东华大学出版社：《光电信息技术》教材电子教案（PPT课件讲稿）第一章 光电信息技术物理基础 1.3.4/1.3.5采样保持器/模拟开关电路

§1.3.4采样保持器 电路基础 釆样保持器指计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量 存储装置。它是连接采样器和模数转换器的中间环节。采样 器是一种开关电路或装置,它在固定时间点上取出被处理信 号的值。采样保持器则把这个信号值放大后存储起来,保持第 浮一 段时间,以供模数转换器转换,直到下一个采样时间再取 出一个模拟信号值来代替原来的值。在模数转换器工作期间 采样保持器一直保持着转换开始时的输入值,因而能抑制由光 ·放大器干扰带来的转换噪声,降低模数转换器的孔径时间,电 .提高模数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性 1、采样保持电路的工作原理 图1.3.4-1为采样保持电路的原理图和工作波形图。在图 物 考1.34-1a中,最简单的采样保持电路由接成同相跟随器的运理 、放、模拟开关场效应管vF以及保持电容C组成。在电压型控基 制元件场效应管的输入端加入采样信号u,其波形如图1.34-1础 上-b所示

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 1 电 §1.3.4 采样保持器 路 基 础 回目录 采样保持器指计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量 存储装置。它是连接采样器和模数转换器的中间环节。采样 器是一种开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信 号的值。采样保持器则把这个信号值放大后存储起来，保持 一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取 出一个模拟信号值来代替原来的值。在模数转换器工作期间 采样保持器一直保持着转换开始时的输入值，因而能抑制由 放大器干扰带来的转换噪声，降低模数转换器的孔径时间， 提高模数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性。 1、采样保持电路的工作原理 图1.3.4-1为采样保持电路的原理图和工作波形图。在图 1.3.4-1 a中，最简单的采样保持电路由接成同相跟随器的运 放、模拟开关场效应管VF以及保持电容C组成。在电压型控 制元件场效应管的输入端加入采样信号u，其波形如图1.3.4-1 上一节 b 所示

电§1.3.4采样保持器 路 基 保持 第 浮一 Mi副 光 电 了 物 理 回与录 图1.3.4-1采样保持电路 基

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第一章光电信息技术物理基础 2 电 §1.3.4 采样保持器 路基础 回目录 图1.3.4 -1 采样保持电路

§1.3.4采样保持器 电路基础 2、集成采样保持器及其应用 集成采样保持器的典型型号为5G582,它是一种单片集 成采样保持器的通用芯片,其电路结构框图和符号如图 1342所示。图134-2a中为控制开关s的逻辑电路的输第 穿一司入信号,c为外接保持电容,运放A1起隔离作用。此电 路中为低电平时是采样周期,高电平时是保持周期。 S/H A S/H 了 章光电信息技术物理基 回与录 逻辑电路 采样保持 图134-25G582的电路结构框图和符号

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 3 电 §1.3.4 采样保持器 路 基 础 回目录 2、集成采样保持器及其应用 集成采样保持器的典型型号为5G582，它是一种单片集 成采样保持器的通用芯片，其电路结构框图和符号如图 1.3.4-2 所示。图1.3.4-2 a中为控制开关S的逻辑电路的输 入信号，CH为外接保持电容，运放A1 起隔离作用。此电 路中为低电平时是采样周期，高电平时是保持周期。 图1.3.4-2 5G582的电路结构框图和符号

§1.3.4采样保持器 电路基础 图1.3.4-3为采样保持器在微机模拟接口电路中的应用。 它可以实现多通道共享采样保持放大器和AD转换器。由 图可见,某一时刻,只有一路模拟开关接通,将被测信号 进行采样和AD转换,变换后的数字量经数据总线和Po第 穿并行接口送至中央处理器cPU,由CPU完成对采集数据的 处理功能。 s WR 拟多路开关 S/H A/D「数据总线0数据总线cU 接口 T 了 章光电信息技术物理基础 回与录 地址总线 图1.3.4-3S/H在微机模拟接口电路中的应用

