电子系统设计部分课后答案

1、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,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

2、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,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

3、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、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、电子系统设计的一般步骤有哪些？ 答：（1）行为描述与设计：描

4、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、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

5、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,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au

6、f=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。,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

7、，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。,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。,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

8、达式。 (电流温度灵敏度是1a/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0c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。,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1a/k) 解

9、：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0c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0c时，调整r1，使vo=0；在1c时，调整r4，使vo=100mv。,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1a/

10、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。,5、选择适合的集成

11、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=1k au=32，则rf=32r1=32k；,r=r1/rf2/rf1k,au=16, rf1=32k；au=8, rf2=16k； au=4, rf3=8k； au=2, rf4=4k；,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：-3b

12、d截止频率fc=f0=1/(2rc)，则 rc=1/(2fc)=5.310-5 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=1.586 aup=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。,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/(2rc)，则 rc=1/(

13、2fc)=3.9810-4 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,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/(2rc)，则 rc=1/(2f0)=7.9610-5 取c=0.01uf，则r=7.96k bw=f0/q，q=f0/bw=5 q=1/(3-aup),aup=3-1/q=2.8 aup=1+r5/r4=2.8，r5=1.8r4 由平衡

14、条件 r4/r5=r3=2r=15.92k 联立解得 r4=24.76k,r5=44.57k,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。,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

15、rc正弦波振荡频率公式可得,第四次作业及参考答案,rc0.001,rc1.610-4,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r100k或r16k 起振条件参数 r7+r92r6 r6=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,（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,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：,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,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uces2v，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