信号转换电路课件.ppt

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1、2023/3/15,1,信号转换电路Signal converting circuit,2023/3/15,2,信号转换电路 Signal converting circuit,主要内容电压/电流转换电路电流/电压转换电路交流/直流（AC/DC）转换电路电压/频率转换电路A/D转换电路D/A转换电路,2023/3/15,3,1 电压/电流转换电路Voltage/current converting circuit,为了抑制外界干扰，常把传感器输出的电压信号经V/I转换电路转换成具有恒流特性的电流信号输出，然后在接受端再由电流/电压转换还原成电压信号。,主要内容：1.1 负载浮地的V/I转换电路

2、1.2 负载接地的V/I转换电路1.3 差动输入的V/I转换电路,2023/3/15,4,1.1 负载浮地的V/I转换电路,简单的V/I转换电路,类似于一个同相放大器，负载两端RL都不接地（负载浮地）。,利用虚短可知：负载输入uA ui，故：,改变R2即可改变输出电流大小。,2023/3/15,5,1.1 负载浮地的V/I转换电路,输出端加入晶体管驱动的V/I转换电路,目的：降低功耗、增大输出电流。,2023/3/15,6,1.2 负载接地的V/I转换电路,负载RL一端接地。当R1=R2，R3=R4+R7时，输出电流：,可见，输出电流与负载无关。,2023/3/15,7,1.3 差动输入的V/

3、I转换电路,利用单位增益运算放大器与精密运算放大器组成差动输入V/I转换电路。,当R1=R3，R2=R4时，输出电流：R为输出采样电阻。,输出电流与负载电阻无关，仅与输入电压之差成比例。,2023/3/15,8,2 电流/电压转换电路Current/voltage converting circuit,电流/电压（I/V）转换电路用于将电流信号转换为与之成线性关系的电压信号。,基本转换电路:（图6.23(a)）,高输入阻抗电路：（图6.23(b)）,2023/3/15,9,集成I/V转换器RCV420,性能：能将4mA20mA输入电流转换成05V的电压输出。可获得86dB的共模抑制比，以及承受

4、40V的共模电压输入。,2 电流/电压转换电路Current/voltage converting circuit,2023/3/15,10,3 交流/直流（AC/DC）转换电路Alternating current/Direct current converting circuit,交流/直流AC/DC转换电路的功能是将交流振幅信号转变为与之成正比的直流信号输出。根据被测信号的频率不同和要求测量的精度不同，可以采用不同的转换方式，常用的转换方式：,主要内容3.1 线性检波电路（半波整流电路）3.2 绝对值转换电路（全波整流电路）3.3 有效值转换电路（方均根/直流转换电路）,2023/3/1

5、5,11,3.1 线性检波电路（半波整流电路）,最简单的检波电路为二极管检波电路。缺点：由于二极管死区的存在，当输入小信号时，存在严重的非线性误差。比较实用的检波方法是将二极管置于运算放大器的反馈回路，以实现精密整流。,2023/3/15,12,3.1 线性检波电路（半波整流电路）,常用的检波电路及其波形：,2023/3/15,13,3.1 线性检波电路（半波整流电路）,半波整流电路的工作特性：电路能检波的最小输入电压为UD/AVO，其中UD为二极管的正向压降；AVO为运放的开环电压增益。可见，二极管正向压降的影响被削弱了AVO倍，从而使检波特性大大改善。如果检波的是正极性的输入电压，只要将电

6、路中的两个二极管同时反接即可。,2023/3/15,14,3.2 绝对值转换电路（全波整流电路）,简单绝对值转换电路：在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，就组成了简单的绝对值转换电路。,2023/3/15,15,3.2 绝对值转换电路（全波整流电路）,简单绝对值转换电路的缺点：要实现高精度转换，电阻必须严格匹。输入电阻较低，仅为R1/R4。,2023/3/15,16,3.2 绝对值转换电路（全波整流电路）,改进的绝对值转换电路：,特点：优点：匹配电阻少，电路精度较高。缺点：输入电阻R1仍然很低。,同相型半波整流电路和反相型半波整流电路结合起来组成绝对值转换电路，可减少匹配电阻的数目。

7、,2023/3/15,17,3.2 绝对值转换电路（全波整流电路）,高输入阻抗的绝对值转换电路：,特点：主要优点是输入电阻很高，但仍需匹配四个电阻。,2023/3/15,18,3.3 有效值转换电路Virtual value converting circuit,真有效值测量法：交流有效值定义：以电压为例，,真有效值测量法能直接测量任意波形信号有效值。,2023/3/15,19,电压有效值测量方法：公式法：应用计算机，通过对已被量化的离散值进行运算，得出公式的值。利用晶体二极管的特性曲线。利用真空热电偶。采用单片真有效值/直流转换器。,3.3 有效值转换电路Virtual value conv

