电子电路的设计基础.ppt

1、电子电路的设计基础、电子产品的研发过程、选题的适宜性关系到研发的难度和产品的经济效益，甚至是成败的关键。2.制定性能指标是电子电路设计中首先遇到的问题。提出一个完整而合适的绩效指标并不是一件容易的事情。设计之初提出的性能指标有些方面可能不准确或不现实，有些要求可能提得太高(如精度高而难以实现；安全系数太大、不必要等。)。这些问题可能直到预设计阶段甚至是试生产或使用阶段才被发现。因此，产品的性能指标应该在开发过程中反复修改，才能最终确定。3.预设计(理论设计)包括制定总体方案(方案比较和选择)、设计单元电路(确定单元电路的性能指标、电路形式、参数计算和元器件选择)、绘制总体电气原理图等。5.工艺

2、设计包括抗电磁干扰措施、印刷电路板布线、元器件布局和连接、机箱和面板设计等。4.单元电路的实验和修改，单元与整体电路的连接。(测量数据、分析和修改电路或元件参数)。6.试生产样机完成后，可以根据具体情况试生产几个样机，并提交给用户试用。如发现问题，应及时改进，并在鉴定前制作合格产品。什么样的设计是优秀的？一般来说，可以从以下几个方面来衡量：1 .工作稳定可靠，在一定范围内可以达到要求的性能指标。2.电路结构简单，使用的元器件品种少，体积小，货源充足。3.低成本。4.低功耗。5.便于生产和维护。衡量设计质量的标准一般来说，我们希望我们设计的电子电路能同时满足上述要求，但有时我们会遇到矛盾的情况。

3、在设计中，我们经常会遇到这样一种情况：如果我们想使设计的产品消耗更少的功率或体积更小，势必会增加成本或降低可靠性。在这种情况下，我们应该抓住主要矛盾，采取折中的办法来解决。例如，对于交流供电的电子设备，如果电路的总功耗不大，功耗不是主要矛盾，但是对于电池供电的便携式电子仪器，功耗是主要矛盾。通过模拟电子技术基础课程的学习，我们掌握了各种单元放大器电路和集成运算放大器应用电路的工作原理，并对电路的主要技术指标进行了分析和计算。本文主要讨论了电路设计和实际应用，并介绍了几种常用单元电路的设计方法和原理。3.模拟电路设计和模拟电子系统组成；1)放大器设计，包括交流放大器和直流放大器的设计。随着电子技

4、术的飞速发展，性能优异的集成电路产品不断涌现，给电子系统的设计带来了极大的便利。然而，这并不意味着没有必要掌握分立元件放大电路的设计方法。1.具有分立元件的阻容耦合放大器的设计多级放大器通常包括输入级、中间级和输出级。1)输入级输入级的一个重要功能是很好地匹配信号源。如果信号源不允许带大电流，信号源的正常工作将受到放大器低输入电阻的影响。因此，输入级应使用高输入电阻的发射极或源极输出。如果信号源的内阻较大，但电流汲取不影响其正常工作，输入级可以使用发射极输出或共发射极放大电路，这可以根据具体的电路要求和参数进行选择。因为输入级的性能对整个放大器电路有很大的影响，所以应特别注意输入级a的元件选择

5、一般来说，输入级的三极管应选用低噪声的优质管，电阻应选用高精度的金属薄膜电阻。电路的静态工作点应设置得尽可能低。3.输出级输出级的主要目的是让负载获得足够的信号功率，其电路形式与负载有关。输出级通常采用发射极输出或互补对称电路。1)用集成运算放大器放大信号的主要优点是：简化电路设计，便于组装和调试。由于运算放大器的开环增益很高，组成它的放大器一般工作在深度负反馈的闭环状态，所以性能稳定，非线性失真小。运算放大器输入阻抗高，失调和漂移小，适合放大各种微弱信号。由于其高共模抑制比，它具有很强的抑制温度变化、电源波动和其他外部干扰的能力。由运算放大器组成的放大电路功耗低、体积小、使用寿命长，将大大减

