【文章內(nèi)容簡介】 閱反相比例運(yùn)算電路的調(diào)試方法。3． 多級交流放大器的設(shè)計(jì)當(dāng)需要放大低頻范圍內(nèi)的交流信號(hào)時(shí)，可以利用集成運(yùn)放構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的交流放大器，由于交流放大器可以采用電容耦合方式，所以集成運(yùn)放失調(diào)參量及其漂移的影響就不必考慮，這樣用集成運(yùn)放組成的交流放大器，便具有組裝簡單、調(diào)整方便和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。兩級交流放大器的設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)兩級交流放大器，其性能指標(biāo)和已知條件如下：中頻電壓放大倍數(shù)1000倍，輸入電20k，通頻帶20Hz50Hz,最大不失真輸出電壓5V，負(fù)載電阻20k。設(shè)計(jì)方法：1）電路確定和電壓放大倍數(shù)分配。本設(shè)計(jì)無特殊要求，電路組態(tài)的確定不受限制，此處由一同相交流放大器與一級反相交流放大器級聯(lián)組成，并采用電容耦合方式，如圖28所示。為了量降低放大器的信噪比，第一級電壓放大倍數(shù)不宜太大，對于高電壓放大倍數(shù)的電路尤其要注意一點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中選用AuF1=10，AuF2=100。圖28 兩級交流放大器2）集成運(yùn)放的選擇。在交流放大器設(shè)計(jì)中，集成運(yùn)放的選擇應(yīng)以滿足交流放大器的上限頻率fh為主要依據(jù)，為此集成運(yùn)放的放大倍數(shù)帶寬積應(yīng)滿足下列關(guān)系GB≥Auffh 或 GB≥Auffh式中 GB——加相位補(bǔ)償后集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)一帶寬積 GB——加相位補(bǔ)償后集成運(yùn)放的單位放大倍數(shù)（也稱為零分貝放大倍數(shù)）帶寬 AUf——各交流放大器的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)在本設(shè)計(jì)中，可選XFC77通用型集成運(yùn)算放大器，從手冊查得，XFC77的單位放大倍數(shù)帶寬GB=6MHz＞AUffh=10050kHz,滿足要求。3）各級外電路元件參數(shù)的選擇和計(jì)算。由于交流放大器采用電容耦合，集成運(yùn)放失調(diào)參量的影響可以不考慮。因此，同相交流放大電路的平衡電阻RP1和反相交流放大電路的輸入端電阻R2，可盡量選得大一些，一般為10k以上。這樣有利于提高各級放大電路的輸入電阻，且使耦合電容取值較小。對于第一級，RP1即是靜態(tài)平衡電阻，也是整個(gè)放大器的輸入電阻。按此交流放大器輸入電阻的要求，選RP1=20k。按AUf1=1+及RP1=R1∥RF1和本級閉環(huán)電壓放大倍數(shù)AUf1=10，即可求得R1=22k、RF1=200k。對第二級，可選R2=10k，按本級閉環(huán)電壓放大倍數(shù)A Uf2=100，即可求得RF2=1M。則平衡電阻RP2≈10k。4． 文式橋振蕩電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試用集成運(yùn)放所構(gòu)成的正弦波振蕩電路，有RC橋式振蕩電路，正交式正弦波振蕩電路，RC移相式振蕩電路和RC雙T振蕩電路等多種形式，最常用的RC橋式振蕩電路又稱為RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路，它適用于低頻（即fo＜1MHz＝且頻率便于調(diào)節(jié)。下面以文式橋振蕩電路為例，介紹其設(shè)計(jì)方法和調(diào)節(jié)步驟。圖29 文式橋振蕩電路 1）電路的組成和振蕩條件。正弦波振蕩電路，由RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大器所組成，電路如圖29所示。電路的振蕩頻率fo為fo=起振的幅值條件為≥2式中 Rf=R2+R3∥Rr RV——二極管正向?qū)〞r(shí)的動(dòng)態(tài)電阻2）電路的設(shè)計(jì)方法。一般說來，振蕩電路的設(shè)計(jì)，就是要選擇電路的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算和確定電路元件參數(shù)，使其在所要求的頻率范圍內(nèi)滿足產(chǎn)生振蕩的條件，從而達(dá)到使電路產(chǎn)生所要求的振蕩波形，所以振蕩條件是設(shè)計(jì)振蕩電路的主要依據(jù)。