張國雄版測控電路PPTChapter6-4.

1、第六章第六章 信號轉換電路信號轉換電路第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路第二節(jié)第二節(jié) 電壓比較電路電壓比較電路第三節(jié)第三節(jié) 電壓頻率轉換電路電壓頻率轉換電路第四節(jié)第四節(jié) 電壓電流轉換電路電壓電流轉換電路從信息形態(tài)變化的觀點將各種轉換分為三種：從信息形態(tài)變化的觀點將各種轉換分為三種： 從自然界物理量到電量的轉換從自然界物理量到電量的轉換 電量之間的轉換電量之間的轉換 從電量到物理量的轉換從電量到物理量的轉換l信號轉換電路信號轉換電路用于將各類型的信號進行轉換。用于將各類型的信號進行轉換。使具有不同輸入、輸出的使具有不同輸入、輸出的部件部件可以聯用可以聯用l應考慮：應考慮： 轉換電路應具有線性

2、特性轉換電路應具有線性特性 阻抗的匹配阻抗的匹配第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路采樣采樣/ /保持電路：保持電路：l 具有采集某一瞬間的模擬輸入信號，并保持其值的具有采集某一瞬間的模擬輸入信號，并保持其值的功能功能l 在采樣狀態(tài)下：在采樣狀態(tài)下： 電路的輸出跟蹤輸入模擬信號電路的輸出跟蹤輸入模擬信號l 在保持狀態(tài)下：在保持狀態(tài)下： 電路的輸出保持采樣結束時刻的瞬時模擬輸入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(tài)為止信號，直至進入下一次采樣狀態(tài)為止l 一般應用：信號的采集，自動補償直流放大器的失一般應用：信號的采集，自動補償直流放大器的失調和漂移。瞬態(tài)變量的測量

3、等調和漂移。瞬態(tài)變量的測量等第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路一、基本原理一、基本原理組成：組成：1.模擬開關模擬開關2.模擬信號存儲電容模擬信號存儲電容3.緩沖放大器緩沖放大器 S Uc uo ui C - + + N1 - + + N2 Uc=1，S閉合：閉合：uo=ui,輸出跟隨輸出跟隨輸入變化。并向電容輸入變化。并向電容C充充電電Uc=0，S斷開：斷開：uo保持斷開瞬保持斷開瞬間的輸入信號間的輸入信號第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路 a) O t Ts ui ,uo O t uo f(t) fs(t) 第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路 ）為發(fā)出保持命令的時刻保持期(t0

4、 00tutuuii采樣期捕捉時間：從發(fā)出采樣指令的時刻起，直到輸出信號穩(wěn)定地跟蹤上輸入信號 為止，所需的時間定義為捕捉時間關斷時間：從發(fā)出保持指令地時刻起，直到輸出信號穩(wěn)定下來為止，所需的 時間定義為關斷時間。捕捉時間長，電路的跟蹤特性差捕捉時間長，電路的跟蹤特性差關斷時間長，電路的保持特性不好關斷時間長，電路的保持特性不好 -它們都限制了電路的工作速度它們都限制了電路的工作速度一、基本原理一、基本原理 輸入放大器輸入放大器N1： 具有優(yōu)良轉換速率和穩(wěn)定驅動電容負載能力具有優(yōu)良轉換速率和穩(wěn)定驅動電容負載能力 它對它對ui為高輸入阻抗，并為開關為高輸入阻抗，并為開關S和電容和電容C提供極低的輸

5、出電阻提供極低的輸出電阻 使電容使電容C在在S閉合時盡可能快速充電，及時跟蹤輸入閉合時盡可能快速充電，及時跟蹤輸入ui 輸出放大器輸出放大器N2，跟隨器跟隨器： 其輸入級由其輸入級由MOS場效應管組成，以得到極低的輸入偏置電流場效應管組成，以得到極低的輸入偏置電流 它以極高的輸入電阻使電容它以極高的輸入電阻使電容C和負載隔離，實現保持功能和負載隔離，實現保持功能 為了使所采集的信號能夠正確反映輸入模擬信號，除保證采樣為了使所采集的信號能夠正確反映輸入模擬信號，除保證采樣/保持器精保持器精度要求外，還必須符合采樣定理度要求外，還必須符合采樣定理 采樣過程：采樣過程： 當模擬信號當模擬信號ui=f

