张国雄版测控电路PPTChapter6-4.

1、第六章第六章 信号转换电路信号转换电路第一节第一节 采样保持电路采样保持电路第二节第二节 电压比较电路电压比较电路第三节第三节 电压频率转换电路电压频率转换电路第四节第四节 电压电流转换电路电压电流转换电路从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：从信息形态变化的观点将各种转换分为三种： 从自然界物理量到电量的转换从自然界物理量到电量的转换 电量之间的转换电量之间的转换 从电量到物理量的转换从电量到物理量的转换l信号转换电路信号转换电路用于将各类型的信号进行转换。用于将各类型的信号进行转换。使具有不同输入、输出的使具有不同输入、输出的部件部件可以联用可以联用l应考虑：应考虑： 转换电路应具有线性

2、特性转换电路应具有线性特性 阻抗的匹配阻抗的匹配第一节第一节 采样保持电路采样保持电路采样采样/ /保持电路：保持电路：l 具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的功能功能l 在采样状态下：在采样状态下： 电路的输出跟踪输入模拟信号电路的输出跟踪输入模拟信号l 在保持状态下：在保持状态下： 电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止信号，直至进入下一次采样状态为止l 一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失调和漂移。瞬态变量的测量

3、等调和漂移。瞬态变量的测量等第一节第一节 采样保持电路采样保持电路一、基本原理一、基本原理组成：组成：1.模拟开关模拟开关2.模拟信号存储电容模拟信号存储电容3.缓冲放大器缓冲放大器 S Uc uo ui C - + + N1 - + + N2 Uc=1，S闭合：闭合：uo=ui,输出跟随输出跟随输入变化。并向电容输入变化。并向电容C充充电电Uc=0，S断开：断开：uo保持断开瞬保持断开瞬间的输入信号间的输入信号第一节第一节 采样保持电路采样保持电路 a) O t Ts ui ,uo O t uo f(t) fs(t) 第一节第一节 采样保持电路采样保持电路 ）为发出保持命令的时刻保持期(t0

4、 00tutuuii采样期捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地跟踪上输入信号 为止，所需的时间定义为捕捉时间关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下来为止，所需的 时间定义为关断时间。捕捉时间长，电路的跟踪特性差捕捉时间长，电路的跟踪特性差关断时间长，电路的保持特性不好关断时间长，电路的保持特性不好 -它们都限制了电路的工作速度它们都限制了电路的工作速度一、基本原理一、基本原理 输入放大器输入放大器N1： 具有优良转换速率和稳定驱动电容负载能力具有优良转换速率和稳定驱动电容负载能力 它对它对ui为高输入阻抗，并为开关为高输入阻抗，并为开关S和电容和电容C提供极低的输

5、出电阻提供极低的输出电阻 使电容使电容C在在S闭合时尽可能快速充电，及时跟踪输入闭合时尽可能快速充电，及时跟踪输入ui 输出放大器输出放大器N2，跟随器跟随器： 其输入级由其输入级由MOS场效应管组成，以得到极低的输入偏置电流场效应管组成，以得到极低的输入偏置电流 它以极高的输入电阻使电容它以极高的输入电阻使电容C和负载隔离，实现保持功能和负载隔离，实现保持功能 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/保持器精保持器精度要求外，还必须符合采样定理度要求外，还必须符合采样定理 采样过程：采样过程： 当模拟信号当模拟信号ui=f

6、(t)通过一个受采样脉冲信号通过一个受采样脉冲信号fs(t)控制的开关电路时，控制的开关电路时，开关输出端的信号是时间离散信号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，获得愈小，采样时间间隔愈短，获得的离散信号亦愈多的离散信号亦愈多第一节第一节 采样保持电路采样保持电路l第一节第一节 采样保持电路采样保持电路采样定理采样定理 采样频率采样频率fs应大于模拟信号最高频率应大于模拟信号最高频率fmax的两倍的两倍一、基本原理一、基本原理l 对采样保持电路的主要要求：对采样保持电路的主要要求：精度精度速度速度l 为提高实际电路

7、的精度和速度，可从为提高实际电路的精度和速度，可从元件元件和和电路电路两方面着手解决两方面着手解决元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 输入输出缓冲器输入输出缓冲器 特别需注意的参数：特别需注意的参数：输入偏置电流输入偏置电流以以及及带宽带宽，上升速率上升速率和和最大输出电流最大输出电流等等性能参数性能参数 S Uc uo ui C - + + N1 - + + N2 元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 模拟开关模拟开关 模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路接通或断开的元件或电路 该开关由开关元件和控制该开关由开关