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)振蕩蕩頻率為fo=1kHz的文式橋正弦波振蕩器，其步驟如下：①確定RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)應(yīng)根據(jù)所要求的振蕩頻蕩fo來確定，為了使選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性盡量不受集成運(yùn)放輸入和輸出電阻的影響，應(yīng)按下列關(guān)系來初選電阻R的值。RidRRo式中 Rid——集成運(yùn)放同相端的輸入電阻，約幾百千歐以上Ro——集成運(yùn)放的輸出電阻，約幾百歐以上 如初選R=15K，由fo=可計(jì)算出電容值為 C==取標(biāo)稱值C，則R=,應(yīng)注意選用穩(wěn)定性較好的電阻和電容，否則將影響頻率的穩(wěn)定性。②確定RRfR1和R0的阻值，應(yīng)根據(jù)起振的幅值條件來確定，由Rf≥2R1，通常取Rf=，這樣既能保證起振，又不至引起嚴(yán)重的波形失真。另外為了減小輸入失調(diào)電流及其漂移的影響，還應(yīng)盡量滿足R=R1∥Rf。于是取標(biāo)稱值R1=20k,則Rf===51k。③穩(wěn)幅電路及其元件參數(shù)的確定。常用的穩(wěn)幅方法，是根據(jù)振蕩幅度的變化來自動(dòng)地改變同相放大器負(fù)反饋的強(qiáng)弱以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅的。例如，幅度增大時(shí)，若能使反饋系數(shù)也自動(dòng)增大，則負(fù)反饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，從而限制了振幅的繼續(xù)增大，使振幅基本穩(wěn)定。圖28的穩(wěn)幅電路由兩只反向并聯(lián)的二極管和電阻R3并聯(lián)組成，利用二極管正向電阻的非線性特性可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。不難看出，在振蕩過程中，兩只二極管交替導(dǎo)通和截止。如果由于外界因素使振蕩幅增大時(shí)，二極管的正向?qū)娮鑂v減小，使Rf減小，負(fù)反饋系數(shù)自動(dòng)變大，反饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，從而使振幅基本穩(wěn)定。關(guān)于穩(wěn)幅二極管的選擇應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：A．從提高振幅的溫度穩(wěn)定性來看，應(yīng)選用硅二極管為宜。因?yàn)楣韫鼙孺N管的溫度穩(wěn)定性好。B．為了保證上、下半波振幅對稱，兩只二極管的特性必須相同，應(yīng)注意配對選用。穩(wěn)幅二極管的接入，實(shí)現(xiàn)了振幅的穩(wěn)定，而且二極管的非線性越強(qiáng)，負(fù)反饋?zhàn)饔米兓酱蟆⒎€(wěn)幅效果越好。但是，由于二極管的非線性，又會(huì)引起波形失真。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)，二極正向電阻RV將隨輸出電壓的瞬時(shí)值而不斷變化。平均來看，它滿足振蕩的幅值條件，但從一個(gè)周期的每一瞬時(shí)來看，它又不能都滿足振蕩的幅值條件，故這種穩(wěn)幅電路在一定程度上總會(huì)引起波形失真。為了限制二極管的非線性所引起的波形失真，在二極管兩端并一個(gè)小電阻R3。顯然，R3越小，對二極管非線性的削弱越大，波形失真也就越小，但穩(wěn)幅作用也同時(shí)被削弱。可見，在選擇R3時(shí)，應(yīng)注意兩者兼顧。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)R3與二極管的正向電阻接近時(shí)，穩(wěn)幅作用和波形失真都有較好的效果。通常R3選幾千歐，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整確定。當(dāng)R3選定后，R2的阻值也可初步選定，即R2= Rf R3∥Rv≈RFR3④集成運(yùn)放的選擇。集成運(yùn)放的選擇，除希望輸入電阻較高和輸出電阻較低外，最主要的是集成運(yùn)放的放大倍數(shù)—帶寬積應(yīng)滿足下列關(guān)系：GB＞3f。3）振蕩電路的調(diào)試。首先調(diào)整反饋電阻R2，使電路起振，且波形失真最小。如果電路不起振，說明振蕩的幅值條件不滿足，應(yīng)適應(yīng)加大R2；如波形嚴(yán)重失真，則應(yīng)適當(dāng)減小R2或R3。其次是測量和調(diào)試振蕩頻率，為此應(yīng)適當(dāng)改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。比如固定電容C，改變電阻R，或固定電阻R，改變電容C，使電路的振蕩頻率滿足設(shè)計(jì)要求為止。167。2—4 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源包括整流濾波電路，穩(wěn)壓電路以及保護(hù)電路等。