
输入
输入
输出
D/A 模拟量
输出
模拟量 信号
状态量 信号
数字量 脉冲量
信号
信号
遥控 输出
ppt课件
单CPU结构RTU基本框图
遥调 输出
第五章 电力系统调度自动化
ppt课件
1
第五章 电力系统调度自动化
学习目的：
通过本章学习，掌握电力系统调度自动化的结构，掌 握调度自动化各部分的功能以及实现方法；了解电力系 统远动通信的原理及其实现。
重点：
电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现； 电力系统远动通信的原理及实现。
难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。
ppt课件
2
第五章 电力系统调度自动化
回顾：
1、电力系统调度的任务
控制整个电力系统的运行方式。
（1）保证供电的 质量优良 （2） 保证系统运行的经济性 （3） 保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能
力的运行方式。 （4）保证提供强有力的事故处理措施 2、电力系统调度自动化的任务
综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系 统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。
（3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（20世纪80年代）
随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA／EMS技

第一章数据采集与处理

第一章数据采集与处理

多 路 模 拟 开 关
S/H
A/D
计算机 系统
微型计算机数据采集系统的特点
• 系统结构简单，技术上容易实现，能够满足中、 小规模数据采集的要求。 • 微型计算机对环境的要求不是很高，能够在比较 恶劣的环境下工作。
• 微型计算机的价格低廉，降低了数据采集系统的 成本。
• 微型计算机数据采集系统可作为集散型数据采集 系统的一个基本组成部分。 • 微型计算机的各种I/O模板及软件都比较齐全，很 容易构成系统，便于使用和维修。
• • • •
屏幕显示 数据存储 打印输出 人机联系
§1.3 数据采集系统的结构形式
§1.3.1 微型计算机数据采集系统
微型计算机数据采集系统是由传感器、模拟多路开关、程控放 大器、采样／保持器、Ａ／Ｄ转换器、计算机及外设等部分 组成
§1.3.2 集散型数据采集系统
集散型数据采集系统是计算机网络技术的产物，它由若干个 “数据采集站”和一台上位机及通信接口、通信线路组成。
§1.1 数据采集的意义、任务及基本概念
数据采集：指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成 数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。 相应的系统称为数据采集系统。 数据采集的意义：在生产过程中，应用这一系统可对生产现场 的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成 本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得 大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具。总之，不 论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就 越高，取得的经济效益就越大。 数据采集的任务：数据采集系统的任务，具体地说，就是采集 传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然 后送入计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此 同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物 理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制 系统用来控制某些物理量。

第5章 过程通道


过程输入输出通道示意图
过程输入输出通道与CPU CPU交换的信息类型 三 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型
过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： CPU交换的信息类型有三种 数据信息： 1．数据信息：反映生产现场的参数及状态的信 它包括数字量、开关量和模拟量。 息，它包括数字量、开关量和模拟量。 2．状态信息：又叫协议信息，如应答信息、握手信 状态信息：又叫协议信息，如应答信息、 它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 3．控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等 控制信息： 信息，如三态门的打开和关闭、 信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动 等。 注意： 在过程输入输出通道中， 必须设置一个与CPU CPU联 注意 ： 在过程输入输出通道中 ， 必须设置一个与 CPU 联 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、采用保持器 2.1 概述 问题： 问题： 转换时， 模拟信号进行 A／D 转换时，从启动转换到 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 当输入信号频率较高时， 当输入信号频率较高时，会造成很大的转换 误差。 误差。
解决方法： 采用一种器件，在A／D转换时保持住输入 解决方法： 采用一种器件， 信号电平， 信号电平，在A／D转换结束后跟踪输入信 号的变化。 号的变化。 这种功能的器件就是采样／保持器。 这种功能的器件就是采样／保持器。
第五章 过程输入输出通道
第1节 过程通道的概念
一 过程通道的概念
计算机 r 给定值 控制器 D/A

