1、 6. 信號轉換電路信號轉換電路劉建娟劉建娟 電氣工程學院測控系電氣工程學院測控系電子郵件：電子郵件：電話：電話：186237182572022-6-24模擬開關采樣保持電路電壓比較電路電壓頻率轉換電路6. 6. 信號轉換電路信號轉換電路電壓電流轉換電路6.1 模擬開關 模擬開關 模擬開關是在電路中用于實現模擬信號通與斷的電子開關器件，它的作用類似于機械式轉換開關，信號電流從輸入端流到輸出端，其信號傳送方向可以是雙向的。 除了模擬開關還有數字開關，它用于數據選擇器等數字電路，它僅適用于傳送邏輯電平。 要求信號通過模擬開關后，輸出電壓與輸入電壓基本相同，而通過數字開關后輸出信號可能與輸入信號相同

2、，也可能不同。6.1 模擬開關 6.1.1 6.1.1 模擬開關及其主要參數模擬開關及其主要參數 模擬開關通常有三個端子：控制端C、信號輸入端I及輸出端O。I/O可以互換的為“雙向開關”。 模擬開關主要參數： 導通電阻Ron：開關閉合時所呈現的電阻； 截止電阻Roff：開關斷開時所呈現的電阻； 電荷注入：與構成模擬開關的NMOS和PMOS管相伴的雜散電容引起的一種電荷變化，是開關過程中模擬開關的寄生電容失配及其對輸出信號完整性影響的函數； 延遲時間：控制信號改變時對應產生的輸出延遲時間，它包括開關導通延遲時間和開關截止延遲時間，由模擬開關的寄生電容所致。 常用的模擬開關元件包括二極管開關、雙極

3、性晶體管開關、結型場效應晶體管開關、MOS型場效應晶體管開關等。 用增強型MOSFET構成的電子模擬開關，盡管導通特性并不是最佳的，但由于其易于集成化、尺寸小、極間泄露電流非常小，在測控電路中仍得到了廣泛的應用。SBDGuiuoucRonuiO優點：優點：Roff1013 一、一、NN溝道溝道增強型增強型MOSFET開關電路開關電路 不足：不足：Ron隨隨ui增大而增大增大而增大 6.1.2 6.1.2 增強型增強型MOSFETMOSFET開關電路開關電路6.1 模擬開關 b）Ron- ui特性RonRon(C)Ron(N)Ron(P)uiOuGPuiuouGN+E-Ea）CMOS開關將將P溝

4、道與溝道與N溝道溝道MOSFET并聯并聯二、二、CMOSCMOS開關電路開關電路 6.1.26.1.2增強型增強型MOSFETMOSFET開關電路開關電路6.1 模擬開關 輸出輸出/輸入輸入ABC+E01234567輸入輸入/輸出輸出-E1-E2邏輯電平轉換電路邏輯電平轉換電路8選選1譯譯碼碼電電路路13141512152416111096873INH S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8巡回采樣：8路輸入、1路輸出 1路輸入、8路輸出6.1.3 6.1.3 模擬多路開關電路模擬多路開關電路6.1 模擬開關 采樣/保持（S/H）電路具有采集某一瞬間的模擬輸入信號，根據需要保持并輸出采

5、集的電壓數值的功能。在“采樣”狀態下，電路的輸出跟蹤模擬信號；轉為“保持”狀態后，電路的輸出保持采樣結束時刻的瞬時模擬輸入信號，直至進入下一次采樣狀態為止。 這種電路用于一切需要對輸入信號瞬時采樣和存儲的場合，如自動補償直流放大器的失調和漂移等；最常見的是應用于快速數據采集系統，以保持輸入信號在采樣過程中不變；當系統有多個模擬信號時，為了采得各通道同一時刻的信息時，則需用多個采樣保持器進行同時采樣。 采樣保持電路是一種時間上離散化電路。 6.2 采樣保持電路6.2 采樣保持電路6.2.1 6.2.1 基本原理基本原理采樣保持電路的基本組成：（1）模擬開關（2）模擬信號存儲電容（3）緩沖放大器

6、uoa）S/H電路原理電路原理- -+ + +N1- -+ + +uiSUCC6.2 采樣保持電路6.2.2 6.2.2 性能指標性能指標 采樣保持電路的主要性能指標：采樣保持電路的主要性能指標：捕捉時間捕捉時間T TACAC：當采樣：當采樣/ /保持電路從保保持電路從保持狀態轉到采樣狀態時，電路的輸持狀態轉到采樣狀態時，電路的輸出從保持值過渡到重新跟蹤輸入值出從保持值過渡到重新跟蹤輸入值所需的時間。跟蹤性能的標志。所需的時間。跟蹤性能的標志。孔徑時間孔徑時間T TAPAP：指從發出保持指令的：指從發出保持指令的時刻起，到開關真正斷開所需的時時刻起，到開關真正斷開所需的時間。間。 切斷能力的標