隨著集成技術(shù)的提高，電子設(shè)備整機(jī)向集成化發(fā)展，集成穩(wěn)壓器也得到迅速發(fā)展，故在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路時(shí)，應(yīng)首選集成穩(wěn)壓器。設(shè)計(jì)舉例由于給定的技術(shù)指標(biāo)不同，直流穩(wěn)壓電源的電路形式是多種多樣的，設(shè)計(jì)的步驟和方法也不完全相同。這里通過一個(gè)具體實(shí)例來說明設(shè)計(jì)的一般步驟和方法。一、 設(shè)計(jì)要求任務(wù)，設(shè)計(jì)一個(gè)對偶式直流穩(wěn)壓電源。技術(shù)指標(biāo)：輸出直流電壓UO=177。15V，最大輸出電源IO=IA，電壓調(diào)整率SU≤%/V，輸出端紋波抑制比SR≥60dB，有完善的過載、短路保護(hù)措施。二、 設(shè)計(jì)步驟與方法 1．初選電路根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，該直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電路可選用由W7800系列和W7900系列三端固定式集成穩(wěn)壓器組成的同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路，其整流濾波電路采用橋式整流、電容濾波電路。初選電路如圖210所示。該電路的特點(diǎn)是它們共用一組整流、濾波電路，且有共同的公共端，可以同時(shí)輸出正、負(fù)電壓，使用十分方便。圖210 對偶式直流穩(wěn)壓電源2．選擇元件參數(shù)1）穩(wěn)壓電路組件可選用W7815和W7915各一塊，其輸出電壓為177。15V，均能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。組件的輸入電壓應(yīng)滿足最小輸入—，故組件的輸入電壓Ui選定為23V。組件的輸入、輸出端電容可選用Ci1=；CI2=，C01=, C02=,耐壓50V的電容器。2）整流濾波電路元件參數(shù)的確定。首先確定整流變壓器副邊電壓U2：因每一塊組件的輸入電壓Ui1=Ui2=23V，所以整流濾波電路的輸出電壓Ud=2Ui=46V，故變壓器的副邊電壓為：U2==38V。然后確定整流管的參數(shù)：每個(gè)二極管流過的平均電流Iv==。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高10%時(shí)，每管承受的最大反向電壓UVRM=U2=59V因此可選用四只硅整流二極管2CZ55C（2CZ11A），它們的最大整流電流IFM=1A；最高反向工作電壓URM=100V，使用時(shí)應(yīng)加6060；也可選用將四只整流管制作在一起的硅橋式堆，如QL—6型，十分方便?，F(xiàn)次選擇濾波電容：濾波電容之后為穩(wěn)定電路負(fù)載時(shí)，可以認(rèn)為是恒流放電，則它兩端的電壓變化是式中：t為電容放電時(shí)間，在橋式整流的條件下，最大放電時(shí)間可取交流電源的半周期（即秒）；為濾波電容上電壓在平均值上下的波動(dòng)量，本例取177。，則總波動(dòng)量5V；Ic為濾波電容放電電流，一般可取最大負(fù)載電流；即Ic=Io=1A，則C=，電容承受的最大反向電壓UCM=U2=59V，故可選用容量為2000F，耐壓100V的電解電容。最后確定變壓器的容量：已知變壓器副邊電壓的有效值U2=38V，在橋式整流電容濾波時(shí)，變壓器副邊電流有鏟值本例取I2=2Io=2A，則變壓器副邊視在功率S2=76VA，查表得=，則原邊視在功率S1=95VA，變壓器的額定容量SN==86VA，故可選用額定容量為100VA；電壓為220/38V且副邊繞組有中心抽頭的變壓器。最后將選定的電路元、器件參數(shù)在圖29中標(biāo)出。第三章 數(shù)字電子電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)167。3—1 典型數(shù)字電子系統(tǒng)的組成數(shù)字電子系統(tǒng)，尤其是微電子技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)，是當(dāng)今新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域之一。不論是數(shù)控電子系統(tǒng)，數(shù)測電子系統(tǒng)，還是數(shù)算電子系統(tǒng)，數(shù)字通訊系統(tǒng)，都涉及數(shù)字電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。而所謂數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是將已學(xué)過的各類數(shù)字單元的功能電路有機(jī)地綜合起來，以完成實(shí)踐要求的預(yù)期結(jié)果。