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 4 电 §1.3.4 采样保持器 路 基 础 回目录 图1.3.4-3 为采样保持器在微机模拟接口电路中的应用。 它可以实现多通道共享采样保持放大器和A/D 转换器。由 图可见，某一时刻，只有一路模拟开关接通，将被测信号 进行采样和A/D 转换，变换后的数字量经数据总线和PIO 并行接口送至中央处理器CPU，由CPU完成对采集数据的 处理功能。 图1.3.4-3 S／H在微机模拟接口电路中的应用

电·§1.35模拟开关电路 :模拟开关电路指能使模拟信号通过或阻断的电路。在通信 基 雷达、计算机、自动控制、测量仪器等电子设备中,都需要用 础·这种电路来转换模拟信号或数字信号。模拟开关的物理模型如 图13.5-1。 一图中A、B为连接模 P司拟信号的开关端点C C uc 为连接控制信号u的 四控制端点。当外加u 使开关s接通时,模 拟信号可通过s从A端 传送到B端,或作反Ao B 方向传送;而当u使S 第一章光电信息技术物理基 结断开时模拟信号即被 回阻断。开关性能的优 图1.3.5-1模拟开关的物理模型 劣直接影响模拟信号 上的传输质量

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电 路 基 础 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.3.5 模拟开关电路 5 回目录 模拟开关电路指能使模拟信号通过或阻断的电路。在通信、 雷达、计算机、自动控制、测量仪器等电子设备中，都需要用 这种电路来转换模拟信号或数字信号。模拟开关的物理模型如 图1.3.5-1。 图1.3.5-1 模拟开关的物理模型 图中,A、B为连接模 拟信号的开关端点;C 为连接控制信号uc的 控制端点。当外加uc 使开关S接通时，模 拟信号可通过S从A端 传送到B端，或作反 方向传送；而当uc使S 断开时,模拟信号即被 阻断。开关性能的优 劣直接影响模拟信号 上一节 的传输质量

§1.3.5模拟开关电路 电陪基础 个理想的模拟开关在接通时电阻应为零,使通过它 的模拟信号不产生任何损失;在断开时电阻应为无穷大 以期完全阻止模拟信号通过,不产生任何泄漏。开关第 的启闭动作应在瞬间完成,并具有任意需要的转换速度 上团。这种特性应与模拟信号的幅度、频率、传送方向以及光 四环境温度无关,足以保证在各种环境下转换各类模拟信 号。实际的模拟开关应尽量在性能上接近理想开关的特 性 回 模拟开关由晶体二极管、晶体管和场效应晶体管构成 了 它常依所用的电子器件而分类。 二极管模拟开关 技术物理基 回与录 在图135-2中用二极管D作为开关元件

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电 路 基 础 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.3.5 模拟开关电路 6 回目录 一个理想的模拟开关在接通时电阻应为零，使通过它 的模拟信号不产生任何损失；在断开时电阻应为无穷大 ，以期完全阻止模拟信号通过，不产生任何泄漏。开关 的启闭动作应在瞬间完成，并具有任意需要的转换速度 。这种特性应与模拟信号的幅度、频率、传送方向以及 环境温度无关，足以保证在各种环境下转换各类模拟信 号。实际的模拟开关应尽量在性能上接近理想开关的特 性。 模拟开关由晶体二极管、晶体管和场效应晶体管构成 。它常依所用的电子器件而分类。 一、二极管模拟开关 在图1.3.5-2 中用二极管D作为开关元件

电·§1.35模拟开关电路 路 基 当控制电压u3具 有可使二极管D导 通的正值时,通过 + D的电流在电阻R 两端产生电压u,这+ 相当于开关接通。 回当u为负值时二极 R1 管D截止,i和u均 为零相当于开关 断开。 图1.353是一个实 用的二极管模拟开 第一章光电信息技术物理基础 关电路。 图1.35-2二极管开关电路

