电子系统设计知识点

1、固定式线性直流稳压电源设计固定式线性直流稳压电源设计 1234ABCD4321DCBA1234B1C13300uF/35VC53300uF/35VC20.1uFC60.1uFC30.1uFC70.1uFVin1GND2Vout3U1 7805F20.5AC4470uF/ 35VC8470uF/35VF10.5AR1510LED1123R2510LED2Vin2GND1Vout3U2 7905TR220V50HzD4D1D3D2V2V2原理图原理图3.滤波电容的选择 C2 C3 C6 C7减少高频干扰，可取0.1uF陶瓷电容 C4 C8输出侧滤波电容，可取470uF C1 C5输入侧滤波电容，耐

2、压919AVRLL2)53(RTC uFsC33009*202. 0*3模拟有源滤波器模拟有源滤波器 模拟滤波器就是实现使特定频率范围内的信号模拟滤波器就是实现使特定频率范围内的信号顺利通过，而阻止其它频率信号通过的电路。顺利通过，而阻止其它频率信号通过的电路。 模拟滤波器分无源滤波器和有源滤波器两种。模拟滤波器分无源滤波器和有源滤波器两种。 无源滤波器由无源器件无源滤波器由无源器件R、C和和L组成，它的缺点组成，它的缺点是在较低频率下工作时，电感是在较低频率下工作时，电感L的体积和重量较大，的体积和重量较大，而且滤波效果不理想。而且滤波效果不理想。 有源滤波器由有源滤波器由R、C和运算放大器

3、构成，在减小体和运算放大器构成，在减小体积和减轻重量方面得到显著改善，尤其是运放具有的积和减轻重量方面得到显著改善，尤其是运放具有的高输入阻抗和低输出阻抗的特点可使有源滤波器提供高输入阻抗和低输出阻抗的特点可使有源滤波器提供一定的信号增益，因此，有源滤波器得到广泛的应用。一定的信号增益，因此，有源滤波器得到广泛的应用。 滤波器的截止特性由阶数和各级常量的选择方滤波器的截止特性由阶数和各级常量的选择方式决定式决定 阶数由时间常数要素的数目来区分阶数由时间常数要素的数目来区分 品质因数品质因数Q也称为滤波器的截止特性系数，决也称为滤波器的截止特性系数，决定了滤波器在定了滤波器在f0附近的频率特性附

4、近的频率特性3 3滤波器的阶数和特滤波器的阶数和特性性巴特沃思贝塞尔切比雪夫H()/0切比雪夫：切比雪夫：下降最陡，但通带之间幅频曲线有下降最陡，但通带之间幅频曲线有波纹。波纹。3 3滤波器的阶数和特滤波器的阶数和特性性巴特沃思：巴特沃思：通带内幅频曲线的幅度平坦，最平幅度逼通带内幅频曲线的幅度平坦，最平幅度逼近，相移与频率的关系不是很线性的，阶跃响应有过近，相移与频率的关系不是很线性的，阶跃响应有过冲。冲。贝塞尔：贝塞尔：相移和频率之间有良好的线性关系，阶相移和频率之间有良好的线性关系，阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。巴特沃思贝塞尔切比雪夫H

5、()/0切比雪夫：切比雪夫：下降最陡，但通带之间幅频曲线有下降最陡，但通带之间幅频曲线有波纹。波纹。3 3滤波器的阶数和特滤波器的阶数和特性性巴特沃思：巴特沃思：通带内幅频曲线的幅度平坦，最平幅度逼通带内幅频曲线的幅度平坦，最平幅度逼近，相移与频率的关系不是很线性的，阶跃响应有过近，相移与频率的关系不是很线性的，阶跃响应有过冲。冲。贝塞尔：贝塞尔：相移和频率之间有良好的线性关系，阶相移和频率之间有良好的线性关系，阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。4 4滤波器的电路结滤波器的电路结构构无限增益多重反馈滤波器电路无限增益多重反馈滤波器电路MFB 取取

6、n=4Q2（1+A0），上式可进一步简化为：），上式可进一步简化为：02121AQCRC令令2C01CR，可得到滤波器中各项参数的计算公式为，可得到滤波器中各项参数的计算公式为C14Q2（1A0）C2R1R0/（2Q A0）R2= A0R1R3= R0/2Q (1+A0)由此可见，只要确定由此可见，只要确定C2的值，其余的参数可随之确定。的值，其余的参数可随之确定。 取基准电容取基准电容C0=0.033uF， 则基准电阻则基准电阻R0=1/（2fcC0）=16.076k， C1=C2=C0=1/（2fcR0）=0.033FC3= C0/A0=0.033FR1R0/Q（21/A0）=7.58 k

