数据采集系统——计算机测控系统

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Chapter 10 信号测量与调理

第十章 数据采集系统—— 计算机测控系统§10.6 典型的测控系统组成 §10.7 多路模拟开关 §10.8 采样保持器

§10.9 D/A 转换器§10.10 A/D 转换器

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§10.6 典型的测控系统组成传感器 变送器多 路 模 拟 开 关 采 样 保 持 器 模 拟 控 制 器

传感器 变送器

A/D

计 算 机

D/A

测控系统框图

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把模拟量转换为数字量的过程称为模数 转换，完成这种转换的电路称为模数转换器 (Analog to Digital Converter),简称为ADC 或A/D; 把数字量转换为模拟量的过程称为数模 转换，完成这种转换的电路称为数模转换器 (Digital to Analog Converter),简称DAC或 D/A。

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§10.7 多路模拟开关模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号 传输进行通、断控制的电子器件注意：模拟开关多用场效应管来构成，因为 场效应管的VGS能够使D、S之间导通和断开， 但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有 一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关 断电流

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一、场效应管结构原理场效应管(Fiedl Effect Transistor——FET) 是利用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有 一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长 的特点，还具有输入电阻高(MOSFET最高可达 1015Ω)、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、 抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大 规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中 得到广泛应用。 按结构，场效应管可分两大类： 结型场效应管(JFET) 绝缘栅型场效应管(IGFET)

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二、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化 硅作为金属(铝)栅极和半导体之间绝缘层 ， 又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称 MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。

MOSFET可分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道

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1、N沟道增强型 MOSFET1)结构 N沟道增强型 MOSFET在P型半导 体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后 用光刻工艺扩散两 个高掺杂的N型区。衬底B 源极S

栅极G 漏极D

结构

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2)工作原理

原理1

栅源电压vGS的控制作用— —形成导电沟道 正电压vGS产生的反型层把 漏-源连接起来，形成宽度均 匀的导电N沟道，自由电子是 沟道内的主要载流子。 反型层刚形成时，对应的栅 源电压vGS称为开启电压，用 VT表示。

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漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 原理2 vGS ≥ VT,加vDS,形成iD,且iD与vDS基

本成正比。 因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS vDS< VT,沟道被预夹断 (漏端),管子进入饱和区。

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沟道预夹断后， vDS继续 增大，夹断点向源极方向移 动， iD略有增大。 vGS变化时，vGS < VT,没有导电 沟道， iD≈0; vGS =VT时开始形成导电沟道； vGS ≥ VT时，导电沟道变宽。从 而改变vGS 的大小有效地控制沟 道电阻的大小。 ——输入电压vGS 对输出电流iD的控制

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3)特性曲线

iD f(v DS)vGS 常 数

iD f(vGS vDS 常 数 )

——输出特性

——转移特性

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N沟道耗尽型

N沟道增强型

P沟道耗尽型

P沟道增强型

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2、 场效应三极管的参数

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1)开启电压VGS(th) (或VT) 增强型FET的重要参数。 在VDS为 某一固定值下能产生iD所需要的最小 |VGS|值。 2)夹断电压VGS(off) (或VP) 耗尽型FET的参数。在VDS为某一固定 值条件下, iD等于一微小值(便于测量)时 所对应的VGS。

3)饱和漏极电流IDSS 耗尽型FET重要参数。在VGS=0的条件下，管子预 夹断时的漏极电流。

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4)直流输入电阻RGS、rds 栅源电压与漏极电流之比，通常JFET的 RGS>107Ω,MOSFET的RGS>109Ω。5)低频跨导gm 表征工作点Q上栅源电压vgs 对漏极电流id的控制作用大小 的参数，单位是mS。

6)最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= vDS iD决 定，与双极型三极管的PCM相当。

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二、 双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管结构NPN型 PNP型 C与E一般不可倒置使 用 载流子 输入量 多子扩散少子漂移 电流输入 电流控制电流源 CCCS(β)

场效应三极管结型耗尽型 N沟道 P沟道 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 D与S有的型号可倒置使用多子漂移 电压输入 电压控制电流源 VCCS(gm)

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双极型三极管噪声温度特性 较大

场效应三极管较小较小，可有零温度系数点

受温度影响较大几十到几千欧姆

输入电阻静电影响 集成工艺

几兆欧姆以上易受静电影响 适宜 …… 此处隐藏：439字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……