电子系统设计部分课后ppt课件.ppt

1 什么是电子系统 电子系统由哪几部分组成以及每部分的作用 答 通常将由电子元器件或部件组成的能够产生 传输 采集或处理电信号及信息的客观实体称之为电子系统 一般电子系统由输入电路 信息处理 输出电路三大部分组成 输入电路 主要是对输入信号进行预处理 比如滤波或模数转换等 使更加适合信息处理 信息处理 对预处理后的信号进行运算 转换 比较等不同的处理 输出电路 对处理后的信号进行功率放大或数模转换等 使之适合输出需要 第一次作业及参考答案 1 2 电子系统设计的基本原则有哪些 答 电子系统设计的基本原则 1 满足系统功能和性能指标要求 第一次作业及参考答案 针对不同的电路设计领域 又有几条特殊原则 先进性 主要针对科研攻关项目 可靠性 主要针对军工 航天领域 实用性 主要针对市场产品 要求对价格 性能和可靠性综合考虑 能进行大批量自动化生产 2 电路简单 3 电磁兼容性好 4 可靠性高 5 系统集成度高 6 调试简单方便 7 生产工艺简单 8 性能价格比高 9 操作简单方便 2 3 电子系统的常用设计方法有哪些 每种方法的特点是什么 答 电子系统的常用设计方法主要有自顶向下 自底向上和两者相结合三种方法 1 自顶向下的特点 运用概念 抽象 描述 分析设计对象 不过早地考虑具体电路 元器件和工艺 抓住主要矛盾 不纠缠在具体细节上 控制设计的复杂性 底层修改 不影响顶层 适合于大型系统设计 第一次作业及参考答案 3 3 电子系统的常用设计方法有哪些 每种方法的特点是什么 答 电子系统的常用设计方法主要有自顶向下 自底向上和两者相结合三种方法 2 自底向上的特点 直观 效率较高 可利用前人的设计成果 在系统的组装和调试过程中有效 部件设计在先 设计系统时将受这些部件的限制 影响系统性 易读性 可靠性 可维护性 适合于小型系统设计 3 以自顶向下方法为主导 并相结合自底向上的方法 发挥两种方法的优点 扬长补短 使设计效率更高 第一次作业及参考答案 4 4 电子系统设计的一般步骤有哪些 答 1 行为描述与设计 描述系统的各项功能 各单元的输入和输出关系 各种技术指标 主要包括硬件框图设计和软件流程图设计 2 结构描述与设计 描述单元模块间的互连关系 主要包括硬件电原理图设计和软件源程序设计 3 物理描述与设计 实现结构的具体形式 技术和工艺等 主要包括传统的PCB PLD或VLSI和元器件选型 布局布线 工艺设计等 第一次作业及参考答案 5 5 负反馈对放大电路性能有哪些影响 答 1 提高放大倍数的稳定性 放大倍数的稳定性是基本放大电路的 1 AF 倍 2 改变输入电阻和输出电阻 引入串联负反馈将增大输入电阻 引入并联负反馈将减小输入电阻 引入电压负反馈将减小输出电阻 引入电流负反馈将增大输出电阻 3 展宽频带 是基本放大电路的 1 AF 倍 4 减小非线性失真 第一次作业及参考答案 6 1 用一双电源供电的运放 设计一单电源交流电压放大电路 电压放大倍数为10倍 第二次作业及参考答案 解 可采用反向输入和同相输入两种方法 将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足 V V VO VCC 2 如图所示电路为uA741构成反相交流电压放大器电路 其中R2 R3称为偏置电阻 用来设置放大器的静态工作点 为获得最大动态范围 通常使同相输入端静态 输入电压为零时 工作点电压V VCC 2 C1 C2为放大器耦合电容 取C1 C2 10uF 电压放大倍数 Auf RF R1 10 所以RF 10R1 取R1 20k 则RF 200k 所以取R2 R3 10k 静态时 放大器输出电压应等于同相输入端电压 7 1 用一双电源供电的运放 