7、R2R0Q（1+2A0）=34.097k1.1 1.1 运算放大器的模型运算放大器的模型 运算放大器运算放大器构成信号的产生、信号的构成信号的产生、信号的变换、信号处理等各种各样功能，已成为构变换、信号处理等各种各样功能，已成为构成模拟系统的基本单元。成模拟系统的基本单元。 运算放大器由多级基本放大电路直接耦合组成，增益高。 通常由高阻输入级、中间放大级、低阻输出级和偏置电路组成。 运放与外部电路连接构成功能电路时，无需关心其内部电路，而着重研究其外特性。 简化模型有理想运算放大器模型和实际运算放大器模型。1.1.理想运算放大器的模型理想运算放大器的模型（1）开环电压增益开环电压增益 AVO；

8、（2）输入电阻）输入电阻 ri= ；（3）输出电阻）输出电阻 ro=0；（4）频带宽度）频带宽度 f=；上限截止频率；上限截止频率fH= ;（5）共模拟制比）共模拟制比 KCMR=；（6）失调漂移）失调漂移(电压电压/流流)、内部噪声均为、内部噪声均为0。 从理想运算放大器的这些条件可以导出理想运放线性运用时具有的2个重要特性： 1) ri= iN = iP = 0； 2) AVO vN = vP ; 理想运放的前三条特性，通用运放一般可以近似满足。 理想运放的后三条特性，通用运放不易达到，可选用专用运放来近似满足。2.2.实际运算放大器的模型实际运算放大器的模型（1）差分输入电阻）差分输入电

9、阻ri；（2）电压增益）电压增益AVO；（3）输出电阻）输出电阻rO；（4）差分输入电压）差分输入电压 vid=vP-vN。741运算放大器的运算放大器的ri=2M,AVO=200V/mV,ro=75。 1.3 1.3 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 1.1.输入偏置电流和输入失调电流输入偏置电流和输入失调电流 同相输入端吸收的电流用同相输入端吸收的电流用IP表示，反相输表示，反相输入端吸收的电流用入端吸收的电流用IN表示表示 2NPBIII将将IP和和IN的差称为输入失调电流的差称为输入失调电流IOS=IP-IN分析：输入偏置电流和失调电流对放大电路的影响分析：输入偏置电流和失调电流对

10、放大电路的影响 PPPRIV1PP1P1RRIRVIN1PPN12IRRIIIIN2PP12PP121NPPPP2N1PPPP22o1IRIRRRRIRRRIRIRIRIRRIRIRIv）（）（）（/1PPN21120IRIRRRRE）（）（输入偏置电流和失调电流对放大电路的影响输入偏置电流和失调电流对放大电路的影响 2/1OSP21BP21120/IRRRIRRRRRE）（）（）（21P/RRR OS21120/1IRRRRE）（令令得得措施措施：缩小所有的电阻缩小所有的电阻 ；选择一款具有更低选择一款具有更低IOS值的运算放大器值的运算放大器 2. 输入失调电压输入失调电压 将同相输入端和

11、反相输入端短接，将同相输入端和反相输入端短接，对于对于实际运算放大器来说，由于输入级电路参数实际运算放大器来说，由于输入级电路参数的固有失配，其输出电压的固有失配，其输出电压vo0 。V VOSOS对电阻反馈运算放大器电路的影响对电阻反馈运算放大器电路的影响 OS1201VRRE）（输出失调电压的补偿输出失调电压的补偿 3.3.开环带宽开环带宽BWBW和单位增益带宽和单位增益带宽GBWGBW 开环电压增益从开环直流增益开环电压增益从开环直流增益A0下降下降3dB时所对时所对应的频宽称为应的频宽称为开环带宽开环带宽BW 从开环直流增益到从开环直流增益到0dB时所对应的频宽称为时所对应的频宽称为G

