1、2008.9.28电子仪器设计电子仪器设计信息与通信工程学院电子工程系信息与通信工程学院电子工程系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5 5章章 信号转换电路信号转换电路在进行信号转换时，需要考虑以下问题：在进行信号转换时，需要考虑以下问题：l转换电路应具有线性特性转换电路应具有线性特性l要求信号转换电路具有一定的输入阻抗要求信号转换电路具有一定的输入阻抗和输出阻抗以与之相联的器件阻抗匹配和输出阻抗以与之相联的器件阻抗匹配l有足
2、够的驱动能力和动态范围。有足够的驱动能力和动态范围。按转换的方式分：按转换的方式分：l 线性转换线性转换l 非线性转换非线性转换 线性转换是采用线性电路来完成的，线性转线性转换是采用线性电路来完成的，线性转换只能改变信号频谱分量的相对大小，而不会产换只能改变信号频谱分量的相对大小，而不会产生新的频率成分，某些波形转换、电压生新的频率成分，某些波形转换、电压/电流转换电流转换可依靠线性转换电路来完成。可依靠线性转换电路来完成。利用非线性电路可以实现频率转换，例如混频、利用非线性电路可以实现频率转换，例如混频、分频和倍频。信号的非线性转换主要应用于信号分频和倍频。信号的非线性转换主要应用于信号的传
3、输方面，特别是信号的远距离传输，也就是的传输方面，特别是信号的远距离传输，也就是信号的遥传。信号的遥传。常用的信号转换电路有：常用的信号转换电路有：l采样采样/保持（保持（S/HS/H）电路）电路l电压比较电路（电压比较电路（compararatorcompararator）lV/fV/f（电压（电压/频率）转换器频率）转换器lf/Vf/V（频率（频率/电压）转换器电压）转换器lV/IV/I（电压（电压/电流）转换器电流）转换器lI/VI/V（电流（电流/电压）转换器电压）转换器lA/DA/D（模（模/数）转换器数）转换器lD/AD/A（数（数/模）转换器模）转换器5.1 采样保持电路 基本性
4、质基本性质 ）为发出保持命令的时刻保持期(t0 00tutuuii采样期l捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地捕捉时间：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跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间l关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下关断时间：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。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，关断时间捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不好，它们限制了电路长，电路的保持特性不好，它们限制了电路的工作速
5、度。的工作速度。1.1.基本原理基本原理采样保持电路的基本性质采样保持电路的基本性质组成：组成：模拟开关模拟开关 模拟信号存储电容模拟信号存储电容 缓冲放大器缓冲放大器 S Uc uo ui C -+N1 -+N2 a)O t Ts ui,uo O t uo f(t)fs(t)S Uc uo ui C -+N1 -+N2 fsfminfsfmin f O fmin fmax a)F(f)b)E0 E1 E2 O fs 2fs f Fs(f)O fmin fmax fs-fmax fs+fmax fs 2 fs f F(f)*Fs(f)对采样保持电路的主要要求：l 精度精度l 速度速度为提高实际
6、电路的精度和速度，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。输入输出缓冲器输入输出缓冲器 特别需注意的参数：输入偏置电流以特别需注意的参数：输入偏置电流以及带宽，上升速率和最大输出电流等性能及带宽，上升速率和最大输出电流等性能参数。参数。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接通或断开的元件或电路。该开关由开关元件和控制（驱动）电路两部分组成。控制电路控制电路开关元件开关元件 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：当开关闭合时，电压模拟开关的特点是：当开
7、关闭合时，跨于它两端的电压总与被换接的电压跨于它两端的电压总与被换接的电压Vx有关，有关，而且通过开关的电流则与负载而且通过开关的电流则与负载RL有关。有关。电流模拟开关的特点是：不管负载电阻电流模拟开关的特点是：不管负载电阻RL的大小如何，流过开关的电流总是和被换接的的大小如何，流过开关的电流总是和被换接的电流电流Ix相等，而且换接的电压则由相等，而且换接的电压则由RL*Ix决定。决定。VXVKRLIKRLIx(a)电压开关电压开关(b)电流开关电流开关 模拟开关的分类模拟开关的分类 按切换的对象使用的元件：按切换的对象使用的元件：机械触点式机械触点式和电子式开关和电子式开关 机械触点式：干
