第3章模拟电路设计ppt课件

1、第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.1 3.1 运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性3.2 3.2 放大器设计放大器设计3.3 3.3 滤波器设计滤波器设计3.4 3.4 电源电路设计电源电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.1 3.1 运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性3.1.1 3.1.1 运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性 开环增益直接影响运算精度和许多特性目的，开环增益直接影响运算精度和许多特性目的，AoAo愈大愈好。理想运算放大

2、器愈大愈好。理想运算放大器AoAo为无穷大。为无穷大。 输入偏置电路输入偏置电路IIBIIB，表示了运放输入端正常任，表示了运放输入端正常任务时需提供的偏置电流务时需提供的偏置电流 ，它的大小间接反映，它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。了运放芯片的输入电阻。IIBIIB愈小，输入电阻愈小，输入电阻愈大，芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放。愈大，芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放。 输入失调电压输入失调电压VIOVIO反映了运放芯片本身输入级反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度，所以当差分对管的对称程度，所以当VI=0VI=0时，时，VO VO 0 0。为了使，等效在输入端施加的补偿电

3、压。为了使，等效在输入端施加的补偿电压失调补偿调零电位器不起作用时即为失调补偿调零电位器不起作用时即为VIO VIO 。愈小愈好，理想运放愈小愈好，理想运放VIO =0VIO =0。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性差模输入电阻差模输入电阻ridrid指的是输入端参与差模指的是输入端参与差模信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。ridrid愈大，意味着从信号源或前级电路愈大，意味着从信号源或前级电路提取的电能愈小，对信号源影响愈小。提取的电能愈小，对信号源影响愈小。也就是也就是ridrid对信号源而言，就相当于它的对信

4、号源而言，就相当于它的负载。理想运放的负载。理想运放的rid rid 为无穷大。为无穷大。 理想运放输出电阻理想运放输出电阻roro。理想闭环电路。理想闭环电路ro=0ro=0，roro表征器件对负载的驱动才干。表征器件对负载的驱动才干。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性带宽带宽BWBW，又称单位增益带宽或增益带宽，又称单位增益带宽或增益带宽积。指的是当运放的闭环增益为积。指的是当运放的闭环增益为1 1即即0dB0dB时的带宽。普通增益与带宽的乘积时的带宽。普通增益与带宽的乘积为一常数，故闭环增益愈高，实践运放为一常数，故闭环增益愈高，实践运放电

5、路的带宽愈小。运放的电路的带宽愈小。运放的BWBW主要由芯片主要由芯片内部的器件与电路决议。理想运放的内部的器件与电路决议。理想运放的BW BW 为无穷大。为无穷大。转速速率转速速率SRSR亦称亦称“压摆率，反映了运放压摆率，反映了运放对输入信号的呼应速度，即输出信号对对输入信号的呼应速度，即输出信号对时间变化的斜率时间变化的斜率 . .第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计运算放大器的根本特性运算放大器的根本特性2 2运算放大器的一个运算放大器的一个重要特性重要特性三三“虚虚虚断虚断 虚地虚地虚短虚短 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.1.23.1.2几类常用的运放放大器几类常用

6、的运放放大器 1. 1. 通用型运算放大器通用型运算放大器通常型运放电特性普通，但价钱低通常型运放电特性普通，但价钱低廉 ， 典 型 代 表 有廉 ， 典 型 代 表 有 L M 7 4 1L M 7 4 1 、LM124/224/324LM124/224/324单、双、四运放封单、双、四运放封装，其特性如表装，其特性如表3.1.33.1.3和表和表3.1.23.1.2所示。其中单运放通常带有失调补所示。其中单运放通常带有失调补偿调整端。此类运放常用于低价位偿调整端。此类运放常用于低价位电子产品电子产品 2. 2. 低失调、低漂移运算放大器低失调、低漂移运算放大器此类运放的电性能比通用型的要高

7、，此类运放的电性能比通用型的要高，特别是失调电压要小得多，其代表特别是失调电压要小得多，其代表有有OP07/OP27/OP37OP07/OP27/OP37，它们都是单运，它们都是单运放封装，其特性参阅表放封装，其特性参阅表3.1.23.1.2。此类。此类运放常用在要求较高的电路。运放常用在要求较高的电路。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计几类常用的运放放大器几类常用的运放放大器3. 3. 低输入偏压电流运算放大器低输入偏压电流运算放大器此类运放芯片内部输入为此类运放芯片内部输入为MOSMOS管，故管，故很小，输入电阻很高。其代表有很小，输入电阻很高。其代表有TL081/082/084T

8、L081/082/084、CA3140CA3140、AD594AD594等。等。此类运放常用于高输入阻抗级。其此类运放常用于高输入阻抗级。其中中AD549AD549由于超低的常用于微弱电流由于超低的常用于微弱电流丈量。丈量。4. 4. 斩波稳零型运算放大器斩波稳零型运算放大器ICL7650ICL7650ICL7650ICL7650采用大规模集成工艺，输入采用大规模集成工艺，输入级运用了级运用了MOSFETMOSFET，输入电阻达，输入电阻达10121012。电路采用斩波自动稳零及。电路采用斩波自动稳零及调制与解调调制与解调200Hz200Hz等措施，使小等措施，使小至至1V1V，温度漂移也很小

