第六章 模拟信号调理电路1
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信号调理电路
4000 3000 2000
F1 F0 F2
F N
振弦式传感器的特性曲线
24
线性化
4、有源线性化电路 无源线性化的缺点是降低了灵敏度。 有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管 等有源器件实现线性化。 因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵 活多变的接法，可获得各种各样函数变换。 原则上，任何敏感器件的变换特性都可以校 正为足够好的直线特性。电路复杂、调整不 便、成本较高。
光
I RP c
Rf
+
+ R2 uO
39
U o IRf
信号变换
注意： 电流传感器输出的电流一般较小，特别是微 弱信号的检测，必须分析运放失调电流和失 调电压所带来的误差放大器。 通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低 的运放。
40
信号变换
电流经过长距离导线传输的电流电压转换：
1K 输入
0~10mA
42
信号变换
纳安小电流电流-电压转换电路：
10K
Ii
+
+
+ -
+
uO 99K
1K
如输入电流：10nA，第一级输出10mV，第二级增益为 100，输出为1V，避免了采用大电阻。
43
信号变换
3、电压－频率转换
电压－频率转换：模拟输入电压转换成与之 成正比振荡频率。
特点：具有良好的精确度、线性、积分输入 等，电路简单、外围元件性能要求不高、环 境适应能力强、转换速度不低于一般的双积 分型AD器件，抗干扰，节省系统接口资源， 可长距离传输，成本低，可逆。 常用器件：TC9401，AD650
注意： 两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果 作为传感器电路的负载希望电阻大些，作 为后续电路的输入希望电阻小些，折中考 虑 大阻值（如MΩ）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源 调整电路
F1 F0 F2
F N
振弦式传感器的特性曲线
24
线性化
4、有源线性化电路 无源线性化的缺点是降低了灵敏度。 有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管 等有源器件实现线性化。 因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵 活多变的接法，可获得各种各样函数变换。 原则上，任何敏感器件的变换特性都可以校 正为足够好的直线特性。电路复杂、调整不 便、成本较高。
光
I RP c
Rf
+
+ R2 uO
39
U o IRf
信号变换
注意： 电流传感器输出的电流一般较小，特别是微 弱信号的检测，必须分析运放失调电流和失 调电压所带来的误差放大器。 通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低 的运放。
40
信号变换
电流经过长距离导线传输的电流电压转换：
1K 输入
0~10mA
42
信号变换
纳安小电流电流-电压转换电路：
10K
Ii
+
+
+ -
+
uO 99K
1K
如输入电流：10nA，第一级输出10mV，第二级增益为 100，输出为1V，避免了采用大电阻。
43
信号变换
3、电压－频率转换
电压－频率转换：模拟输入电压转换成与之 成正比振荡频率。
特点：具有良好的精确度、线性、积分输入 等，电路简单、外围元件性能要求不高、环 境适应能力强、转换速度不低于一般的双积 分型AD器件，抗干扰，节省系统接口资源， 可长距离传输，成本低，可逆。 常用器件：TC9401，AD650
注意： 两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果 作为传感器电路的负载希望电阻大些，作 为后续电路的输入希望电阻小些，折中考 虑 大阻值（如MΩ）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源 调整电路
第6章 信号转换电路剖析
6.1 模拟开关
■ 主要参数
导通电阻Ron：开关闭合时的电阻； 截止电阻Roff：开关关断时的电阻，主要由漏电引起； 延迟时间：控制信号改变时对应产生的输出延迟时间。
■ 开关电路类型
增强型MOSFFT开关电路：N沟道增强型和CMOS 型； 集成模拟开关电路：在同一芯片上集成多个CMOS开关； 多路模拟开关电路：由地址译码器和多路模拟开关组成。
DB11-0
REF IN
CS R/C
REF OUT UCC
BIP AGND OFFSET
UEE
+5V
+12V 0.1µF 0.1µF
-12V
AD674的转换状态信号STS经非门接到AD781采样保持的 控制端。在CS=“0”,R/C=“0”时启动转换器转换。R/C=“0”使 STS=“1”，经非门S/H=“0”，AD781进入保持状态。当AD674 转换结束，STS=“0”使S/H=“1”，AD781进入采样状态。
C
uo
Uc
■ 采样保持电路的主要要求：精度和速度
为提高实际电路的精度和速度，可从元件和电路两方 面着手解决。
6.2 采样保持电路
元件性能要求
■ 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。
6.2 采样保持电路
6.2.1 基本原理
当控制信号Uc=“1” 时，S接通，ui向C充电，
ui
输出跟踪模拟输入信号
变化——采样阶段。
( uo=uc=ui )
信号调理电路.
