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第26讲信号的转换_图文

第二十六讲 利用集成运放实现信号的 转换电路
一、概述 二、u-i转换电路 转换电路 三、精密整流电路 四、u-f转换电路 转换电路

一、概述
? ? ? ? 信号的发送:调制(调幅、调频、调相) 信号的发送:调制(调幅、调频、调相) 信号的接收: 信号的接收:解调 信号对负载的驱动: , 信号对负载的驱动:i-u,u-i 信号的预处理: 信号的预处理:交AC-直DC(整流、检波、滤波) 直 (整流、检波、滤波) DC-AC(斩波) (斩波) ? 信号的接口电路:A-D(如 u-f), 信号的接口电路: ),D-A ( ),

电压-电流转换电路 电流转换电路) 二、 u-i 转换电路(电压 电流转换电路) 1.电路构成 电路构成
电路一 电路二

引入了电流串联负反馈
iO = uI ,Ri = ∞ R1

引入了电流并联负反馈
uI iL = + ,Ri = R R

若信号源不能输出电流,则选电路一; 若信号源不能输出电流,则选电路一;若信号源能够输 出一定的电流,则可选电路二。 出一定的电流,则可选电路二。 若负载需接地,则上述两电路均不符合要求。 若负载需接地,则上述两电路均不符合要求。 所以应引入豪兰德电流源电路 豪兰德电流源电路。 所以应引入豪兰德电流源电路。

2.豪兰德电流源电路 豪兰德电流源电路

iR1 = iR 2,iR 3 = iR + iO u I ? u P u P ? u O uO ? u P u P = , = + iO R1 R2 R3 R
若 R2 R3 u = ,则iO = ? I R1 R R

电路既引入了负反馈,又引入了正反馈。 电路既引入了负反馈,又引入了正反馈。 ? RL ↓→ iO ↑ ? ?相互抵消,则 iO稳定 RL ↓→ uP ↓→ uO ↓→ iO ↓? ? 如何求解输出电阻? 如何求解输出电阻?
且断开R 处加交流电压U 由此产生电流I 令ui=0 ,且断开RL,在RL处加交流电压U0/,由此产生电流I0,则U0// I0即 为输出电阻。具体分析见P306 P306页 经分析知: 无穷大。 为输出电阻。具体分析见P306页。经分析知:R0= U0// I0=无穷大。 且只有在R 严格对称条件下, 才趋于无穷, 且只有在R1、R2、R3和R严格对称条件下, R0才趋于无穷,输出电流也才 具有恒流特性。 具有恒流特性。

3.对P454的实用 转换电路和i -u转换电路自己阅读。 对 的实用u-i 转换电路自己阅读 的实用 转换电路和 转换电路自己阅读。

三、精密整流电路
1.精密整流电路的定义和交流整流电路的区别 精密整流电路的定义和交流整流电路的区别
精密整流电路是将微弱的交流信号电压转换成直流信号电 压的处理电路,不是电源中AC-DC的能量转换电路;是实现 的能量转换电路; 压的处理电路,不是电源中 的能量转换电路 微小信号的整流。 微小信号的整流。 为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路? 为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路?

因为: 则在u 的整个周期中u 始终为零; 因为: 若uImax<Uon,则在 I的整个周期中 O始终为零; 若uImax>Uon ,则uO仅在大于Uon近似为 I,失真。 仅在大于 近似为u 失真。

2.精密整流电路的组成和原理分析 精密整流电路的组成和原理分析
' 设R=Rf u I > 0时,uO < 0,D1截止, =

uI > 0 uI < 0

D 2导通,uO = ?u I。
' uI < 0时,uO > 0,D 2 截止,

D1导通,uO = 0。
对于将二极管和晶体管作电子开关的集成 运放应用电路,在分析电路时, 运放应用电路,在分析电路时,首先应判断管 子相当于开关闭合还是断开, 子相当于开关闭合还是断开,它们的状态往往 决定于输入信号或输出信号的极性。 决定于输入信号或输出信号的极性。 半波整流,若加 的负半周, 半波整流,若加uI的负半周,则实现全波整流