8、簧继电器，水银继电机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继器及机械振子继 电器等。电器等。电子式开关：电子式开关：二极管、双极性晶体管、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场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟开关等。开关等。模拟开关的性能参数模拟开关的性能参数 静态特性：主要指开关导通和断开时输入静态特性：主要指开关导通和断开时输入端与输出端之间的电阻端与输出端之间的电阻RonRon和和Roff,Roff,此外还有此外还有最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等。最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等。动态特性：开关动作延迟时间，包括开动态特性：开关动作延迟时间，包括开关
9、导通延迟时间关导通延迟时间TonTon和开关截止延迟时间和开关截止延迟时间Toff,Toff,通常通常TonToff,TonToff,理想模拟开关时理想模拟开关时TonTon00，Toff0Toff0 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，场为了得到高质量的采样保持电路，场效应模拟开关的速度应快，极间电容，效应模拟开关的速度应快，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。漏电流等参数都应小。模拟开关 增强型增强型MOSFET开关电路（绝缘栅型）开关电路（绝缘栅型）D B S G ui uo uc i b)S
10、B D G ui uo uc i a)ui o Ron O ui 模拟开关 CMOS开关电路开关电路 ui uo uGP uGN+E-E ui o Ron Ron(C)Ron(N)Ron(P)ui O a)b)集成模拟开关 CMOS开关电路开关电路 uc ui+E 图 6-6 含辅助电路的CMOS开关电路 uo -E D2 DG1 1 1 V3 V4 V3 V4 1 1 DG2 uc-E V2 V1 V5 +E 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
11、 9 6 8 7 INH S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 图 6-7 CD4051 原理图 1 4 存储电容 选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器，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。如聚苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。(原原因：当电路从采样转到保持，介质的吸附效应因：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电压，峰值检波器复位采样转保持瞬间的输入电压，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时，电容放电，介质吸附效应会使放
12、电后的电容电压回升，引起小信号峰值的检波误差。电容电压回升，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，降低保持精度逐渐减小，降低保持精度）什么是电容的吸附效应？在实际电容器中，电容在实际电容器中，电容器介质的偶极子及其界器介质的偶极子及其界面极化的形成和消失都面极化的形成和消失都不可能瞬时实现，往往不可能瞬时实现，往往需要一定的时间，因而需要一定的时间，因而使电介质常数随信号频使电介质常数随信号频率和环境温度变化，不率和环境温度变化，不能似为常数能似为常数 实际电容器的仿真模型实际电容器的仿真模型如右图所示，图中如右图
13、所示，图中C C为理为理想电容值，想电容值，R0R0为电容器为电容器的泄漏电阻，其余的阻的泄漏电阻，其余的阻容网络为则为介质吸附容网络为则为介质吸附效应的仿真。效应的仿真。1总结 从元件方面来看，提高精度的重要从元件方面来看，提高精度的重要措施是减小各种漏电流和偏置电流，选用措施是减小各种漏电流和偏置电流，选用介质吸附效应小的电容器，减小开关导通介质吸附效应小的电容器，减小开关导通电阻等的影响。提高工作速度的措施是提电阻等的影响。提高工作速度的措施是提高开关速度，减小开关极间电容的影响，选用高开关速度，减小开关极间电容的影响，选用上升速率和输出电流大的运算放大器。上升速率和输出电流大的运算放大
14、器。单片集成采样保持电路&1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 模拟量输入 状态 AD571 偏移调节 C+5V AD582 uo ui -+N1 -+N2 Uc S DG#总结 模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流 5.2 电压比较电路(Comparer)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