9、，运用时无，温度漂移也很小，运用时无须失调调整，非常方便。特别适用须失调调整，非常方便。特别适用于微弱信号放大。于微弱信号放大。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计几类常用的运放放大器几类常用的运放放大器5. 5. 宽带运算放大器宽带运算放大器这一类运放以这一类运放以AD8011AD8011、CF357CF357等为代表，等为代表，其其BW100MHzBW100MHz，在放大高频率信号时，在放大高频率信号时必需运用它们。必需运用它们。6. 6. 增益可编程运算放大器增益可编程运算放大器图图3.1.43.1.4为经过引脚可编程增益的运放为经过引脚可编程增益的运放PG103PG103。经过。

10、经过A1A1、A0A0两引脚的控制电两引脚的控制电平可使运放的增递分别为平可使运放的增递分别为1 1、1010、100100。增益误差在。增益误差在G=10G=10时为时为0.05%0.05%。失调电压的温度系数为失调电压的温度系数为2V/2V/。它。它有有8 8脚塑料脚塑料DIPDIP和和SO-8SO-8两种封装方式。两种封装方式。类似的还有类似的还有AD8520AD8520等。等。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计增益可编程运算放大器增益可编程运算放大器 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.2 3.2 放大器设计放大器设计 3.2.1 3.2.1 负反响电路负反响电路 图图

11、3.2.23.2.2为基于运放的闭环负反响电路的为基于运放的闭环负反响电路的根本构造。它由开环增益为根本构造。它由开环增益为A0A0的运放，的运放，反响网络组成。图中箭头代表信号流向。反响网络组成。图中箭头代表信号流向。 理想闭环增益仅取决理想闭环增益仅取决于反响系数于反响系数，与运，与运放芯片、电源电压、放芯片、电源电压、温度、信号参数等要温度、信号参数等要素无关。这就是闭环素无关。这就是闭环负反响运放大电路增负反响运放大电路增益稳定性高，能有效益稳定性高，能有效改善波形失真、频率改善波形失真、频率特性的根本缘由。特性的根本缘由。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.2.2 3.2.

12、2 根本放大电路根本放大电路 1 1反相输入放大电路反相输入放大电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计2 2同相输入放大电路同相输入放大电路第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3 3差分输入放大电路差分输入放大电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.2.3 3.2.3 放大电路设计要点放大电路设计要点 1 1单双电源运算放大器的选择单双电源运算放大器的选择首先应根据输入信号的极性，选择首先应根据输入信号的极性，选择单电源或双电源供电的运放。只需单电源或双电源供电的运放。只需输入信号为单极性的正信号时才干输入信号为单极性的正信号时才干运用单电源供电的运放。大多数运运用单电源

13、供电的运放。大多数运放均要求双电源供电才干正常任务，放均要求双电源供电才干正常任务，只需少数如只需少数如LM324LM324、LM358LM358之类的运之类的运放允许单电源供电。放允许单电源供电。2 2电源去耦电源去耦 运放电源去耦是很有必要的，特别运放电源去耦是很有必要的，特别在系统总增益很高的前级电路，更在系统总增益很高的前级电路，更是不可或缺。是不可或缺。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计放大电路设计要点放大电路设计要点3 3弱信号放大的相关问题弱信号放大的相关问题 从降低噪声，提高信噪比以利于从降低噪声，提高信噪比以利于弱信号放大的角度出发，需留意弱信号放大的角度出发，需留意

14、以下各点：以下各点：1 1选用低噪声的运算放大器选用低噪声的运算放大器 2 2采用噪声极微的分立元件采用噪声极微的分立元件FETFET对管构成前置差分放大电路对管构成前置差分放大电路3 3闭环负反响电路采用阻值闭环负反响电路采用阻值较低的线绕电阻较低的线绕电阻 4 4利用选频、滤波等措施降利用选频、滤波等措施降低白噪声低白噪声 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计放大电路设计要点放大电路设计要点4 4宽带放大宽带放大当信号频率较高或被放大的是脉冲信号当信号频率较高或被放大的是脉冲信号时，采用高时，采用高BWBW、高、高SRSR的运放显然是非常的运放显然是非常必要的。为获得足够的带宽，闭环增

15、益必要的。为获得足够的带宽，闭环增益不能设计得太高，普通应不能设计得太高，普通应1010。图。图3.1.23.1.2充分阐明了带宽与闭环增益的矛盾。需充分阐明了带宽与闭环增益的矛盾。需求留意的是信号的带宽应明显低于闭环求留意的是信号的带宽应明显低于闭环带宽。带宽。5 5放大器反响回路电阻阻值的选择放大器反响回路电阻阻值的选择从减小热噪声的角度，反响回路电阻的从减小热噪声的角度，反响回路电阻的阻值要尽量小一些。但阻值过小会使反阻值要尽量小一些。但阻值过小会使反相输入放大电路的输入电阻降低。通常相输入放大电路的输入电阻降低。通常以千欧数量级采用较多。以千欧数量级采用较多。 第第3 3章章 模拟电路

