[分享] 示波器进阶课程，模拟数字转换器讲解。精品必看，多图

owoncjp 2018-1-3 10:52 楼主

本编采用“倒置”写法，先介绍复杂一点的比较器，之后开始做常规的放大器实践。一如既往公式不提，横冲直闯，具体细节请格纹查阅相关书籍。感谢OWON为小编提供仪器支持。
大家好，我为大家解释比较器。
电路是这样的。

中间的芯片就是一个比较器：与上图对应的接口情况如下：

按照如下的拓扑，接好，端口5，6之间有一个三段电位器，其中间点，与输出构成反馈。R3属于负载，

咳咳：小编开讲....（shirley，记录一下)
如果，使用一个放大器时候，用的是正向反馈状态，(什么是正向反馈呢？英语称为“非反相”反馈

如上图，我没有从输出接到任何输入，俗称没有反馈，于是这个器件很有可能工作在“饱和”状态。(啥叫饱和状态？？ shri :哎呀就是劲最大，最费电状态)
这种特性具有高度的非线性，并且形成了电压比较器，和施密特触发器电路的基础。

当然，我采用非线性元件所构成的网络，如使用二极管啊，模拟开关啊，也能让电路非线性运行。常见的应用有精密整流器啊，峰值检测采样保持放大器啊，啥的。或者我利用BJT管的指数可预测型，实现各种非线性传递过程，
将来我们会详细研讨。

记得BJT的情况么，
看下图，顺便回想一下...

比较器，会比较输入端的电压(上图2，3) 器输出可以是一个低电压VoL,或者是一个高电压VoH, 有时候比较器所采用的符号，和运算放大器是一样的。，

你会发现无论比较什么模拟量，(任何模拟连续信号）其输出，总是二进制变量。
换句话说输出只有 Vomin 和Vomax两个电压的状态。

（shirley 微微一笑，因为比较器还有个名字， “1bit模拟数字转换器")
观察上图，其电压曲线VTC在-UT的某一时刻(黑方块处), 的垂直下落状态，
这表明那个瞬间的器件增益几乎无限大，（公式略）
其实呢增益不可能无线啦，只不过很大，比如10的3次， 10的6次V/V啦，
当然，数字体系要求比较器输出两个状态为 VoL=0V VoH=5V

测试了信号源的输出之后，我们就给这个电路上电了。
我采用了二极管对电源的电流方向做了限制，于是产生了压降。
不过这不要紧，小编利用两个信号源，分别输出一个正弦信号，
和一个频率快些的锯齿信号，并施加在比较器的输入端上，
理论如下：

这是很多电机理论的经典PWM模型。
这里面要注意，比较器件的重要参数就是”响应时间“
也叫传播延迟。它是输出对输入端某一预定电压阶跃的响应，完成输出转换动作的50%所需要的时间
另一个重要的概念是 “输入过激Vod" 虽然，输入的信号的幅度在100mV 的量级，但所选择的输入阶跃幅度的范围呢，刚刚超出能使输出状态发生转换的电平。这种额外的电压称为Vod， ”传播延迟会随着过激的增加而降低的“

得益于OWON示波器的12bit解析度，可以清楚的看到扫掠所带来的方波变得好像粗线条。而红色的呢，是叠加了太多的”锯齿信号“ 。
在左上角呢可以清楚地看到， ch1 通道输出的是sin信号，50.4Hz, ,而ramp信号呢，是2.1137kHz ,这是为了模拟真实信号而故意设计的。
（别太整了，me一直相信任何整数都不是自然的)
好，我调整示波器，放大一下,

轻松拧了一下旋钮，我从20ms的视图呢，切换到了2ms的视图，
我清楚的看到那些很粗的边沿原来是一系列高低变化的脉冲。
而，每次因为要切还状态，而导致了锯齿信号发生了飘动，
这说明器件在进行切换的时候，某个原因导致了输入信号的变迁。
Now ,let's work together!

继续放大，我发现，一股动态的干扰信号影响了我的锯齿信号。
信号发生了变化，而这种干扰也被比较器放大了，比较了，
于是蓝色的输出部分也看到了”模糊“ 。那是因为振荡也是信号，瞬间快速的比较了多次。

继续放大，也就是让我的观察速度继续变快，这个屏幕，只是500us的过程，
因为采用了对地电容，信号输出端的影响变小了。
可以清华粗的看到平稳的蓝色输出信号。
而红色的锯齿信号的干扰具有时间性。（时移情况严重）

当速率不再是重要因素的时候，运算放大器可以看作是不错的比较器。据小编了解很多运放都具有极高的增益，以及低的输入失调电压。
因为没有反馈结构，所以运算放大器无法实现参考信号的跟随过程。
小编采用的311呢，是通用的比较IC,是最经典的常用的比较器。