6、(t)通過一個受采樣脈沖信號通過一個受采樣脈沖信號fs(t)控制的開關電路時，控制的開關電路時，開關輸出端的信號是時間離散信號開關輸出端的信號是時間離散信號 不難看出，采樣脈沖的重復周期不難看出，采樣脈沖的重復周期Ts愈小，采樣時間間隔愈短，獲得愈小，采樣時間間隔愈短，獲得的離散信號亦愈多的離散信號亦愈多第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路l第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路采樣定理采樣定理 采樣頻率采樣頻率fs應大于模擬信號最高頻率應大于模擬信號最高頻率fmax的兩倍的兩倍一、基本原理一、基本原理l 對采樣保持電路的主要要求：對采樣保持電路的主要要求：精度精度速度速度l 為提高實際電路

7、的精度和速度，可從為提高實際電路的精度和速度，可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元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 輸入輸出緩沖器輸入輸出緩沖器 特別需注意的參數：特別需注意的參數：輸入偏置電流輸入偏置電流以以及及帶寬帶寬，上升速率上升速率和和最大輸出電流最大輸出電流等等性能參數性能參數 S Uc uo ui C - + + N1 - + + N2 元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 模擬開關模擬開關 模擬開關是一種在數字信號控制下將模擬信號模擬開關是一種在數字信號控制下將模擬信號接通或斷開的元件或電路接通或斷開的元件或電路 該開關由開關元件和控制該開關由開關

8、元件和控制(驅動驅動)電路兩部分組成電路兩部分組成控制電路開關元件元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 模擬開關的分類模擬開關的分類 按切換的對象分：按切換的對象分：電壓和電流開關電壓和電流開關電壓模擬開關的特點是：電壓模擬開關的特點是：當開關斷開時，跨于它當開關斷開時，跨于它兩端的電壓總與被換接的電壓兩端的電壓總與被換接的電壓Vx有關，而且通過有關，而且通過開關的電流則與負載開關的電流則與負載RL有關有關電流模擬開關的特點是：電流模擬開關的特點是：不管負載電阻不管負載電阻RL的大小的大小如何，流過開關的電流總是和被換接的電流如何，流過開關的電流總是和被換接的電流Ix相等，相等，而且換接

9、的電壓則由而且換接的電壓則由RL*Ix決定決定元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 模擬開關的分類模擬開關的分類 按切換對象使用元件：按切換對象使用元件：機械觸點式和電子式開關機械觸點式和電子式開關機械觸點式：機械觸點式：干簧繼電器，水銀繼電器及機械振子繼電器等干簧繼電器，水銀繼電器及機械振子繼電器等電子式開關：電子式開關：二極管、雙極性晶體管、場效應晶體管、光耦二極管、雙極性晶體管、場效應晶體管、光耦合器件及集成模擬開關等合器件及集成模擬開關等元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 模擬開關的性能參數模擬開關的性能參數靜態(tài)特性：靜態(tài)特性：主要指開關導通和斷開時輸入端與輸出端之間主要

10、指開關導通和斷開時輸入端與輸出端之間的電阻的電阻R Ronon和和R Roffoff, ,此外還有最大開關電壓、最此外還有最大開關電壓、最大開關電流和驅動功耗等大開關電流和驅動功耗等動態(tài)特性：動態(tài)特性：開關動作延遲時間，包括開關導通延遲時間開關動作延遲時間，包括開關導通延遲時間T Tonon和開關截止延遲時間和開關截止延遲時間T Toffoff通常通常T TononTToffoff理想模擬開關時理想模擬開關時T Tonon00，T Toffoff00元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 模擬開關的性能參數模擬開關的性能參數 為了得到高質量的采樣保持電路，場效應模擬為了得到高質量的采樣保持

