电子系统设计知识点.

固定式线性直流稳压电源设计1234ABCD4321DCBA1234B1C13300uF/35VC53300uF/35VC20.1uFC60.1uFC30.1uFC70.1uFVin1GND2Vout3U17805F20.5AC4470uF/35VC8470uF/35VF10.5AR1510ΩLED1123R2510ΩLED2Vin2GND1Vout3U27905TR220V50HzD4D1D3D2V2V2原理图3.滤波电容的选择•C2C3C6C7减少高频干扰，可取0.1uF陶瓷电容•C4C8输出侧滤波电容，可取470uF•C1C5输入侧滤波电容，耐压919AVRLL2)5~3(RTCuFsC33009*202.0*3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。无源滤波器由无源器件R、C和L组成，它的缺点是在较低频率下工作时，电感L的体积和重量较大，而且滤波效果不理想。有源滤波器由R、C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。•滤波器的截止特性由阶数和各级常量的选择方式决定•阶数由时间常数要素的数目来区分•品质因数Q也称为滤波器的截止特性系数，决定了滤波器在f0附近的频率特性3．滤波器的阶数和特性巴特沃思贝塞尔切比雪夫H()/0切比雪夫：下降最陡，但通带之间幅频曲线有波纹。3．滤波器的阶数和特性巴特沃思：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，阶跃响应有过冲。贝塞尔：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。巴特沃思贝塞尔切比雪夫H()/0切比雪夫：下降最陡，但通带之间幅频曲线有波纹。3．滤波器的阶数和特性巴特沃思：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，阶跃响应有过冲。贝塞尔：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。4．滤波器的电路结构Z1+-AZ2Z3Z5Z4R1+-AR2C1C2R3C1+-AC2R1R2C3（a）基本电路（b）低通滤波器（c）高通滤波器（d）带通滤波器R1+-AC1R2R3C2无限增益多重反馈滤波器电路MFB取n=4Q2（1+A0），上式可进一步简化为：02121AQCRC令2C01CR，可得到滤波器中各项参数的计算公式为C1＝4Q2（1＋A0）C2R1＝R0/（2QA0）R2=A0×R1R3=R0/[2Q(1+A0)]由此可见，只要确定C2的值，其余的参数可随之确定。取基准电容C0=0.033uF，则基准电阻R0=1/（2πfcC0）=16.076kΩ，C1=C2=C0=1/（2πfcR0）=0.033μFC3=C0/A0=0.033μFR1＝R0/[Q（2＋1/A0）]=7.58kΩR2＝R0Q（1+2A0）]=34.097kΩ1.1运算放大器的模型高阻输入级中间放大级低阻输出级偏置电路vNvPvO运算放大器构成信号的产生、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.理想运算放大器的模型（1）开环电压增益AVO＝∞；（2）输入电阻ri=∞；（3）输出电阻ro=0；（4）频带宽度△f=∞；上限截止频率fH=∞;（5）共模拟制比KCMR=∞；（6）失调漂移(电压/流)、内部噪声均为0。Dv-+NvPv+-iP=0iN=0OvAVOvD•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.实际运算放大器的模型（1）差分输入电阻ri；（2）电压增益AVO；（3）输出电阻rO；（4）差分输入电压vid=vP-vN。741运算放大器的ri=2MΩ,AVO=200V/mV,ro=75Ω。+-Dvri-+NvPv+-roOvAVOvD1.3集成运放的主要参数1.输入偏置电流和输入失调电流同相输入端吸收的电流用IP表示，反相输入端吸收的电流用IN表示2NPBIII将IP和IN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RPvo+-AR1R2IPINI1I2PPPRIV1PP1P1RRIRVIN1PPN12IRRIIIIN2PP12PP121NPPPP2N1PPPP22o1IRIRRRRIRRRIRIRIRIRRIRIRIv）（）（）（]//[1PPN21120IRIRRRRE）（）（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））（（令得措施：缩小所有的电阻；选择一款具有更低IOS值的运算放大器2.输入失调电压将同相输入端和反相输入端短接，对于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vo≠0。VOSVOH0vP-vNVOL+-VOSvNvPvo理想运算放大器实际运算放大器VOS对电阻反馈运算放大器电路的影响vo+-AR1R2VOSVOSOS1201VRRE）（输出失调电压的补偿R1//R2vo+-741R1R2-15V2+-vi3615RPvo+-AR1R2+-viRAVCCVEE3.开环带宽BW和单位增益带宽GBWf(dec)fb(BW)0a00Aft(GBW)开环电压增益从开环直流增益A0下降3dB时所对应的频宽称为开环带宽BW从开环直流增益到0dB时所对应的频宽称为单位增益带宽GBW。741运放的典型值fb=5Hz，ft=200000×5=1MHz。+-AR1R2+-vif(dec)fb0A0ftdBfB1+R2/R1AF例：用运算放大器741设计一个增益为60dB的音频放大器，要求带宽fB≥20kHz。放大电路增益与带宽的关系FtBAfffB：放大器带宽；AF：放大器增益4．转换速率（SlewingRate，SR）转换速率也称压摆率，其定义是运放在额定负载及输入阶跃大信号时输出电压的最大变化率。tVSRO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。fp（max）=SR/（2πVo（max））0VtvIvo4．转换速率（SlewingRate，SR）OPA552的单位增益带宽GBW为12MHz，SR为24V/μS，用其构成放大倍数为5的反相放大器，其小信号带宽为12MHz/5=2.4MHz，当输出信号的峰-峰值为10V时，其fp（max）=SR/（2πVo（max））=764（kHz）A/D转换器及接口技术A/D转换器（AnalogToDigitConverter）将模拟量转换为数字量的器件，常用ADC表示。1A/D转换器的性能指标（1）分辨率：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LSB或满刻度电压与2n之比值表示。例如：12位分辨率的ADC能分辨出满刻度的1/212或满刻度的0.0245%。一个10V满刻度的12位ADC能够分辨输入电压变化的最小值为2.4mV。而位的A/D转换器（满字为1999），其分辨率为满刻度的1/1999×100%=0.05%。213（2）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）称为转换时间。转换时间是转换速率的倒数。（3）量化误差：有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与理想无限分辨率A/D的转移特性曲线之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB，1/2LSB。（4）线性度：实际A/D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。（5）量程：A/D能够转换的电压范围，如0～5V，-10～+10V等。（6）其他指标：内部/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。2A/D转换器的分类[例题]假设ADC0809与MCS-51的硬件连接如上页图所示，要求采用中断方法，顺序进行8路A/D转换，将IN0～IN7转换结果分别存入片内RAM的30H～37H地址单元中。解：程序如下：ORG0000HLJMPMAIN;转主程序ORG0003H;中断服务入口地址LJMPINT0F;中断服务。ORG0100HMAIN:MOVSP,#60HMOVR0,#30H;内部数据指针指向30H单元MOVDPTR,#7FF8H;指向P2.7口，且选通IN0（低3位地址为000）SETBIT0;设置下降沿触发SETBEX0;允许中断SETBEA;开总中断允许MOVX@DPTR,A;启动A/D转换SJMP$;等待转换结束中断中断服务程序如下：INT0F:MOVXA,@DPTR;取A/D转换结果MOV@R0,A;存结果INCR0;内部指针下移INCDPTR;外部指针下移，指向下一路CJNER0，#38H，NEXT;未转换完8路，继续转换CLREX0;关中断允许RETI;中断返回NEXT:MOVX@DPTR,A;启动下一路A/D转换RETI;中断返回，继续等待下一次END