16、设计模拟电路设计放大电路设计要点放大电路设计要点6 6运算放大器的维护措施运算放大器的维护措施 图3.2.10 运放的维护电路 图3.2.11 运放输出电压限幅电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计放大电路设计要点放大电路设计要点7 7失调电压的补失调电压的补偿偿由于失调电压的存由于失调电压的存在，使运放的零点在，使运放的零点不为零。不为零。LM741LM741之之类运放本身带有补类运放本身带有补偿 端 ， 可 按 图偿 端 ， 可 按 图3.1.13.1.1b b外接电外接电位器位器W W调整之。对调整之。对于无调零端的运放于无调零端的运放可以采用图可以采用图3.2.123.2.12

17、电路来进展失调补电路来进展失调补偿。偿。 图3.2.12 运放的外加调零电路第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计放大电路设计要点放大电路设计要点8 8扩展输出电流与扩展输出电压扩展输出电流与扩展输出电压 9 9留意运放的稳定性留意运放的稳定性 1010优良的工艺是放大器质量的保证优良的工艺是放大器质量的保证 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.2.4 3.2.4 运算放大器的参数对放大器性能的影响运算放大器的参数对放大器性能的影响 工程上设计一个放大器往往是以理想运工程上设计一个放大器往往是以理想运放为根据，根据简化的公式进展。当设放为根据，根据简化的公式进展。当设计一个精细放大或

18、运算电路时，实践运计一个精细放大或运算电路时，实践运放参数的影响不可忽略。放参数的影响不可忽略。 1 1开环增益开环增益A0 A0 2 2CMRRCMRR的影响的影响 3 3输入、输出电阻输入、输出电阻 4 4输入失调电压输入失调电压 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.2.5 3.2.5 放大电路辅助设计软件放大电路辅助设计软件 美国美国MicrochipMicrochip公司的公司的AmpLABTMAmpLABTM运算放大运算放大器电路的辅助设计软件，可用于同相、器电路的辅助设计软件，可用于同相、反相和由二个运放构成的仪表放大器三反相和由二个运放构成的仪表放大器三种放大电路的设计。

19、在选定放大电路类种放大电路的设计。在选定放大电路类型后，只需输入相关参数，就可以自动型后，只需输入相关参数，就可以自动获得设计好的电路，并可产出文本格式获得设计好的电路，并可产出文本格式的的SPICE SPICE 模型。该软件还可以提供普通模型。该软件还可以提供普通的建议、不同任务温度时应思索的事项的建议、不同任务温度时应思索的事项以及能够遇到的圈套。以及能够遇到的圈套。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计放大电路辅助设计软件放大电路辅助设计软件电路的设计分三个步骤：电路的设计分三个步骤：1 1电路的选择与参数的设定电路的选择与参数的设定 2 2设计结果输出设计结果输出 3 3设计技术信

20、息设计技术信息 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.3 3.3 滤波器设计滤波器设计 3.3.1 3.3.1 滤波器的根本特性滤波器的根本特性 滤波器是一种频域变换电路。它滤波器是一种频域变换电路。它能让指定频段的信号顺利经过，能让指定频段的信号顺利经过，甚至还能放大，而对非指定频段甚至还能放大，而对非指定频段的信号予以衰减。的信号予以衰减。仅仅采用仅仅采用R R、L L、C C元件组成的滤元件组成的滤波器称无源滤波器，含有晶体管波器称无源滤波器，含有晶体管或运算放大器的称为有源滤波器，或运算放大器的称为有源滤波器，后者的储能元件只用电容器后者的储能元件只用电容器C C 。第第3 3章

21、章 模拟电路设计模拟电路设计图图3.3.2 3.3.2 四种理想滤波器的频域与时域特性四种理想滤波器的频域与时域特性 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.3.2 FilterLab3.3.2 FilterLab滤波器辅助设计工具滤波器辅助设计工具 FilterLab2.0FilterLab2.0是美国是美国MicrochipMicrochip公司推出的一款创新的公司推出的一款创新的滤波器免费下载软件。运用该软件防止了传统滤波器滤波器免费下载软件。运用该软件防止了传统滤波器设计的繁琐计算。使设计大大简化。设计的繁琐计算。使设计大大简化。 该软件所设计的滤波器具有：该软件所设计的滤波器具有

22、： 1 1巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫三种类型，其中贝巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫三种类型，其中贝塞尔只需塞尔只需LPFLPF一类滤波器。一类滤波器。 2 2阶数阶数1818。 3 3增益增益110110。 4 4LPFLPF、BPFBPF、HPFHPF三种类型。三种类型。 5 5有塞林凯和多重反响二种电路方式。有塞林凯和多重反响二种电路方式。 6 6通带截止频率通带截止频率Passband frequencyPassband frequency：0.1Hz1MHz0.1Hz1MHz。 7 7质量要素质量要素Q Q：0.55.00.55.0 8 8阻带衰减阻带衰减Stopband Attenuat

23、ionStopband Attenuation：10dB100dB10dB100dB第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.3.3 3.3.3 开关电容滤波器开关电容滤波器 1 1开关电容滤波的根本原理开关电容滤波的根本原理图图3.3.133.3.13a a的简单一阶的简单一阶LBP/LBP/滤波器，通带截滤波器，通带截止频率止频率fp=1/2 fp=1/2 ， =RC =RC。与其特性一样的。与其特性一样的开关电容滤波器由开关电容滤波器由MOSMOS模拟开关，集成电容和运模拟开关，集成电容和运放放OAOA组成，如图组成，如图b b所示。模拟开关所示。模拟开关S1S1、S2S2，电容电容C

