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1、机械电子学Mechatronics,第4章 信号变换电路,信号变换电路,概述 电平检测及转换电路 模拟信号变换电路 频压转换电路,概述,电平检测及转换电路 输入信号可以是直流也可以是交流 输出信号为逻辑电平信号,注：逻辑电平有：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP；RS232、RS422、RS485等。其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。,过零比较器及电平检测器,窗口比较器及区域比较器,模拟电压比较器,概述,模拟信号变换电路 不
2、再保证线性关系（峰值检测电路、绝对值检测电路、限幅（饱和）电路和死区电路） 信号性质发生变化（电压/电流变换电路）,概述,电压与脉冲量之间的信号变换电路 电压/频率变换 频率/电压变换 脉宽调制电路 特点：输入与输出信号的类型不同，但两者之间保持一定的线性关系,电平检测及转换电路,在机电系统中的作用 如温度、液位等上下限的检测 极限位置等检测有时还需将信号划分成几个工作区域或几个量程来进行不同的处理，可概括为过零检测、电平检测、窗口区域检测等。 由模拟电压比较器、二极管和一些逻辑器件来实现。,电平检测及转换电路,模拟电压比较器的工作原理及特点,理想传输特性,当”+”输入端电压高于”输入端时，电
3、压比较器输出为高电平； 当”+”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平；,电平检测及转换电路,模拟电压比较器的工作原理及特点 三个基本环节：取差减法电路、差值放大电路和逻辑电平形成电路 电压比较器实质上是高灵敏度、高稳定度的小信号电压放大器。对电压比较器的要求是，要有较小的失调电流及温漂，足够高的输入阻抗和开环增益，足够宽的频带和较高的电压调整率以及合适的逻辑电平，但不要求有良好的线性。,电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。,电平检测及转换电路,模拟电压比较器特性参数 阈值电压 比较偏差电压 偏差电压的温度系数 输入共模抑制比 逻辑响应时间 对电源电压变化的抑制能
4、力 输入电压范围 输入阻抗 输出逻辑电平,电平检测及转换电路,过零比较器,电平检测及转换电路,过零比较器, = os + + = + ,电平检测及转换电路,电平检测器 求和型,电平检测及转换电路,电平检测器 差动型,电平检测及转换电路,窗口及区域比较电路 窗口比较器 区域比较器,电平检测及转换电路,窗口比较器,电平检测及转换电路,窗口比较器,电平检测及转换电路,区域比较器原理,电平检测及转换电路,区域比较器的应用,模拟信号变换电路,绝对值检测电路原理,模拟信号变换电路,绝对值电路性能的改善 提高输入阻抗,模拟信号变换电路,绝对值电路性能的改善 减小匹配电阻的绝对值电路,模拟信号变换电路,峰值保
5、持电路-模拟存储电路 峰值跟踪阶段、保持阶段,模拟信号变换电路,基本峰值保持电路,LF398采样保持器,HOLD CAPACITOR,模拟信号变换电路,基本峰值保持电路,（a）正峰值检测电路 （b）接入电阻分压器的峰值检测电路,模拟信号变换电路,由LF398构成的峰或谷值保持的实际电路,（a）峰值保持电路 （b）峰值保持波形,模拟信号变换电路,由LF398构成的峰或谷值保持的实际电路,（a）谷值保持电路 （b）谷值保持波形,模拟信号变换电路,电压-电流变换器原理 具有电流串联负反馈的U/I变换器, = ,模拟信号变换电路,电压-电流变换器原理 具有电流并联负反馈的U/I变换器, = 1 (1+
6、 ),模拟信号变换电路,电压-电流变换电路实例,将0.1V0.5V输入电压变换成恒流15mA输出, = 1 2 3 2 3 2,模拟信号变换电路,限幅电路 A/D输入范围的限幅 PWM控制器输入电压的限幅 电动机电流限幅 饱和特性,模拟信号变换电路,限幅电路的基本特性,a 负向饱和区 b 线性区 c 正向饱和区,模拟信号变换电路,限幅电路 利用运放的输出饱和特性限幅,模拟信号变换电路,限幅电路 由二极管实现的限幅电路,单极式限幅电路,模拟信号变换电路,限幅电路 由二极管实现的限幅电路,双极式限幅电路,模拟信号变换电路,死区电路 也称为不工作区电路,模拟信号变换电路,死区应用电路, = + ( ),频压转换电路,基本工作原理 作用是将一定频率的脉冲信号转换为与脉冲信号成正比的电压信号 应用：可控硅直流调速系统、具有正反转控制的直流调速系统 实现方法：最典型的是脉冲积分频率电压转换,频压转换电路,基本工作原理,频压转换电路,LM2907的封装结构,V+,RC,C1,UO,GND,V-,VEE,VCC,频压转换电路,由LM2907实现的F/V转制电路,R1,R2,C1,C2,频压转换电路,LM2907应用电路,频压转换电路,实际应用 F/V电路 极性判断电路,A超前B,A落后B,频压转换电路,极性转换电路,习题,独立完成。,
