信號(hào)轉(zhuǎn)換電路PPT課件

1 附加內(nèi)容信號(hào)調(diào)理電路 1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路作用2物理量變換電路3電壓比較電路4相位計(jì)5峰值檢波器6有源RC濾波器7電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 2 一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路作用 接口作用信號(hào)調(diào)理電路首先要完成信號(hào)的電平和極性等的轉(zhuǎn)換 以便與A D轉(zhuǎn)換器所需要的電平極性匹配 其次要完成對(duì)信號(hào)的放大 然后還有對(duì)信號(hào)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換 同時(shí)還有阻抗變換的作用 以隔離后面的負(fù)載對(duì)信號(hào)源的影響 抑制干擾并提高信噪比由于被采集信號(hào)比較微弱 容易受到干擾 因此采用信號(hào)調(diào)理電路盡量抑制干擾和噪聲 濾波去除被采集信號(hào)的高頻噪聲 3 1 電壓 電流轉(zhuǎn)換器 圖8 19電壓 電流轉(zhuǎn)換器 a 負(fù)載浮置 b 負(fù)載接地 二物理量變換電路 4 按理想運(yùn)放分析 則流過RL的電流是 若負(fù)載RL的一端接地 則可用圖8 19 b 所示的電路 根據(jù)圖中符號(hào)寫出 利用線性疊加原理 5 若要求iL與uo無關(guān) 則需要滿足R3 R2 R R1 這樣 負(fù)載上流過的電流是 可見 負(fù)載電流與輸入電壓成正比 6 2 電流 電壓轉(zhuǎn)換器 圖8 20電流 電壓轉(zhuǎn)換器 Uo iSRf 7 3 壓電轉(zhuǎn)換 圖8 21壓電轉(zhuǎn)換電路 8 再令只有同相側(cè)輸入時(shí) 輸出電壓為uo2 由于 uo uo1 uo2 求得 9 4 熱電轉(zhuǎn)換 10 5 光電轉(zhuǎn)換 1 硅光電二極管放大電路 圖8 23硅光電二極管放大電路 11 2 光電耦合電路 圖8 24光電耦合放大電路 12 電壓比較電路 比較器用通用運(yùn)算放大器和專用集成比較器的區(qū)別 1 比較器的一個(gè)重要指標(biāo)是它的響應(yīng)時(shí)間 它一般低于10 20ns 響應(yīng)時(shí)間與放大器的上升速率和增益 帶寬積有關(guān) 因此 必須選用這兩項(xiàng)指標(biāo)都高的運(yùn)算放大器作比較器 并在應(yīng)用中減小甚至不用相位補(bǔ)償電容 以便充分利用通用運(yùn)算放大器本身的帶寬來提高響應(yīng)速度 2 當(dāng)在比較器后面連接數(shù)字電路時(shí) 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(duì)通用運(yùn)算放大器而言 必須對(duì)輸出電壓采取嵌位措施 使它的高 彽輸出電位滿足數(shù)字電路邏輯電平的要求 三電壓比較電路 13 1電壓比較電路 1 電平比較電路 單閾值比較器 a 差動(dòng)比較電路 14 b 求和比較電路 閾值可變 優(yōu)點(diǎn) 閾值可變?nèi)秉c(diǎn) 振零現(xiàn)象 15 二 滯回比較電路 正反饋閾值 兩個(gè)閾值 在反向輸入單門限比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò) 組成了具有雙門限值的反向輸入遲滯比較器 門限電壓的估算 16 門限電壓的估算 17 三 窗口比較電路 單方向多個(gè)閾值 18 2 比較器的應(yīng)用 圖8 27比較器用于波形變換 a 電路 b 輸入正弦波 c uo波形 d u 波形 e UL波形 1 波形變換 i CduC dt 19 四相位計(jì) 可測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波電壓之間的相角 只要把兩個(gè)電壓都轉(zhuǎn)換成脈沖 可測(cè)出由兩個(gè)正弦波轉(zhuǎn)換成的兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間 這個(gè)時(shí)間間隔與相位差成比例 這種相位計(jì)能測(cè)量0 到360 的相角 20 五峰值檢波器 圖8 33峰值檢波器特性 21 1 單向峰值檢波器 圖8 34單向峰值檢波器 22 2 峰 峰值檢波器 圖8 35峰 峰值檢波器組成方框圖 23 六有源RC濾波器 低通濾波器 1 基本特性 圖8 36低通濾波器的特性 24 2 一階低通濾波器 圖8 37一階低通濾波器 a 電路 b 幅頻特性 25 式中 0 1 RFCF或f0 1 2 RFCF f0是濾波器的截止頻率 幅頻特性和相頻特性分別為 26 一階低通濾波器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單 只需一個(gè)電容器 缺點(diǎn)是幅頻特性偏離理想特性甚遠(yuǎn) 阻帶區(qū)衰減太慢 衰減斜率僅為 20dB 十倍頻程 3 二階低通濾波器 圖8 38二階低通濾波器 a 電路 b 幅頻特性 27 28 由上述關(guān)系式可得 式中 固有振蕩角頻率為 阻尼系數(shù)為 29 幅頻特性為 在有源濾波器的應(yīng)用中 一般取阻尼系數(shù) 1 當(dāng) 1 時(shí) 幅頻特性出現(xiàn)共振峰 將式 8 52 的分母對(duì) 微分 并令它等于零 便可求得出現(xiàn)共振峰時(shí)的角頻率為 8 52 p叫作峰值角頻率或諧振角頻率 它對(duì)應(yīng)的最大幅值為 8 54 30 當(dāng) 1 時(shí) 式 8 52 變?yōu)?