24、1C1模拟等效的电阻模拟等效的电阻R R。其阻值受模拟开关切。其阻值受模拟开关切换频率时钟频率换频率时钟频率fCLKfCLK和和C1C1控制。图控制。图b b中中驱动两只模拟开关的时钟信号分别为驱动两只模拟开关的时钟信号分别为A A和和/A/A，两，两者反相。者反相。C2C2为积分电容。为积分电容。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计开关电容滤波的根本原理开关电容滤波的根本原理 在在A A的正半周，的正半周，S1S1闭合、闭合、S2S2断开，电容断开，电容C1C1被充电到，在被充电到，在=1/fCLK=1/fCLK期间所积累的电荷期间所积累的电荷Q=VixC1Q=VixC1； 平均输入电

25、流平均输入电流ii= VixC1/Tc ii= VixC1/Tc 。其等效模拟电阻为。其等效模拟电阻为 Ri=Vi/ii=1/CfclkRi=Vi/ii=1/Cfclk 在在/A/A的正半周，的正半周，S1S1断开、断开、S2S2闭合，闭合，C1C1上的电荷将转移至上的电荷将转移至C2C2。 电路的等效时间常数为电路的等效时间常数为t=RiC2=C2/C1fCLKt=RiC2=C2/C1fCLK第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计开关电容滤波的根本原理开关电容滤波的根本原理在集成芯片制造时，两个电容之比可视为两个在集成芯片制造时，两个电容之比可视为两个电容的面积之比，其误差可控制在电容的面

26、积之比，其误差可控制在1%1%以内，从以内，从而保证了滤波器电参数的稳定性。而保证了滤波器电参数的稳定性。fCLKfCLK可以很容易的改动可以很容易的改动 ，相对也比较容易，相对也比较容易得到等效的较大容量的电容。当然，经过控制得到等效的较大容量的电容。当然，经过控制fCLKfCLK可以有效的控制滤波器的频率特性，如可以有效的控制滤波器的频率特性，如fp fp 。当当fCLKfCLK由晶振振荡器提供时，更是保证了滤波由晶振振荡器提供时，更是保证了滤波器电参数的稳定性和准确性。由于上述优点，器电参数的稳定性和准确性。由于上述优点，加上构造简便，运用灵敏，使其得到愈来愈广加上构造简便，运用灵敏，使

27、其得到愈来愈广泛的运用，本身的开展也很迅速。泛的运用，本身的开展也很迅速。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计2 2引脚可编程的开关电容滤波器引脚可编程的开关电容滤波器MAX263/264/267/268 MAX263/264/267/268 图图3.3.143.3.14为该系列滤波器的内部方框图。它由两个二为该系列滤波器的内部方框图。它由两个二阶开关电容滤波器，阶开关电容滤波器，f0f0中心频率逻辑控制，质量中心频率逻辑控制，质量因数因数Q Q逻辑控制，任务方式逻辑控制，任务方式MODEMODE处置，时钟二分频，处置，时钟二分频，时钟时钟CMOSCMOS反相器及缓冲运算放大器仅反相器及

28、缓冲运算放大器仅MAX267/268MAX267/268有有等部分组成。等部分组成。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计内部功能方框图内部功能方框图 两个二阶滤波器可以串接级联。信号输入端分别为两个二阶滤波器可以串接级联。信号输入端分别为INAINA和和INBINB。做陷波。做陷波N NNotch FilterNotch Filter、HBPHBP、APAP全通全通和和BPBP、LPLP相应的输出端。相应的输出端。M0M0、M1M1为任务方式选择端，为任务方式选择端，仅仅MAX263/264MAX263/264有。五个引脚有。五个引脚F0F4F0F4为为fCLK/f0fCLK/f0之比的

29、编之比的编程端。七个引脚程端。七个引脚Q0Q6Q0Q6为两个滤波器各自质量因数值的为两个滤波器各自质量因数值的编程端。外部时钟可用编程端。外部时钟可用CLKACLKA、CLKBCLKB引入，也可由引入，也可由CLKACLKA、OSCOSC、OUTOUT外接石英晶振产生。外接石英晶振产生。MAX267/268MAX267/268内部还设有内部还设有一个缓冲运放。一个缓冲运放。 该系列开关电容滤波器有如下特点：该系列开关电容滤波器有如下特点： 1 1MAX263/264MAX263/264可用做可用做LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、NFNF、APFAPF。 2 2MAX267/268MA

30、X267/268只能用做只能用做BPFBPF。 3 3典型典型fCLKfCLK与与f0f0的范围如表的范围如表 3.3.13.3.1所示，所示，MAX267/268MAX267/268仅任务于方式仅任务于方式1 1。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计内部功能方框图内部功能方框图4 4对于对于MAX263/267MAX263/267而言而言fclk/f0=(N+32)fclk/f0=(N+32)其中其中N N为为F0F4F0F4引脚电平对应的十进制数值。如引脚电平对应的十进制数值。如F4F3F2F1F0=00011BF4F3F2F1F0=00011B，即，即N=3N=3。6 6有相应滤波