11、電路，場效應模擬開關的速度應快，極間電容，夾斷電壓或開啟開關的速度應快，極間電容，夾斷電壓或開啟電壓，導通電阻和反向漏電流等參數都應小電壓，導通電阻和反向漏電流等參數都應小ID=0時的VGS值為場效應管的夾斷電壓VP, VGS=0時的ID值為場效應管的飽和漏極電流IDSSCD4051CD4051多路模擬開關多路模擬開關 0 2 3 5 6 7 輸入/輸出 A B C 輸出/輸入 +E -E1 -E2 邏輯電平轉換電路 8選1譯碼電路 13 14 15 12 1 5 2 4 16 11 10 9 6 8 7 INH S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 1 4 CD4051CD4051

12、多路模擬開關多路模擬開關元件性能的影響和要求元件性能的影響和要求l 存儲電容存儲電容 選用介質吸附效應小和泄漏電阻大的電容器，如聚苯乙烯，選用介質吸附效應小和泄漏電阻大的電容器，如聚苯乙烯，鉭電容和聚碳酸脂電容器等鉭電容和聚碳酸脂電容器等l 原因：原因：當電路從采樣轉到保持，介質的吸附效應會使電容器上當電路從采樣轉到保持，介質的吸附效應會使電容器上的電壓下降，被保持的電壓低于采樣轉保持瞬間的輸入的電壓下降，被保持的電壓低于采樣轉保持瞬間的輸入電壓電壓峰值檢波器復位時，電容放電，介質吸附效應會使放電峰值檢波器復位時，電容放電，介質吸附效應會使放電后的電容電壓回升，引起小信號峰值的檢波誤差后的電容

13、電壓回升，引起小信號峰值的檢波誤差電容器的泄漏電阻引起電容上的保持電壓隨時間逐漸減電容器的泄漏電阻引起電容上的保持電壓隨時間逐漸減小，降低保持精度小，降低保持精度什么是電容的吸附效應？什么是電容的吸附效應？l 在實際電容器中，電容器介質在實際電容器中，電容器介質的偶極子及其界面極化的形成的偶極子及其界面極化的形成和消失都不可能瞬時實現，往和消失都不可能瞬時實現，往往需要一定的時間，因而使電往需要一定的時間，因而使電介質常數隨信號頻率和環(huán)境溫介質常數隨信號頻率和環(huán)境溫度變化，不能似為常數度變化，不能似為常數l 實際電容器的仿真模型如右圖實際電容器的仿真模型如右圖所示，圖中所示，圖中C C為理想電

14、容值，為理想電容值，R R0 0為電容器的泄漏電阻，其余為電容器的泄漏電阻，其余的阻容網絡則為介質吸附效應的阻容網絡則為介質吸附效應的仿真的仿真1第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路(1)模擬開關漏電流的旁路模擬開關漏電流的旁路 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 通過通過減小模擬開關漏電流減小模擬開關漏電流對存儲電容的影響來提高保持精度對存儲電容的影響來提高保持精度V為主開關，為主開關，V1為隔離開關為隔離開關 當控制電壓當控制電壓Uc為高電平時為高電平時，V和和V1導通，電路處于采樣階段導通，電路處于采樣階段 當控制電壓當控制

15、電壓Uc為低電平時為低電平時，V和和V1關斷，電路處于保持階段關斷，電路處于保持階段 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 在保持狀態(tài)下在保持狀態(tài)下，V的漏電流通過的漏電流通過R流入運算放大器的輸出端。流入運算放大器的輸出端。由于該漏電流在由于該漏電流在R上形成的壓降很小，一般低于上形成的壓降很小，一般低于10mV，所以，所以V1的漏極與襯底間的電壓很小的漏極與襯底間的電壓很小 同樣，同樣，V1源極與襯底之間的電壓為運算放大器兩輸入端的電源極與襯底之間的電壓為運算放大器兩輸入端的電壓差壓差(即失調電壓即失調電壓)，也是很小的，也是很小的 在這種條件下，在這種條件下，V1的漏