8、元件和控制(驱动驱动)电路两部分组成电路两部分组成控制电路开关元件元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 模拟开关的分类模拟开关的分类 按切换的对象分：按切换的对象分：电压和电流开关电压和电流开关电压模拟开关的特点是：电压模拟开关的特点是：当开关断开时，跨于它当开关断开时，跨于它两端的电压总与被换接的电压两端的电压总与被换接的电压Vx有关，而且通过有关，而且通过开关的电流则与负载开关的电流则与负载RL有关有关电流模拟开关的特点是：电流模拟开关的特点是：不管负载电阻不管负载电阻RL的大小的大小如何，流过开关的电流总是和被换接的电流如何，流过开关的电流总是和被换接的电流Ix相等，相等，而且换接

9、的电压则由而且换接的电压则由RL*Ix决定决定元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 模拟开关的分类模拟开关的分类 按切换对象使用元件：按切换对象使用元件：机械触点式和电子式开关机械触点式和电子式开关机械触点式：机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等电子式开关：电子式开关：二极管、双极性晶体管、场效应晶体管、光耦二极管、双极性晶体管、场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟开关等合器件及集成模拟开关等元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 模拟开关的性能参数模拟开关的性能参数静态特性：静态特性：主要指开关导通和断开时输入端与输出端之间主要

10、指开关导通和断开时输入端与输出端之间的电阻的电阻R Ronon和和R Roffoff, ,此外还有最大开关电压、最此外还有最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等大开关电流和驱动功耗等动态特性：动态特性：开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间T Tonon和开关截止延迟时间和开关截止延迟时间T Toffoff通常通常T TononTToffoff理想模拟开关时理想模拟开关时T Tonon00，T Toffoff00元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 模拟开关的性能参数模拟开关的性能参数 为了得到高质量的采样保持电路，场效应模拟为了得到高质量的采样保持

11、电路，场效应模拟开关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启开关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启电压，导通电阻和反向漏电流等参数都应小电压，导通电阻和反向漏电流等参数都应小ID=0时的VGS值为场效应管的夹断电压VP, VGS=0时的ID值为场效应管的饱和漏极电流IDSSCD4051CD4051多路模拟开关多路模拟开关 0 2 3 5 6 7 输入/输出 A B C 输出/输入 +E -E1 -E2 逻辑电平转换电路 8选1译码电路 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、多路模拟开关多路模拟开关元件性能的影响和要求元件性能的影响和要求l 存储电容存储电容 选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯，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钽电容和聚碳酸脂电容器等l 原因：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电压峰值检波器复位时，电容放电，介质吸附效应会使放电峰值检波器复位时，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后的电容

13、电压回升，引起小信号峰值的检波误差电容器的泄漏电阻引起电容上的保持电压随时间逐渐减电容器的泄漏电阻引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度小，降低保持精度什么是电容的吸附效应？什么是电容的吸附效应？l 在实际电容器中，电容器介质在实际电容器中，电容器介质的偶极子及其界面极化的形成的偶极子及其界面极化的形成和消失都不可能瞬时实现，往和消失都不可能瞬时实现，往往需要一定的时间，因而使电往需要一定的时间，因而使电介质常数随信号频率和环境温介质常数随信号频率和环境温度变化，不能似为常数度变化，不能似为常数l 实际电容器的仿真模型如右图实际电容器的仿真模型如右图所示，图中所示，图中C C为理想电

14、容值，为理想电容值，R R0 0为电容器的泄漏电阻，其余为电容器的泄漏电阻，其余的阻容网络则为介质吸附效应的阻容网络则为介质吸附效应的仿真的仿真1第一节第一节 采样保持电路采样保持电路二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路(1)模拟开关漏电流的旁路模拟开关漏电流的旁路 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 通过通过减小模拟开关漏电流减小模拟开关漏电流对存储电容的影响来提高保持精度对存储电容的影响来提高保持精度V为主开关，为主开关，V1为隔离开关为隔离开关 当控制电压当控制电压Uc为高电平时为高电平时，V和和V1导通，电路处于采样阶段导通，电路处于采样阶段 当控制电压当控制