31、器设计软件有相应滤波器设计软件7 7可以单电源或双电源可以单电源或双电源5V5V供电。供电。8 8器件封装如图器件封装如图3.3.153.3.15所示。所示。类似的开关电容滤波器还有类似的开关电容滤波器还有LINEARLINEAR公司的公司的LTC1068LTC1068系列芯片，它最多可实现系列芯片，它最多可实现8 8阶阶LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、BEFBEF。频率范围。频率范围0.5Hz200kHz0.5Hz200kHz。也有相应。也有相应FilterCADFilterCAD支持。支持。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3 3MAX263/264/267/268MAX

32、263/264/267/268设计要点设计要点 1 1两个二阶滤波器级联，电路的总质量要素为两个二阶滤波器级联，电路的总质量要素为Q2Q2。 2 2内部滤波器的内部滤波器的Q Q值也是电路电压增益值，故二级值也是电路电压增益值，故二级级联，芯片总增益为级联，芯片总增益为Q2Q2。运用设计时必需留意到这一。运用设计时必需留意到这一点。必要时输入端应加衰减器。点。必要时输入端应加衰减器。 3 3单电源供电，单电源供电，QnQn、FnFn低电平接地；双电源供电，低电平接地；双电源供电，QnQn、FnFn低电平接低电平接5V5V。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计4 4开关电容滤波器运用实例开

33、关电容滤波器运用实例图图3.3.163.3.16为以为以MAX268MAX268带通开关电容滤波器为中带通开关电容滤波器为中心而构成的具有自动跟踪输入信号频率的带通心而构成的具有自动跟踪输入信号频率的带通滤波电路。滤波电路。MAX268MAX268总的质量要素为总的质量要素为4 4。fCLK/f050fCLK/f050。采用采用5V5V电源供电。电源供电。BPABPA和和INBINB直连，两级二阶滤波器串联。直连，两级二阶滤波器串联。缓冲放大器设计增益缓冲放大器设计增益=1=1，可由，可由10k10k予调电位予调电位器调整。器调整。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计图图3.3.16 3

34、.3.16 由由MAX268MAX268构成的锁相跟踪带通滤波器构成的锁相跟踪带通滤波器 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计4 4开关电容滤波器运用实例开关电容滤波器运用实例 输入信号在参与输入信号在参与MAX268MAX268时进展了时进展了0.250.25倍衰减，倍衰减，以保证器件任务时不限幅。以保证器件任务时不限幅。输入信号由输入信号由OP27OP27进展限幅放大，经比较器进展限幅放大，经比较器LM311LM311整形为方波。锁相环整形为方波。锁相环HC4046HC4046和计数器和计数器HC390HC390组成了组成了5050倍频电路，使倍频电路，使MAX268MAX268时钟信

35、号时钟信号的频率在整个丈量范围内的频率在整个丈量范围内20Hz20kHz20Hz20kHz自动自动坚持为输入信号频率的坚持为输入信号频率的5050倍，即倍，即MAX268MAX268的带通的带通中心频率一直跟踪输入信号频率并坚持相等。中心频率一直跟踪输入信号频率并坚持相等。此电路有两个重要用途：一是可将方波脉冲变此电路有两个重要用途：一是可将方波脉冲变换为正弦波；二是电路的输出就是输入信号的换为正弦波；二是电路的输出就是输入信号的基波，可用于进展失真度丈量等。基波，可用于进展失真度丈量等。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.4 3.4 电源电路设计电源电路设计 当前的电源可分为线性电

36、源和开关电源两大类。当前的电源可分为线性电源和开关电源两大类。前者电路中的有源器件处于线性任务形状，它前者电路中的有源器件处于线性任务形状，它的电路简单、纹波小、电路性能良好、对交流的电路简单、纹波小、电路性能良好、对交流供电线路污染小、本钱较低但效率低。供电线路污染小、本钱较低但效率低。后者又可分为后者又可分为AC-DCAC-DC和和DC-DCDC-DC两种类型。两种类型。它们的共同特点是电路较复杂、效率高可达它们的共同特点是电路较复杂、效率高可达80%80%以上、允许输入电压变化的范围宽如以上、允许输入电压变化的范围宽如AC-DCAC-DC开关电源，开关电源，ACAC供电范围可达供电范围可

37、达85V260V85V260V、本钱较高、纹波较大、对交流供电线路干扰大。本钱较高、纹波较大、对交流供电线路干扰大。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.4.1 3.4.1 模拟线性稳压电源设计模拟线性稳压电源设计 1 1稳压电源的技术目的稳压电源的技术目的1 1稳压系数稳压系数SVSV稳压系数稳压系数SVSV是描画在负载固定的情况下，是描画在负载固定的情况下，输入电压变动对输出电压的影响：输入电压变动对输出电压的影响：工程上常指定电网电压变化工程上常指定电网电压变化10%10%做输入做输入电压的相对变化量。此时电压的相对变化量。此时SVSV即为输出电即为输出电压的相对变化量。这个目的

