6.4.1 基本原理
对采样保持电路的 主要要求：
精度和速度，充 电快、放电慢
导通电阻、截止电 阻、延迟时间
为提高实际电路的 精度和速度，需同
∞
-
+
ui
+ N1
∞
-
S
+
+
C UC
时从元件和电路两 方面着手解决。
uo
带宽，上升速 率、最大输出 电流和漂移
漏电流
输入阻抗、上升速 率、漂移
22
6.4 采样保持电路
17
6.3 电压频率转换电路
6.3.1 f/V转换电路
集成f/V转换器
无信号输入： U1＝0， U2＝0
保持Q=0，S1接地， V2导通
ui前沿负脉冲： U1＝1， U2＝0
置位Q=1，S1接通， CL充电，V2截 止， Ct充电, u5=uCt≥U-=2U /3, U2＝ 1 , u6>U7, U1=0, Q=0
测量与控制电路
6 2021/3/8 6
6.1 电压比较电路
6.1.2 滞回比较电路
R ui
R2 UR
-1
#
Uo
+1
VS2
R1
VS3
电压比较器是一种带正反馈的运算放大器，以提高转 换速率，消除振铃现象，可以通过钳位以获得所需电 平开关信号
7
6.1 电压比较电路
6.1.3 窗口比较电路
R1 VS UR1
ui
+E
u N2
R1 R1 R3
io RL
ui Ub
R1
uN
-
∞
+ uP + N R2
R6 R5
V1
R4
V2
uP1
R2 R2 R4
io (RL
R7 )
R4R7+RL
R3
R7
uP2
R2 R2 R4
Ub
R1=R2，R3=R4
RL
io
io
R4 R2 R7
ui
Ub
11
6.2 电压电流转换电路
6.2.2 电压/电流转换电路
将P沟道与N沟道MOSFET并联
Ron Ron(P)
Ron(N)
ui
+E
uo
-E
uGN a）CMOS开关
Ron(C) O
b）Ron- ui特性
ui
29
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
巡回采样：8路输入、1路输出 1路输入、8路输出
（三）模拟多路开关电路
输入/输出
+E
7 6 54 3 2 10
测控电路
张国雄
天津大学精密仪器与光电子工程学院 精密测试技术及仪器国家重点实验室
电子邮件：gxzhang@
测量与控制电路
1 2021/3/8
6. 信号转换电路
灵：可以根据信号处理、使用、控制的要 求转换成所需形式：电压、电流；幅值、 频率；连续信号的离散化；模拟、数字、 开关信号等形式。
测量与控制电路
5 2021/3/8 5
6.1 电压比较电路
6.1.2 滞回比较电路
R ui
R2 UR
-1
#
+1
Uo
R1
Uo
O
U1 U2 ui
a) 电路原理图
b) 传输特性
不同方向变化不同阈值
U1
UR
R1 R1 R2
U oL
R2 R1 R2
U2
UR
R1 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
23
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关 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。
开关元件
控制电路
24
6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
模拟开关的分类 机械触点式：干簧继电器，水银继电器
及机械振子继电器等。 动作时间长、体积大、耗蚀 电子式开关：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。 应用广泛
ui
U2
uo
T2 T1
f0
1 T
1 R1C (U 1
U2 ) ui
测量与控制电路
15 2021/3/8 15
6.3 电压频率转换电路 uC
6.3.1 V/f 转换电路
O
t
(二）电荷平衡型
uo
C
O
t0
t1
t
i
ui
R
∞ -
uC
+
+ N1
∞ -
+
+ N2
单稳 定时器
Q1 it1
uo
Q0 Is it0 Q1
+U
8
Rd
R1
3
S1
2
ui
Cd u6 U7
6 7
- 输入 + 比较器 U1
V1 Q
Is
RS
Rt
R2
R
U-
- 定时
S RS R触发器
S1
Q
1
uo
Ct u5
5
比较器 +
U2
V2
RL
CL
4
2R
测量与控制电路
18 2021/3/8 18
6.3 电压频率转换电路
6.3.1 f/V转换电路
每输入一个脉冲，is对CL充电一次 充电时间等于Ct电压uCt从零上升到 U- =2U/3所需时间
充电过程中的电容器吸附效应
S
i1
i2
i3
C0 快
R0
R1 C1
慢
S
i1Biblioteka i2i3C0
R1
R0
C1
a) 充电开始S闭合
b) 充电结束S断开后
介质内部 向C1放电
UC0 C1
U
C0
S
i1
i2
i3
C0
R1
R0
C1
c) 充电结束达到平衡 泄漏
33
6.4 采样保持电路
6.4.3 存储电容
放电过程中的电容器的吸附效应
S
IS
（1）线性好；（2）易于集成
UR
t1
Is i
1t 0
f 1 1 i ui t0 t1 Ist0 Ist0 R
测量与控制电路
16 2021/3/8 16
6.3 电压频率转换电路
6.3.2 f/V转换电路
许多频率解调电路都属于f/V 转换电路
单稳态
低通
ui
触发器 Uˊs 滤波器 uo
测量与控制电路
2 2021/3/8 2
6. 信号转换电路
电压比较电路：模拟-开关信号的转换 电压电流转换电路 电压频率转换电路 采样保持电路 模拟数字转换电路
3
6.1 电压比较电路
6.1.1 电平比较电路 一种将电压信号离散化电路
（一）差动比较电路
Uo
ui
-1
#
ui<UR
ui>UR
UR
+1
Uo
O UR
∞ -
S
+#
+ N1
10
9
8
∞
-
+ + N2
uo
1
2
ui
3
4
5
偏移调节
6
7
C
状态
模拟量输入
∩/# AD571
37
6.5 模拟数字转换电路
传感器输出的信号多为模拟信号，在以微型计 算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必须将 传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使 用模/数转换器（简称A/D转换器或ADC）。相反， 经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构等， 需要数/模转换器（简称D/A转换器或DAC）将数字 量转换成相应的模拟信号。
ui
a）电压比较器符号
b）电压比较器特性
电压比较器是一种电压-开关信号转换器。
测量与控制电路
4 2021/3/8 4
6.1 电压比较电路
6.1.1 电平比较电路 （二）求和比较电路 （阈值可变）
UR
R1 R2
U
优点：阈值可变
缺点：振铃现象
ui
R1
∞ Σ-
U R2
+
Uo
+
R
un
UR ui Uo
电平比较器的“振铃”现象
集成f/V转换器 U U (1 e-t/T ) t1 RtCt ln 3 1.1RtCt
QS
Ist1
1.9
t1 Rs
QR
iLTi
uo RL
Ti
Q s
uo
1.9t1 Ti
RL Rs
2.09 RL Rs
RtCt fi
+U
8
Rd
R1
ui
Cd u6 U7
6 7
- 输入 + 比较器 U1
Rt
R2
6.3.1 V/f 转换电路
(一）积分复原型
复原开关
V
R3
R1 ui
积分器
R2
C
∞ -
+ + N1
uC
R4
∞
-
uP
+ + N2
R9
R8 uo
R5
R6
VS2
R7
VS3
-E
-U 比较器 VS1