15、电压Uc为低电平时为低电平时，V和和V1关断，电路处于保持阶段关断，电路处于保持阶段 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 在保持状态下在保持状态下，V的漏电流通过的漏电流通过R流入运算放大器的输出端。流入运算放大器的输出端。由于该漏电流在由于该漏电流在R上形成的压降很小，一般低于上形成的压降很小，一般低于10mV，所以，所以V1的漏极与衬底间的电压很小的漏极与衬底间的电压很小 同样，同样，V1源极与衬底之间的电压为运算放大器两输入端的电源极与衬底之间的电压为运算放大器两输入端的电压差压差(即失调电压即失调电压)，也是很小的，也是很小的 在这种条件下，在这种条件下，V1的漏

16、电流大约减小两个数量级的漏电流大约减小两个数量级 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 可见采用可见采用V1后能将后能将V与存储电容与存储电容C隔离隔离 一方面使一方面使V的漏电流不流经存储电容的漏电流不流经存储电容 另一方面又有效地降低了另一方面又有效地降低了V1的漏电流，从而提高了存储电容的漏电流，从而提高了存储电容的保持精度的保持精度 Uc - + + N R -E V1 ui C uo V 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路(2)(2)电容校正方法电容校正方法应用应用补偿电容补偿电容C1C1来减小开关漏电流及运算放大器偏来减小开关漏电流及运算放大器偏置电流的影

17、响置电流的影响 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为高电平时：为高电平时： V VD1D1使使V V1 1的的U UGS1GS1UP1(UP1(夹断电压夹断电压) )，开关，开关V1V1断开断开这时这时VD2VD2反偏使反偏使V V的的U UGSGS=OV=OV，开关，开关V V导通导通，从而使，从而使V2V2也导通也导通，导通电阻分别为，导通电阻分别为RonRon和和Ron2Ron2， 电路处于电路处于采样状态，等效电路如图。采样状态，等效电路如图。 uo ui

18、 C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为高电平时：为高电平时： C uo - + + N2 - + + N1 ui C1 Ron2 Ron N1、N2和和R1构成负反馈电路，构成负反馈电路，N2用作跟随器，使用作跟随器，使uo=ui由于主模拟开关由于主模拟开关V处于闭环回路中，所以其导通电阻处于闭环回路中，所以其导通电阻Ron以以及及N2的失调和漂移对精度的影响均大大地削弱。可见电路有的失调和漂移对精度的影响均大大地削弱。可见电路有很高的采样精度很高的采样精度存储电容存储电容C

19、和反馈校正电容和反馈校正电容C1都引入时间常数，限制了电路都引入时间常数，限制了电路的工作速度的工作速度等效电路如图等效电路如图 V，V2导通导通 采样状态采样状态R1二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为低电平时：为低电平时： V和和V2截止，截止，V1导通，电路处于导通，电路处于保持状态保持状态，等效，等效电路如图所示电路如图所示 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为低电平时：为低电平时： C uo - + + N2 - + + N1 ui R

20、1 C1 Ron1 等效电路等效电路 V1导通使导通使N1继续处于负反馈闭环状态，避免继续处于负反馈闭环状态，避免N1处于开环而处于开环而进入深度饱和状态，以缩短进入深度饱和状态，以缩短S/H电路从保持状态到采样状态电路从保持状态到采样状态的过渡时间的过渡时间 由于由于V和和V2为对称管，两管的泄漏电流值相等，且反馈补偿为对称管，两管的泄漏电流值相等，且反馈补偿电容电容C1=C，因而开关管泄漏电流、，因而开关管泄漏电流、N2的偏置电流将在的偏置电流将在C1、C上产生数值相同的电压变化量，而且两电容电压的变化对上产生数值相同的电压变化量，而且两电容电压的变化对输出电压输出电压uo的影响刚好相反，

21、互相抵消，使输出电压基本的影响刚好相反，互相抵消，使输出电压基本不变不变 采用补偿电容措施，大约使保持精度提高一个数量级采用补偿电容措施，大约使保持精度提高一个数量级(3)高速高速S/H电路电路l 用开环式采样用开环式采样/保持电路方案，选用高速元件，并通保持电路方案，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过扩增驱动电流来减小存储电容的充电时间 - + + N1 - + + N2 Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 (3)高速高速S/H电路电路l 在采样期间，在采样期间，UcUc为正，为正，V V与与V2V2导通，导通，V1V1截止截止l V2V