38、有时又称为压的相对变化量。这个目的有时又称为“电压调整率。电压调整率。 常数LRiiVVVVVS/00第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计稳压电源的技术目的稳压电源的技术目的2 2负载调整率负载调整率SISI工程上常用在输入电压固定的情况工程上常用在输入电压固定的情况下，负载电流下，负载电流IoIo从零变化到最大额从零变化到最大额定性时所引起输出电压的变化来衡定性时所引起输出电压的变化来衡量：量： 它有时又称为电流调整率。实践上它有时又称为电流调整率。实践上它就是稳压电路的动态内阻它就是稳压电路的动态内阻roro。 o00rIVSiVI常数第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计稳压电源的

39、技术目的稳压电源的技术目的3 3纹波抑制比纹波抑制比纹波抑制比的定义为：纹波抑制比的定义为：式中式中VnppVnpp和和VmppVmpp分别为稳压电路输分别为稳压电路输入和输出纹波电压的峰值。反映了入和输出纹波电压的峰值。反映了输出直流电压中的交流成份。有时输出直流电压中的交流成份。有时直接用纹波电压的峰直接用纹波电压的峰- -峰值标志。峰值标志。 mppnppripVVSlg20第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计稳压电源的技术目的稳压电源的技术目的4 4效率效率 效率反映了稳压电路的电能损耗情况效率反映了稳压电路的电能损耗情况: :式中式中P0P0和和PiPi分别为稳压电路的输出与分别

40、为稳压电路的输出与输入直流功率。对于电池供电的便携输入直流功率。对于电池供电的便携式电子系统，电源的效率至为重要。式电子系统，电源的效率至为重要。5 5温度系数温度系数表征输出电压随温度的漂移情况：表征输出电压随温度的漂移情况：%100oiPP0, 000IVtiTVS第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计2 2三端集成线性稳压电路设计三端集成线性稳压电路设计 1 1常用三端集成稳压器常用三端集成稳压器78007800系列三端固定正电压输出的线性集成稳压系列三端固定正电压输出的线性集成稳压器、器、79007900系列三端固定负电压输出的线性集成系列三端固定负电压输出的线性集成稳压器以及稳压器

41、以及LM117/217/317LM117/217/317系列三端可调正输系列三端可调正输出线性集成稳压器、出线性集成稳压器、LM/I37/337LM/I37/337系列三端可调系列三端可调负输出的线性集成稳压器，具有以下特点：负输出的线性集成稳压器，具有以下特点：三个引出端，无需外接元件固定输出器三个引出端，无需外接元件固定输出器件。件。芯片内部设有过热维护、限流维护和调整管芯片内部设有过热维护、限流维护和调整管平安任务区维护。平安任务区维护。性能优良的稳压系数、负载调整率和纹波抑性能优良的稳压系数、负载调整率和纹波抑制比，完全能满足普通电子系统的要求。制比，完全能满足普通电子系统的要求。最低

42、输入输出电压差值为最低输入输出电压差值为2V2V，最高值不超越，最高值不超越2.5V2.5V。输出电压的容差为输出电压的容差为2%2%和和4%4%。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计图图3.4.13.4.1给出了给出了78007800系列、系列、79007900三端系列、三端系列、LM117/217/317LM117/217/317系列、系列、LM/237/337LM/237/337系列三端集成稳压器的封装及引脚图。系列三端集成稳压器的封装及引脚图。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计几种三端集成稳压器的运用电路几种三端集成稳压器的运用电路图图3.4.23.4.2为上述几种为上述

43、几种三端集成稳压器的三端集成稳压器的运用电路。运用电路。图图a a为为78007800系列系列典型运用。典型运用。0.33F0.33F电容在器件距滤波电容在器件距滤波电路较远时运用，电路较远时运用，可改善纹波和瞬间可改善纹波和瞬间输入过压。输入过压。0.1F0.1F电电容可改善负载的瞬容可改善负载的瞬态呼应。普通情况态呼应。普通情况下，这两个电容可下，这两个电容可以不用。以不用。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计几种三端集成稳压器的运用电路几种三端集成稳压器的运用电路 图图b b为为79007900系列三端负输出电压稳压器的典型运用电路。系列三端负输出电压稳压器的典型运用电路。 图图c

44、 c为为78007800系列稳压器利用系列稳压器利用NPNNPN型功率管扩流的电路。型功率管扩流的电路。 图图d d为为78007800系列稳压器的稳流运用，此时输出电流系列稳压器的稳流运用，此时输出电流I0V0/RI0V0/R，V0V0为稳压器标称输出电压。为稳压器标称输出电压。 图图e e为正、负极性输出的稳压电路。为正、负极性输出的稳压电路。 图图f f为为LM117LM117可调整正电压输出稳压器的典型电路，其输可调整正电压输出稳压器的典型电路，其输出电压出电压 2120)1 (25. 1)(RIRRVVadjIadjIadj为调整端输出电流，通常为调整端输出电流，通常1A1A。 第第

45、3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计2 2三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计现以图现以图3.4.33.4.3的典型运用电路，阐明其设的典型运用电路，阐明其设计过程。计过程。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计 设需求稳压电源的输出电压设需求稳压电源的输出电压V0=5VV0=5V5%5%，思索到普通数字器件电源，思索到普通数字器件电源电压的容差为电压的容差为10%10%，故这一设定是适宜的。最大输出电流，故这一设定是适宜的。最大输出电流I0=0.4AI0=0.4A，纹波电压，纹波电压50mV50mV。 首先应选择三端稳压器，首先应选择三端稳压器