第5章采样保持器ppt课件


从以上讨论可知：
采样／保持器是一种用逻辑电平控 制其工作状态的器件。
数据采集与处理
5
SDUT
5.2 采样／保持器的工作原理
它具有两个稳定的工作状态：
跟踪状态
在此期间它尽可能快地接收模拟输入 信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化， 一直到接到保持指令为止。
保持状态
对接收到保持指令前一瞬间的模拟输 入信号进行保持。
(5 3)
式中 I —— 保持电容CH的漏电流。
数据采集与处理
18
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
为了使保持状态的保持电压的变化率不超 过允许范围，须选用优质电容。
增加的值可使保持电压的变化率不大，但 将使跟踪的速度下降。
馈送
馈送— 指输入电压Ui的交流分量通过开 关K的寄生电容CS加到CH上，使 得Ui的变化引起输出电压UO的微 小变化。
数据采集与处理
19
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
CS
-
Ui
K
+ A2
UO
CH
图5.6 馈送的通路
交流分量引起的误差。
保持电容器CH↑，馈送↓，
但不利于采样频率的提高。
数据采集与处理
20
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
跟踪到保持的偏差
跟踪到保持的偏差—
跟踪最终值与建 立保持状态时的 保持值之间的偏 差电压。
为了量化的 准确，应在发出 保持指令后延迟 一段时间，再启 动A／D转换。
数据采集与处理
14
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
由于孔径时间的存在，而产生
孔径误差— 采样／保持器实际保持的 输出值与希望输出值之差。

微型计算机控制技术第二版课后习题答案独立整理版-潘新民

第二章6 采样-保持器有什么作用？说明保持电容大小对数据采集系统的影响。

答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。

保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

7 在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样-保持器，为什么？答：并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

8 采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？举出工业控制实例加以说明？9 A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？答：答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。

D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。

10 A/D转换器转换原理有几种？他们各有什么特点和用途？答：逐次逼近型，分辨率高，误差较低，转换速度快，应用十分广泛；双积分型：性能比较稳定，转换精度高，抗干扰能力强，电路较简单，工作速度低，多用于对转换精度要求较高，对转换速度要不高的场合，如数字电压表等检测仪器中，用的十分普遍。

并联比较型：转换速度快，精度高，但使用的比较器和触发器多，适用于速度高，精度要求不高的场合。

11 说明逐次逼近型A/D转换器的转换原理。

答：开始转换以后，时钟信号首先将寄存器的最高有效位置为1，使输出数字为100…0，这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压U0，送到比较器中并与比较电压U1比较，若U0>U1,将高位的1清除；若U0<U1，将最高位保留。

计算机控制系统—采样保持器


—计算机控制系统—
例如，一个12位的A/D转换器，孔径时间100μs，基
准电源为10.24V，量化误差为LSB/2所代表的电压信号，
即
1 10.24
U
ห้องสมุดไป่ตู้
1.25(mV)
2 212
则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为：
f max

