電氣測量技術(shù)第4章信號的檢測與變換課件

1、14.1 傳感器第四章：信號的檢測與變換2傳感器的定義傳感器：能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。根據(jù)國家標準GB7665-87是一種以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應關(guān)系、便于應用的某種物理量的測量裝置。傳感器是一種裝置，能完成檢測任務。輸出量是與被測量有對應關(guān)系的量，且具有一定精度。輸出量一般是電量被測量包括物理量、光、電氣、化學量、生物量等。溫度傳感器霍爾傳感器超聲波傳感器3傳感器的組成敏感元件：直接感受被測量，輸出量與被測量有確定關(guān)系轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出轉(zhuǎn)為其他方便檢測的物理量轉(zhuǎn)換電路：進一步轉(zhuǎn)換、調(diào)理并非均含三部分

2、如熱電偶敏感元件：將壓力變化轉(zhuǎn)換為氣膜位移轉(zhuǎn)換元件：磁芯位移引起電感量變化轉(zhuǎn)換電路：電感變化引起電量變化4傳感器的分類（1）按工作原理：物理型、化學型、生物型按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型：通過傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實現(xiàn)信號變換。例如，電容式傳感器依靠極板間距離的變化引起電容量的改變。 物性型：利用敏感元件材料本身物理屬性的變化來實現(xiàn)信號變換的。例如壓電式傳感器是利用石英晶體的壓電效 應實現(xiàn)測量等。 按能量轉(zhuǎn)換：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型能量控制型，傳感器從外部獲得能量使其工作，被測量控制外部能量的變化 如：應變電阻、熱阻、光阻能量轉(zhuǎn)換型：傳感器直接由被測對象輸入能量使其工作的如：壓電效應、熱電效應、光電效應，

3、等按物理型分類：電參量、磁電式、壓電式、光電式、氣電式、熱電式、波式（超聲波、微波）、射線式、半導體式按用途分類：位移、壓力、溫度、振動、電流、電壓、功率，等按輸出類型分：模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量按工作方式：接觸式、非接觸式5傳感器的分類（2）物理傳感器：基于力、熱、光、電、磁和聲等的物理效應，檢測物理量的傳感器利用某些物理效應，把被測物理量轉(zhuǎn)化成為便于處理的能量形式的信號常見物理傳感器：光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導纖維傳感器等例如：光電傳感器，把光信號轉(zhuǎn)換成為電信號可直接檢測來自物體的輻射信息也可轉(zhuǎn)換其他物理量成為光信號6傳感器的分類（3）化學傳感器

4、：對各種化學物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器具有對被測化學物質(zhì)的形狀或分子結(jié)構(gòu)選擇性俘獲的功能（接受器功能）將俘獲的化學量有效轉(zhuǎn)換為電信號的功能（轉(zhuǎn)換器功能）?；瘜W傳感器大體對應于人的嗅覺和味覺器官。并不是單純的人器官的模擬，還能感受人的器官不能感受的某些物質(zhì)，如H2、CO。 7傳感器的一般特性傳感器的一般特性：傳感器輸入與輸出之間的關(guān)系特性靜態(tài)特性：對應輸入量為常量，或緩慢變化的信號動態(tài)特性：對應輸入量隨時間變化較快的信號特性與參數(shù)線性度以及線性化處理：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差遲滯：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差重復性：產(chǎn)生隨機誤差靈敏度與靈敏度誤差：分辨力與閾值：傳感器能檢測到的最小輸入增量分辨率：分辨力用

5、滿量程的百分數(shù)表示穩(wěn)定性：溫度、抗干擾、時間等靜態(tài)誤差（精度）：動態(tài)誤差：84.2 變送器第四章：信號的檢測與變換9變送器的概念變送器：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號的傳感器變送器屬于傳感器，是輸出標準信號的傳感器傳感器是借助于敏感元件，接受物理量形式的信息，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化成同種或另一種物理量形式的儀表DDZ組成的過程控制系統(tǒng)、DCS集散控制系統(tǒng)中大量應用過程控制系統(tǒng)：以表征生產(chǎn)過程的參量為被控制量，使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)。在石工、電力、冶金等部門有廣泛應用DDZ：電動單元組合儀表按應用場合，變送器可分為：電量變送器和非電量變送器常用電量變送器：電壓、電流、功率等常用非電量變送