16、電流大約減小兩個數量級的漏電流大約減小兩個數量級 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 可見采用可見采用V1后能將后能將V與存儲電容與存儲電容C隔離隔離 一方面使一方面使V的漏電流不流經存儲電容的漏電流不流經存儲電容 另一方面又有效地降低了另一方面又有效地降低了V1的漏電流，從而提高了存儲電容的漏電流，從而提高了存儲電容的保持精度的保持精度 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路(2)(2)電容校正方法電容校正方法應用應用補償電容補償電容C1C1來減小開關漏電流及運算放大器偏來減小開關漏電流及運算放大器偏置電流的影

17、響置電流的影響 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路l 當當Uc為高電平時：為高電平時： V VD1D1使使V V1 1的的U UGS1GS1UP1(UP1(夾斷電壓夾斷電壓) )，開關，開關V1V1斷開斷開這時這時VD2VD2反偏使反偏使V V的的U UGSGS=OV=OV，開關，開關V V導通導通，從而使，從而使V2V2也導通也導通，導通電阻分別為，導通電阻分別為RonRon和和Ron2Ron2， 電路處于電路處于采樣狀態(tài)，等效電路如圖。采樣狀態(tài)，等效電路如圖。 uo ui

18、 C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路l 當當Uc為高電平時：為高電平時： C uo - + + N2 - + + N1 ui C1 Ron2 Ron N1、N2和和R1構成負反饋電路，構成負反饋電路，N2用作跟隨器，使用作跟隨器，使uo=ui由于主模擬開關由于主模擬開關V處于閉環(huán)回路中，所以其導通電阻處于閉環(huán)回路中，所以其導通電阻Ron以以及及N2的失調和漂移對精度的影響均大大地削弱?？梢婋娐酚械氖д{和漂移對精度的影響均大大地削弱。可見電路有很高的采樣精度很高的采樣精度存儲電容存儲電容C

19、和反饋校正電容和反饋校正電容C1都引入時間常數，限制了電路都引入時間常數，限制了電路的工作速度的工作速度等效電路如圖等效電路如圖 V，V2導通導通 采樣狀態(tài)采樣狀態(tài)R1二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路l 當當Uc為低電平時：為低電平時： V和和V2截止，截止，V1導通，電路處于導通，電路處于保持狀態(tài)保持狀態(tài)，等效，等效電路如圖所示電路如圖所示 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采樣保持實用電路二、采樣保持實用電路l 當當Uc為低電平時：為低電平時： C uo - + + N2 - + + N1 ui R

20、1 C1 Ron1 等效電路等效電路 V1導通使導通使N1繼續(xù)處于負反饋閉環(huán)狀態(tài)，避免繼續(xù)處于負反饋閉環(huán)狀態(tài)，避免N1處于開環(huán)而處于開環(huán)而進入深度飽和狀態(tài)，以縮短進入深度飽和狀態(tài)，以縮短S/H電路從保持狀態(tài)到采樣狀態(tài)電路從保持狀態(tài)到采樣狀態(tài)的過渡時間的過渡時間 由于由于V和和V2為對稱管，兩管的泄漏電流值相等，且反饋補償為對稱管，兩管的泄漏電流值相等，且反饋補償電容電容C1=C，因而開關管泄漏電流、，因而開關管泄漏電流、N2的偏置電流將在的偏置電流將在C1、C上產生數值相同的電壓變化量，而且兩電容電壓的變化對上產生數值相同的電壓變化量，而且兩電容電壓的變化對輸出電壓輸出電壓uo的影響剛好相反，

