【正文】 第二章 模擬電路子系統(tǒng)的設(shè)計 ? 模擬電路設(shè)計的特點 ? 模擬系統(tǒng)設(shè)計簡介 ? 模擬電路設(shè)計的一般原則和步驟 ? 常用單元電路 模擬系統(tǒng) 模擬系統(tǒng) 是將各類待處理物理量通過各種傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，使電信號的電壓、電流、相位、頻率等參數(shù)與某物理量具有直接的對應(yīng)關(guān)系。 此對應(yīng)關(guān)系 是對原始物理量的模擬。如：電視系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號轉(zhuǎn)換成光信號；測量溫度的儀表將溫度轉(zhuǎn)換成電信號后經(jīng)處理再轉(zhuǎn)換成磁信號，通過指針表示溫度值。 優(yōu)點：整個處理過程中，電信號的相關(guān)參數(shù)始終與原始物理量有直接的對應(yīng)關(guān)系，即 模擬關(guān)系 。 數(shù)字系統(tǒng) 數(shù)字系統(tǒng) 是將被處理的物理量首先轉(zhuǎn)換成模擬的電信號，在對電信號處理之前先經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 狀態(tài)只有 “ 0”和 “ 1”。數(shù)字信號可以根據(jù)需要再經(jīng)D/A變換成模擬電信號，再由電信號轉(zhuǎn)換成物理量。 數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點： 抗干擾強、便于處理 、 可采用高度集成的數(shù)字器件，便于利用計算機技術(shù)等。 但不論模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)都要用 模擬電子電路 。 模擬電路設(shè)計方法 模擬電路設(shè)計方法 ： (1)人工設(shè)計 ：電路結(jié)構(gòu)的確定、元器件參數(shù)的選取、電路的各項指標(biāo)的計算等各個設(shè)計關(guān)節(jié)均由設(shè)計人員完成。 (2)計算機輔助設(shè)計（ CAD） ：電路的各項指標(biāo)的計算由計算機完成。 模擬電路設(shè)計的特點 （ 1）器件模型的精度有限。 （ 2）計算方法簡化。 （ 3）模擬電路的種類較多。 （ 4）電路的技術(shù)指標(biāo)眾多。 （ 5）模擬器件種類繁多。 （ 6）分布參數(shù)和干擾對模擬電路的影響較大。 （ 7）要求設(shè)計者具有較高的綜合素質(zhì)。 模擬電路設(shè)計的注意點 （ 1） 注意技術(shù)指標(biāo)的精度及穩(wěn)定性，考慮元器件的溫度特性，電源電壓波動，負載變化及干擾的因素的影響。 （ 2） 重視級間阻抗匹配問題。（反射） （ 3） 元器件的選擇應(yīng)注意參數(shù)的分散性及溫度的影響。（發(fā)散與收斂、溫漂） （ 4） 調(diào)試中應(yīng)遵循先單元后系統(tǒng)，先靜態(tài)后動態(tài)，先粗調(diào)后細調(diào)。（調(diào)零、溫度補償?shù)龋? 模擬系統(tǒng)設(shè)計簡介 將需要處理的物理量轉(zhuǎn)化為電信號，以電信號的電壓、電流、頻率、相位等參數(shù)模擬被處理的物理量，用電子技術(shù)對電信號的處理，達到對物理量的處理，這種處理方式叫 模擬方式 。 以模擬處理方式為主，應(yīng)用電子技術(shù)完成信號處理的系統(tǒng)稱為 模擬電子系統(tǒng) 。 定義： 模擬電子系統(tǒng)的設(shè)計階段 任務(wù) ： 將系統(tǒng)的總要求分解為不同的子功能，再根據(jù)不同的子功能確定出可完成各個子功能的模塊（即單元電路），并為各個模塊確定具體的技術(shù)指標(biāo)。 設(shè)計步驟 ： 1）系統(tǒng)指標(biāo)可行性分析：包括指標(biāo)合理性、難易程度、先進性、主客觀條件、元器件的貨源情況、可否按時完成、成本和市場前景。 2）信號處理的流程分析。 3）擬定信號處理流程中所設(shè)定的處理環(huán)節(jié)和處理要求，設(shè)置可完成各種相對獨立的功能模塊，用框圖完成 模擬電子系統(tǒng)的設(shè)計階段（續(xù)） 4）擬訂框圖中模塊的指標(biāo)。 5）確定單元電路的技術(shù)指標(biāo)。 6）系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化。 任務(wù)： 根據(jù)系統(tǒng)級設(shè)計時所制定的各個子模塊的指標(biāo)，選定合理的電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)和器件，使之達到指標(biāo)的要求，實現(xiàn)各個子模塊的功能。 