15、间，它一般低于它一般低于10-20ns10-20ns。响应时间响应时间与与放大器的上升放大器的上升速率和增益速率和增益-带宽积带宽积有关。因此，必须选用这两有关。因此，必须选用这两项指标都高的运算放大器作比较器，并在应用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。通用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）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
16、放大器而言，必须对输出电接，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，彽输出电位满足压采取嵌位措施，使它的高，彽输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。数字电路逻辑电平的要求。一一 电平比较电路（单阈值比较器）电平比较电路（单阈值比较器）（a a）差动比较电路）差动比较电路-1+1#ui Uo UR uiUR a)b)图 6-12 电压比较器及其特性 一 电平比较电路 （b）求和比较电路（阈值可变）优点：阈值可变 缺点：振零现象 a)-+ui Uo U R1 R2 R UR ui un M N P Q Uo VRRVR21 二 滞回比较电路（正反馈阈值）两个阈值：a)b)ui
17、Uo U1 O U2-1+1#ui Uo UR R R2 R1 三 窗口比较电路 -1+1#&-1+1#ui VS E R1 RP R2 Uo1 Uo2 Uo UZ N2 N1 UR2 UR1 “1”“0”O U UR2 UR1 ui Uo 比较器的选用比较器的选用(1)(1)在要求不高时，也可以将运放作为比较器，但在要求不高时，也可以将运放作为比较器，但输出高、低电平要与下级相配合。输出高、低电平要与下级相配合。(2)(2)在要求精度（或灵敏度）高而响应速度不是重在要求精度（或灵敏度）高而响应速度不是重点时，可以选精密型比较器，如点时，可以选精密型比较器，如CJ0119CJ0119。在要求。
18、在要求响应快时要选高速型，如响应快时要选高速型，如CJ0361CJ0361（trtr12ns12ns），），但灵敏度不高（为但灵敏度不高（为30003000），两者难以兼顾。），两者难以兼顾。(3)(3)比较器的输出电平虽然是要与数字电路的逻辑比较器的输出电平虽然是要与数字电路的逻辑电平配合，但还要注意器件类型，一般来说，双电平配合，但还要注意器件类型，一般来说，双极型的比较器与双极型的数字电路能配合，反之极型的比较器与双极型的数字电路能配合，反之亦然，对供电电源是否能合用也应考虑。亦然，对供电电源是否能合用也应考虑。例例1、单限比较器电路的应用、单限比较器电路的应用某仪器中过热检测保护电路某
19、仪器中过热检测保护电路 例例2、滞回比较器电路的应用、滞回比较器电路的应用某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分 应用举例应用举例 三极管三极管 值分选电路值分选电路885 V2.5 VV1V2V+15 V10 k 20 k 20 k 430 k 1 M 5 k 1.5 k 3CG50 100，LED 不亮。不亮。分析电路是否满足要求：分析电路是否满足要求：100，LED 亮，亮，解解 IB=(15 0.7)/1430=0.01 mA当当 50 时，时，IC 0.5 mA，UC 100 时，时，IC 1 mA，UC 5 V V1 导通，导通，LED 亮亮当当
20、50 100 时，时，2.5 V UC 5 V，LED 不亮不亮例例3、窗口比较器电路的应用、窗口比较器电路的应用采用上面窗口比较器采用上面窗口比较器可以区分三极管可以区分三极管是是否在需要范围内，比否在需要范围内，比如记为合格范围为如记为合格范围为 50100，其它，其它100均要取均要取出，则可用发光二极出，则可用发光二极管亮表示一种越限极管亮表示一种越限极警，不亮记为可通过警，不亮记为可通过即即合格。合格。比较器作为接口电路的应用比较器作为接口电路的应用1、不同通讯方式间电平的转换、不同通讯方式间电平的转换2、不同仪器间的电平转换、不同仪器间的电平转换5.3 电压频率转换电路 V/f V
21、/f 转换器转换器定义：定义：V/f(V/f(电压电压/频率频率)转换器能把输转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压控制压值成比例，故又称为电压控制(压压控控)振荡器振荡器(VCO)(VCO)。应用：在调频，锁相和应用：在调频，锁相和A/DA/D变换等许多变换等许多技术领域得到非常广泛的应用技术领域得到非常广泛的应用。指标：额定工作频率和动态范围，灵指标：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等敏度误差和温度