6、器：溫度、壓力、流量等信號標準：儀表之間的通訊協(xié)議國標標準信號：420mA.DC電流的HART協(xié)議，15V.DC電壓。（模擬）變送器-現(xiàn)場總線標準。數(shù)字信號取代模擬信號發(fā)展趨勢：帶有微處理器的智能化現(xiàn)場變送器。輸出數(shù)字信號10交流電壓、電流變送器（1）將被測量交流電流或電壓，變換成與其幅值成線性比例的直流電流或電壓被測量互感器耦合整流濾波電路，轉(zhuǎn)成單向脈動電流有源濾波穩(wěn)定的直流。補償電路：補償互感器鐵心磁化曲線的非線性，改善整機溫度特性分為有效值變送器、峰值變送器、超低頻電流電壓變送器、展開式電壓變送器等11交流電壓、電流變送器（2）電流變送器：將被測交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC420m

7、A恒流標準信號，輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。通過250電阻轉(zhuǎn)換DC 15V，或通過500電阻轉(zhuǎn)換DC210V兩線制輸出接線，輔助工作電源(+24V)與輸出信號線DC420mA共用電流變送器原副邊高度絕緣隔離精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾等優(yōu)點。適用發(fā)電機、電動機、智能低壓配電柜、空調(diào)、風機、路燈等負載電流監(jiān)測；12交流電壓、電流變送器（3）交流電壓變送器：將被測交流電壓轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器廣泛應用于電力、郵電、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣裝置、自動控制以及調(diào)度系統(tǒng)。 具有單路、三路組合結(jié)構(gòu)形式。13直流電壓變送器直流電壓變送器：將各種幅值的直

8、流電壓變換成標準的直流電流或直流電壓被測直流電壓分壓器，較低的直流電壓自激振蕩調(diào)制式放大器，利用交流放大直流電壓或電流輸出。14直流電流變送器直流電流變送器：將各種幅值的直流電流變換成標準的直流電流或直流電壓被檢測直流電流分流器，直流電壓直流毫伏放大器直流電壓變送器。15頻率變送器頻率變送器：將被測信號頻率與所選中心頻率的偏差，轉(zhuǎn)換成與偏差成線性比例的直流輸出電流或電壓被測信號互感器耦合 整形倍頻電路，矩形波+晶振分頻后的標準信號，中心頻率鑒頻電路，比較頻率差異濾波、放大輸出直流電流或電壓輸出與被測信號頻率和所選中心頻率偏差成線性比例。兩種輸出形式1）單極性：負向額定偏差對應直流零，正向額定偏

9、差對應直流滿度值2）雙極性：中心頻率對應直流零，正向和負向額定偏差對應直流正、負滿度值。16相位角變送器相位角變送器：將兩個同頻率、同類信號之間的相位角轉(zhuǎn)換成與其成線性比例的直流輸出電流或電壓鑒相式原理。鑒相器是鎖相環(huán)的基本元件測量類型：同頻電壓電流間、同頻電壓間、同頻電流間測量類型：單相、三相17有功功率、無功功率變送器將被測有功和無功功率轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的直流電流或直流電壓，并能反應出被測功率的傳輸方向。多種原理：霍爾元件、集成模擬乘法器、磁飽和振蕩器，等單相、三相。輸入電壓瞬時值，輸入電流瞬時值乘法器，實現(xiàn)連續(xù)相乘，得瞬間乘積有源濾波器，積分運算和線性放大輸出直流電流或直流電壓電流通

