電子系統(tǒng)設(shè)計知識點

1、固定式線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計固定式線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 1234ABCD4321DCBA1234B1C13300uF/35VC53300uF/35VC20.1uFC60.1uFC30.1uFC70.1uFVin1GND2Vout3U1 7805F20.5AC4470uF/ 35VC8470uF/35VF10.5AR1510LED1123R2510LED2Vin2GND1Vout3U2 7905TR220V50HzD4D1D3D2V2V2原理圖原理圖3.濾波電容的選擇 C2 C3 C6 C7減少高頻干擾，可取0.1uF陶瓷電容 C4 C8輸出側(cè)濾波電容，可取470uF C1 C5輸入側(cè)濾波電容，耐

2、壓919AVRLL2)53(RTC uFsC33009*202. 0*3模擬有源濾波器模擬有源濾波器 模擬濾波器就是實現(xiàn)使特定頻率范圍內(nèi)的信號模擬濾波器就是實現(xiàn)使特定頻率范圍內(nèi)的信號順利通過，而阻止其它頻率信號通過的電路。順利通過，而阻止其它頻率信號通過的電路。 模擬濾波器分無源濾波器和有源濾波器兩種。模擬濾波器分無源濾波器和有源濾波器兩種。 無源濾波器由無源器件無源濾波器由無源器件R、C和和L組成，它的缺點組成，它的缺點是在較低頻率下工作時，電感是在較低頻率下工作時，電感L的體積和重量較大，的體積和重量較大，而且濾波效果不理想。而且濾波效果不理想。 有源濾波器由有源濾波器由R、C和運算放大器

3、構(gòu)成，在減小體和運算放大器構(gòu)成，在減小體積和減輕重量方面得到顯著改善，尤其是運放具有的積和減輕重量方面得到顯著改善，尤其是運放具有的高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點可使有源濾波器提供高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點可使有源濾波器提供一定的信號增益，因此，有源濾波器得到廣泛的應(yīng)用。一定的信號增益，因此，有源濾波器得到廣泛的應(yīng)用。 濾波器的截止特性由階數(shù)和各級常量的選擇方濾波器的截止特性由階數(shù)和各級常量的選擇方式?jīng)Q定式?jīng)Q定 階數(shù)由時間常數(shù)要素的數(shù)目來區(qū)分階數(shù)由時間常數(shù)要素的數(shù)目來區(qū)分 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q也稱為濾波器的截止特性系數(shù)，決也稱為濾波器的截止特性系數(shù)，決定了濾波器在定了濾波器在f0附近的頻率特性附

4、近的頻率特性3 3濾波器的階數(shù)和特濾波器的階數(shù)和特性性巴特沃思貝塞爾切比雪夫H()/0切比雪夫：切比雪夫：下降最陡，但通帶之間幅頻曲線有下降最陡，但通帶之間幅頻曲線有波紋。波紋。3 3濾波器的階數(shù)和特濾波器的階數(shù)和特性性巴特沃思：巴特沃思：通帶內(nèi)幅頻曲線的幅度平坦，最平幅度逼通帶內(nèi)幅頻曲線的幅度平坦，最平幅度逼近，相移與頻率的關(guān)系不是很線性的，階躍響應(yīng)有過近，相移與頻率的關(guān)系不是很線性的，階躍響應(yīng)有過沖。沖。貝塞爾：貝塞爾：相移和頻率之間有良好的線性關(guān)系，階相移和頻率之間有良好的線性關(guān)系，階躍響應(yīng)過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。躍響應(yīng)過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。巴特沃思貝塞爾切比雪夫H

5、()/0切比雪夫：切比雪夫：下降最陡，但通帶之間幅頻曲線有下降最陡，但通帶之間幅頻曲線有波紋。波紋。3 3濾波器的階數(shù)和特濾波器的階數(shù)和特性性巴特沃思：巴特沃思：通帶內(nèi)幅頻曲線的幅度平坦，最平幅度逼通帶內(nèi)幅頻曲線的幅度平坦，最平幅度逼近，相移與頻率的關(guān)系不是很線性的，階躍響應(yīng)有過近，相移與頻率的關(guān)系不是很線性的，階躍響應(yīng)有過沖。沖。貝塞爾：貝塞爾：相移和頻率之間有良好的線性關(guān)系，階相移和頻率之間有良好的線性關(guān)系，階躍響應(yīng)過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。躍響應(yīng)過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。4 4濾波器的電路結(jié)濾波器的電路結(jié)構(gòu)構(gòu)無限增益多重反饋濾波器電路無限增益多重反饋濾波器電路MFB 取取