46、，78057805可以满足上述要求：它的可以满足上述要求：它的V0=5VV0=5V，输出电压最大差容输出电压最大差容4%4%，实践上普通均，实践上普通均 68db68db，在，在V0=5VV0=5V时，纹波电压应小于时，纹波电压应小于2mV2mV纹波抑制比纹波抑制比RR=20lg(Vn/Vo)RR=20lg(Vn/Vo)，VnVn为纹波电压。为纹波电压。 其次应确定其次应确定78057805的最低入端电压的最低入端电压ViVi。由于三端集成稳压器输入。由于三端集成稳压器输入- -输出间的压差输出间的压差Vdo=ViVdo=ViV0V0必需必需2V2V。思索到留有一定余量，。思索到留有一定余量，

47、VdoVdo取取为为3V3V，Vi8VVi8V。 ViVi取决于电源变压器次级绕组的电压取决于电源变压器次级绕组的电压V2(rms)V2(rms)、整流电路的方式、整流电路的方式、整流元件压降以及滤波电容整流元件压降以及滤波电容C1C1的容量，并且还会随负载而起落。的容量，并且还会随负载而起落。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计滤波电容滤波电容C1C1容量主要由电压调整率、纹容量主要由电压调整率、纹波要求和负载来决议。在采用桥式等全波要求和负载来决议。在采用桥式等全波整流电路时，波整流电路时，C1C1可按下式取值：可按下式取值：或或式中式中T T

48、为交流电周期，这里为交流电周期，这里T=20msT=20ms。等效。等效最小最小RLRL为为V0/I0=12.5V0/I0=12.5，故，故C1(2400C1(24004000)F4000)F。这里取。这里取C1=3300F/16VC1=3300F/16V。 2)53(1TCRLLRTC2)53(1第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计ViVi在负载开路时为在负载开路时为 ，但由于单电容滤波其，但由于单电容滤波其负载特性非常软，即随负载加重，负载特性非常软，即随负载加重，ViVi下降很显下降很显著，通常著，通常Vi=(0.9Vi=(0.91.2)V21

49、.2)V2假设取假设取Vi=1.0Vi=1.0V2V2，那么，那么V2max=8VV2max=8V。由于普通电子系统电源电压的允许范围为由于普通电子系统电源电压的允许范围为10%10%，故在故在V1=198VV1=198V也要保证也要保证V28VV28V，所以，所以V2V2取取9V9V是合是合理的。必需留意到在理的。必需留意到在V1=242VV1=242V时，时，V29.9VV29.9V。这一情况在下面讨论三端稳压器功耗时有意义这一情况在下面讨论三端稳压器功耗时有意义的。的。 22V第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计整流管整流管D D的平均整流电流

50、的平均整流电流即即IDIDAVAV(0.7(0.71)A1)A，可取为，可取为IDIDAVAV=1A =1A 。整流管。整流管D D接受的反向电压峰值为接受的反向电压峰值为由表由表2.3.12.3.1二极管电特性表中可以看出二极管电特性表中可以看出1N40011N4001已满足电路要求。当然也可以选用已满足电路要求。当然也可以选用1A1A，反向，反向电 压电 压 5 0 V 5 0 V 的 整 流 桥 ， 如的 整 流 桥 ， 如 K B P 0 1 GK B P 0 1 G 。 LiAVDRVI2)32()(V9 .132max2VV100VA,5 . 1R)(AVDI第第3 3章章 模拟电

51、路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计变压器变压器T T的次级功率的次级功率P2=itv2I0V2max=4WP2=itv2I0V2max=4W。变。变压器的初级功率压器的初级功率 P1=P2/ P1=P2/为变压器的效率，它和变压器的功率、变压为变压器的效率，它和变压器的功率、变压器的铁芯资料硅钢片、冷轧薄钢带以及磁器的铁芯资料硅钢片、冷轧薄钢带以及磁路路E E形、形、C C形、环形亲密相关。形、环形亲密相关。变压器的变压器的与功率的大致关系如表与功率的大致关系如表3.4.53.4.5所示。所示。 功率W200效率%708080858590909595第第3 3章章 模拟

52、电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计假设选用环形变压器，假设选用环形变压器，可取可取80%80%，那么，那么P1=5WP1=5W变压器的功率变压器的功率P P为为P1P1与与P2P2的平均值，即的平均值，即PC=4.5WPC=4.5W。最方便的是选购市场定型的系列电源变压器，最方便的是选购市场定型的系列电源变压器，这些变压器次级电压值与三端集成稳压输出电这些变压器次级电压值与三端集成稳压输出电压压V0V0的对应关系如表的对应关系如表3.4.63.4.6所示。所示。表表3.4.6 3.4.6 市售废品系列变压器规格市售废品系列变压器规格 V0(V)5.09.012.015

53、.0v2(V)9.012.015.018.0第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计这里我们选用价钱较低的这里我们选用价钱较低的E E型型5W9V5W9V的变压器。的变压器。图图3.4.33.4.3中的中的DprtDprt为维护二极管。当负载很轻为维护二极管。当负载很轻或开路的情况下，当断开电源时，假设或开路的情况下，当断开电源时，假设C4C4的洩的洩放慢于放慢于C1C1，那么能够出现，那么能够出现V0ViV0Vi，这有能够导，这有能够导致集成稳压器损坏，利用致集成稳压器损坏，利用DprtDprt的箱位作用可以的箱位作用可以防止这一点。防止这一点。图图3