V IN -
+
R2
A1
-
放大
输入 信号
RG (外接)
R 1
的差
R 1
值
RS
(外接)
A3
V O UT
负载
R2
RS
A2
V IN+
外接地
(a) 经典的前置放大器
电路结构： 对称输入级，由运放A1、A2组成 差动输出级，由运放A3组成
对称输入级对共模干扰信号具有很强的抑制能力 差动输出级将电路双端输入方式变换成单端对地输出方式
理想运放分析要点: 假设运放为理想运放，输入阻抗无穷大、开环放大倍数为无穷 大、输出阻抗为零，不计偏置电流和失调电压。
（1）虚断 （2）虚短 测量常用运放：
OPO7 uA741 LM324 LM358 等
放大电路关键器件-运算放大器
实际运放的设计指标考虑: (1) 输入失调电压 (2) 输入偏置电流
四. 隔离放大器
隔离放大电路定义 隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没
有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共 的接地端。
隔离放大器的应用于场合
隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系 统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控 制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能 力传送信号。它对消除来自大地回路的各种干扰和噪声具 有积极的作用。
C1：隔直电容 R3 ：C1的放电回路
R2
R1 ui N1
R3
(3) 交流电压跟随电路
R2
同相放大电路的特例
为减小失调电流，R3= R2
ui C1
-∞ +
uo
+ N1
手持数字存储示波表模拟信号调理电路的设计
ｏ ｐ ｓ ｉｅ ｔ ｎ ａｉ ｎ ｅ ｗ ｒ ｎ ａ ｓｖ ａｔ ｕ ｔ ｎ ｔ ｏ ｋ， ＭＡＸ４ ３ ＆ＭＡＸ４ １ ｍｕｔ ｌｘ ｒ ａ ｄ ｅ ｏ ５４ ５８ ｌ ｐ ｅ ｅ ｓ ｎ ＥＬ １ ０ ｉ ５ ６ ＆ＭＡＸ４ ０ ｌｗ ｐ ｗｅ ， ｈ ｇ －ｐ ｅ １２ ｏ ｏ ｒ ｉｈ ｓ ｅ ｄ
摘 要 ： 持 数 字存 储 示 波表 在 野 外 和 现 场 测 试 中应 用广 泛 ， 波表 模 拟 信 号 调 理 单 元 关 系到 示 波表 带 宽 和 垂 直 测 量 手 示 精 度 。是 示 波 表 的 关键 电路 单 元 。 基 于 无 源 衰 减 网 络 、 Ｘ Ｍ 公 司 ＭＡ ４ ３ 、 Ａ ４ １ ＭＡ Ｉ Ｘ ５ ４ Ｍ Ｘ ５ ８多路 复 用 器 以及 Ｅ ５ ６ 、 Ｌ １０ Ｍ Ｘ ０ ２低 功 耗 、 Ａ ４１ 高速 宽 带运 算放 大 器 ， 出数 字存 储 示 波 表 模 拟 信 号 调 理 单元 的 完 整 设 计 方案 。 该 方 案 具 有 可程 给 控 、 备 故 障保 护功 能 、 高 电压 输 入 、 直 通 道 测 量 误 差 小 于 ｌ 电路 带 宽 可 达 １０ＭＨ 、 路 简单 等 特 点 ， 有很 具 耐 垂 ％、 ０ ｚ电 具