舉例：交流電壓表的設(shè)計 具體指標(biāo)： （ 1）電壓測量范圍： 50uV30V （ 2）電壓量程： 1mV， 3mV， 10mV， 100mV， 1V， 3V， 30V， 300V。 （ 3）被測信號頻率范圍： 2HZ500HZ。 （ 4）頻率響應(yīng)：以 1KHZ的不均勻性為基準(zhǔn)，分別為 2HZ200KHZ＜177。 3%； 2HZ500KHZ＜ 177。 5%。 （ 5）輸入阻抗：在 1KHZ下，輸入阻抗不低于 2M，輸入電容小于60PF。 （ 6）測量誤差：＜ 177。 %。 （ 7）用磁電式表頭指示測量結(jié)果。 系統(tǒng)設(shè)計 1）可行性分析 該儀表被測量電壓范圍、輸入阻抗和誤差要求均屬于常規(guī)性指標(biāo)，易達到。電壓表應(yīng)用放大和整流技術(shù)，所用器件可選范圍很寬，因此設(shè)計可行。 2）信號處理流程分析 衰減（使輸入較大電壓值的被測信號具有合適幅度）→ 放大（使被測信號的幅度滿足后續(xù)整流電路的要求） → 整流（將正弦信號轉(zhuǎn)支流以驅(qū)動表頭） → 由表頭指示測量結(jié)果 系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)） 被測信號 衰減 放大 整流 表頭 電 源 電壓表須有衰減、放大、整流和表頭驅(qū)動電路 3）擬定框圖 系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)） T1衰減器用于調(diào)節(jié)輸入檔， T2公共衰減器 衰減 T1 阻抗 變換 整流 放大 A2 阻抗 變換 衰減 T2 放大 A1 量程和開關(guān) 電 源 被測信 號 表 頭 系統(tǒng)設(shè)計（續(xù)） （ 4）擬訂模塊指標(biāo) 需要反復(fù)比較核算，合理分配衰減值、放大倍數(shù)、和頻率特性指標(biāo)，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)提出阻抗匹配要求，考慮整流線性度的保證措施，系統(tǒng)誤差的分配等。 模擬電路設(shè)計的原則和步驟 ? ? ? ? ? （降額設(shè)計） ? 、反復(fù)核算、反復(fù)修改（仿真驗證） ? 、反復(fù)調(diào)整 常用單元電路 單元電路是組成模擬電子系統(tǒng)的 “ 細胞 ” 常用的 單元 電路包括 : （ 1）集成運算放大器 （ 2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ 3）數(shù)模轉(zhuǎn)換器 運算放大器及其應(yīng)用 運算放大器 是一種能模擬數(shù)學(xué)運算的放大器。要準(zhǔn)確模擬數(shù)學(xué)運算，需具備 “ 理想 ” 特性。 理想放大器具有以下特性： （ 1）輸入端 “ 零子 ” ，輸出端 “ 任意子 ” （ 2）只放大差模信號，無限大的共模抑制（ CMRR） （ 3）沒有溫漂、時漂，能處理任何微弱信號 注： “ 零子 ” ：輸入端子電壓為零，電流為零； “ 任意子 ” ：也稱 “ 極子 ” ，相當(dāng)于理想電壓源； 理想運放的具體滿足條件 運算放大器的分類 按 電路形式 分反相，同相和差動放大電路。 按 數(shù)學(xué)運算 分加法 /減法器，微分器和積分器。 按 輸入信號的性質(zhì) 可分為直流放大器和交流放大器。 運算放大器 3種放大器原理圖和參數(shù)關(guān)系 集成運放的主要技術(shù)指標(biāo) 可分為四類： 按速度類：如 GBW， SR 按精度類： VIO， IIB 增益和噪聲抑制： CMRR， GAIN 按電源： VCC， IQ 集成運放的性能參數(shù) 增益帶寬積： GBW= 為中頻開環(huán)差模增益； 為上限截止頻率。 GBW對于單點放大電路是一個常數(shù) 擺率 = 若輸入正弦電壓 = sin t,則 = = =2 若將 Ua741接成電壓跟隨電路，并輸入 =2V， f=100kHz的正弦信號，則輸出有明顯失真，為使輸出不失真，則最大輸入信號應(yīng)小于 。 vdA HfvdAHfuA741增益帶寬特性曲線 RSmaxtvoddiV imV?RSmaxtvodd omV? omfV?iV輸出波形失真圖 集成運放的性能參數(shù) 共模抑制比 CMRR： 表示了集成運放對共模信號的抑制能力 。 CMRR=20㏒ （ dB) 一般針對微弱信號，如儀表放大器 最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓 在實際應(yīng)用中，最大差模輸入電壓受輸入級的發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓限制，在任何情況下不能超過此值，否則會燒壞器件。 最大共模電壓超過時，放大器不能正常工作。 簡單的說最大共模電壓即為 運放正端或負端的最大輸入電壓。 AvcAvd集成運放的性能參數(shù) 輸入失調(diào)電壓 UIO 由于運放兩輸入端不平衡，當(dāng)輸入電壓為 0時，輸出電壓 UO不一定為 0，為使輸