6、少整机使用的元器件数量，提高工作可靠性，降低成本。2.集成运算放大器电路的设计由运算放大器组成的放大电路按电路形式分为三类：反相放大器、同相放大器和差分放大器，下面分别介绍。2。反比例运算放大器电路的特点和设计要点，闭环增益：AVF=-射频/R1(理想)，输入电阻：里夫=R1(理想)，实际：里夫=R1里德/(射频/(1 KAVO)，K=R1/(R1射频)，在上述公式中，这是由实际运算放大器决定的。从负反馈的角度来看，反比例运算电路属于电压并联负反馈。并联负反馈将输入电阻降低1 KAVo，实际上只降低环路中的电阻，即实际运算放大器公式的第二部分，而环路外部输入电阻的负反馈没有影响，因此它在理想情

7、况下等于R1。还可以看出，反比例放大器只适用于信号源对负载电阻要求较低(小于500K)的场合。在设计反比例放大电路时，运算放大器的参数应该从许多因素中选择。关于运算放大器参数的选择：例如放大DC信号时，应重点考虑影响运算精度和漂移的因素。为了提高运算精度，运算放大器的开环增益AVO和输入差模电阻应较大，而输出电阻应较小。为了减少漂移，运算放大器的输入失调电压VIO、输入失调电流IIO和基极偏置电流IIB应该很小。这些因素在运算放大器输出端引起的最大误差电压随温度变化为0。如果交流信号被放大，则要求运算放大器具有足够的带宽，即要求运算放大器的带宽大于信号的频率范围。如果开环带宽为BWO，则闭环带

8、宽将被加宽至BWF=带宽(R1/射频)。外部电阻的选择对放大器电路的性能有重要影响。通常有两种计算方法。一方面，考虑减小漂移和噪声，增加带宽，在信号源负载能力允许的情况下，首先选择R1越小越好，然后根据闭环增益的要求计算射频，取RP=R1/射频，以减小人为引入的不平衡误差。另一种计算方法是减小增益误差，首先计算射频值，其中射频(最佳)=RidRO/(2K)1/2，然后根据闭环增益计算R1。其中k是闭环放大率。反比放大电路的输入电阻不能太高。为了克服这个问题，可以采用同相比例放大电路，如上图所示。闭环电压放大系数：理想的运算放大器为AVF=1射频/R1，输入电阻为Ri=(理想值)，实际值为Ri=

9、RS RID(1 KAVO)，3。3)同相比例放大电路的特点和设计要点，其最大的优点是输入电阻高。例如，如果A741的开环增益AVO=5104，则o设计同相比例放大器电路时，运算放大器的选择要求运算放大器的共模抑制比高于KCMR，否则会在输入端引入较大的误差电压(VICM/KCMR)。对于比例电阻的计算，一般应先计算最佳反馈电阻射频，然后根据闭环增益的要求确定R1值。4)差分输入比例放大电路的特点和设计，简单差分输入比例放大电路，运算放大器输入的差模电压：Vid=V2-V1，运算放大器输入的共模电压：Vic=1/2(V2 V1)，理想闭环增益：当R1=R2，R3=R4时，在差分放大电路的设计中

10、，电阻匹配非常重要。差分电路的共模抑制比K CMR由运算放大器本身的共模抑制比KCMR和外部电阻失配形成的共模抑制比KCMR组成。如果所有电阻匹配，容差相同，并且电阻精度相等，那么K CMR(1 R3/R1)/(4)，差分电路的共模抑制比为0，KCMR=(KCMR K CMR)/(K CMR K CMR)。从上式可以看出，闭环增益(R3/R1)越小，电阻失配的影响越大，甚至成为限制电路的共模。例如，电阻精度为0.1%，闭环增益为50的差分电路，KCMR K CMR(1 R3/R1)/(4 )=1250，电路的差模输入电阻为RiD 1 R2，共模输入电阻为RiC(R1 R3)/2。考虑偏移、频带

11、、噪声等因素，反馈电阻R3不应大于1M。如果R3=1M，闭环增益为50，R1=20K，差模输入电阻为40 K，共模输入电阻约为500 K。为确保闭环差模增益在所需频率和温度范围内稳定，当差分放大器电路放大交流时，运算放大器的开环增益必须比闭环增益大100倍以上。单运放差分电路常用于运算精度不高的场合。为了提高性能，通常使用具有三个运算放大器的精密放大器电路。三个运算放大器差动电路(仪表放大器)，即vo1-VO2=(12R1/R2) (vi1-vi2)，VO=-RF/r(VO1-VO2)=-RF/r(12R 1/R2)(Vi1-Vi2)，让Vid=Vi1- Vi2。理想的滤波器应该在所需频带内具