ｃ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ ｕ ｉ ｉ ｃｏ ｅｙ ｒ ｌｔ ｄ ｔ ｔ ａ ｄ ｉ ｔ ｎ ｅｔ ａ ａ ｕ ｍｅ ｔ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｈ ｓ ｉ ａ ｋ ｙ ｕ ｉ ｏ ｈ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｎ ｔ ｓ ｌｓ ｌ ｅａｅ ｏ ｉ ｂ ｎ ｗ ｄ ｈ ａ ｄ ｖ ｒｉ ｌ ｍｅ ｓ ｒ ｉ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｕａ ｙ ａ ｄ ｔｕ ｓ ｅ ｎｔ ｆｔｅ
ｐ ｇａ ｏ ｒ ｒ ｍｍａ ｌ ｍｐ ｉ ｅ ｂｅａ ｌ ｒ ｉ ｆ
摘 要 ： 持 数 字存 储 示 波表 在 野 外 和 现 场 测 试 中应 用广 泛 ， 波表 模 拟 信 号 调 理 单 元 关 系到 示 波表 带 宽 和 垂 直 测 量 手 示 精 度 。是 示 波 表 的 关键 电路 单 元 。 基 于 无 源 衰 减 网 络 、 Ｘ Ｍ 公 司 ＭＡ ４ ３ 、 Ａ ４ １ ＭＡ Ｉ Ｘ ５ ４ Ｍ Ｘ ５ ８多路 复 用 器 以及 Ｅ ５ ６ 、 Ｌ １０ Ｍ Ｘ ０ ２低 功 耗 、 Ａ ４１ 高速 宽 带运 算放 大 器 ， 出数 字存 储 示 波 表 模 拟 信 号 调 理 单元 的 完 整 设 计 方案 。 该 方 案 具 有 可程 给 控 、 备 故 障保 护功 能 、 高 电压 输 入 、 直 通 道 测 量 误 差 小 于 ｌ 电路 带 宽 可 达 １０ＭＨ 、 路 简单 等 特 点 ， 有很 具 耐 垂 ％、 ０ ｚ电 具
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ｐ ｇａ ｏ ｒ ｒ ｍｍａ ｌ ｍｐ ｉ ｅ ｂｅａ ｌ ｒ ｉ ｆ
第六章 模拟信号数字传输
第六章 模拟信号的数字传输
6.1 引言
6.2 抽样定理
6.3 脉冲振幅调制 6.4 模拟信号的量化
6.5 脉冲编码调制 6.6 PCM系统的抗噪声性能
6.7 增量调制系统
6.8 时分复用
6.1 引 言
一、模拟信号数字传输方框图 模拟信息源 抽样、量化 和编码 数字 通信系统 译码和 低通滤波
m(t )
f （2）考虑到实际滤波器可能实现的特性，s要选得大一些，
一般 f s =(2.5-3) f h 。例如：语音信号的抽样频率为 8000KHz。 （3）在实际应用时可以在f(t)输入端，加一个带限的低通 滤波器滤除 f h 以上的频率成分。
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二.带通抽样定理 设带通信号的最高和最低频率分别为 f H 和 f L ，信号的带 宽 B f H f L ，其频谱函数为 F ( ) ，根据低通抽样定理应 取 f s 2 f H ，则可得 f s 2 f H 时 Fs ( ) 的频谱函数如图所示
fs 从 2B 4B f s 从 2 B 3B
1 2 B 2 B 1 则 fs 从 n
2B n＝ 1 n＝ 2 n＝ 3 2B 3B n＝ 4 4B n＝ 5 5B n＝ 6 6B n＝ 7 7B ?