设计一单电源交流电压放大电路 电压放大倍数为10倍 第二次作业及参考答案 解 可采用同相输入和反向输入两种方法 将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足 V V VO VCC 2 如图所示电路为uA741构成同相交流电压放大器电路 其中R2 R3称为偏置电阻 用来设置放大器的静态工作点 为获得最大动态范围 通常使同相输入端静态 输入电压为零时 工作点电压V VCC 2 C1 C2为放大器耦合电容 取C1 C2 10uF 电压放大倍数 Auf 1 RF R1 10 所以RF 9R1 取R1 20k 则RF 180k 电路接入R4的目的是为了提高放大器的输入电阻 所以取R2 R3 10k 静态时 放大器输出电压应等于同相输入端电压 8 2 设计一差分放大电路 电压放大3280倍 要求高输入阻抗 较高的共模抑制比 抗干扰能力强 解 由题意分析可知 不能采用单运放的差分放大电路 必须采用三运放的差分放大电路 第二次作业及参考答案 解 可取R1 R3 10k R2 200k R4 800k 9 3 用温度传感器AD590设计一个摄氏温度的测量电路 分析其工作原理 并求出输出端的表达式 电流温度灵敏度是1 A K 解 可以用电压抵消法和电流抵消法 第二次作业及参考答案 利用差分电路的特点 将R1上得到的温度信号经运放N1缓冲隔离后 在运放N2的同相端和反相端进行相减 输出与摄氏温度成比例的电压 变换绝对温度T K 为摄氏温度 C 电路图如右图所示 AD590通过R1转换成1mV K 与N2运放反相端的电压相减 从而得到灵敏度为1mV C的摄氏温度输出 在0 C时调整R2 使Vo 0 可扣除273 15的常数项 从而实现摄氏温度的测量 10 3 用温度传感器AD590设计一个摄氏温度的测量电路 分析其工作原理 并求出输出端的表达式 电流温度灵敏度是1 A K 解 可以用电压抵消法和电流抵消法 第二次作业及参考答案 利用运放的虚地概念 将AD590电流输出支路与产生273 15的常数支路在虚地点叠加变换绝对温度T K 为摄氏温度 C 电路图如右图所示 MC1403输出2 5V电压基准 通过R1与R2的和 9 157k欧 得到273 15uA 可在运放反相端与AD590在0 C时产生的273 15uA相互抵消 从而得到灵敏度为100mV C的摄氏温度输出 在0 C时 调整R1 使Vo 0 在1 C时 调整R4 使Vo 100mV 11 4 用温度传感器AD590设计一个测量两点间的温差电路 分析其工作原理 并求出输出端的表达式 电流温度灵敏度是1 A K 第二次作业及参考答案 解 电路如右图所示 在反馈电阻为100kW的情况下 设1 和2 AD590处的温度分别为t1 和t2 电位器R2用于调零 电位器R4用于调整集成运放的增益 A点 由KCL得 I I2 I1 I3 I4 1 由运算放大器的特性知 I3 0 2 调节调零电位器R2使 I4 0 3 由 1 2 3 可得 I I1 I2设R4 90kW 则有 Vo I R3 R4 I1 I2 R3 R4 t1 t2 100mV C 4 其中 t1 t2为温度差 单位为 由式 4 知 改变R3 R4的值可以改变VO的大小 12 5 选择适合的集成电子开关 实现一个增益可控的放大电路 要求实现2倍 4倍 8倍 16倍和32倍的增益 第二次作业及参考答案 解 由题意分析可知 可选用四路双向集成模拟电子开关CC4066来实现四种增益可控 采用反相放大电路实现增益 电路如右图所示 将R1阻值固定 通过电子开关改变Rf来实现增益的改变 取R1 1kAu 32 则R f 32R1 32k R R1 Rf2 R f 1k Au 16 Rf1 