12、有均匀稳定的增益，在通带外具有无限衰减。然而，实际的过滤器之间总是有一定的差距。由运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点。一方面，由于没有使用电感元件，避免了非线性、损耗、体积和质量大以及磁场屏蔽的固有缺陷；另一方面，运算放大器具有高增益、高输入电阻和低输出电阻，因此可以提供一定的信号放大和缓冲功能。该滤波器的频率范围约为10-3106赫兹，频率稳定性可达(10-310-5)/0C。滤波器的技术指标有：通带允许的最大衰减、阻带能达到的最小衰减、上限截止频率、下限截止频率等。滤波器的幅频特性、滤波器类型的选择、滤波器设计中应考虑的一些原则以及滤波器类型的选择有许多内容。如低通、高

13、通、带通和带阻、有源和无源、RC和LC滤波器等。这里，我们只讨论二阶RC有源滤波器电路结构的选择。运算放大器的要求。在没有特殊要求的情况下，可选通用运算放大器。为了获得足够深的反馈以确保所需的滤波特性，运算放大器的开环增益应该在80dB以上。运算放大器的频率特性要求由其工作频率的上限决定。如果其工作频率的上限为fH，运算放大器的单位增益频率应满足BWG(35)aFh。其中Af是滤波器通带的透射系数。如果滤波器的输入信号很小，如低于10mV，建议选择低漂移运算放大器。电路元件参数的确定，在设计中，经常出现的是因此，有许多组件组可以满足特性的要求，这就要求设计者自己选择一些组件值。通常，这从选择电

14、容开始，因为电容的标称值分级较低，这使得匹配电容变得困难，而匹配电阻变得容易。电容值的初步选择可根据工作频率参照下表确定。表中的频率，对于低通，指上限；高通指下限，带通和带阻指中心频率。EMC知识，EMC电磁兼容性简介，名词解释，EMC(电磁兼容性)是指一种产品和其他产品在特定电磁环境中共存而不会导致其他产品或其自身性能退化或损坏的能力。电磁干扰(Emi)电磁干扰是指电子产品产生的破坏性电磁能量通过传导或辐射传递到另一个电子设备的过程。电磁抗扰度电磁抗扰设备或系统因电磁干扰而中断或破坏的程度。电磁兼容结构图，电磁干扰的三要素，干扰源(能量源)是由干扰物(接收器)耦合而成。解决电磁干扰的方法：屏

15、蔽，接地，滤波，干扰源，接收器，辐射，辐射由两部分组成：产品的外辐射和产品的外辐射。(通过场传输)影响：辐射过量：抗干扰性差：导电性，传导包括两个部分：产品向外传导和产品向外传导。(通过导线传输)影响：过度传导：通过导线影响其他产品的正常运行。抗干扰性差：易受其他产品影响，相关法规一、电磁干扰(电磁发射)传导试验辐射试验、电磁干扰检测、电磁屏蔽室、相关法规二、电磁干扰(电磁抗扰)静电放电抗扰度GB/T 17626.2；IEC61000-4-2电气快速瞬变/脉冲群抗扰度GB/t 17626.4；IEC61000-4-4辐射电磁场浪涌(雷击)抗扰度注入电流抗扰度电压凹陷和短时中断抗扰度、静电放电现

16、象、静电放电、电源端口、信号端口、静电放电、静电放电试验，EUT应至少进行200次接触放电，EUT应至少选择4个点在美国表面进行接触放电缝隙、孔洞和空气：“面心立方”；欧盟：“CE”自愿产品认证是自愿的“UL”或“ETL”。二是认证知识，认证知识，CCC中国强制性认证2003-08-01，取代了CceE、CCIB家电认证标准GB4343-1995(测量方法和允许值)家电认证标准GB4343.2-1999 (2)欧盟CE有最严格的测试要求和最多的测试项目，包括电磁干扰和电磁抗干扰。一般来说，通过CE认证的人基本上都可以通过CCC认证。美国联邦通信委员会认证采用的标准不同于中国的3C认证和欧盟的消费电子认证，产品的工作电压也不同。通过联邦通信委员会认证的产品不一定符合3C认证和消费电子认证的电磁兼容性要求。电磁兼容性与认证的关系，电磁兼容性是产品型式试验、产品跟踪试验、工厂初始检验、工厂跟踪检验