常用的信号转换电路有： 采样/保持（S/H）电路 电压比较电路（compararator） V/f（电压/频率）转换器 f/V（频率/电压）转换器 V/I（电压/电流）转换器 I/V（电流/电压）转换器 A/D（模/数）转换器 D/A（数/模）转换器
5.1 采样保持电路
• 基本性质
u0 uuiitt0
什么是电容的吸附效应？
• 在实际电容器中，电容
器介质的偶极子及其界
面极化的形成和消失都
不可能瞬时实现，往往
需要一定的时间，因而
使电介质常数随信号频
率和环境温度变化，不
1
能似为常数
• 实际电容器的仿真模型 如右图所示，图中C为理 想电容值，R0为电容器 的泄漏电阻，其余的阻 容网络为则为介质吸附 效应的仿真。
7
-E2
S1
S2
S3
S4
S5
输出 / 输入
S6
S7
S8
图 6 -7 CD405 1 原理图
• 存储电容
选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器， 如聚苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。(原 因：当电路从采样转到保持，介质的吸附效应 会使电容器上的电压下降，被保持的电压低于 采样转保持瞬间的输入电压，峰值检波器复位 时，电容放电，介质吸附效应会使放电后的电 容电压回升，引起小信号峰值的检波误差。电 容器的泄漏电阻引起电容上的保持电压随时间 逐渐减小，降低保持精度）
DcG1 1
ui
V4
+
E
V5
-- E
V3
1
D G1D2 2
V2
V4
V3
+ uo
E
V1
图 6 - 6 含辅助电路的
CMOS
开关电路
+E 16
11 A B 10
9 C
6 INH
8
-E1
逻辑电平转换电路
多路模拟开关
输入 / 输出
76 5 4 3 2 10
4
2
5
1
12 15 14 13
8 选 1 译 码 电 路
按转换的方式分：
线性转换
非线性转换
线性转换是采用线性电路来完成的，线性转 换只能改变信号频谱分量的相对大小，而不会产 生新的频率成分，某些波形转换、电压/电流转换 可依靠线性转换电路来完成。
利用非线性电路可以实现频率转换，例如混频、 分频和倍频。信号的非线性转换主要应用于信号 的传输方面，特别是信号的远距离传输，也就是 信号的遥传。
f －f f ＋f s
fs
s min
f s+ f max
min
2 fs
f
对采样保持电路的主要要求：
精度
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。
• 输入输出缓冲器 特别需注意的参数：输入偏置电流以
及带宽，上升速率和最大输出电流等性能 参数。
• 模拟开关
模拟开关是一种在数字信号控制 下将模拟信号接通或断开的元件或电 路。该开关由开关元件和控制（驱动） 电路两部分组成。
采样期 保持期 0为(发 t 出保持命） 令的
捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地 跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间 关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下 来为止，所需的时间定义为关断时间。
捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间 长，电路的保持特性不好，它们限制了电路 的工作速度。
VX
VK
R
L
I
x
IK
RL
(a) 电压开关
(b) 电流开关
• 模拟开关的分类
按切换的对象使用的元件：机械触点式 和电子式开关
机械触点式：干簧继电器，水银继电 器及机械振子继 电器等。
电子式开关：二极管、双极性晶体管、 场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟 开关等。
• 模拟开关的性能参数
静态特性：主要指开关导通和断开时输入 端与输出端之间的电阻Ron和Roff,此外还有 最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等。
动态特性：开关动作延迟时间，包括开 关导通延迟时间Ton和开关截止延迟时间Toff, 通常Ton>Toff, 理想模拟开关时Ton→0， Toff→0
• 模拟开关的性能参数
为了得到高质量的采样保持电路，场 效应模拟开关的速度应快，极间电容， 夹断电压或开启电压，导通电阻和反向 漏电流等参数都应小。
总结
从元件方面来看，提高精度的重要 措施是减小各种漏电流和偏置电流，选用 介质吸附效应小的电容器，减小开关导通 电阻等的影响。提高工作速度的措施是提 高开关速度，减小开关极间电容的影响，选用 上升速率和输出电流大的运算放大器。
单片集成采样－保持电路
Uc
+5V 14 13
12
11
AD582
&
DG
∞ -
模拟ห้องสมุดไป่ตู้关
• 增强型MOSFET开关电路（绝缘栅型）
i
S BD
ui
uo
i
D BS
ui
uo
G uc
a)
G uc
b)
Ron
O
uiui
o
模拟开关
• CMOS开关电路
uGP
+E
ui
-E
uo
uGN a)
Ron Ron(P)
Ron(N)
Ron(C)
O
o
uiui
b)
集成模拟开关
• CMOS开关电路
1
u u c
电子仪器设计
主讲教师：郝晓剑 3942611
信息与通信工程学院电子工程系
2019.9.28
5章 信号转换电路
从信息形态变化的观点将各种转换分为三种： ① 从自然界物理量到电量的转换 ② 电量之间的转换 ③ 从电量到物理量的转换
在进行信号转换时，需要考虑以下问题：
转换电路应具有线性特性 要求信号转换电路具有一定的输入阻抗 和输出阻抗以与之相联的器件阻抗匹配 有足够的驱动能力和动态范围。
1. 基本原理
采样保持电路的基本性质
组成： 模拟开关 模拟信号存储电容 缓冲放大器
ui ,uo
O fs(t)
O Ts
a)
uo
f(t)
t
t
F (f)
O f min
f max
F s(f) E0
O
F (f)* F s(f)
a)
E1 fs
b)
f
E2
2 fs
f
O f min
f max
f s- f max
S
+ + N1
#
uo
10
98
∞ -
+ + N2
AD571
状态
模拟量输入
1
2
ui
3
4
5
偏移调节
6
7
C
总结
• 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。
开关元件
控制电路
• 模拟开关的分类
按切换的对象分：电压和电流开关
电压模拟开关的特点是：当开关闭合时，
跨于它两端的电压总与被换接的电压Vx有关， 而且通过开关的电流则与负载RL有关。
电流模拟开关的特点是：不管负载电阻RL 的大小如何，流过开关的电流总是和被换接的
电流Ix相等，而且换接的电压则由RL*Ix决定。