O
B
8B
fL
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抽样定理
6.3 脉冲振幅调制 ------抽样定理实际应用
S0 Nq
S0 E[m 2 ] （1）计算方法：N E[(m m ) 2 ] q q
设模拟信号m(t)是均值为零，概率密度为f(x)的平稳随机 过程，则：
mi 2 m m ( x m ) f ( x)dx Nq E mi1 x qi f ( x)dx g q a i 1 2 b 2 M
6.1 引言
6.2 抽样定理
6.3 脉冲振幅调制 6.4 模拟信号的量化
6.5 脉冲编码调制 6.6 PCM系统的抗噪声性能
6.7 增量调制系统
6.8 时分复用
6.1 引 言
一、模拟信号数字传输方框图 模拟信息源 抽样、量化 和编码 数字 通信系统 译码和 低通滤波
m(t )
f （2）考虑到实际滤波器可能实现的特性，s要选得大一些，
一般 f s =(2.5-3) f h 。例如：语音信号的抽样频率为 8000KHz。 （3）在实际应用时可以在f(t)输入端，加一个带限的低通 滤波器滤除 f h 以上的频率成分。
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二.带通抽样定理 设带通信号的最高和最低频率分别为 f H 和 f L ，信号的带 宽 B f H f L ，其频谱函数为 F ( ) ，根据低通抽样定理应 取 f s 2 f H ，则可得 f s 2 f H 时 Fs ( ) 的频谱函数如图所示
fs 从 2B 4B f s 从 2 B 3B
1 2 B 2 B 1 则 fs 从 n
2B n＝ 1 n＝ 2 n＝ 3 2B 3B n＝ 4 4B n＝ 5 5B n＝ 6 6B n＝ 7 7B ?
O
B
8B
fL
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抽样定理
6.3 脉冲振幅调制 ------抽样定理实际应用
S0 Nq
S0 E[m 2 ] （1）计算方法：N E[(m m ) 2 ] q q
设模拟信号m(t)是均值为零，概率密度为f(x)的平稳随机 过程，则：
mi 2 m m ( x m ) f ( x)dx Nq E mi1 x qi f ( x)dx g q a i 1 2 b 2 M
第六章 调幅信号的解调
第一节
一、调幅解调电路的功能
概 述
调幅解调电路的功能是从调幅波中不失真地解调出原调制信号。通常将调幅解调 电路称为振幅检波器。
（一）输入输出波形表示形式 1.图6-1（a）是输入为高频等幅波 时，检波电路输出为直流电压。 2.图6-1（b）是输入为正弦调制的 普通调幅波时，检波器输出电压为 正弦波。 3.图6-1（c）是输入为脉冲调制的 调幅波时，检波器输出电压为脉冲 波。
3.惰性失真 (1)产生原因：RC过大，放电太慢。 t1～t2、t3～t4、t5～t6为二极管截 止，电容C通过R放电。当RC过 大时，放电很慢，t5～t6时间内 ，输出电压高于输入电压，二极 管截止。这样就产生了失真。
图6-9 惰性失真
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第二节 二极管大信号包络检波器
（2）不产生惰性失真的条件
图6-1检波器输入输出波形
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第一节
（二）输入与输出频谱表示形式
概 述
1.图6-2（a）输入为高频等幅波时，输入频谱 为 ωi ，输出为直流。 2.图6-2（b）输入为普通调幅波时，输入频谱 ω 为 ωi 、 i ± Ω ，输出为频谱 Ω 。 3.图6-2（c）输入为双边带调幅波时，输入频 谱为 ωi ± Ω，输出为频谱 Ω 。 4.图6-2（d）输入为单边带调幅波时，输入频 谱为 ωi + Ω ，输出为频谱 Ω 。 5.对于图（a）和图（b）只要通过具有二次 方特性的非线性器件进行频率变换产生新 的频率，经低通滤波器可取出所需解调的 信号。图（a）输出直流，图（b）输出 Ω 。 6.图（c）和图（d）由于输入信号中不含有 的频率，不能用图（b）的方式直接得到 Ω 分量，而是需外加一个本地载频信号 ω i ，对 具有相乘作用的非线性器件进行频率变换， 经低通滤波器取出 Ω 。
电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用
号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －
信号调理电路的原理、功能
什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。