21、互相抵消，使輸出電壓基本的影響剛好相反，互相抵消，使輸出電壓基本不變不變 采用補償電容措施，大約使保持精度提高一個數量級采用補償電容措施，大約使保持精度提高一個數量級(3)高速高速S/H電路電路l 用開環(huán)式采樣用開環(huán)式采樣/保持電路方案，選用高速元件，并通保持電路方案，選用高速元件，并通過擴增驅動電流來減小存儲電容的充電時間過擴增驅動電流來減小存儲電容的充電時間 - + + N1 - + + N2 Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 (3)高速高速S/H電路電路l 在采樣期間，在采樣期間，UcUc為正，為正，V V與與V2V2導通，導通，V1V1截止截止l V2V

22、2的導通將使的導通將使V V和和C C置于置于N1N1的閉的閉環(huán)回路中，環(huán)回路中，C C上的電壓將等于上的電壓將等于輸入電壓而不受輸入電壓而不受V V的導通電阻的導通電阻的影響的影響 - + + N1 - + + N2 Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 l 另外，由于另外，由于N1N1反相端的偏置電流和反相端的偏置電流和V1V1的漏電流都很小的漏電流都很小V2導通電阻的壓導通電阻的壓降極小，故其影響可以略去不計，所以降極小，故其影響可以略去不計，所以C上的電壓仍能非常精確地等上的電壓仍能非常精確地等于于N1反相端的電壓反相端的電壓l 但與圖但與圖6-1-10相比

23、，由于相比，由于N2未在反饋回路中，雖然未在反饋回路中，雖然N2使電路工作速度使電路工作速度得以提高，但它的漂移和共模誤差在采樣期間得不到校正，會使采樣得以提高，但它的漂移和共模誤差在采樣期間得不到校正，會使采樣誤差增大誤差增大l 在保持期，在保持期，V、V2截止。除了截止。除了V外，外，V2也將產生漏電流。所以保持精也將產生漏電流。所以保持精度也比圖度也比圖6-1-10的差的差l 由此可見，這個電路的速度提高是靠犧牲精度換來的由此可見，這個電路的速度提高是靠犧牲精度換來的(4)集成采樣集成采樣-保持電路保持電路AD582 & 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

24、?/ /# 模擬量輸入 狀態(tài) AD571 偏移調節(jié) C +5V AD582 uo ui - + + N1 - + + N2 Uc S DG # 失調調零(4)集成采樣集成采樣-保持電路保持電路AD582l 兩級運算放大器兩級運算放大器N N1 1和和N N2 2，模擬開關，模擬開關S S，門控制電路，門控制電路D DG Gl 應用時，引腳應用時，引腳3 3和和4 4之間外接之間外接1OOk1OOk電位器用以失調調零電位器用以失調調零l 引腳引腳6 6外接保持電容外接保持電容C C: :0.0010.0010.01uf0.01uf，其大小與采樣頻率和，其大小與采樣頻率和精度有關精度有關l 引腳引

25、腳1212輸入控制信號輸入控制信號U Uc cl 圖中，圖中，AD582AD582的采樣的采樣- -保持輸出信號送入保持輸出信號送入A/DA/D轉換器轉換器AD571AD571的模的模擬量輸入端，擬量輸入端，AD571AD571的狀態(tài)輸出端與的狀態(tài)輸出端與AD582AD582的控制信號輸入端的控制信號輸入端相連接。相連接。A/DA/D轉換器啟動后，狀態(tài)輸出端為低電平，控制轉換器啟動后，狀態(tài)輸出端為低電平，控制AD582AD582內的開關內的開關S S斷開，斷開，AD582AD582處于保持狀態(tài)，當處于保持狀態(tài)，當A/DA/D轉換器對轉換器對模擬輸入量的轉換過程結束時，狀態(tài)輸出端立即變?yōu)楦唠娖剑?/p>