22、系数等电压频率转换电路-U V -+N1 -+N2 R2-E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo 积分复原型积分复原型 组成：组成：积分器、比较器和积分复原开关等积分器、比较器和积分复原开关等 O U1 U2 uT uo T1 T2 t uC U2 U1 t t O O uP 电压频率转换电路 电荷平衡型电荷平衡型A1A2定时电路CFRfusc1usc2Ij-EIfI1D1D2-Emusc3 电压频率转换电路 电荷平衡型电荷平衡型Ifusc 1usc 2usc 30000I10Emttttt Ij Em 电压频率转换电路 集成集成
23、V/F转换器转换器 CL 精 密电流源 电 流开 关 RS 触发器 基 准电 源-+基准比较器-+输入比较器-+定时比较器 R Rt Ct iS RS 4 5 6 7 8 1 2 3 偏流 S R Q 复位 输出保护 驱动 定时 域值 比较输入+U 1.9V 电流输出 基准电压 频率输出 Q2R RL V uo 电压频率转换电路-1+1#单稳 态定 时器 Q iS uo 4 3 5 7 6 1 2 8 RL CL ui RS S Rt Ct+U u6 u5+E V#Q 器 输入 比较 集成集成V/F转换器转换器 b)约 10mV O O T to t t u6 ui uo f/V转换电路 通用
24、通用f/V 转换电路转换电路 包括三个部分：包括三个部分：电平比较器，单稳态触发器和彽通滤波器电平比较器，单稳态触发器和彽通滤波器 R12 R C R3 R4=100R3 u1-E+E C1 R5 uN uP VD3 VD4 R9 R7 R89 V2 R6 R10 V1 VS Um R2 u2 R11 ui+E-E VD1 VD2 R1 C2 -+N1 -+N2 -+N3+E f/V转换电路 Tw 0V 0V u2 uN uP Um UH UL 66RRRE+UH 0V 0V 0V ui u1 u2 UZ（扩展）单稳态触发器的工作特点：单稳态触发器的工作特点：具有一个稳态和一个暂稳态两种工作状
25、态。具有一个稳态和一个暂稳态两种工作状态。在外加触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳在外加触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态。在暂稳态维持一定时间后，再自动返回稳态。在暂稳态维持一定时间后，再自动返回稳态。态。暂稳态维持时间的长短取决于电路的参数。暂稳态维持时间的长短取决于电路的参数。单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触发器是一种脉冲整形电路，多用于脉冲波形单稳态触发器是一种脉冲整形电路，多用于脉冲波形的整形、延时和定时。的整形、延时和定时。1.脉冲整形：对于幅度和宽度都不规则的脉冲信号，脉冲整形：对于幅度和宽度都不规则的脉冲信号，只要这些脉冲的幅度都大于单稳态触发器的触发电平，只要这
26、些脉冲的幅度都大于单稳态触发器的触发电平，则经过单稳态触发器可以将不规则的脉冲波形变成幅则经过单稳态触发器可以将不规则的脉冲波形变成幅度和宽度都相同的脉冲波形。度和宽度都相同的脉冲波形。2.用于定时：利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高、用于定时：利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高、低电平去控制某个电路定时工作。低电平去控制某个电路定时工作。3.用于延时用于延时利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高电平去控制与门的开电平去控制与门的开 3.延时：在一个脉冲信号到达后，延迟一段时间再产生延时：在一个脉冲信号到达后，延迟一段时间再产生一个脉冲，以控制两个相继进行的操作。
27、一个脉冲，以控制两个相继进行的操作。延时 脉冲形成f/V转换电路集成f/V转换器 图6-20 LM131用作f/V转换电路原理图+U RS 触发器-+输入比较器 ui Rt Ct RLiSiS CL RS 4 5 6 7 8 1 2 3 S R Q-+定时比较器 Rd Cd R1 R2 R 2R V u6 U1 U2 u5 U-U7 S uo Q 稳态：稳态：Q=0暂稳态：暂稳态：Q=1暂稳态持续时间暂稳态持续时间由由Rt,Ct充电时间充电时间决定。决定。暂稳态时，IS对RL,CL充电5.4 I/V转换电路1.I/V转换器11RiiRuSo)1(321RRiRuo+例例1 1将将0 010mA
28、10mA的输入直流电流转换为的输入直流电流转换为0 010V10V的输出直流电压的输出直流电压。如图所示，取如图所示，取R1R1250250（即（即uiui0 02.5V2.5V），），R3R35.1k5.1k，则，则R2R215k15k0.3 k0.3 k（一个（一个15k15k的电阻与一个的电阻与一个2.2k2.2k的电位器串联），的电位器串联），R4R43.9k3.9k。SoiRuuRu+32+23131(RRRRiuSoT形网络微电流放大电路 2.V/I2.V/I转换器转换器iNuRRRu3131+LoNRiRRRu3112+)(74221RRiRRRuLoP+bPURRRu4222+