U
U m 2t A/ D

1.25 103
5 2 100106
—计算机控制系统—
计算机控制生产现场的控制通道也有两个，即 模拟量输出通道及数字量输出通道。
计算机输出的控制信号是以数字形式给出的。 有的执行元件如连续调节阀要求提供模拟的电流或 电压，故应采用模拟量输出通道来实现；有的执行 元件如电磁开关只要求提供数字量（或开关量）， 故应采用数字量输出通道。
—计算机控制系统—
—计算机控制系统—
• 2.多路模拟量输入通道的结构 (1)多通道并联输入 多通道并联输入由若干个单路模拟 量输入通道组成。
• (2)多通道共用A/D转换器件形成 • 多路开关的作用是能按要求切换模拟量输入信号，确
保其中的某一路引入A/D转换器。
—计算机控制系统—
模拟量输入通道一般由信号处理器、多路转换器(多路 开关)、放大器、采样—保持器(S/H)和A／D转换器组成。
过程报警信号、操作人员请求信号等
对执行器进行控制，显示、记录等
对执行器进行控制，灯显示、报警显示等
5.1 模拟量输入通道
—计算机控制系统—
模拟量输入通道的任务是，把从控制对象检测 得到的模拟信号，变换成二进制数字信号，经接口 送入计算机。
2020/2/2
7
—计算机控制系统—
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  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
采样保持器是一种用逻辑电平控制其工 作状态的器件，它有两个稳定状态：
跟踪状态 保持状态
采样保持器的作用
“稳定”快速变化的输入信号，以利于减少 采样误差 储存模拟多路开关输出的模拟信号，有利于 提高多路信号采集速率
影响采样保持器精度的因素
电容的电容值
电容值过大，时间常数大，对高频信号的跟 踪能力差
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
系统采集速率与A/D转换器的转换时间和 位数之间有什么关系？ 采样保持器在系统采集与A/D转换之间有 什么样的作用？ 如何通过A/D的技术指标和（或）采样保 持器的性能指标来估算系统采集的最高 速率？
A/D转换时间与系统采集速率的关系
dU i dt 1 U m cos t 在过零处 2
5.6 采样/保持器使用中应注意的问题
采样/保持器的保持电压下降率决定了在A/D 转换期间加到A/D转换器输入端的电压的稳定 程度。 为了保证数据采集精度，应在A/D转换时间 tCONV内，采样/保持器的保持电压下降不能超过 1/2LSB，即 dU 1 LSB
dt 2 tCONV
再根据漏电流的大小来核定CH是否合适
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
孔径时间tAP
是指保持指令给出 瞬间到模拟开关有 效切断所经历的时 间。 由于孔径时间的存 在，采样保持器实 际保持的输出值与 希望的输出值之间 存在一定的误差， 该误差称为孔径误 差
U
模拟输入信号
孔 实际的输出 径 误 差
ΔtAP tST t1 t2 tAC tAP
漏电流
漏电流影响电压的保持
负载的阻抗
阻抗太小也会引起保持信号电平的变化
减小影响因素的措施
输入输出缓冲，减少信号源的输出阻抗， 增加负载的输入阻抗 选择适当的电容值，保证时间常数适中 选用泄漏小的电容
5.3.1 采样/保持器的类型
采样保持器按结构可以分为两种类型： 串联型和反馈型
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
捕捉时间tAC
是指当采样保持器从保持状态转到跟踪状态 时，采样保持器的输出从保持状态的值变到 当前的输入值所需的时间 捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的 提高有影响 产品手册上给出的捕捉时间通常是指采样保 持器在输出为－FSR，而保持结束时输入已 变至＋FSR情况下的捕捉时间
CS 模拟输入信号Ui K CH 模拟地 UC A UO
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
跟踪到保持的偏差
指跟踪最终值与建立保持时的保持值之间的 偏差电压 这种偏差是电荷转换误差补偿后剩余的误差， 与输入信号有关，是不可预估的误差
电荷转移偏差
这种偏差是在保持状态时，电荷通过寄生电 容转移到保持电容器上引起的，可通过加大 保持电容容量来克服
f max
1 n 2 tCONV
若限定为1/2LSB，则最高频率为
f max
1 n 1 2 tCONV
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
例5.1 已知A/D转换器的型号为AD0804，其转 换时间tCONV＝100μs(时钟频率为640kHz)，位 数n＝8，允许信号变化为1/2 LSB，计算系统可 采集的最高信号频率 本题属于用AD转换时间和位数估算可采集的 信号最高频率的类型
Δt不再是A/D的转换时间，而是采样保持器 的孔径时间 1 f max n 1LSB要求时 1/2LSB要求时
f max
2 t AP 1 n 1 2 t AP
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
例5.2 用采样保持器芯片AD582和A/D转 换器芯片ADC0804组成一个采集系统。 已知AD582的孔径时间tAP＝50ns， ADC0804的转换时间tCONV＝100 μs（时 钟频率为640kHz），计算系统可采集的 最高信号频率 Fmax＝12.44 kHz
A
UO
5.2 采样/保持器的工作原理