22、2的导通将使的导通将使V V和和C C置于置于N1N1的闭的闭环回路中，环回路中，C C上的电压将等于上的电压将等于输入电压而不受输入电压而不受V V的导通电阻的导通电阻的影响的影响 - + + N1 - + + N2 Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 l 另外，由于另外，由于N1N1反相端的偏置电流和反相端的偏置电流和V1V1的漏电流都很小的漏电流都很小V2导通电阻的压导通电阻的压降极小，故其影响可以略去不计，所以降极小，故其影响可以略去不计，所以C上的电压仍能非常精确地等上的电压仍能非常精确地等于于N1反相端的电压反相端的电压l 但与图但与图6-1-10相比

23、，由于相比，由于N2未在反馈回路中，虽然未在反馈回路中，虽然N2使电路工作速度使电路工作速度得以提高，但它的漂移和共模误差在采样期间得不到校正，会使采样得以提高，但它的漂移和共模误差在采样期间得不到校正，会使采样误差增大误差增大l 在保持期，在保持期，V、V2截止。除了截止。除了V外，外，V2也将产生漏电流。所以保持精也将产生漏电流。所以保持精度也比图度也比图6-1-10的差的差l 由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的(4)集成采样集成采样-保持电路保持电路AD582 & 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

24、?/ /# 模拟量输入 状态 AD571 偏移调节 C +5V AD582 uo ui - + + N1 - + + N2 Uc S DG # 失调调零(4)集成采样集成采样-保持电路保持电路AD582l 两级运算放大器两级运算放大器N N1 1和和N N2 2，模拟开关，模拟开关S S，门控制电路，门控制电路D DG Gl 应用时，引脚应用时，引脚3 3和和4 4之间外接之间外接1OOk1OOk电位器用以失调调零电位器用以失调调零l 引脚引脚6 6外接保持电容外接保持电容C C: :0.0010.0010.01uf0.01uf，其大小与采样频率和，其大小与采样频率和精度有关精度有关l 引脚引

25、脚1212输入控制信号输入控制信号U Uc cl 图中，图中，AD582AD582的采样的采样- -保持输出信号送入保持输出信号送入A/DA/D转换器转换器AD571AD571的模的模拟量输入端，拟量输入端，AD571AD571的状态输出端与的状态输出端与AD582AD582的控制信号输入端的控制信号输入端相连接。相连接。A/DA/D转换器启动后，状态输出端为低电平，控制转换器启动后，状态输出端为低电平，控制AD582AD582内的开关内的开关S S断开，断开，AD582AD582处于保持状态，当处于保持状态，当A/DA/D转换器对转换器对模拟输入量的转换过程结束时，状态输出端立即变为高电平，

26、模拟输入量的转换过程结束时，状态输出端立即变为高电平，使使AD582AD582内的开关内的开关S S闭合，使之又处于采样状态闭合，使之又处于采样状态第二节第二节 电压比较电路电压比较电路l模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电路小的电路l比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系，比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系， 其其符号和理想比较器特性如图符号和理想比较器特性如图l当当uiUR时，比较器输出逻辑时，比较器输出逻辑0电平电平l当当ui=UR时，是输出发生变化的临界点时，是输出发生变化的临界点l可用器件可用器件(

27、1)通用运放通用运放(2)专用比较器专用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？比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？(1)(1)比较器的一个重要指标是它的比较器的一个重要指标是它的响应时间响应时间，它一般低于，它一般低于10-10-20ns20ns。响应时间响应时间与与放大器的上升速率和增益放大器的上升速率和增益- -带宽积带宽积有关有关因此，必须选用这两项指标都高的运算放大器作比较器，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用

28、运算放大器本身的带宽来提高响应速度 (2)(2)当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较器无需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，低输出而言，必须对输出电压采取嵌位措施，使它的高，低输出电位满足数字电路逻辑电平的要求电位满足数字电路逻辑电平的要求一、电平比较电路一、电平比较电路1、差动型电平比较电路、差动型电平比较电路门限电平门限电平UR也称基准电也称基准电 压压当当UR=0时，时， 称过零比较电路，又称称过零比较电路，又称鉴零器鉴零器