26、模擬輸入量的轉換過程結束時，狀態(tài)輸出端立即變?yōu)楦唠娖剑故笰D582AD582內的開關內的開關S S閉合，使之又處于采樣狀態(tài)閉合，使之又處于采樣狀態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 電壓比較電路電壓比較電路l模擬電壓比較電路是用來鑒別和比較兩個模擬輸入電壓大模擬電壓比較電路是用來鑒別和比較兩個模擬輸入電壓大小的電路小的電路l比較器的輸出反映兩個輸入量之間相對大小的關系，比較器的輸出反映兩個輸入量之間相對大小的關系， 其其符號和理想比較器特性如圖符號和理想比較器特性如圖l當當uiUR時，比較器輸出邏輯時，比較器輸出邏輯0電平電平l當當ui=UR時，是輸出發(fā)生變化的臨界點時，是輸出發(fā)生變化的臨界點l可用器件可用器件(

27、1)通用運放通用運放(2)專用比較器專用比較器比較器用通用運算放大器和專用集成比較器的區(qū)別？比較器用通用運算放大器和專用集成比較器的區(qū)別？(1)(1)比較器的一個重要指標是它的比較器的一個重要指標是它的響應時間響應時間，它一般低于，它一般低于10-10-20ns20ns。響應時間響應時間與與放大器的上升速率和增益放大器的上升速率和增益- -帶寬積帶寬積有關有關因此，必須選用這兩項指標都高的運算放大器作比較器，因此，必須選用這兩項指標都高的運算放大器作比較器，并在應用中減小甚至不用相位補償電容，以便充分利用通并在應用中減小甚至不用相位補償電容，以便充分利用通用運算放大器本身的帶寬來提高響應速度用

28、運算放大器本身的帶寬來提高響應速度 (2)(2)當在比較器后面連接數字電路時，專用集成比較器無需當在比較器后面連接數字電路時，專用集成比較器無需添加任何元器件，就可以直接連接，但對通用運算放大器添加任何元器件，就可以直接連接，但對通用運算放大器而言，必須對輸出電壓采取嵌位措施，使它的高，低輸出而言，必須對輸出電壓采取嵌位措施，使它的高，低輸出電位滿足數字電路邏輯電平的要求電位滿足數字電路邏輯電平的要求一、電平比較電路一、電平比較電路1、差動型電平比較電路、差動型電平比較電路門限電平門限電平UR也稱基準電也稱基準電 壓壓當當UR=0時，時， 稱過零比較電路，又稱稱過零比較電路，又稱鑒零器鑒零器

29、-1 +1 # ui Uo UR uiUR a) b) 一、電平比較電路一、電平比較電路1、差動型電平比較電路、差動型電平比較電路 門限電平門限電平U UR R接至比較器的一個輸入端接至比較器的一個輸入端 待比較的輸入電壓接比較器的另一個輸入端待比較的輸入電壓接比較器的另一個輸入端 若將若將U UR R與與u ui i對調，則傳輸特性相反對調，則傳輸特性相反 由于比較器本身有失調電壓由于比較器本身有失調電壓u uosos 若要比較電路檢測毫伏級的微弱信號，必須根若要比較電路檢測毫伏級的微弱信號，必須根據據u uosos的極性，事先在的極性，事先在U UR R中消除這個中消除這個u uosos值

30、值 當當U UR R=O=O時，稱過零比較電路，又稱鑒零器時，稱過零比較電路，又稱鑒零器2、求和型電平比較電路、求和型電平比較電路輸入電壓輸入電壓u ui i和和U UR R均加在運算放大器的反相端均加在運算放大器的反相端因相加點因相加點的電位始終接近于零電位，所以不會的電位始終接近于零電位，所以不會造成共模誤差造成共模誤差 - + + ui Uo U R1 R2 R 門限電平門限電平UR為為:URRUR21 a)2、求和型電平比較電路、求和型電平比較電路電路特點：電路特點：l門限電壓不僅與門限電壓不僅與U有關，有關，而且與電阻而且與電阻R1與與R2的比值有關，的比值有關，門限電壓選擇靈活門限