模 拟 输 入
采 样 输 出 控 制 信 号
t1时刻之前，开关闭 合，模拟信号对电容 进行充电，电容电压 随模拟信号电压变化， 跟踪期； t1时刻，开关断开， 电容电压为断开瞬间 的模拟信号电压，保 持期；
t1 t2 t3 t4
5.2 采样/保持器的工作原理
串联型采样保持器的结构
UK
－ － ＋
Ui
＋
A1
A2
UO
K
CH
优点：结构简单 缺点：失调电压为两个运放失调电压之和， 影响采集精度，跟踪速度较低
5.3.1 采样/保持器的类型
反馈型采样保持器
R K2 K1 eOS2
－ ＋ ＋
－
Ui
－
＋
＋
A1
－
A2
UO
eOS1 UK
CH
采样精度高于串联型 跟踪速度较快
5.6 采样/保持器使用中应注意的问题
采样/保持器的捕捉时间tAC
与规定的误差范围有关 与保持电容CH的大小有关 应该与A/D转换器的分辨率配合
思路：
A/D转换器的分辨率一定程度上约束了规定 的误差范围，而不同的误差范围与保持电容 的大小一起又进一步的约束了捕捉时间
当保持电容一定时，则决定了捕捉时间 当要求捕捉时间时，则影响到保持电容大小
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
系统可处理的最高输入信号频率
f max 1 2(t AC tCONV t AP )
式中： t AC — 采样保持器的捕捉时间； t AP — 采样保持器的最大孔径时间（包括抖动时间） tCONV — A / D转换器的转换时间。5.4 系统采集率与采样保持器的关系保持
跟踪
希望的输出
保持
0
t
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
孔径不定ΔtAP
指孔径时间的变化范围 孔径时间体现的是采样时刻的延迟，而孔径 不定是对这个延迟的变化的描述 孔径时间从理论上说可以用改变采样时刻的 方式消除，而孔径不定则会对采样的精度及 频率产生影响 孔径时间是对具体的一次采样个体的描述， 而孔径不定则是对孔径时间的一个总体上的 描述
提高A/D转换器的转换速度，减小转换时间 通过某种器件将某时刻的模拟信号保持住， 然后再由A/D转换器进行转换
5.2 采样/保持器的工作原理
采样/保持器是一种具有信号输入、信号 输出以及由外部指令控制的模拟门电路， 主要由模拟开关、电容和缓冲放大器组 成，一般结构形式如图所示
K 模拟输入信号Ui CH 驱动信号 模拟地 UC
AD585
AD585应用
SMP04
SMP18
5.6 采样/保持器使用中应注意的问题
采样率与采样保持器的选用
对于使用采样保持器的数据采集系统，通常每次 数据采集都包括一次采样和一次A/D转换，因此， 采样保持器和A/D转换器各完成一次动作所需要的 时间之和应该小于采样周期
t AC t ST tCONV TS 1 1 fS TS t AC t ST tCONV
U
max
1 U m f U m 2 在转换时间tCONV内, 输入模拟信号电压最大变化可能为 U i tCONV dU i dt tCONV f U m
max
Um/2 0 t ΔU Δt
A/D转换时间与系统采集速率的关系
若限定在转换时间之内，正弦信号电压 的变化最大不超过1LSB，在Um＝FSR条 件下，数据采集系统可采集的信号最高 频率为
U I ( pA) (V / s) T C H ( pF )
5.6 采样/保持器使用中应注意的问题
采样保持器孔径时间tAP的选择
dU i 若设输入信号的最大变化率为 ，允许的孔径误差 dt max 1 小于 LSB，则所选采样 / 保持器的孔径时间t AP应满足 2 1 dU i t AP LSB 2 dt max 1 LSB 或t AP 2 dU i dt max
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
保持电压的下降
当采样保持器处在保持状态时，由于电容 的漏电流使保持电压值下降，下降的值随保 持时间的增大而增加，通常用保持电压的下 降率来表示
U I ( pA) (V / s) T C H ( pF )
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
馈送
在采样保持器处在保持状态时，保持电容上 的电压应与输入电压变化无关。但实际上由 于模拟开关存在寄生电容的缘故，输入电压 的交流分量将通过寄生电容而引起输出电压 的微小变化
数据采集与处理技术
第5章 采样/保持器
主要内容
采样/保持器的工作原理 采样保持器的类型和主要性能参数 系统采集速率与采样/保持器的关系 采样保持器使用中应注意的问题
5.1 概述
模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号 需要一定的转换时间 模拟信号在A/D转换器转换过程中要基本 保持不变，否则转换精度没有保证，尤 其在输入信号频率较高时，会造成很大 的转换误差 解决办法：
例5.3 用采样保持器芯片AD582和A/D转 换器芯片ADC0804组成一个采集系统。 已知AD582捕捉时间tAC＝6 μs，孔径时 间tAP＝50ns，ADC0804的转换时间tCONV ＝100 μs（时钟频率为640kHz），计算 系统可采集的最高信号频率
5.5 采样/保持器集成芯片
f max
1 1 n 1 81 6 2 tCONV 2 3.14 100 10 6.22 Hz
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
因为通常采样保持器的孔径时间远远小 于A/D转换器的转换时间，所以加上采样 保持器后的系统可采集的信号最高频率 要大于未加采样保持器的系统