幅頻特性沒有峰值 當(dāng) n時(shí) 有 按 3dB定義截止頻率時(shí) 1 時(shí)的截止角頻率 0就是固有振蕩角頻率 n 即 31 當(dāng) 1 時(shí) 幅頻特性有峰值 按規(guī)定截止角頻率是幅頻特性從峰值回到起始值時(shí)的角頻率 為此令式 8 52 分母等于1 可求得截止角頻率 的大小也決定了峰值和起始值之差 由式 8 54 可得 32 2 高通濾波器 1 基本特性 圖8 39高通濾波器幅頻特性 33 2 二階高通濾波器 圖8 40二階高通濾波器 a 電路 b 幅頻特性 34 其幅頻特性為 8 60 35 式中 若取C1 C2 C 上式簡(jiǎn)化為 36 與二階低通濾波器一樣 為了改善衰減特性 阻尼系數(shù)一般取 幅頻特性將出現(xiàn)共振峰 將式 8 60 分母對(duì) 微分 并令它等于0 可求得出現(xiàn)共振峰的角頻率 p為 當(dāng)時(shí) 所以截止角頻率仍與式 8 56 相同 即 0 n 37 當(dāng) 1 時(shí) 幅頻特性有峰值 按規(guī)定可令式 8 60 右邊分母為1 求得截止角頻率為 若已知Af n和 其設(shè)計(jì)方法和步驟如下 按電容量的標(biāo)稱值選擇電容C1 C2 C Af 1 10范圍內(nèi) 根據(jù)截止頻率初選C值 38 按Af和運(yùn)放輸入端平衡電阻要求 確定Rf RF 即根據(jù)Af 1 RF Rf和R2 Rf RF可導(dǎo)出 39 3 帶通濾波器 1 基本特性 圖8 41帶通濾波器的幅頻特性 40 式中 2為高端3dB角頻率 1為低端3dB角頻率 帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)定義為 41 2 典型二階帶通濾波器 圖8 42典型二階帶通濾波器 a 電路 b 幅頻特性 42 幅頻特性是 由圖8 42 a 不難寫出頻率特性表達(dá)式為 43 式中 44 4 帶阻濾波器 1 基本特性 圖8 43帶阻濾波器的幅頻特性 45 2 二階帶阻濾波器 圖8 44二階帶阻濾波器 a 方框圖 b 電路 46 帶通濾波器A1在中心頻率 0的增益為 Af Af R3 2R1 所以A1的輸出信號(hào)為 為了通過減法器將它完全抑制掉 必須使 8 72 47 其幅頻特性是 48 在滿足式 8 72 的情況下 上式中各參數(shù)為 49 5 移相濾波器 1 基本性質(zhì) 圖8 45移相濾波器的特性 a 相頻特性 b 角頻率為 1時(shí)的輸入 輸出波形 50 移相濾波器的頻率特性可寫成 式中 Af C 常數(shù) Af j f 一階相移濾波器的移相范圍是0 180 而二階移相濾波器的移相范圍較大為0 360 所以用得較多 51 2 二階移相濾波器 圖8 46二階移相濾波器 a 電路 b 相頻特性 52 假設(shè)圖中元件值滿足以下關(guān)系式 則頻率特性為 53 式中 54 七電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 V f轉(zhuǎn)換器定義 V f 電壓 頻率 轉(zhuǎn)換器能把輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào) 即它的輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)電壓值成比例 故又稱為電壓控制 壓控 振蕩器 VCO 應(yīng)用 在調(diào)頻 鎖相和A D變換等許多技術(shù)領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用 指標(biāo) 額定工作頻率和動(dòng)態(tài)范圍 靈敏度或變換系數(shù) 非線性誤差 靈敏度誤差和溫度系數(shù)等 55 積分復(fù)原型組成 積分器 比較器和積分復(fù)原開關(guān)等 56 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 電荷平衡型 57 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 集成V F轉(zhuǎn)換器 58 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 集成V F轉(zhuǎn)換器 59 f V轉(zhuǎn)換電路 通用f V轉(zhuǎn)換電路包括三個(gè)部分 電平比較器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和彽通濾波器 60 f V轉(zhuǎn)換電路 61 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn) 具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)兩種工作狀態(tài) 在外加觸發(fā)脈沖作用下 能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 在暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí)間后 再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路的參數(shù) 62 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種脈沖整形電路 多用于脈沖波形的整形 延時(shí)和定時(shí) 1 脈沖整形 對(duì)于幅度和寬度都不規(guī)則的脈沖信號(hào) 只要這些脈沖的幅度都大于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)電平 則經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以將不規(guī)則的脈沖波形變成幅度和寬度都相同的脈沖波形 2 用于定時(shí) 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)期間輸出的高