31、電壓選擇靈活 l輸出的高、低電平分別為運算放輸出的高、低電平分別為運算放大器的正、負飽和電位大器的正、負飽和電位 l加入箝位電路，可輸出所要求的邏輯電平加入箝位電路，可輸出所要求的邏輯電平 l對于緩慢變化的輸入信號，當其接近于門限電平時，疊加對于緩慢變化的輸入信號，當其接近于門限電平時，疊加在它上的干擾信號在它上的干擾信號un會使比較器產生誤翻轉，會使比較器產生誤翻轉，“振鈴振鈴”現現象，象，如圖如圖l為克服比較器的為克服比較器的振鈴振鈴現象，可采用滯回比較路現象，可采用滯回比較路 - + + ui Uo U R1 R2 R UR ui un M N P Q Uo 2、求和型電平比較電路、求和

32、型電平比較電路二、滯回比較電路二、滯回比較電路從電路的輸出端至運算放大器同相輸入端之間引入一從電路的輸出端至運算放大器同相輸入端之間引入一個正反饋，個正反饋， 就構成滯回比較器就構成滯回比較器 ui Uo U1 O U2 -1 +1 # ui Uo UR R R2 R1 a)b)二、滯回比較電路二、滯回比較電路l 設比較器輸出高電平、低電平設比較器輸出高電平、低電平U UoHoH、U UoLoLl 兩個門限電壓兩個門限電壓U U1 1( (U Ui i下降下降) )和和U U2 2( (U Ui i上升上升) )分別為分別為: :21221122122111RRRURRRUURRRURRRUU

33、oHRoLR l U1U1和和U2U2的差值的差值UU稱為滯后電平，其值為：稱為滯后電平，其值為：)(21212oLoHUURRRUUU -1 +1 # ui Uo UR R R2 R1 ui Uo U1 O U2 二、滯回比較電路二、滯回比較電路l滯后電壓可用滯后電壓可用R1或或R2來調節(jié)來調節(jié)l合理選擇其大小，使之稍大于預計的干擾信號，就可消除合理選擇其大小，使之稍大于預計的干擾信號，就可消除上述上述“振鈴振鈴”現象，從而大大提高抗干擾能力現象，從而大大提高抗干擾能力l但加寬輸入轉換區(qū)，就不可能規(guī)定很窄的比較電平，使檢但加寬輸入轉換區(qū)，就不可能規(guī)定很窄的比較電平，使檢測誤差加大，所以測誤差

34、加大，所以U不宜取得過大不宜取得過大l滯回比較器也常用于：滯回比較器也常用于：把積分延時波形變換成快速上升方波，或把慢速變化把積分延時波形變換成快速上升方波，或把慢速變化(如如正弦波等正弦波等)信號整形為快速變化的脈沖性方波，信號整形為快速變化的脈沖性方波， 有時為有時為了消除過渡電平中干擾的影響，也用它作整形電路了消除過渡電平中干擾的影響，也用它作整形電路三、窗口比較電路三、窗口比較電路判斷判斷ui是否在兩個電平之間，需采用窗口比較電路是否在兩個電平之間，需采用窗口比較電路 -1 +1 # & -1 +1 # ui VS E R1 RP R2 Uo1 Uo2 Uo UZ N2 N1 UR2

35、UR1 “1” “0” O U UR2 UR1 ui Uo 下限比較器下限比較器上限比較器上限比較器三、窗口比較電路三、窗口比較電路l它由兩個電壓比較器和一個它由兩個電壓比較器和一個與非門與非門構構成成圖中，電源圖中，電源E和穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓管Vs及電阻及電阻R1、R2和和Rp構成基準電壓電路構成基準電壓電路l下限比較器下限比較器N2反相輸入端的基準電壓反相輸入端的基準電壓為為:UR2=E-Uzl上限比較器上限比較器N1同相輸入端的基準電壓同相輸入端的基準電壓為為:UR1=UzRp/(R1+Rp)+UR2=KUz+UR2當當uiUR2時時:U01=1, U02=0， 則則U0=1當當UR2uiUR