10、道中，取樣電阻的作用18溫度變送器溫度變送器：接觸式測量溫度的現(xiàn)場用儀表通常與相應二次儀表或計算機測量系統(tǒng)配套使用可準確測量生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)或物體的溫度使用范圍 -2001600溫度變送器分類：氣動、電動壓力式溫度變送器：壓力式溫度計與氣動壓力變送器的合成儀表氣動儀表。無需電源和導線防爆安全型，符合防爆要求嚴格的場合輸出:標準化氣動信號，20100kPa電動溫度變送器：與熱電偶或熱電阻溫度傳感器相匹配，輸出毫安級標準化電流信號。需要電源和導線輸出標準信號：420mA.19Smart溫度變送器（1）Smart溫度變送器：采用數(shù)字化技術(shù),穩(wěn)定性及可靠性提高相比于傳統(tǒng)模擬溫度變送器，抗高低頻干擾能

11、力強克服了傳統(tǒng)溫度變送器線性差的缺點。數(shù)字化調(diào)校、自動動態(tài)校準零點、溫度飄移自動補償，等符合惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境對產(chǎn)品的抗電磁干擾要求。Smart溫度變送器=輸入測量部件+變送部件20Smart溫度變送器（2）Smart溫度變送器的技術(shù)特點測量準確度高：0.05%-0.1%量程選擇靈活：一臺溫度變送器可以和20多種溫度傳感器在任意量程下相適配遠距離標定：通過現(xiàn)場通信器，以通信方式在很寬范圍內(nèi)，對變送器進行遠程組態(tài)、量程調(diào)整、遠距離標定等自檢測和自診斷21壓力變送器（1）壓力變送器：又稱差壓變送器。彈性測壓元件與電氣傳感器相結(jié)合。用壓力表傳遞壓力信息的距離較短壓力變送器傳遞距離遠，且信息標準化分類：

12、力平衡式、位移式、電容式、Smart差壓變送器22壓力變送器（2）位移式壓力變送器：將彈性測壓元件的位移變換為電感、電容、電阻等電學量再經(jīng)測量橋路、放大電路轉(zhuǎn)換等，最后輸出壓力值。精度遠遠超過力平衡式壓力變送器結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠便于維護力平衡式壓力變送器：采用力平衡原理通過深度負反饋，將彈性元件測壓產(chǎn)生的力矩與輸出信號的反饋力矩相平衡，有效減小隨溫度變化、彈性滯后及變形等非線性影響，提高測量精度23壓力變送器（3）電容式差壓變送器:采用位移式變送器原理構(gòu)成的新型壓力測量儀表。構(gòu)成：測壓部分、轉(zhuǎn)換電路和放大輸出電路工作過程：測壓部分將被測差壓P變換為電容變化量C再經(jīng)多種轉(zhuǎn)換電路（電橋振幅調(diào)制電路

13、、差分脈寬比較電路、頻率調(diào)制電路）的調(diào)理，使輸出電壓U與P成正比放大輸出電路將差動電壓信號以電流放大輸出最后輸出的是420mA的標準直流電流I0D由儀器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的常數(shù)電路的反饋系數(shù)P變送器的輸入差壓UZ調(diào)零電壓一般采用兩線制傳輸輸出信號統(tǒng)一，便于信號的傳輸、控制與顯示。24壓力變送器（4）Smart差壓變送器=測量部分+變送部分測量準確度：0.1%；量程調(diào)整比：400:1遠距離標定：最大通信距離1500m主要技術(shù)性能指標：25兩線制變送器應用最廣泛的標準模擬量電信號：420mA直流電流電流信號不容易受干擾。電流源內(nèi)阻無窮大，導線電阻不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是

14、滿足防爆要求：20mA電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA是為了能檢測斷線四線制變送器：電源線2+電流輸出線2三線制變送器：輸出與電源有一根公用線兩線制變送器： 電源和輸出共用兩根線。變送器作為特殊負載，消耗電流即為輸出電流降低成本，減小維護工作量264.3 前置放大器第四章：信號的檢測與變換27前置放大器的概念和參數(shù)在數(shù)字化測量中：非電量需要轉(zhuǎn)換為電量后再進行測量，而這些量往往很小，需放大后才能處理。放大到與A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓相匹配非電量有：溫度、壓力、位移、流量、電阻等電量可以經(jīng)離散化和量子化直接進行測量；前置放大器：通常由集成運算放大器組成不同場合選用的放大器有所差異集