29、-1 +1 # ui Uo UR uiUR a) b) 一、电平比较电路一、电平比较电路1、差动型电平比较电路、差动型电平比较电路 门限电平门限电平U UR R接至比较器的一个输入端接至比较器的一个输入端 待比较的输入电压接比较器的另一个输入端待比较的输入电压接比较器的另一个输入端 若将若将U UR R与与u ui i对调，则传输特性相反对调，则传输特性相反 由于比较器本身有失调电压由于比较器本身有失调电压u uosos 若要比较电路检测毫伏级的微弱信号，必须根若要比较电路检测毫伏级的微弱信号，必须根据据u uosos的极性，事先在的极性，事先在U UR R中消除这个中消除这个u uosos值

30、值 当当U UR R=O=O时，称过零比较电路，又称鉴零器时，称过零比较电路，又称鉴零器2、求和型电平比较电路、求和型电平比较电路输入电压输入电压u ui i和和U UR R均加在运算放大器的反相端均加在运算放大器的反相端因相加点因相加点的电位始终接近于零电位，所以不会的电位始终接近于零电位，所以不会造成共模误差造成共模误差 - + + ui Uo U R1 R2 R 门限电平门限电平UR为为:URRUR21 a)2、求和型电平比较电路、求和型电平比较电路电路特点：电路特点：l门限电压不仅与门限电压不仅与U有关，有关，而且与电阻而且与电阻R1与与R2的比值有关，的比值有关，门限电压选择灵活门限

31、电压选择灵活 l输出的高、低电平分别为运算放输出的高、低电平分别为运算放大器的正、负饱和电位大器的正、负饱和电位 l加入箝位电路，可输出所要求的逻辑电平加入箝位电路，可输出所要求的逻辑电平 l对于缓慢变化的输入信号，当其接近于门限电平时，叠加对于缓慢变化的输入信号，当其接近于门限电平时，叠加在它上的干扰信号在它上的干扰信号un会使比较器产生误翻转，会使比较器产生误翻转，“振铃振铃”现现象，象，如图如图l为克服比较器的为克服比较器的振铃振铃现象，可采用滞回比较路现象，可采用滞回比较路 - + + ui Uo U R1 R2 R UR ui un M N P Q Uo 2、求和型电平比较电路、求和

32、型电平比较电路二、滞回比较电路二、滞回比较电路从电路的输出端至运算放大器同相输入端之间引入一从电路的输出端至运算放大器同相输入端之间引入一个正反馈，个正反馈， 就构成滞回比较器就构成滞回比较器 ui Uo U1 O U2 -1 +1 # ui Uo UR R R2 R1 a)b)二、滞回比较电路二、滞回比较电路l 设比较器输出高电平、低电平设比较器输出高电平、低电平U UoHoH、U UoLoLl 两个门限电压两个门限电压U U1 1( (U Ui i下降下降) )和和U U2 2( (U Ui i上升上升) )分别为分别为: :21221122122111RRRURRRUURRRURRRUU

33、oHRoLR l U1U1和和U2U2的差值的差值UU称为滞后电平，其值为：称为滞后电平，其值为：)(21212oLoHUURRRUUU -1 +1 # ui Uo UR R R2 R1 ui Uo U1 O U2 二、滞回比较电路二、滞回比较电路l滞后电压可用滞后电压可用R1或或R2来调节来调节l合理选择其大小，使之稍大于预计的干扰信号，就可消除合理选择其大小，使之稍大于预计的干扰信号，就可消除上述上述“振铃振铃”现象，从而大大提高抗干扰能力现象，从而大大提高抗干扰能力l但加宽输入转换区，就不可能规定很窄的比较电平，使检但加宽输入转换区，就不可能规定很窄的比较电平，使检测误差加大，所以测误差