6、n=4Q2（1+A0），上式可進(jìn)一步簡化為：），上式可進(jìn)一步簡化為：02121AQCRC令令2C01CR，可得到濾波器中各項參數(shù)的計算公式為，可得到濾波器中各項參數(shù)的計算公式為C14Q2（1A0）C2R1R0/（2Q A0）R2= A0R1R3= R0/2Q (1+A0)由此可見，只要確定由此可見，只要確定C2的值，其余的參數(shù)可隨之確定。的值，其余的參數(shù)可隨之確定。 取基準(zhǔn)電容取基準(zhǔn)電容C0=0.033uF， 則基準(zhǔn)電阻則基準(zhǔn)電阻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 運算放大器的模型運算放大器的模型 運算放大器運算放大器構(gòu)成信號的產(chǎn)生、信號的構(gòu)成信號的產(chǎn)生、信號的變換、信號處理等各種各樣功能，已成為構(gòu)變換、信號處理等各種各樣功能，已成為構(gòu)成模擬系統(tǒng)的基本單元。成模擬系統(tǒng)的基本單元。 運算放大器由多級基本放大電路直接耦合組成，增益高。 通常由高阻輸入級、中間放大級、低阻輸出級和偏置電路組成。 運放與外部電路連接構(gòu)成功能電路時，無需關(guān)心其內(nèi)部電路，而著重研究其外特性。 簡化模型有理想運算放大器模型和實際運算放大器模型。1.1.理想運算放大器的模型理想運算放大器的模型（1）開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 AVO；

8、（2）輸入電阻）輸入電阻 ri= ；（3）輸出電阻）輸出電阻 ro=0；（4）頻帶寬度）頻帶寬度 f=；上限截止頻率；上限截止頻率fH= ;（5）共模擬制比）共模擬制比 KCMR=；（6）失調(diào)漂移）失調(diào)漂移(電壓電壓/流流)、內(nèi)部噪聲均為、內(nèi)部噪聲均為0。 從理想運算放大器的這些條件可以導(dǎo)出理想運放線性運用時具有的2個重要特性： 1) ri= iN = iP = 0； 2) AVO vN = vP ; 理想運放的前三條特性，通用運放一般可以近似滿足。 理想運放的后三條特性，通用運放不易達(dá)到，可選用專用運放來近似滿足。2.2.實際運算放大器的模型實際運算放大器的模型（1）差分輸入電阻）差分輸入電

9、阻ri；（2）電壓增益）電壓增益AVO；（3）輸出電阻）輸出電阻rO；（4）差分輸入電壓）差分輸入電壓 vid=vP-vN。741運算放大器的運算放大器的ri=2M,AVO=200V/mV,ro=75。 1.3 1.3 集成運放的主要參數(shù)集成運放的主要參數(shù) 1.1.輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流 同相輸入端吸收的電流用同相輸入端吸收的電流用IP表示，反相輸表示，反相輸入端吸收的電流用入端吸收的電流用IN表示表示 2NPBIII將將IP和和IN的差稱為輸入失調(diào)電流的差稱為輸入失調(diào)電流IOS=IP-IN分析：輸入偏置電流和失調(diào)電流對放大電路的影響分析：輸入偏置電流和失調(diào)電流對

10、放大電路的影響 PPPRIV1PP1P1RRIRVIN1PPN12IRRIIIIN2PP12PP121NPPPP2N1PPPP22o1IRIRRRRIRRRIRIRIRIRRIRIRIv）（）（）（/1PPN21120IRIRRRRE）（）（輸入偏置電流和失調(diào)電流對放大電路的影響輸入偏置電流和失調(diào)電流對放大電路的影響 2/1OSP21BP21120/IRRRIRRRRRE）（）（）（21P/RRR OS21120/1IRRRRE）（令令得得措施措施：縮小所有的電阻縮小所有的電阻 ；選擇一款具有更低選擇一款具有更低IOS值的運算放大器值的運算放大器 2. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 將同相輸入端和

11、反相輸入端短接，將同相輸入端和反相輸入端短接，對于對于實際運算放大器來說，由于輸入級電路參數(shù)實際運算放大器來說，由于輸入級電路參數(shù)的固有失配，其輸出電壓的固有失配，其輸出電壓vo0 。V VOSOS對電阻反饋運算放大器電路的影響對電阻反饋運算放大器電路的影響 OS1201VRRE）（輸出失調(diào)電壓的補償輸出失調(diào)電壓的補償 3.3.開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BWBW和單位增益帶寬和單位增益帶寬GBWGBW 開環(huán)電壓增益從開環(huán)直流增益開環(huán)電壓增益從開環(huán)直流增益A0下降下降3dB時所對時所對應(yīng)的頻寬稱為應(yīng)的頻寬稱為開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW 從開環(huán)直流增益到從開環(huán)直流增益到0dB時所對應(yīng)的頻寬稱為時所對應(yīng)的頻寬稱為G