29、2121NNPPNPuuuuuu+)(7240biUURRRi例例2 2如果要将如果要将0 010V10V的输入直流电压转的输入直流电压转换为换为4 420 mA20 mA的输出直流电流，试设计的输出直流电流，试设计其转换电路并计算相关元件参数。其转换电路并计算相关元件参数。kR1002kR204kR1257VUb5.25.5 AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容理解定义和内容1 1 分辨率分辨率：对应一个数字输出的模拟输对应一个数字输出的模拟输入电压有一定的幅度范围，若超过这入电压有一定的幅度范围，若超过这个幅度范围，数字输出就会发生变化，个幅度范围，数字输出就会发生变化，这样能分
30、别的电压范围叫做分辨率。这样能分别的电压范围叫做分辨率。通常用通常用LSB（Least Significant Bit)表示表示。AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容理解定义和内容2 2 量化和量化误差：量化和量化误差：将幅度连续取值的将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小模拟信号变为只能取有限个某一最小当量的整数倍数值的过程称为量化。当量的整数倍数值的过程称为量化。通过量化将连续量转换成离散量，通过量化将连续量转换成离散量，必然存在类似于四舍五入产生的误差，必然存在类似于四舍五入产生的误差，最大误差可达到最大误差可达到1LSB1LSB的的1/21/2。此误差叫。此误差叫做
31、量化误差。做量化误差。AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容理解定义和内容2 量化和量化误差：a)f(t)t F8 F6 F5 F4 F3 F2 F1 0 1 2 3 4 5 6 7 F7 O b)f1(t)t 0 1 2 3 4 5 6 7 011 101 111 111 110 100 011 101 对应编码 1F2F3F4F5F6F7F8FAD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容理解定义和内容3 3 精度：精度：理想的理想的ADCADC是指不含量化误是指不含量化误差以外的误差，但实际上由于使用差以外的误差，但实际上由于使用的元件和噪声等产生各种误差。精的元件和噪声等产生各
32、种误差。精度是表示所含误差的比例，用刻度度是表示所含误差的比例，用刻度的百分比或的百分比或PPMPPM表示。精度分为绝表示。精度分为绝对精度和相对精度。对精度和相对精度。AD转换器A/D转换器的基本原理转换器的基本原理1 双积分式双积分式A/D转换器转换器#-1+1 电子开关 计数器 控制逻辑 数据输出 标准时钟 R C Ui UR-UR UC -+N b)UC Ui1 Ui2 T1 t O 2T 2TAD转换器A/D转换器的基本原理转换器的基本原理2 逐次逼进式逐次逼进式A/D转换器转换器 比较器 D/A 转换器 逐次逼近 寄 存 器 逻辑控制 电 路 输出缓冲器 输出允许 转换结束 启动
33、时钟 Ui US Dn-1 D0 AD转换器A/D转换器的基本原理转换器的基本原理3 并行比较式并行比较式A/D转换器转换器-1+1#N1-1+1#-1+1#N2 N3 1&1 Ui d1 d0 3UR/4 UR/2 UR/4 AD转换器集成集成A/D转换器转换器ADC0809 a)8 路 模拟 开关 IN7 8 路模拟量输入 地址 锁存 与 译码 ADDA ADDB ADDC ALE 3 位 地址线 地址锁存允许-1+1 SAR 控制逻辑与时序 启动START CLK EOC 转换结束 8 位数据输出 三态输 出锁存 缓冲器 D0 D7 OE 输出允许 REF(+)REF(-)开关树 GND
34、 UCC#IN0 WR AD转换器集成集成A/D转换器转换器ADC0809 b)START GND 四分频 P0.7 P0.0 P0.1 P0.2 ui7 ui0 P2.7 RDWR 0INTALE +5V?/#ADC0809 ALE OE EOC CLK UCC REF(+)REF()D7 D0 ADDC ADDB ADDA IN7 IN0 1 1 1 DA转换器D/A转换器的转换特性转换器的转换特性对对n n位位D/AD/A转换器转换器 ，设其输入是，设其输入是n n位二进制数字输入信号位二进制数字输入信号Din(d1,dn),Din(d1,dn),Din=d1x2Din=d1x2-1-1
35、+dnx2+dnx2-n-n如果如果D/AD/A转换器的基准电压位转换器的基准电压位UR,UR,则理想则理想D/AD/A转换器的输出转换器的输出电压电压U0U0可表示为可表示为U U0 0=U=UR R*D DininDA转换器D/A转换器结构及原理转换器结构及原理单片单片D/AD/A转换器的基本转换器的基本组成包括基准电压源，组成包括基准电压源，电阻解码网络，电子电阻解码网络，电子开关阵列和相加运算开关阵列和相加运算放大器四部分组成。放大器四部分组成。1 1 加权电阻网络电路加权电阻网络电路 UR uo S2 d2 dn Sn 2R 4R 2n-1R S3 d3 S1 d1 R -+N I1
