信号转换II电压比较电路分析
运放电压电流转换电路
运放电压电流转换电路 LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020运放电压电流转换电路1、 0－5V/0－10mA的V/I变换电路图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。
输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时,可实现0－5V/0－10mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。
2、 0－10V/0－10mA的V/I变换电路图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出：若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。
运算放大器电压、电流检测电路分析
运算放大器电压、电流信号检测电路分析作者：linxiyiran 日期：09.09.13/ARM-A VR嵌入式开发论坛1、运放实现电流检测：原理：将电流信号转化为电压信号，然后送ADC处理。
很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。
如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。
由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。
故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b由虚短知： Vx = Vy ……c电流从0~20mA变化，则V1 = V2 + (0.4~2) ……d由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout = -(0.88~4.4)V，即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。
2、运放实现电压检测：原理：电压信号转化为电流信息，此处的运放没有比较器的功能。
电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。
图十就是这样一个电路。
上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。
只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！由虚断知，运放输入端没有电流流过，则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b由虚短知 V1 = V2 ……c如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得V3-V4=Vi上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。
双三极管比较电路
双三极管比较电路
双三极管比较电路是一种常见的电路拓扑结构，用于比较两个电压信号的大小。
它由两个三极管和一些电阻组成，能够实现电压信号的比较和切换。
这种电路在电子设备和通信系统中经常被使用。
双三极管比较电路的工作原理是基于三极管的放大和开关特性。
它通过将两个输入信号分别连接到两个三极管的基极，然后将它们的集电极连接到输出端，通过比较输入信号的大小来控制输出信号的状态。
当一个输入信号的电压大于另一个输入信号时，与之相连的三极管会进入饱和区，输出端的电压将被拉低。
而当另一个输入信号的电压大于第一个输入信号时，另一个三极管会进入饱和区，输出端的电压则会被拉高。
这样，双三极管比较电路就能够根据输入信号的大小来产生相应的输出信号。
双三极管比较电路的应用十分广泛。
在模拟电路中，它常被用于电压比较和切换等功能。
例如，在音频放大器中，通过双三极管比较电路可以实现音量控制和立体声切换。
在数字电路中，它可以用于比较两个二进制数的大小，并在控制系统中进行逻辑判断。
双三极管比较电路是一种重要的电路拓扑结构，通过比较两个电压信号的大小来控制输出信号的状态。
它在各种电子设备和通信系统中都有广泛的应用，并起着至关重要的作用。
对于电子技术爱好者
和从事相关行业的人士来说，了解和掌握双三极管比较电路的原理和应用是非常重要的。
两个差分运算放大器构成的电压测量电路
两个差分运算放大器构成的电压测量电路差分运放（差分放大器）是一种常用的电路，在电压测量和信号放大中发挥着重要的作用。
它由两个差分输入端和一个差分输出端组成。
差分运放具有以下特点：输入电压不受地的影响，具有较高的共模抑制比，可实现电压增益调节和相位反转等功能。
本文将介绍两个差分运放构成的电压测量电路。
首先，我们来了解一下差分运放的基本原理。
差分运放的输入端一般分别连接两个输入信号v1和v2，输出端连接负反馈电阻。
当v1>v2时，输出将产生一个正电压；当v2>v1时，输出将产生一个负电压。
通过调节差分放大器的电压增益和负反馈电阻的大小，可以实现对输入信号的放大和测量。
在电压测量电路中，可以将差分运放器用于测量两个信号之间的差异。
下面将介绍两种常见的具体电路。
1.基础差分放大器电路基础差分放大器电路由两个差分运放器和若干电阻组成。
其基本原理是将待测电压与已知电压做差，然后将差值放大到合适的范围进行测量。
具体电路如下图所示：(插入图1)其中，V1和V2分别为待测电压和已知电压，R1和R2为电阻。
当输入电压相等时，根据基本电路理论，输出电压为零。
当输入电压不相等时，输出电压将产生。
假设V1>V2，根据差分放大器工作原理，输出电压为Vo=G(V1-V2)，其中G为增益。
通过调节电阻的大小和电压增益，可以将输出电压放大到合适的范围。
如果我们选取G=1，那么输出电压将等于输入电压之差。