12、BW 。741运放的典型值运放的典型值fb=5Hz，ft=2000005=1MHz。 例：用运算放大器例：用运算放大器741设计一个增益为设计一个增益为60dB的的音频放大器，要求带宽音频放大器，要求带宽fB20kHz。 放大电路增益与带宽的关系放大电路增益与带宽的关系FtBAff fB：放大器带宽；：放大器带宽；AF：放大器增益：放大器增益 4 4转换速率转换速率（Slewing Rate，SR） tVSRO 当放大器输出大振幅的高频信号时，转换速率对实当放大器输出大振幅的高频信号时，转换速率对实际的带宽起到主要的约束。际的带宽起到主要的约束。 fp（max）=SR/（2Vo（max）4 4

13、转换速率转换速率（Slewing Rate，SR） OPA552的单位增益带宽的单位增益带宽GBW为为12MHz，SR为为24V/S，用其构成放大倍数为，用其构成放大倍数为5的反相放大器，其小信的反相放大器，其小信号带宽为号带宽为12MHz/5=2.4MHz，当输出信号的峰，当输出信号的峰-峰值为峰值为10V时，其时，其fp（max）=SR/（2Vo（max）=764（kHz）A/D转换器及接口技术转换器及接口技术 A/D转换器（转换器（Analog To Digit Converter） 将模拟量转换为数字量的器件，常用将模拟量转换为数字量的器件，常用ADC表示。表示。1 A/D转换器的性能

14、指标转换器的性能指标 （1）分辨率：）分辨率：输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。用压的变化量。用LSB或满刻度电压与或满刻度电压与2n之比值表示。之比值表示。 例如：例如：12位分辨率的位分辨率的ADC能分辨出满刻度的能分辨出满刻度的1/212或满刻度的或满刻度的0.0245%。一个。一个10V满刻度的满刻度的12位位ADC能够分辨输入电压变化的能够分辨输入电压变化的最小值为最小值为2.4mV。而。而 位的位的A/D转换器（满字为转换器（满字为1999），其分辨），其分辨率为满刻度的率为满刻度的1/1999100%=0.05%。 213

15、（2 2）转换速率与转换时间：）转换速率与转换时间：A/D转换器每秒钟转换的次数称为转换器每秒钟转换的次数称为转换速率；完成一次转换速率；完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间）称为转换所需的时间（包括稳定时间）称为转换时间。转换时间是转换速率的倒数。转换时间。转换时间是转换速率的倒数。（3 3）量化误差：）量化误差：有限分辨率有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与理想的阶梯状转移特性曲线与理想无限分辨率无限分辨率A/D的转移特性曲线之间的最大偏差。通常是的转移特性曲线之间的最大偏差。通常是1个或个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB，1/2LSB

16、。（4 4）线性度：）线性度：实际实际A/D转换器的转移函数与理想直线的最大偏转换器的转移函数与理想直线的最大偏差。不包括量化误差、偏移误差和满刻度误差。差。不包括量化误差、偏移误差和满刻度误差。（5 5）量程：）量程：A/D能够转换的电压范围，如能够转换的电压范围，如05V，-10+10V等。等。（6 6）其他指标：）其他指标：内部内部/外部电压基准、失调（零点）温度系数、外部电压基准、失调（零点）温度系数、增益温度系数，以及电源电压变化抑制比等性能指标。增益温度系数，以及电源电压变化抑制比等性能指标。 2 A/D转换器的分类转换器的分类 例题例题 假设假设ADC0809与与MCS-51的硬

17、件连接如上页图所示，要求的硬件连接如上页图所示，要求采用中断方法，顺序进行采用中断方法，顺序进行8路路A/D转换，将转换，将IN0IN7转换结果分别转换结果分别存入片内存入片内RAM的的30H37H地址单元中。地址单元中。解：程序如下：解：程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN; 转主程序转主程序 ORG 0003H; 中断服务入口地址中断服务入口地址 LJMP INT0F; 中断服务。中断服务。 ORG 0100H MAIN: MOV SP, #60H MOV R0, #30H ; 内部数据指针指向内部数据指针指向30H单元单元 MOV DPTR, #7FF8H ; 指向指向P2.7口，且选通口，且选通IN0 （低（低3位地址为位地址为 000） SETB IT0; 设置下降沿触发设置下降沿触发 SETB EX0; 允许中断允许中断 SETB EA; 开总中断允许开总中断允许 MOVX DPTR, A ; 启动启动A/D转换转换 SJMP $ ; 等待转换结束中断等待转换结束中断