8、erting circuit,2023/3/15,20,单片真有效值/直流转换器：利用单片真有效值/直流转换器可以准确、实时测量各种波形的有效值，而不考虑波形系数即失真度大小。典型的单片真有效值/直流转换器AD536。,3.3 有效值转换电路Virtual value converting circuit,2023/3/15,21,4 电压/频率转换电路Voltage/Frequency converting circuit,电压/频率（V/f）转换电路是将模拟输入电压转换为相应的频率信号，其输出的信号频率与输入信号电压值成比例，故又称电压控制振荡器。V/f转换的特点：精度、线性度都较好。较强

9、的抗干扰能力。与计算机接口简单，占用硬件资源少。输出的频率信号抗干扰性好。,2023/3/15,22,4.1 V/f转换电路的原理,实现V/f转换的电路主要有积分复原式和电荷平衡式等。但集成V/f转换芯片大多采用电荷平衡式V/f转换电路。电荷平衡式V/f转换电路输出电压信号频率：,可见，输出电压的频率与输入电压的平均值成正比。,2023/3/15,23,4.2 集成V/f转换器,常用集成V/f转换器LM331,2023/3/15,24,5 A/D转换电路Analog/Digital converting circuit,主要内容5.1 A/D转换器指标5.2 ADC种类5.3 典型A/D转换器

10、的接口电路,2023/3/15,25,5.1 A/D转换器指标,A/D转换器（ADC）是将模拟量转换为数字量的器件。A/D转换器的主要性能指标有：分辨力、转换时间和精度。,2023/3/15,26,A/D转换器的主要性能指标,分辨力(resolution)是指A/D转换器的输出数字量变动一个二进制数字量的最低有效位（LSB）时输入模拟信号的最小变化量。n位A/D转换器的分辨力等于满刻度值除以2n。通常用转换器的位数n表示其分辨力。转换时间(converting time)：是指A/D转换器从启动转换到转换结束所需要的时间。精度(precision)：是指A/D转换结果的实际值与真实值的偏差。用

11、最低有效位数LSB或满刻度值的百分数表示。,2023/3/15,27,5.2 ADC种类,从工作原理上，ADC可划分为四种类型：逐次逼近式ADC：转换速度、精度较高，但抗干扰能力较差。由于兼顾转换速度和精度，是应用较多的一种。双积分式ADC：转换速度较慢，但精度高，抗干扰能力强，成本低，适用于速度要求不高的场合。并行式和并/串式ADC：转换速度比其他ADC都高，但电路复杂，一般是8位以下。计数比较式：也称计数式ADC或反馈比较式ADC，转换速度慢，精度不高，抗干扰能力差，故很少使用。,2023/3/15,28,5.2 ADC种类,性能比较、总结：,总之，逐次逼近式ADC较好地兼顾性能和成本因素

12、，应用广泛。,2023/3/15,29,5.3 典型A/D转换器的接口电路,ADC0809接口电路设计ADC0809具有8位模拟量输入通道，单极性输入，分辨力为8位，转换时间为100s，总的不可调误差为1LSB。接口电路设计：（略）AD574接口电路设计AD574具有12位模拟量输入通道，单极性或双极性输入，分辨力为12位，转换时间为35s。接口电路设计：（略）,2023/3/15,30,6 D/A转换电路Digital/Analog converting circuit,D/A转换器（DAC）是模拟输出通道的重要器件之一，其作用是将计算机内的数字量转换为连续变化的电压或电流信号。D/A转换器

13、的分类：按数字量的传输方式分类：并行串行按工作原理分类：权电阻型（电流输出型）R-2R电阻网络型（电压输出型）,2023/3/15,31,D/A转换器的主要性能指标有：分辨力、转换精度和建立时间等。分辨力：通常用DAC的位数表示。转换精度：是一个综合指标，包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等。建立时间：是指输入数字量满刻度变化时，输出电压达到满刻度值附近所需时间，通常用输出电压与满刻度值为0.01%所需时间来表示建立时间。,6 D/A转换电路Digital/Analog converting circuit,2023/3/15,32,典型D/A转换器DAC0832。DAC0832是8位电流输出型D/A转换器。采用二级缓冲方式，从而提高转换速度。能实现多通道D/A转换的同步输出。,6 D/A转换电路Digital/Analog converting circuit,