15、成運算放大器的參數(shù)輸入失調(diào)電壓Uio：輸入電壓為0時的輸出電壓 輸入失調(diào)電流Iio：輸出電壓為0時，兩個輸入端流入電流之差差模電壓增益Avd：共模抑制比KCMR：差模信號電壓放大倍數(shù)與共模信號放大倍數(shù)之比 輸入電阻PI靜態(tài)功耗Pc單位增益帶寬BWG28測量放大器(1)F124/F224/F324系列：四集成運算放大器高增益、低功耗、四運放、一致性好可單電源工作，也可雙電源工作電源電壓范圍寬，價格便宜應用示例。特點：輸入阻抗非常高：差動輸入端IN-和IN+分別是兩個運放的同相輸入端共摸抑制能力強：采用對稱結(jié)構(gòu)，且被放大信號允許直接加到輸入端Rg可調(diào)，調(diào)整放大倍數(shù)29測量放大器(2)AD522非線

16、性度僅為0.005%共模抑制比KCMR100dBAD522用于直流測量電橋信號地、參考端REF接電源地DATA GUARD端接引線屏蔽端SENSE端接輸出端Uout30測量放大器(3)AD522用于熱電耦直接耦合直接將熱電偶接至輸入端將3端接至地，給放大器提供偏置通路。AD522通過電容接入熱電耦適用放大信號為交流信號先用隔直電容將放大器的直流通路與信號源隔離通過電阻R為偏置電流提供回路31程控放大器（1）可編程增益放大器：增益可通過數(shù)字邏輯電路控制按所采用的放大器可分為單運放多運放測量放大器可編程增益放大電路單片集成可編程增益放大器按控制信號可分為:模擬式數(shù)字式程控放電器的特點:電路簡單、易

17、實現(xiàn)閉環(huán)增益取決于多路模擬開關(guān)所接入的反饋電阻阻值通常采用串聯(lián)權(quán)電阻網(wǎng)絡、T型電阻網(wǎng)，可得到更多的增益選擇32程控放大器（2）AD526：包括放大器、電阻網(wǎng)絡、TTL電平控制輸入，不需要外部組件33隔離運算放大器（1）隔離放大器：輸入、輸出的電源互不共地對被測對象和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)予以隔離，提高共模抑制比,同時保護電子儀器設備和人身安全隔離方式：光、超聲波、無線電波、電磁等常用的隔離方式：電磁（變壓器）耦合，光電耦合組成：輸入放大器、輸出放大器、隔離器以及隔離電源，等34隔離運算放大器（2）35隔離運算放大器（3）AD202：31、32接電源；1、2接信號；3、4接反饋電阻，短路時增益為1；364

18、.4 量程變換第四章：信號的檢測與變換37脈沖分壓器（1）在測量活動中，經(jīng)常要用到脈沖分壓器。例：示波器的探頭擴大測量范圍，既能測量高的電壓，又能測量低的電壓頻率范圍足夠?qū)??？梢詼蚀_傳變脈沖信號兩個電阻分壓，只適用于低頻，高頻時波形易畸變一個物理電阻，除了電阻參量外，還存在分布電容測量高頻必須考慮分布電容的影響引起分壓后波形畸變示例：對于脈沖波形，如方波，在其上升和下降沿體現(xiàn)出來很高的頻率，導致很小的分布電容必須考慮為了消除分布電容的影響，經(jīng)常采用脈沖分壓器38脈沖分壓器（2）要使W(j)與頻率無關(guān)，只有R1C1=R2C2脈沖波形通過分壓器波形不會發(fā)生畸變39量程變換(1)量程自動變換：測量儀