7、志。切斷能力的標志。下垂率下垂率：指由于存貯電容的電荷的泄：指由于存貯電容的電荷的泄漏所引起的輸出電壓的變化率。漏所引起的輸出電壓的變化率。 為提高實際電路的精度和速度，需為提高實際電路的精度和速度，需同時從同時從元件元件和和電路電路兩方面著手解決。兩方面著手解決。-1-1+1+1# #uiUoURuiURa）電壓比較器符號）電壓比較器符號b）電壓比較器特性）電壓比較器特性電壓比較器是一種電壓-開關信號轉換器。6.3 電壓比較電路2022-6-246.3.1 電平比較電路電平比較電路-1-1+1+1# #uiUoURuiURa）電壓比較器符號）電壓比較器符號b）電壓比較器特性）電壓比較器特性6

8、.3 電壓比較電路一、差動型電平比較電路2022-6-24 優點：閾值可變 缺點：振鈴現象12RRUUR URuiun電平比較器的電平比較器的“振鈴振鈴”現現象象Uo6.3.1 電平比較電路電平比較電路6.3 電壓比較電路二、求和型電平比較電路Uo-+uiUR1R2R求和型比較電路求和型比較電路2022-6-24不同方向變化不同閾值不同方向變化不同閾值a) 電路原理圖電路原理圖b) 傳輸特性傳輸特性uiUoU1OU2-1-1+1+1# #uiUoURRR2R1212oL211R1RRRURRRUU212oH211R2RRRURRRUU6.3.2 滯回比較電路滯回比較電路6.3 電壓比較電路20

9、22-6-24單方向多個閾值單方向多個閾值ui“1”“0”O UUR2UR1Uo-1-1+1+1# # & &-1-1+1+1# #uiVSR1RPR2Uo1Uo2UoUZN2N1UR2UR1E6.3.3 窗口比較電路窗口比較電路6.3 電壓比較電路2022-6-24定義：定義：V/f (V/f (電壓電壓/ /頻率頻率) )轉換器能把輸入信號電壓轉換成相轉換器能把輸入信號電壓轉換成相應的頻率信號，即它的輸出信號頻率與輸入信號電壓值成比應的頻率信號，即它的輸出信號頻率與輸入信號電壓值成比例，故又稱為電壓控制例，故又稱為電壓控制( (壓控壓控) )振蕩器振蕩器(VCO)(VCO)

10、。應用：應用：由于頻率信號抗干擾性好，便于隔離、遠距離傳輸，由于頻率信號抗干擾性好，便于隔離、遠距離傳輸，也 可 以 調 制 ， 因 此 ，也 可 以 調 制 ， 因 此 ， V / fV / f 在 調 頻 、 調 相 、 模在 調 頻 、 調 相 、 模 / / 數數轉換器、遠距離遙測遙控設備中得到非常廣泛的應用。轉換器、遠距離遙測遙控設備中得到非常廣泛的應用。指標：指標：額定工作頻率和動態范圍，靈敏度或變換系數，非額定工作頻率和動態范圍，靈敏度或變換系數，非線性誤差，靈敏度誤差和溫度系數等。線性誤差，靈敏度誤差和溫度系數等。6.4 電壓頻率轉換電路6.4.1 V/f轉換器轉換器2022-

11、6-24OU1U2uoT1T2tuCU2U1ttOOuP761Z6767RRUUURRRR 762Z6767RRUUURRRRiuUUCRT211121TTi2110)(11uUUCRTfV-+N2-ER3R4R5R6R7R8R9uCuPVS1VS2VS3uo-U-+N1R2uiR1C積分器積分器復原開關復原開關比較器比較器一、積分復原式V/f轉換電路 6.4 電壓頻率轉換電路6.4.1 V/f轉換器轉換器2022-6-2411itQ 0s01QIi tQ 0s11 tiItRtIuitIttf0si0s1011uot1tuCtOOt0uo- -+ + +N1- -+ + +N2SuiRIS單

12、穩單穩定時器定時器uCiURC（1）線性好；（）線性好；（2）易于集成）易于集成二、電荷平衡式V/f轉換電路 6.4 電壓頻率轉換電路6.4.1 V/f轉換器轉換器2022-6-24 許多頻率解調電路都屬于f/V 轉換電路6.4 電壓頻率轉換電路6.4.2 f/V轉換器轉換器R1- -+ + +NuoR2Rsisisii 1s1oRiiRu要求電流源is的內阻Rs必須很大， is需遠大于運算放大器偏置電流。一、 反相輸入型 6.5 電壓電流轉換電路6.5.1 I/V轉換器轉換器R2- -+ + +NuoR1R3R4iui321o1RRiRu二、同相輸入型 6.5 電壓電流轉換電路6.5.1 I/V轉換器轉換器Ub 要求：（1）輸出電流只與輸入電壓有關，與負載基本無關；（2）能夠輸出所需較大電流。RLuiio輸出電流不僅與輸入電壓有關，而且與負載有關不能輸