2.单电源差分放大器电路单电源差分放大器电路可以用于测量交流信号的差异。
它由两个使用单电源电源供电的差分运放器和若干电阻组成。
具体电路如下图所示：(插入图2)其中，V1和V2分别为交流信号和参考电压，Vcc为正电源电压，G为增益。
在这个电路中，我们需要将输入信号偏置到差分放大器的工作范围内。
为了实现这一目标，我们需要对输入信号进行偏置。
调整电阻的值和电压增益，可以使输出电压范围与信号范围相匹配。
通过选取适当的电阻和电压增益，我们可以将输入信号放大到合适的范围，并在测量中获得精确的结果。
第六章信号的转换PPT课件
第二节 电压比较电路
1、运放的工作状态 比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件 下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和 值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下， 运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚 断”的结论仍然可用(由于运放的输入电阻很 大）。 2、电压比较器的类型 常用的电压比较器有零电平比较器、非零电平 比较器、滞回比较器和窗口比较器等电路。
捕捉时间
关断时间
限制了电路的工作 速度
第一节 采样保持电路
采样保持电路的基本性质 组成： 1. 模拟开关 2. 模拟信号存储电容 3. 缓冲放大器
第一节 采样保持电路
ui ,uo
O fs(t)
O Ts
a)
uo
f(t)
t
t
模拟信号采样
采样保持电路
对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。
滞后电平可调，合理选择大小，使之稍大于预计的干抗信号，就可消除 振铃现象。但不可太大，否则检测误差太大。
电压比较电路
三 窗口比较电路
R1
UZ
E
UR1
VS
RP
UR2
R2
Uo
-1
#
“1”
+1 N1 Uo1
&
-1
#
+1 N2 Uo2
Uo O “0”
ui
单方向多个阈值
U
U R2
U R1
ui
四、比较电路的应用
电压比较器的性能指标
(1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输 入电压称之为阈值电压或门限电平。
(2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 (3）灵敏度：输出电压跳变前后，输入电压
信号转换电路
传感检测技术基础信号转换电路信号转换电路模/数转换器A／D转换可分为直接法和间接法。
直接法是把电压直接转换为数字量，如逐次比较型的A／D转换器。
间接法是把电压先转换成某一中间量，再把中间量转换成数字量。
(1)逐次比较型模/数转换器逐次比较型A／D转换就是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值.模模//数与数数与数//模转换器模转换器逐次比较型A／D转换器简化框图如图10.20所示它由D／A转换、数码设定、电压比较和控制电路组成图10.20逐次比较型A/D转换框图（2）双积分型模/数转换电路双积分型A／D转换电路如图10.21所示,当t=T2时，U0(t)=0,如图（b）所示.图10.21双积分型A/D转换器原理图转换过程分两步，首先接通S1，对输入电压(-Ui)积分，积分电路输出电压为:(10.21)然后在T1时，开关切换到S2位置，对基准参考电压Ur反向积分，积分电路输出电压为：（10.22）当t=T2时，U0(t)=0，如图10.21（b），此时得：(10.23)设时钟脉冲频率为,当t=T1时,则时间T1为：此时开始对标准参考电压Ur反向积分，时间间隔T=T1－T2，计数值为N，则，所以：数/模转换器数/模（D/A）转换器是通过电阻网络，把数字按其数码权值转换成模拟量的输出.D/A转换器有两种类型:权电阻网络和T形电阻网络(1)权电阻数/模转换器图10.22是4位二进制权电阻D／A转换器原理图由上图可得：（10.24）（10.25）在上述电路中，权电阻分别为R、2R、4R、…、。
若数字量多于四位，可通过增加模拟开关和权电阻来增加其位数。
(2)T形电阻数/模转换器T形电阻D/A转换器原理如图10.23所示,该电路电阻形状成T形，故称T形网络.图10.23T型电阻D/A转换器由图10.23可知,根据叠加原理，运算放大器总输入的等效电压是各支路等效电压之和，即:(10.26)若取RF＝3R，运算放大器的输入端电流为:(10.27)运算放大器的输出电压V0为:(10.28)电压/频率转换器(1)转换原理V/F转换器原理如图10.24所示电压电压//频率与频率频率与频率//电压转换器电压转换器图10.24V/F转换电路示意图1)当输入电压Ux>Uc时，放大器A输出为“1”状态，此时将单稳触发器置“1”，触发器驱动开关S 接通恒流源，使I0对电容CL充电;2)Uc上升，在Uc=Ux+△U时，电压比较器A输出为“0”状态，单稳触发器置“0”，使开关S断开，I0停止对电容CL充电;3)电容CL通过电阻RL放电，Uc下降。
i_v变换电路
由运放组成的V-I、I-V转换电路1、 0－5V/0－10mA的V/I变换电路图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。
输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时,可实现0－5V/0－10mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。
2、 0－10V/0－10mA的V/I变换电路图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出：若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf ＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。