19、器在測量過程中能迅速地選擇在最佳量程位置上可防止數(shù)據(jù)溢出、信號過載和讀數(shù)精度損失等現(xiàn)象。是實現(xiàn)儀器自動測量的重要組成部分關(guān)鍵在于根據(jù)輸入信號的大小，自動改變放大器的放大倍數(shù)，或輸入回路分壓器的分壓系數(shù)。實現(xiàn)方法：比較自動轉(zhuǎn)換電路數(shù)字判別法轉(zhuǎn)換電路微處理機控制的量程自動切換40量程變換(2)當UIUH，A1由低變高，經(jīng)延時產(chǎn)生脈沖，使量程擴大。當UIUL，A2由低變高，經(jīng)延時產(chǎn)生脈沖，使量程縮小。當量程已最大,UI仍大于UH,須封鎖擴大脈沖,此時信號過大,超出量限.當量程已最小,UI仍小于UL,須封鎖左移脈沖,此時信號過小。脈沖延時是為了使轉(zhuǎn)換達到穩(wěn)定輸出后，再進行下次調(diào)整UI輸入信號UH最高輸

20、入電壓基準UL最低輸入電壓基準比較自動轉(zhuǎn)換電路，模擬比較法量程轉(zhuǎn)換電路：組成：模擬比較器、量程寄存器、量程開關(guān)、量程指示器41量程變換(3)數(shù)字判別法轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成：數(shù)字判別器、量程寄存器、量程開關(guān)、量程指示器數(shù)字判別器的輸入邏輯信號來自儀器輸出數(shù)字計數(shù)器。為了防止過載和改善儀器的線性度，常采用滿量程的80%為超基準信號。舉例：儀器采用8421BCD瑪，當輸入信號超量程時，最高位Q4必然為1，利用Q4=1信號控制升高量程。注意：圖示不符42量程變換(4)處理機控制的量程自動切換：用微處理機控制的自動轉(zhuǎn)換量程過程：首先測量，將測量值與預先存儲的超量程基準或者量程不足基準比較，判定量程的升降，并通過

21、所控制的量程開關(guān)執(zhí)行量程切換在程序控制下進行的用滿量程4%作為量程不足判決時，最高位為零，次高位小于4可通過譯碼得到降低量程指令。與圖示不符434.5 自動定標電路第四章：信號的檢測與變換44自動定標電路自動調(diào)零電路：可補償傳感器和放大器的零點漂移，但不能補償儀器增益變化自動定標電路：既可補償零點漂移又能補償增益的變化三步測量法1）S開關(guān)接1端，輸入接地，輸出UO1=AUOS，UOS為零漂電壓2）S開關(guān)接2端，測量參數(shù)電壓UR，輸出UO2=A（UR+UOS）3）S開關(guān)接3端，測量輸入信號Ui，輸出UO3=A（Ui+UOS）Ui/UR中不包含零漂UOS和放大系數(shù)A ，其中UR為已知參考電壓。每次

22、測量通過參考電壓校準讀數(shù)，提高儀器穩(wěn)定性和測量準確度454.6 模擬信號的離散化和量子化第四章：信號的檢測與變換46基本說明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）：對多路模擬信號進行長時間數(shù)字化測量，從而獲得大量數(shù)據(jù)以便進一步進行分析和處理。是外部被測模擬信號進入測量儀器、系統(tǒng)的必經(jīng)前置通道也叫預處理系統(tǒng)。數(shù)字化測量：以一定時間間隔，測定各時刻的瞬時值，再將各瞬時值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量使一個在時間與幅值上都連續(xù)變化的模擬信號，在時間上離散化，在幅值上量子化。47連續(xù)量的離散化連續(xù)量可以用一個連續(xù)函數(shù)表示幾何圖為聯(lián)系曲線特點是在時間上和量值上均是連續(xù)變化的以t為時間間隔，以t=0為起點，測量出每個時刻所對應的量x(ti