32k Au 8 Rf2 16k Au 4 Rf3 8k Au 2 Rf4 4k 13 1 设计一二阶压控电压源 VCVS 巴特沃斯低通滤波器 截止频率fc 3kHz 1 414 解 3BD截止频率fc f0 1 2 RC 则RC 1 2 fc 5 3 10 5取C 0 01uf 则R 5 3k 第三次作业及参考答案 因为Q 1 3 Aup 所以Aup 3 1 Q 1 586Aup 1 Rf R1 1 586 Rf 0 586R1 运放两个输入端的外界电阻必须满足直流平衡条件 即R1 Rf 2R 10 6k 与Rf 0 586R1联立求解 可得R1 37 9k Rf 22 2k 14 2 设计一二阶压控电压源 VCVS 高通滤波器 截止频率fc 400Hz 通带放大倍数为2 1 8 0 0398 解 3BD截止频率fc f0 1 2 RC 则RC 1 2 fc 3 98 10 4取C 0 01uf 则R 39 8k 第三次作业及参考答案 Aup 1 R3 R4 2所以R3 R4 1 R3 R4 由平衡条件R3 R4 R R联立解得R3 R4 R 39 8k 15 3 设计一二阶压控电压源 VCVS 带通滤波器 中心频率f0 2kHz 通频带宽fBW 400Hz 第三次作业及参考答案 解 中心频率f0 1 2 RC 则RC 1 2 f0 7 96 10 5取C 0 01uf 则R 7 96k BW f0 Q Q f0 BW 5Q 1 3 Aup Aup 3 1 Q 2 8Aup 1 R5 R4 2 8 R5 1 8R4由平衡条件R4 R5 R3 2R 15 92k 联立解得R4 24 76k R5 44 57k 16 4 利用仪表放大器AD620设计一个压力检测电路 标出AD620的连接引脚标号 并简述电路的工作原理 第三次作业及参考答案 压力检测电路 由桥电路构成的压力传感器 将检测到的信号送入仪表放大器AD620 AD620和一缓冲分压器完成信号调节 并通过ADC输出数字信号 17 1 设计一个信号发生电路 该电路可产生频率为160Hz和1KHz的正弦波 方波和三角波 计算电路的参数 简述工作原理 解 1 确定设计方案 2 计算元器件参数因为产生的正弦波频率不高 所以采用RC桥式振荡电路 桥电路参数由RC正弦波振荡频率公式可得 第四次作业及参考答案 RC 0 001 RC 1 6 10 4 18 第四次作业及参考答案 若电容不变 改变R来实现两个不同频率的产生 取C 0 01uF 则R 100K或R 16K 起振条件参数R7 R9 2R6R6 10K 则R7 R9 20K 取R7 15K R9 10K 为了便于产生正弦波和调节正弦波输出的幅值 R7采用电位器 3 设计电路 19 4 电路工作原理由运算放大器A1构成的桥式振荡电路 串联在反馈回路中的两并联二极管构成非线性环节 使输出波形电压幅值稳定 最后输出稳定幅值的正弦波 紧接着是一个由A2构成的电压跟随器 把正弦波输入到由A3组成的过零同相比较器 产生方波 并由两稳压二极管稳压 方波输入到由A4构成的积分器电路 最后输出三角波 第四次作业及参考答案 20 第四次作业及参考答案 2 利用集成运算放大器设计一实用的电压 电流转换电路 分析输入与输出的关系 理想运放情况下 21 实用的电压 电流转换电路 图中R1 R2 R3 R4 R 因此 第四次作业及参考答案 22 第四次作业及参考答案 3 电路如图所示 已知T1和T2的饱和管压降 UCES 2V 直流功耗可忽略不计 回答下列问题 1 R3 R4和T3的作用是什么 2 负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率 各为多少 3 设最大输入电压的有效值为1V