集成运算放大器比较器电路分析
集成运算放大器比较器电路分析1.LM358比较器通过图3.13测试，可以看到当输入电压u i小于1V时，输出电压uo 约为5V左右；当输入电压在1-3V时，输出电压uo约为-5V。
即当U i<U R时，u o输出高电平；当u i>U r时，u o输出低电平。
将u i和U R互相调换位置，重复上述过程，记录输出电压u o，可观察到结果刚好相反。
在实验中为何会出向上述现象？分析一下其中的原因。
在图3.13(a)电路中，同相输入端接基准电位(或称参考电位)U R。
被比较信号由反相输入端输入。
集成运放LM358处于开环状态。
当u i>U R时，由于LM358 的电压放大倍数足够大，所以，输入端只要有微小的电压差，电压即饱和输出，在第一种情况下，输出电压为负饱和值为-U om；同理当u i<U R时，输出电压为正饱和值为+Uom。
其传输特性如图6.8 所示。
可见，只要输入电压在基准电压U R处稍有正负变化，输出电压u o就在负最大值到正最大值处变化。
通过上述分析可知，图3.13所示电路的功能是将一个输入电压与另一个输入电压或基准电压进行比较，判断它们之间的相对大小，比较结果由输出状态反映出来，该电路称为单限电压比较器，其特性如图3.14所示。
图3.14 单限电压比较器传输特性2.电压比较器LM393/LM339LM393是低功耗低失调电压两比较器，LM339是低功耗低失调电压四比较器。
两种比较器，原理图一样，功能参数一样。
(1) LM393/LM339工作原理LM339集成块采用C-14型封装，图3.15为外型及管脚排列图。
图3.15 比较器LM339LM339类似于增益不可调的运算放大器。
每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。
用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-1
#
+1 N1 Uo1
&
Uo
-1
#
+1 N2 Uo2
上限比较器N1通向输入端的 基准电压为
ui Uo
“1” U
O
UR2
UR1
ui
“0”
17
窗口探测器
（线与）两个输出为高电平, 输出才为高
18
窗口探测器
根据技术要求，数字电路工作通 常要求VCC在5V 5%范围内。如 果要使如右图的LED在VCC位于 这个范围内时发光，已知VLED 1.5V ILED 10mA, IB2N 2222 1mA。 求各个元件的值。 （稳压管工作电流也是1mA）
2
（C）电平比较电路的“振铃”现象 un
UR
ui Uo
MN
PQ
3
（D）电平比较器的应用
电平检测器/阈值检测器
• 监测电压,在电压上升 (或降至)某规定值（设 定值）时发出信号。
• 检测器输出根据要求可 发出某一特定的动作。
• 常见例子有报警器，接 通电机或加热器，或向 微处理器发送一个中断 信号。
19
课外作业
1(A) 利用由15V稳压电源供电的311比较器，设计一个阈值检测器 是它当vI〉1V时，有v0 0V；当vI 1V时，有v0 5V。（B）如果条件 改为当vI〉5V时，有v0 -15V；当vI 5V时，有v0 0V。重做上一问。
2.采用三个339型比较器，一个LM385 2.5V基准二极管
5
例２
（339是四个独 立比较器，过 压可参照右图）
6
通断控制
温度控制器（自动调温器）
V T T / 100
高放大倍数功 率管
7
利用一个5k的电位器， 可以使设定值位于500 C 和1000 C之间的任何位 置。求各个电阻值。
V T T / 100
8
二、滞回比较电路（施密特触发器，正反馈）
第二节 电压比较电路
模拟电压比较电路是鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电路。
比较器的输出(数字量)反映两个输入量（模拟量）间的相对大小。
一、电平比较电路（单阈值比较器） （a）差动比较电路
电压比较器符号
电压比较器特性
1
（B）求和型电平比较电路
UR
R1 R2
UБайду номын сангаас
优点：阈值可变，消 除共模误差 缺点：振铃现象
即使是输入信号比较纯净时，引入少量的磁滞（几个毫伏）也是 很值得的。这样能够避免由杂散交流反馈引起的潜在振荡，这些 杂散的交流反馈是由寄生电容以及供电电源总线和接地总线的分 布阻抗产生的。
16
三、窗口比较电路
单方向多个阈值 E
下限比较器N2反相输 入端的基准电压为
R1 UZ
UR1 VS
RP UR2
电平比较器的振铃现象
9
滞回比较电路（施密特触发器）原理：
阈值受输出控制，因为输出两个稳态，所以两个阈值
Uo
R ui
R2
UR
-1 #
+1
Uo
R1
O
U1 U2 ui
a) 滞回比较器电路原理图
b) 传输特性
单方向单阈值,正反馈加速比较,U2-U1>最大的噪声电压
10
反相施密特触发器
11
同相施密特触发器
12
单电源反相施密特触发器
13
单电源同相施密特触发器
14
消除比较器抖动
当处理缓慢变化的信号时,比较器可能会在输入穿越阈值 时,产生多个输出变化,即抖动。这种抖动是由叠加在输入信号 上的交流噪声产生的，尤其是在工业环境中。当信号穿越阈值 时，噪声以全部开环增益被放大，这样就产生了输出抖动。
15
利用滞回比较器可以消除抖动
Vp Vn
比较器
缩小输入 的分压器
建立稳定阈值 的电压基准
VT
1 R2
R1 VREF
4
电平检测器
例1：如右图所示，令 VREF=2.0V, R1=20kΩ 和 R2=30kΩ 。 假 设 采 用 的 是 339 比 较 器 ， Vos=5mV( 最大值）和 IB=250nA(最大值）。 估算出电路的最坏情 况下的误差。
IR 1mA,一个HLMP - 4700LEDILED 2mA和VLED 1.8V，
若干需要的电阻，设计一个电路。该电路能对15V 5%的 电源进行监控，并当电源处在这个范围之内时，电路能使 LED发光。
测控电路
2019/5/26 20