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电路基础 第一章光电信息技术物理基础 §1.3.5 模拟开关电路 7 回目录 当控制电压 u s 具 有可使二极管 D 导 通的正值时，通过 D的电流i在电阻RL 两端产生电压u , 这 相当于开关接通。 当us为负值时二极 管D截止, i 和u均 为零 ,相当于开关 断开。 图1.3.5 - 3是一个实 用的二极管模拟开 关电路。 图1.3.5 -2 二极管开关电路

§1.3.5模拟开关电路 电路基础 当控制电压u为某一正 值时,二极管D1、D2导 通D3、D4截止,相当第 于开关接通;模拟信号 的十 从A端传送到B端,或者章 A B反方向传送。但由于D1、光 D D2导通时电阻不为零,电 信号通过时会产生电压信 损失。当u为负值时,D1、息 回 D2截止,D3、Dg导通, 相当于开关断开模拟信米 了 图135-3实用的二极管模拟开关电 号不能通过开关。但D2、物 理 回与录 D2截止时电阻不是无穷基 大,因而会产生信号电础 流泄漏

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电 路 基 础 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.3.5 模拟开关电路 8 回目录 图1.3.5-3 实用的二极管模拟开关电 当控制电压uc为某一正 值时，二极管D1、D2 导 通,D3 、D4 截止，相当 于开关接通；模拟信号 从A端传送到B端，或者 反方向传送。但由于D1 、 D2 导通时电阻不为零， 信号通过时会产生电压 损失。当uc为负值时, D1 、 D2 截止，D3 、D4导通， 相当于开关断开,模拟信 号不能通过开关。但 D1 、 D2 截止时电阻不是无穷 大，因而会产生信号电 流泄漏

§1.3.5模拟开关电路 电陪基础 场效应晶体管模拟开关 在图1354的电路中用场效应晶体管T作为开关元件 当栅极电压u为高电位第 +ED 时T导通通过T的电流i R 在电阻R两端产生压降章 u,相当于开关接通。 光 D 当u为低电位时T截 电 T 止及u均为零,相当 于开关断开。图135-5技 是由4个场效应晶体管术 了 集成的模拟开关电路, 物 理 回与录 可用来传送4路模拟信基 号。 础 图13.5-4场效应晶体管模拟开关电路

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电 路 基 础 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.3.5 模拟开关电路 9 回目录 二、场效应晶体管模拟开关 在图1.3.5-4 的电路中用场效应晶体管 T作为开关元件。 图1.3.5-4 场效应晶体管模拟开关电路 当栅极电压uG为高电位 时T导通, 通过T的电流iD 在电阻RD两端产生压降 uD ,相当于开关接通。 当uG为低电位时T 截 止,iD及uD 均为零，相当 于开关断开。图1.3.5-5 是由 4个场效应晶体管 集成的模拟开关电路， 可用来传送4路模拟信 号

§1.3.5模拟开关电路 电陪基础 D D D 些塾 Ga S S S4 第一章光电信息技 图135-5场效应晶体管集成的模拟开关电路 回 图中,G1~G为控制端,D1~D和s1~s4为开关端把各管 考的源极S1~S连在一起便可用作多路转换开关,称为共 物 理 源组合;把各管的栅极G1~G连在一起可用作多路传输 开关,称为共栅组合。 场效应晶体管具有功耗低、漏电流小和双向对称性好等 优点,因而场效应管集成的模拟开关得到广泛应用

上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 电 路 基 础 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 §1.3.5 模拟开关电路 10 回目录 图1.3.5-5 场效应晶体管集成的模拟开关电路 图中,G1 ～G4 为控制端,D1 ～D4和S1 ～S4 为开关端,把各管 的源极S1 ～S4 连在一起便可用作多路转换开关，称为共 源组合；把各管的栅极G1 ～G4 连在一起可用作多路传输 开关，称为共栅组合。 场效应晶体管具有功耗低、漏电流小和双向对称性好等 优点，因而场效应管集成的模拟开关得到广泛应用。 下一章