34、加大，所以U不宜取得过大不宜取得过大l滞回比较器也常用于：滞回比较器也常用于：把积分延时波形变换成快速上升方波，或把慢速变化把积分延时波形变换成快速上升方波，或把慢速变化(如如正弦波等正弦波等)信号整形为快速变化的脉冲性方波，信号整形为快速变化的脉冲性方波， 有时为有时为了消除过渡电平中干扰的影响，也用它作整形电路了消除过渡电平中干扰的影响，也用它作整形电路三、窗口比较电路三、窗口比较电路判断判断ui是否在两个电平之间，需采用窗口比较电路是否在两个电平之间，需采用窗口比较电路 -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 下限比较器下限比较器上限比较器上限比较器三、窗口比较电路三、窗口比较电路l它由两个电压比较器和一个它由两个电压比较器和一个与非门与非门构构成成图中，电源图中，电源E和稳压管和稳压管Vs及电阻及电阻R1、R2和和Rp构成基准电压电路构成基准电压电路l下限比较器下限比较器N2反相输入端的基准电压反相输入端的基准电压为为:UR2=E-Uzl上限比较器上限比较器N1同相输入端的基准电压同相输入端的基准电压为为:UR1=UzRp/(R1+Rp)+UR2=KUz+UR2当当uiUR2时时:U01=1, U02=0， 则则U0=1当当UR2uiUR

36、1时时:U01=0, U02=1， 则则U0=1窗口的位置由窗口的位置由UR1、UR2决定决定窗口的窗口的 宽度宽度:U=UR1-UR2=KUZ，取决于取决于R1和和Rp的分压系数的分压系数K -1 +1 # & -1 +1 # ui VS E R1 RP R2 Uo1 Uo2 Uo UZ N2 N1 UR2 UR1 UO1UO2 UouiUR1011UR2uiUR1110第三节第三节 电压频率转换电路电压频率转换电路一、一、V/f V/f 转换器转换器l 能把输入信号电压转换成相应的频率信号，输出能把输入信号电压转换成相应的频率信号，输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电信号频率与输

37、入信号电压值成比例，故又称为电压控制压控制( (压控压控) )振荡器振荡器(VCO)(VCO)l 应用：应用：在调频，锁相和在调频，锁相和A/DA/D变换等许多技术领域得到变换等许多技术领域得到非常广泛的应用非常广泛的应用1、用通用运放组成、用通用运放组成V/f转换电路转换电路l 电路主要包括积分器、比较器和积分复原开关等电路主要包括积分器、比较器和积分复原开关等 -U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo 1、用通用运放组成、用通用运放组成V/f转换电路转换电路l 由由N2、R5

38、-R8组成的滞回比较器组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电平为：的正相输入端两个门限电平为： 76676727667671RRRURRRUURRRURRRUUZZ Uz:输出限幅电压，其大小由稳压输出限幅电压，其大小由稳压管管VS2和和VS3的稳压值所决定的稳压值所决定 -U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo Uzl N1N1组成的积分器输出组成的积分器输出u uc c为零为零由比较器特性可知由比较器特性可知, ,此时此时: :比较器输出比较器输出u uo o为负向限幅电压为

39、负向限幅电压 -Uz-Uz开关管开关管V V截止，比较器同相端电压截止，比较器同相端电压u up p为负向门限电平为负向门限电平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 积分器输出电压积分器输出电压u uc c负向增加，负向增加，u uc cU)所示电路可以用来作微电流放所示电路可以用来作微电流放大器。由于运算放大器的开环输入电阻大器。由于运算放大器的开环输入电阻不是无穷大而是一个有限值，它本身的不是无穷大而是一个有限值，它本身的输入偏置电流输入偏置电流Ib不为

40、零，所以总是有误不为零，所以总是有误差存在差存在一、一、I/V转换器转换器l 因此为了获得高精度的微电流放大器，必须选用开因此为了获得高精度的微电流放大器，必须选用开环输入电阻高、环输入电阻高、Ib小的场效应晶体管输入型运算放小的场效应晶体管输入型运算放大器。但这种运算放大器的大器。但这种运算放大器的Ib随温度上升而成倍增随温度上升而成倍增加加l采用采用T T形网络电路组形网络电路组成的微电流放大电路成的微电流放大电路有时也能取得较好的有时也能取得较好的效果，效果， 以反相输入型以反相输入型为例，其原理如图为例，其原理如图一、一、I/V转换器转换器由上式可知，由上式可知， 可以采用较小的可以采用较小的R1和和R3的阻值，的阻值，仍能满足一定放大倍数的要求仍能满足一定放大倍数的要求l在理想情况下有在理想情况下有: 二、二、 V/I转换器转换器 l V/I转换器不仅要求输出电流与输入电压具有线性关系转换器不仅要求输出电流与输入电压具有线性关系 l 而且要求输出电流随负载电阻变化所引起的变化量不超过允而且要求输出电流