对输入信号的要求:设二极管的导通电压为 伏 对输入信号的要求:设二极管的导通电压为0.7伏,集 成运放的开环差模放大倍数为50万倍 万倍, 成运放的开环差模放大倍数为 万倍,那麽为使二极 导通, 管D1导通,集成运放的净输入电压为: 导通 集成运放的净输入电压为: 可见, 可见,只要净输入电压产生非 ? 0.7 ? ?5 uP ? u N = ? V = 0.14 ×10 V = 1.4?V 常微小的变化,就可以改变DI、 常微小的变化,就可以改变 、 5 ? 5 ×10 ? ? D2的工作状态,从而达到精密 的工作状态, 整流的目的。 整流的目的。 引入全波精密整流电路

3.全波精密整流电路 3.全波精密整流电路

?uO1 = ?2uI ? ?uO1 = 0

(uI > 0) (uI < 0)

uO = ?uO1 ? uI
uI > 0时,uO = uI。
uI < 0时,uO = ?uI。

uO = u I
绝对值运算电路 二倍频三角波

举例说明: 举例说明:见P456~457的例 的例 8.4.1

频率f 压控振荡器VCO VCO) 四、电压u-频率 转换电路(压控振荡器VCO) 电压 频率
1.电压u 频率f 转换电路功能: 1.电压u-频率f 转换电路功能:将输入直流电压转 电压
换成频率与其数值呈正比的输出电压。 换成频率与其数值呈正比的输出电压。是一种将模拟量 转换成数字量的转换电路。 转换成数字量的转换电路。

2.由集成运放构成的电压-频率转换电路 2.由集成运放构成的电压由集成运放构成的电压 1)电荷平衡式压控振荡器 )
电路的组成:由锯齿波发生电路演变而来。 电路的组成:由锯齿波发生电路演变而来。

不同之处是D 输入端接了外置信号,而没有与D 并接在R 不同之处是 2输入端接了外置信号,而没有与 I 并接在 3上。

输出波形分系统与锯齿波发生电路相同

≈T
决定于外加电压, 若T2决定于外加电压,则电路的振荡频率就几 乎仅仅受控于外加电压,实现了u→f 的转换。 的转换。 乎仅仅受控于外加电压,实现了

2)实用电荷平衡式压控振荡器 )

注意与P460页图 页图 注意与 8.4.10的区别: 的区别: 的区别

R
R1>>R5

3)实用电荷平衡式压控振荡器原理分析 ) (1)滞回比较器 ) (2)积分电路部分 )
±UT = ± R2 ?U Z R3

在图中的T 时间段, 是对u 的线性积分, 在图中的T2时间段,u01是对ui的线性积分, 其起始值为终了值+U 因而T 满足: 其起始值为-UT,终了值+UT,因而T2满足:

≈T

UT = ?
解得: 解得:

1 1 ? uIT2 ? U T ≈ ? ? uIT ? U T R1C R1C

2 R1 R2 U T T2 ≈ T = × R3 ui

1 R3 uI f ≈ = ? T2 2 R1 R2C U Z

单位时间内脉冲个数表示电压的数 故实现A/D转换,振荡频率受控 转换, 值,故实现 转换 于输入电压。 于输入电压。

若uI>0,则电路作何改动?采用复位式压控振荡器。 ,则电路作何改动?采用复位式压控振荡器。

3)复位式压控振荡器 )

f ≈

R1Cu I U REF

自己阅读推导

讨论一:分析图示两个电路的功能。 讨论一 分析图示两个电路的功能。 分析图示两个电路的功能

iO=?

uO=?

u-i 转换电路

绝对值运算电路- 绝对值运算电路- 精密整流电路

讨论二:已知三极管饱和压降为0 讨论二:已知三极管饱和压降为0。
u O1 C R1 uI R2 R2 R2 R1 T R4

A1
R2

R3

A2

u O2

R1 =2R2

1. 2. 3. 4. 5.

晶体管什么情况下导通?什么情况下截止? 晶体管什么情况下导通?什么情况下截止? 晶体管饱和导通和截止u 的运算关系? 晶体管饱和导通和截止 O1和uI的运算关系? uI的极性? 的极性? uO1、 uO2的波形? 的波形? uI与振荡频率的关系? 与振荡频率的关系?


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