山东理工大学：《数据采集与处理》课程教学课件（PPT讲稿）第5章 采样/保持器

SPUT 第5章采样/保持器 51概述 052采样/保持器的工作原理 53类型和主要性能参数 054采集速率与采样/保持器的关系 55测量放大器的使用 55测量放大器的使用 教据采集与处理

1 SDUT 数据采集与处理 5.1 概述 5.2 采样/保持器的工作原理 5.3 类型和主要性能参数 第5章 采样／保持器 5.4 采集速率与采样/保持器的关系 5.5 测量放大器的使用 5.5 测量放大器的使用

SPUT 第5章采样/保持器 5.概述 问题:模拟信号进行A/D转换时,从启 动转换到转换结束输出数字量,需 要一定的转换时间,当输入信号频 率较高时,会造成很大的转换误差。 解决方法采用一种器件,在A/D转换时 保持住输入信号电平,在A/D 转换结束后跟踪输入信号的变化。 这种功能的器件就是采样/保持器。 教据采集与处理 2

2 SDUT 数据采集与处理 5.1 概述 第5章 采样／保持器 问题：模拟信号进行 A／D 转换时，从启 动转换到转换结束输出数字量，需 要一定的转换时间，当输入信号频 率较高时，会造成很大的转换误差。 解决方法：采用一种器件，在A／D转换时 保持住输入信号电平，在A／D 转换结束后跟踪输入信号的变化。 这种功能的器件就是采样／保持器

SPUT 第5章采样/保持器 52采样/保持器的工作原理 采样/保持器的一般结构邢式如图5.1所示。 模拟信号U2o O U 驱动信号o 模拟地 图5.1采样/保持器的一般结构形式 教据采集与处理 3

3 SDUT 数据采集与处理 第5章 采样／保持器 5.2 采样／保持器的工作原理 采样／保持器的一般结构形式如图5.1所示。 模拟信号 Ui K 驱动信号 A CH 模拟地 UO 图5.1 采样／保持器的一般结构形式

SPUT 52采样/保持景的工作原理 模拟开关K 组成电容CH 缓冲放大器A 教据采集与处理 4

4 SDUT 数据采集与处理 5.2 采样／保持器的工作原理 组成 模拟开关K 电容CH 缓冲放大器A

SPUT 52采样/保持景的工作原理 控制信号 跟踪 工作原理如下 保持 而在2时刻,保持结束, 新一个跟踪时刻到来, 模拟输入 此时驱动信号又为高电 平,模拟开关K重新闭 合,C}端电压UC又跟 随U变化而变化 t3时刻,驱动信号为低 采样输出 电平时,模拟开关K断 开, 图5.2采样/保持器工作原理 教据采集与处理 5

5 SDUT 数据采集与处理 在t1时刻前，控制电路的驱 动信号为高电平时，模拟开 关K 闭合，模拟输入信号Ui 通过模拟开关加到电容CH 上，使得CH端电压UC 跟随 Ui 变化而变化。 在t1时刻，驱动信号为低电 平，模拟开关K断开，此时 电容CH 上的电压UC 保持 模拟开关断开瞬间的Ui 值 不变并等待A／D转换器转 换。 5.2 采样／保持器的工作原理 工作原理如下： t 控 制 信 号 t 模 拟 输 入 A t 采 样 输 出 跟踪 t1 A2 t2 A1 t3 保持 A3 t4 A 图5.2 采样／保持器工作原理 而在t2时刻，保持结束， 新一个跟踪时刻到 来， 此时驱动信号又为高电 平，模拟开关K 重新闭 合， CH端电压UC 又跟 随Ui 变化而变 化； t3时刻，驱动信号为低 电平时，模拟开关K断 开

SPUT 52采样/保持景的工作原理 从以上讨论可知: 采样/保持器是一种用逻辑电平控 制其工作状态的器件。 教据采集与处理 6

6 SDUT 数据采集与处理 5.2 采样／保持器的工作原理 从以上讨论可知： 采样／保持器是一种用逻辑电平控 制其工作状态的器件

SPUT 52采样/保持景的工作原理 它具有两个稳定的工作状态 o跟踪状态 在此期间它尽可能快地接收模拟输入 信号,并精确地跟踪模拟输入信号的变化, 直到接到保持指令为止。 o保持状态 对接收到保持指令前一瞬间的模拟输 入信号进行保持。 教据采集与处理 7

7 SDUT 数据采集与处理 5.2 采样／保持器的工作原理 它具有两个稳定的工作状态： 跟踪状态 在此期间它尽可能快地接收模拟输入 信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化， 一直到接到保持指令为止。 保持状态 对接收到保持指令前一瞬间的模拟输 入信号进行保持

SPUT 52采样/保持景的工作原理 采样/保持器主要起以下两种作用: “稳定”快速变化的输入信号,以减少 转换误差。 o用来储存模拟多路开关输出的模拟信 号,以便模拟多路开关切换下一个模 拟信号。 教据采集与处理 8

8 SDUT 数据采集与处理 5.2 采样／保持器的工作原理 采样／保持器主要起以下两种作用： “稳定” 快速变化的输入信号，以减少 转换误差。 用来储存模拟多路开关输出的模拟信 号，以便模拟多路开关切换下一个模 拟信号

SPUT 第5章采样/保持器 53采样/保持器的类型和主要性能参数 1.采样/保持器的类型 按结构分为两种类型: o串联型 串联型采样/保持器的结构如图5.3。 教据采集与处理 9

9 SDUT 数据采集与处理 第5章 采样／保持器 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数 1. 采样／保持器的类型 按结构分为两种类型： 串联型 串联型采样／保持器的结构如图5.3

1D053采样/保持的类型和主要性能参数 U A? K 模拟地 图5.3串联型采样/保持器的结构 A1和A2分别是输入和输出缓冲放大器,用 以提高采样/保持器的输入阻抗,减小输出阻 抗,以便与信号源和负载连接。 K是模拟开关,由控制信号电压U控制其 断开或闭合。C是保持电容器。 教据采集与处理

10 SDUT 数据采集与处理 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数 A1和A2分别是输入和输出缓冲放大器，用 以提高采样／保持器的输入阻抗，减小输出阻 抗，以便与信号源和负载连接。 K是模拟开关，由控制信号电压UK控制其 断开或闭合。CH是保持电容器。 Ui - + A1 K UK - + A2 CH 模拟地 UO 图5.3 串联型采样／保持器的结构