36、1時時:U01=0, U02=1， 則則U0=1窗口的位置由窗口的位置由UR1、UR2決定決定窗口的窗口的 寬度寬度:U=UR1-UR2=KUZ，取決于取決于R1和和Rp的分壓系數的分壓系數K -1 +1 # & -1 +1 # ui VS E R1 RP R2 Uo1 Uo2 Uo UZ N2 N1 UR2 UR1 UO1UO2 UouiUR1011UR2uiUR1110第三節(jié)第三節(jié) 電壓頻率轉換電路電壓頻率轉換電路一、一、V/f V/f 轉換器轉換器l 能把輸入信號電壓轉換成相應的頻率信號，輸出能把輸入信號電壓轉換成相應的頻率信號，輸出信號頻率與輸入信號電壓值成比例，故又稱為電信號頻率與輸

37、入信號電壓值成比例，故又稱為電壓控制壓控制( (壓控壓控) )振蕩器振蕩器(VCO)(VCO)l 應用：應用：在調頻，鎖相和在調頻，鎖相和A/DA/D變換等許多技術領域得到變換等許多技術領域得到非常廣泛的應用非常廣泛的應用1、用通用運放組成、用通用運放組成V/f轉換電路轉換電路l 電路主要包括積分器、比較器和積分復原開關等電路主要包括積分器、比較器和積分復原開關等 -U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo 1、用通用運放組成、用通用運放組成V/f轉換電路轉換電路l 由由N2、R5

38、-R8組成的滯回比較器組成的滯回比較器的正相輸入端兩個門限電平為：的正相輸入端兩個門限電平為： 76676727667671RRRURRRUURRRURRRUUZZ Uz:輸出限幅電壓，其大小由穩(wěn)壓輸出限幅電壓，其大小由穩(wěn)壓管管VS2和和VS3的穩(wěn)壓值所決定的穩(wěn)壓值所決定 -U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo Uzl N1N1組成的積分器輸出組成的積分器輸出u uc c為零為零由比較器特性可知由比較器特性可知, ,此時此時: :比較器輸出比較器輸出u uo o為負向限幅電壓為

39、負向限幅電壓 -Uz-Uz開關管開關管V V截止，比較器同相端電壓截止，比較器同相端電壓u up p為負向門限電平為負向門限電平U U2 2 -U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo l 積分器輸出電壓積分器輸出電壓u uc c負向增加，負向增加，u uc cU)所示電路可以用來作微電流放所示電路可以用來作微電流放大器。由于運算放大器的開環(huán)輸入電阻大器。由于運算放大器的開環(huán)輸入電阻不是無窮大而是一個有限值，它本身的不是無窮大而是一個有限值，它本身的輸入偏置電流輸入偏置電流Ib不為

40、零，所以總是有誤不為零，所以總是有誤差存在差存在一、一、I/V轉換器轉換器l 因此為了獲得高精度的微電流放大器，必須選用開因此為了獲得高精度的微電流放大器，必須選用開環(huán)輸入電阻高、環(huán)輸入電阻高、Ib小的場效應晶體管輸入型運算放小的場效應晶體管輸入型運算放大器。但這種運算放大器的大器。但這種運算放大器的Ib隨溫度上升而成倍增隨溫度上升而成倍增加加l采用采用T T形網絡電路組形網絡電路組成的微電流放大電路成的微電流放大電路有時也能取得較好的有時也能取得較好的效果，效果， 以反相輸入型以反相輸入型為例，其原理如圖為例，其原理如圖一、一、I/V轉換器轉換器由上式可知，由上式可知， 可以采用較小的可以采用較小的R1和和R3的阻值，的阻值，仍能滿足一定放大倍數的要求仍能滿足一定放大倍數的要求l在理想情況下有在理想情況下有: 二、二、 V/I轉換器轉換器 l V/I轉換器不僅要求輸出電流與輸入電壓具有線性關系轉換器不僅要求輸出電流與輸入電壓具有線性關系 l 而且要求輸出電流隨負載電阻變化所引起的變化量不超過允而且要求輸出電流