36、 I2 I3 In Io R1 A DA转换器D/A转换器结构及原理转换器结构及原理1 R-2R1 R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络 UR R S1 S2 S3 R A1 d1 d2 d3(MSB)2RI8RI4RI2RI2R 2R 2R 4RIUo R dn-1 dn(LSB)1R2nInI2RnI2R1R2nI2R 2R 2R Io Sn-1 Sn R1 A2 A3 An-1 An 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 -+N DA转换器集成集成D/A转换器转换器 UREF UCC Rf b Io1 Io2 CSDI11 DI10 DI1 DI0 XFER21BYBY1WR2WRDAC1
37、208 4位输入锁存器 LE1 LE2 LE3 LSB MSB 8位输入锁存器 12位 DAC 锁存器 12位相乘型D/A 转换 电路 15 16 17 DI9 19 20 4 5 6 7 8 9 23 1 2 21 22 10 14 13 11 24 3 12&DI8 DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 18 23 AD-DA转换器实例仿真有一模数数模转换电路如图，试根据不同转换频率，有一模数数模转换电路如图，试根据不同转换频率，仿真该电路仿真该电路REF1=REF2=10VIn 10sin4t1E9A/DD/A128EOvrinConv REF1 REF2 Out0A/D-D/
38、A 仿真（采样频率 100Hz)A/D-D/A 仿真（采样频率 500Hz)5.6 波形变换1.1.三角波三角波/正弦波的变换方法正弦波的变换方法 对于周期性的三角波，按傅里叶级数展开时，有对于周期性的三角波，按傅里叶级数展开时，有若用低通滤波器（积分电路）将滤除三次以上的高次谐波，若用低通滤波器（积分电路）将滤除三次以上的高次谐波，则就可获得正弦信号输出。则就可获得正弦信号输出。2.2.三角波或正弦波三角波或正弦波/方波的变换方法方波的变换方法 三角波或正弦波三角波或正弦波/方波的变换只需采用输出钳位（限方波的变换只需采用输出钳位（限幅）的过零比较器即可，按照需要的方波幅值设计相应的幅）的过
39、零比较器即可，按照需要的方波幅值设计相应的钳位电路。钳位电路。3.3.方波方波/三角波或正弦波的变换方法三角波或正弦波的变换方法 对于周期性的方波变换成三角波，可以直接采用积分对于周期性的方波变换成三角波，可以直接采用积分器。为了准确地实现变换，应该使图中元件的参数满足下器。为了准确地实现变换，应该使图中元件的参数满足下式：式：式中：式中：f f为方波的频率。为方波的频率。RCRC乘积（即积分常数乘积（即积分常数）越大，）越大，变换精度越高，但三角波的输出幅值越小。变换精度越高，但三角波的输出幅值越小。)5sin513sin31(sin8)(2 +tttVtvmfRC1思考与练习思考与练习5.
40、1 5.1 什么叫线性变换？什么叫非线性变换？为什什么叫线性变换？什么叫非线性变换？为什么频率变换一定要用非线性元件，而波形变换则么频率变换一定要用非线性元件，而波形变换则可用线性元件？可用线性元件？5.2 5.2 试给集成采样保持器试给集成采样保持器AD582AD582外接两个电阻，外接两个电阻，构成一个具有一定放大倍数的采样构成一个具有一定放大倍数的采样/保持器，即采保持器，即采样保持放大器。样保持放大器。5.3 5.3 试查阅手册或上网搜索，找一电压试查阅手册或上网搜索，找一电压/电流转电流转换电路的芯片，讨论其主要参数并与普通运放构换电路的芯片，讨论其主要参数并与普通运放构成的电压成的
41、电压/电流转换电路相对比。（电压电流转换电路相对比。（电压/电流转电流转换器换器XTR100XTR100的失调电压为的失调电压为25V25V，失调电压温漂是，失调电压温漂是每度每度0.5V0.5V，非线性失真度为，非线性失真度为0.010.01，电源电压范，电源电压范围是围是11.611.640V40V，工作温度是，工作温度是40407070。）。）5.4 5.4 如果要将如果要将4 420mA20mA的输入直流电流的输入直流电流转换为转换为0 010V10V的输出直流电压，试设计的输出直流电压，试设计其转换电路。其转换电路。5.5 5.5 用比较器设计一个测试电阻阻值的用比较器设计一个测试电阻阻值的电路。当电阻阻值在电路。当电阻阻值在10k10k5%5%范围内为范围内为合格。并用合格。并用LED LED 发光管指示合格产品。发光管指示合格产品。设计电路并计算元件参数值。设计电路并计算元件参数值。5.6 5.6 分析图示压控振荡器的工作原理。分析图示压控振荡器的工作原理。5.7 5.7 试采用光电池及电流试采用光电池及电流/电压转换器组电压转换器组成一个光检测电路。成一个光检测电路。