23、)，在時間T內(nèi)得到若干個x(ti)，這些量稱為離散化的量t=ti-ti-1稱為時距，可以是等時距，也可以是不等時距。48連續(xù)量的量子化與離散化相對應以固定量值x為量距增量以x(t)=0為起點去測量該連續(xù)函數(shù)的輸出量，在A界內(nèi)可以得到若干個xi，稱為量子化的量x可以是等量距，也可以是不等量距的把連續(xù)函數(shù)輸出量轉(zhuǎn)換為階梯形變化的量，稱為量子化49連續(xù)量的離散化和量子化離散化和量子化均僅完成一項（時間或量值）的數(shù)字化，不能完全滿足數(shù)字計算的需要需要對模擬量同時進行離散化和量子化連續(xù)被測量每隔一定的時間間隔t被量化一次，每次又以固定x為量距獲得測量值時間上以t為時距，測量值以x為量距，導致量化后的值與

24、原函數(shù)曲線不重合，給測量帶來新誤差。通常量值遵循四舍五入原則解決：只要t和x取得足夠小，誤差可忽略不計，從而使數(shù)字化測量成為可能。504.7 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D第四章：信號的檢測與變換51A/D的基本概念A/D變換器是將一個未知的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。根據(jù)實現(xiàn)方法分類：并行A/D轉(zhuǎn)換器雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器52A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標（1）絕對精度:對應給定數(shù)字量的理論模擬量與實際模擬量的接近程度，可用絕對誤差形式表示。若A/D轉(zhuǎn)換器的基準電壓、運算放大器等環(huán)節(jié)均是理想的，絕對誤差主要為量化誤差，最大為最低有效位LSB的1/2。轉(zhuǎn)換精度：在同樣分辨

25、率下反映電路精度特性通常用非線性誤差來表示。一般有1/4、1/2、1、2LSB等。 非線性誤差表示了ADC器件在所有數(shù)值點上對應的模擬值和真實值之間誤差最大的誤差值，也就是輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。轉(zhuǎn)換時間：完成一次A/D變換所需的時間。分辨力n位A/D中，分辨力為1/(2n-1)，約等于1/2n，或直接稱為n位分辨力。對A/D變換的模擬部分對應的分辨力應小于(1/2) (1/2n-1)在較寬的溫度范圍、外界干擾、內(nèi)部噪聲影響下分辨力將下降其他參數(shù)：輸入電阻、共模抑制比、共模輸入電壓范圍、供電電源、運行溫度、邏輯輸出電平、溫度系數(shù)等。53A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標（2）模擬誤差的組成偏移誤差

26、： 輸入為0 時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)值增益誤差：在偏移誤差為0時，A/D變換器的實際輸入與輸出曲線在滿刻度時的偏差量非線性誤差:實際A/D轉(zhuǎn)換器的輸入-輸出特性曲線與理想直線之間的偏差54逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器（1）通過逐次比較邏輯完成AD從MSB開始，順序?qū)⒚课恢?，比較內(nèi)置DA輸出，決定該位最終狀態(tài)經(jīng)n次比較得最終輸出數(shù)字值。電路規(guī)模中等低分辯率（12位）時價格很高。目前應用最多的一種直接A/D轉(zhuǎn)換器55逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器（2）12位A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD574A美國模擬數(shù)字公司（Analog）高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換芯片功耗低，精度高，自動校零

27、和自動極性轉(zhuǎn)換，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器主要功能特性： 分辨率：12位 非線性誤差：小于1/2LSB或1LSB轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍：010V和020V，05V和010V兩檔四種 數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 工作模式：全速工作模式和單一工作模式 56逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器（3）AD574A模擬輸入電路的外部接法57逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器（4）AD574A與8031接口58雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器（1）一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。原理：將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間