54、.4.43.4.4给出了一种常见的利用给出了一种常见的利用78007800与与79007900系系列集成稳压器构成的正、负双极性输出的稳压列集成稳压器构成的正、负双极性输出的稳压电路。电路。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计图图3.4.4 3.4.4 正负双极性输出稳压电正负双极性输出稳压电路路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3 3低压差稳压器低压差稳压器图图3.4.73.4.7为为LDOLDO的典型框图的典型框图 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计低压差稳压器低压差稳压器可以看出它也是一种由误差放大器可以看出它也是一种由误差放大器OAOA，能隙基，能隙基准电源准电源D

55、 DVR=1.25VVR=1.25V，输出电压电阻取样，输出电压电阻取样，PMOSPMOS调整管以及一些辅助电路构成的串联式稳调整管以及一些辅助电路构成的串联式稳压器。压器。其中其中/EN /SHDN/EN /SHDN为使能为使能/ /封锁控制，低电平有效。封锁控制，低电平有效。/FAULT/FAULT为缺点检测输出端。为缺点检测输出端。如需求外部调整如需求外部调整V0V0，那么在，那么在ADJADJ端接取样电阻，端接取样电阻，固定固定V0V0那么无此端。那么无此端。有的还有有的还有/MR/MR手动复位和为手动复位和为MCUMCU提供复位信提供复位信号的号的/RESET/RESET端。端。 第

56、第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计LDOLDO运用设计要点运用设计要点 1 1不同公司不同公司LDOLDO的同功能引脚，称号不一致。如的同功能引脚，称号不一致。如/EN/EN与与/SHDN/SHDNSHULTDOWNSHULTDOWN，ADJADJ与与FBFB、SETSET功能一样。功能一样。 2 2某些某些LDOLDO如如MSK5021MSK5021设有设有/FAULT/FAULT缺点检测输出。缺点检测输出。这是一个集电极开路输出端，当输出电压和正常值相比，这是一个集电极开路输出端，当输出电压和正常值相比，降低了降低了6%6%或以下时，或以下时， /FAULT =0 /FAULT =0。

57、它可以驱动一只。它可以驱动一只LEDLED以以指示电路形状。指示电路形状。 3 3/EN/EN的高电平视器件而有所不同，有的规定为的高电平视器件而有所不同，有的规定为2V2V，但多数情况下接但多数情况下接ViVi即可以为是高电平。即可以为是高电平。 4 4LDOLDO为外部数字器件提供的为外部数字器件提供的/RESET/RESET信号，必需经过信号，必需经过V0V0经上拉电阻上拉，以保证正常的高电平。经上拉电阻上拉，以保证正常的高电平。 5 5LDOLDO的入端和出端电容的容量通常在的入端和出端电容的容量通常在1 14.7F4.7F之间，之间，这两个电容宜采用低这两个电容宜采用低ESRESR等

58、效串联电阻的等效串联电阻的CT4CT4型多层型多层陶瓷独石电容器，并且组装时应尽量接近器件。陶瓷独石电容器，并且组装时应尽量接近器件。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计LDOLDO运用设计要点运用设计要点 6 6输出电流大的器件如输出电流大的器件如LP38842LP38842，虽然，虽然PDPD较小，亦应思索较小，亦应思索其和散热。其和散热。 7 7器件手册所给的是有一定条件的。各厂家测试条件并不一器件手册所给的是有一定条件的。各厂家测试条件并不一致，故给出的只是一个参考值。致，故给出的只是一个参考值。 8 8当需求经过外接当需求经过外接MOSFETMOSFET驱动大电流负载时，应选用

59、内部具驱动大电流负载时，应选用内部具有升压有升压Booster Booster 的的LDOLDO如如MIC5158MIC5158，以便为，以便为MOSFETMOSFET提供足提供足够幅度的栅极驱动电压。够幅度的栅极驱动电压。 9 9当当LDOLDO直接用于电池供电电子设备时，首先应该明确系统的直接用于电池供电电子设备时，首先应该明确系统的供电电压和最大电流。如以供电电压和最大电流。如以80C51F80C51F为中心的某数字系统，采为中心的某数字系统，采用用LEDLED数码显示器，电源电压为数码显示器，电源电压为3.3V3.3V，总电流，总电流150mA150mA。其次了解。其次了解电池的根本特

60、性。当前多数便携式电子产品为镍镉、镍氢或锂可电池的根本特性。当前多数便携式电子产品为镍镉、镍氢或锂可充电电池。这三种电池的标称电压充电电池。这三种电池的标称电压VsVs、充溢电后的最大电压、充溢电后的最大电压VmVm如如表表3.4.83.4.8所示。所示。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计表表3.4.8 3.4.8 镍镉、镍氢、锂电池参数镍镉、镍氢、锂电池参数 电 池参 数镍 镉镍 氢锂Vs(V)1.31.251.2Vm(V)1.751.51.4第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计LDOLDO运用设计要点运用设计要点 电路要求所选串接的电路要求所选串接的N N节电池的标称电压节电池