12、BW 。741運放的典型值運放的典型值fb=5Hz，ft=2000005=1MHz。 例：用運算放大器例：用運算放大器741設(shè)計一個增益為設(shè)計一個增益為60dB的的音頻放大器，要求帶寬音頻放大器，要求帶寬fB20kHz。 放大電路增益與帶寬的關(guān)系放大電路增益與帶寬的關(guān)系FtBAff fB：放大器帶寬；：放大器帶寬；AF：放大器增益：放大器增益 4 4轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率（Slewing Rate，SR） tVSRO 當(dāng)放大器輸出大振幅的高頻信號時，轉(zhuǎn)換速率對實當(dāng)放大器輸出大振幅的高頻信號時，轉(zhuǎn)換速率對實際的帶寬起到主要的約束。際的帶寬起到主要的約束。 fp（max）=SR/（2Vo（max）4 4

13、轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率（Slewing Rate，SR） OPA552的單位增益帶寬的單位增益帶寬GBW為為12MHz，SR為為24V/S，用其構(gòu)成放大倍數(shù)為，用其構(gòu)成放大倍數(shù)為5的反相放大器，其小信的反相放大器，其小信號帶寬為號帶寬為12MHz/5=2.4MHz，當(dāng)輸出信號的峰，當(dāng)輸出信號的峰-峰值為峰值為10V時，其時，其fp（max）=SR/（2Vo（max）=764（kHz）A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（Analog To Digit Converter） 將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，常用將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，常用ADC表示。表示。1 A/D轉(zhuǎn)換器的性能

14、指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) （1）分辨率：）分辨率：輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。用壓的變化量。用LSB或滿刻度電壓與或滿刻度電壓與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能分辨出滿刻度的能分辨出滿刻度的1/212或滿刻度的或滿刻度的0.0245%。一個。一個10V滿刻度的滿刻度的12位位ADC能夠分辨輸入電壓變化的能夠分辨輸入電壓變化的最小值為最小值為2.4mV。而。而 位的位的A/D轉(zhuǎn)換器（滿字為轉(zhuǎn)換器（滿字為1999），其分辨），其分辨率為滿刻度的率為滿刻度的1/1999100%=0.05%。 213

15、（2 2）轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時間：）轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時間：A/D轉(zhuǎn)換器每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)稱為轉(zhuǎn)換器每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率；完成一次轉(zhuǎn)換速率；完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間）稱為轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間）稱為轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。（3 3）量化誤差：）量化誤差：有限分辨率有限分辨率A/D的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與理想的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與理想無限分辨率無限分辨率A/D的轉(zhuǎn)移特性曲線之間的最大偏差。通常是的轉(zhuǎn)移特性曲線之間的最大偏差。通常是1個或個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB，1/2LSB

16、。（4 4）線性度：）線性度：實際實際A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏差。不包括量化誤差、偏移誤差和滿刻度誤差。差。不包括量化誤差、偏移誤差和滿刻度誤差。（5 5）量程：）量程：A/D能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如05V，-10+10V等。等。（6 6）其他指標(biāo)：）其他指標(biāo)：內(nèi)部內(nèi)部/外部電壓基準(zhǔn)、失調(diào)（零點）溫度系數(shù)、外部電壓基準(zhǔn)、失調(diào)（零點）溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)，以及電源電壓變化抑制比等性能指標(biāo)。增益溫度系數(shù)，以及電源電壓變化抑制比等性能指標(biāo)。 2 A/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類 例題例題 假設(shè)假設(shè)ADC0809與與MCS-51的硬

17、件連接如上頁圖所示，要求的硬件連接如上頁圖所示，要求采用中斷方法，順序進(jìn)行采用中斷方法，順序進(jìn)行8路路A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換，將IN0IN7轉(zhuǎn)換結(jié)果分別轉(zhuǎn)換結(jié)果分別存入片內(nèi)存入片內(nèi)RAM的的30H37H地址單元中。地址單元中。解：程序如下：解：程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN; 轉(zhuǎn)主程序轉(zhuǎn)主程序 ORG 0003H; 中斷服務(wù)入口地址中斷服務(wù)入口地址 LJMP INT0F; 中斷服務(wù)。中斷服務(wù)。 ORG 0100H MAIN: MOV SP, #60H MOV R0, #30H ; 內(nèi)部數(shù)據(jù)指針指向內(nèi)部數(shù)據(jù)指針指向30H單元單元 MOV DPTR, #7FF8H ; 指向指向P2.7口，且選通口，且選通IN0 （低（低3位地址為位地址為 000） SETB IT0; 設(shè)置下降沿觸發(fā)設(shè)置下降沿觸發(fā) SETB EX0; 允許中斷允許中斷 SETB EA; 開總中斷允許開總中斷允許 MOVX DPTR, A ; 啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 SJMP $ ; 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷等待轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