28、間隔利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出時間間隔，進而得到相應的數(shù)字量輸出。特點對輸入電壓的平均值進行變換，具有很強的抗干擾能力用簡單電路就能獲得高分辨率轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，速率低初期大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。59雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器（2）4位半雙積分A/D轉(zhuǎn)換器芯片ICL7135簡介60雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器（3）與8031接口61并行轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器速率高3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系對照表 62并行接口和串行接口的A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543原理框圖（串行接口）63并行接口和串行接口的A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543與8031接口644.8 D/A轉(zhuǎn)換及其應用第四章：信號的

29、檢測與變換65D/A轉(zhuǎn)換器的原理D/A變換器是用來將數(shù)字量D轉(zhuǎn)換為模擬量輸出AUR為參考電壓A為模擬量輸出D表示小于1的數(shù)字量量程量化單位，分辨力1倍數(shù)66D/A轉(zhuǎn)換器的原理和分類工作方式:并行方式和串行方式并行方式轉(zhuǎn)換速度快結(jié)構(gòu)分類：組件型和集成型組件型:由分立元件或集成組件構(gòu)成。電路設計靈活，精度高成本高，體積大集成型：單片機集成轉(zhuǎn)換器體積小、成本低與微處理器兼容也可實現(xiàn)高精度、高速度應用廣泛67D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標（1）絕對精度：對應于給定的滿刻度數(shù)字量下，D/A轉(zhuǎn)換電路的實際輸出與理論值之差值。由增益誤差、零點誤差、線性誤差和噪聲引起一般UO時比較器輸出高電平，計數(shù)器加計數(shù)D/A

30、輸出不斷增加當UOUi時，停止計數(shù)，則輸出量輸出即代表峰值724.9 V/F，F(xiàn)/V變換器第四章：信號的檢測與變換73V/F、F/V變換器的功能、特點及分類V/F變換器：電壓-頻率變換器功能類似于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）F/V變換器：頻率-電壓變換器功能類似于數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）特點：不需要同步時鐘，成本低，易于和計算機接口抗干擾能力強、便于隔離，適用于遠距離傳遞頻率低分類：模塊式結(jié)構(gòu)、單片集成式模塊式結(jié)構(gòu)：精度高，但不可逆（只能單向變換）單片集成式：體積小，變換可逆（兼具V/F、F/V功能）單片集成V/F包括：超寬多諧振蕩器式（AD537）、電荷平衡振蕩式 （VFC32）單片集成式F/V：脈沖積

31、分式、鎖相環(huán)式74典型變換器5GVFC32V（ V/F ）（1）原理圖及外引線圖可滿足雙向變換（V/F，F(xiàn)/V）需要75典型變換器5GVFC32V（ V/F ）（2）正電壓輸入輸入放大器(A)接成積分器正電壓U1對電容C2充電，輸出端電壓U13下降U13降到0，比較器C翻轉(zhuǎn),單穩(wěn)態(tài)電路進入工作期單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈沖，脈沖寬度取決于電容CT同時閉合開關(guān)K，接通恒流源（1mA，U1充電電流），使C2放電U13升高，比較器C翻轉(zhuǎn)，單穩(wěn)態(tài)電路進入休止期周而復始。7端輸出不同頻率脈沖電壓U1越大，輸出頻率越高，呈線性關(guān)系76典型變換器5GVFC32V（ V/F ）（3）雙極性輸入負電壓輸入77典型變換器5GVFC32V（ V/F ）（4）F/V變換器輸入為一定頻率脈沖信號輸入經(jīng)微分送到比較器，使其狀態(tài)翻轉(zhuǎn)單穩(wěn)進入工作期，驅(qū)動電子開關(guān)閉合，1mA恒流源給C2充電單穩(wěn)進入休止期，電子開關(guān)打開，R1、R3給C2放電。輸出為脈動直流電壓輸入頻率越高，輸出電壓幅值越大，呈線性關(guān)系784.10 采樣保持電路第四章：信號的檢測與變換79采樣保持電路的功能采樣保持電路的構(gòu)成：保持電容、輸入輸出緩沖放大器、邏輯輸入控制的開關(guān)電路等多集成在單一芯片中電容外接采