模电设计不得不看模拟电路设计原则.ppt
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1、,电子电路的设计基础,一、电子产品的研制开发过程,1.选题是否合适关系到研制工作的难易和产品的经济效益,甚至是成败的关键。,2.拟定性能指标是电子电路设计中最先遇到的问题。提出一套完整的、合适的性能指标,并不是一件容易的事。设计刚开始时提出的性能指标,某些方面可能不够准确或不切实际,某些要求可能提得太高(如精度太高,难以实现;安全系数太大,没有必要等等)。,这些问题可能要到预设计阶段、甚至试生产或使用阶段才能发现。因此,产品的性能指标一般要在研制过程中反复修改,才能最后确定。,3.预设计(理论设计)包括拟定总体方案(方案比较与选择)、单元电路的设计(单元电路的性能指标的确定、电路形式的确定、参
2、数的计算和元器件的选定)、画出总体电原理图等。,5.工艺设计包括抗电磁干扰的措施、印刷电路板的布线、各部件的布局及连接、机箱及面板的设计等等。,4.实验与修改单元电路的实验、各单元之间的联接实验、总体电路实验。(测出数据、进行分析,并对电路或元件参数加以修改),6.试生产样机制作完成以后,可根据具体情况试生产若干台样机,交使用单位试用。若发现问题,应及时改进,做出合格的定型产品,再进行鉴定。,什么样的设计才算优良呢?大体可根据以下几方面来衡量:,1.工作稳定可靠,保证能达到所要求的性能指标,并有一定的余量。,2.电路结构简单,所采用的元器件品种少,体积小,且货源充足。 3.成本低。 4.耗电少
3、。 5.便于生产与维修。,二、衡量设计质量的标准,通常,我们希望自己设计的电子电路能同时符合以上各项要求,但有时会遇到相互矛盾的情况。,在设计中常常会遇到这样的情况:如果要想使所设计的产品耗电少或体积小,则势必要使成本增高或可靠性变差。在这种情况下,应当抓住主要矛盾,并折中处理。,例如,对于用交流电供电的电子设备,如果电路总的功耗不大,那么功耗的大小不是主要矛盾,而对于用电池供电的便携式电子仪器而言,功耗的大小就是主要矛盾了。,通过“模拟电子技术基础”课程的学习,掌握了各种单元放大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。这里主要从电路的设计和实际应用方面
4、进行讨论,介绍几种常用单元电路的设计方法和设计原则。,三、模拟电路的设计,模拟电子系统组成,一)放大器的设计,放大器的设计包括交流放大器和直流放大器的设计。随着电子技术的迅速发展,性能优良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方便。但是,这并不等于就不需要掌握分立元件放大电路的设计方法了。,1.分立元件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,输入级的一个重要作用就是要能很好的与信号源匹配。如果信号源不允许取较大电流,则放大器的输入电阻太低会影响信号源的正常工作,因此,这时输入级就应采用具有高输入电阻的射极输出器或源极输出器。如果信号源内阻虽然
5、较大,但取电流并不影响其正常工作,则输入级可用射极输出器或共发射极放大电路,这时可根据具体电路要求及参数选定。,由于输入级的性能对整个放大电路的影响很大,因此,输入级的元器件的选择及其静态工作点的设置也要特别注意。,2.中间级 中间级的主要作用是提高电压放大倍数,通常采用电压放大倍数高的共发射极放大电路,或用共射-共基-共集组态电路等。,通常输入级的三极管要选低噪声的高质量管子,电阻选用高精度的金属膜电阻。电路的静态工作点设置要尽量偏低。,3.输出级,输出级的主要目的是让负载得到足够的信号功率,电路形式与负载有关。输出级通常采用射极输出器或互补对称电路。,1)用集成运算放大器放大信号的主要优点
6、:,电路设计简化,组装调试方便。,由于运放的开环增益很高,用其构成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。,运放的输入阻抗高,失调和漂移都很小,故很适宜于各种微弱信号的放大。又因其具有很高的共模抑制比,对温度的变化、电源的波动以及其他外界干扰都有很强的抑制能力。,由运放构成的放大电路功耗低、体积小、寿命长,将使整机使用的元器件数大大减少,工作可靠性提高,且成本降低。,2.集成运算放大器电路的设计,用运放组成的放大电路,按电路形式分为反相放大器、同相放大器和差动放大器三种,下面分别加以介绍。,2.反相比例放大电路的特点和设计要点,闭环增益: AVF=-RF/R1(理想
7、),输入电阻: Rif=R1(理想),实际:Rif=R1+Rid/(RF/(1+KAVO),上式中K=R1/(R1+RF),由以上实际运放的各计算公式和理想运放计算公式可以计算和分析电路按理想运放计算时产生的误差。,从负反馈的角度来看,反相比例运算电路是属于电压并联负反馈。并联负反馈降低输入电阻(1+KAVo)倍,实际上降低的只是环内的电阻,即实际运放公式中的第二部分,而对于环外的输入电阻负反馈不起作用,所以理想时就等于R1。由此也可以看出反相比例放大器只适宜于信号源对负载电阻要求不高(小于500K)的场合。,在设计反相比例放大电路时,要从多种因素来选择运放参数。,关于运放参数的选择:,例如,
8、在放大直流信号时,应着重考虑影响运算精度和漂移的因素。为提高运算精度,运放的开环增益AVO和输入差模电阻要大,而输出电阻要小。为减小漂移,运放的输入失调电压VIO、输入失调电流IIO和基极偏置电流IIB要小。这些因素随温度的变化在运放输出端引起的总误差电压最大可为:,IO,如放大交流信号,则要求运放有足够的带宽,即要求运放的带宽大于信号的频率范围。若开环带宽为BWO,则闭环带宽将展宽为:BWF=BWOAVO(R1/RF),外接电阻阻值的选择,对放大电路的性能有着重要的影响。通常有两种计算方法。,一种是从减小漂移、噪声,增大带宽考虑,在信号源的负载能力允许条件下,首先尽可能选择较小的R1,然后按
9、闭环增益要求计算RF,并取RP= R1/ /RF,以减小人为地引入非平衡误差。,另一种计算法是从减小增益误差入手,首先算得RF的数值, RF(最佳)=RidRO/(2K)1/2,,再按闭环增益计算R1 。 这里K为闭环放大倍数。,反相比例放大电路的输入电阻不能太高,为克服这一毛病,可采用同相比例放大电路,如上图电路所示。,闭环电压放大倍数:理想运放为:AVF=1+RF/R1,输入电阻:Ri=(理想),实际:Ri=RS+RID(1+KAVO),3)同相比例放大电路的特点和设计要点,同相比例放大电路的最大优点是输入电阻高。例如A741,若开环增益AVO=5104,开环输入电阻Rid=0.3106,
10、用作电压跟随器时K=1,则Ri RidK AVO=1.5 109。,由于同相比例放大电路的反相端不是“虚地”,其电位随同相端的信号电压变化,使运放承受着一个共模输入电压,这将使信号源的幅度受到限制,不可超过运放的最大共模输入电压,否则将带来很大的误差,甚至不能正常工作。,设计同相比例放大电路时,对运放的选择除反相比例电路中提出的要求外,还特别要求运放的共模抑制比KCMR高,否则输入端将引入较大的误差电压(VICM/ KCMR)。,比例电阻的计算,一般应先计算最佳反馈电阻RF,其值为:,然后按闭环增益的要求确定R1的数值。,4)差动输入比例放大电路的特性和设计,简单的差动输入比例放大电路,运放输
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