一、 典型數(shù)字系統(tǒng)的組成圖31 典型數(shù)字電子系統(tǒng)組成任何一個(gè)數(shù)字電子系統(tǒng)，大多由五個(gè)基本部分組成，如圖31所示。其中(1)被測、被控制對象及模擬系統(tǒng)是輸入電子系統(tǒng)的電或非電的物理信息(如電信號(hào)電壓，電流信息或非電物理量溫度、壓力、位移、流量等)；(2)輸入電路是用來接收被測被控的信息，并進(jìn)行必要的變換和處理(如接收的是溫度，則要通過溫度傳感器變換成電信號(hào)，并應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息)；(3)控制運(yùn)算及處理電路則是向輸入輸出電路發(fā)出控制信號(hào)，接收輸入電路送來的數(shù)字信息按規(guī)定要求作必要的邏輯或算術(shù)的運(yùn)算處理，將其結(jié)果至輸出電路，并發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，使輸出電路對外送出結(jié)果。從圖31還可以看出(3)的信息傳輸具有雙向功能，且對(1)還有起動(dòng)控制功能。(4)輸出電路接收(3)送來的運(yùn)算處理結(jié)果和控制信息、或按規(guī)定將某些中間結(jié)果返送回(3)進(jìn)行再運(yùn)算和處理、接收(3)送來的最終結(jié)果并作必要的變換——數(shù)模變換、處理、放大去驅(qū)動(dòng)(1)的被測、被控對象或直接顯示、或經(jīng)打印機(jī)輸出終值。(5)電源和信號(hào)源是向系統(tǒng)各部分提供直流穩(wěn)壓電源和必要的信號(hào)源。綜上所述可知，(3)部件為整個(gè)數(shù)字電子系統(tǒng)中的核心部件，且是數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體。通常這個(gè)核心部件又都是由相關(guān)的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路所組成，故數(shù)字電子系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，也就是被分解的組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及其它特殊功能電路的設(shè)計(jì)。二、 數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟也是按方案設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、單元和方案試驗(yàn)等順序進(jìn)行。具體就是依據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求，應(yīng)用綜合的方法擬出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，確定各功能框圖的電路類型，選擇合適的數(shù)字集成芯片的規(guī)格型號(hào)，按所選芯片片腳功能連接組合成一個(gè)完整的數(shù)字電子系統(tǒng)，搭接線路試驗(yàn)符合要求即可。由此可以看出，由于數(shù)字集成芯片的引入，使數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大大簡化，計(jì)算工作量大大減少（只用到一些邏輯設(shè)計(jì)計(jì)算），特別是中、大規(guī)模集成芯片的引入應(yīng)用，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，可靠性大大提高，成本降低，重量減輕，做到小型化、微型化。當(dāng)然，在數(shù)字電子系統(tǒng)中可能要用到一些特殊功能的數(shù)字單元電路，市場上沒有現(xiàn)成的集成芯片供應(yīng)，只好單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但這部分電路數(shù)量不多，設(shè)計(jì)工作量也就不大。167。3—2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路種類很多，有各種控制邏輯、編碼器、譯碼器、算術(shù)運(yùn)算器、數(shù)碼比較器、數(shù)據(jù)選擇器、奇偶校驗(yàn)器等，大多有現(xiàn)成的中規(guī)模集成芯片供選用。但有些控制邏輯電路和譯碼電路，由于控制和譯碼要求的多樣性和特殊性，專用的控制邏輯芯片或譯碼器芯片并不具有通用性，必須視實(shí)際的要求，進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。一、 組合邏輯電路設(shè)計(jì)的一般方法組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟大致如下：1．根據(jù)實(shí)踐問題所提要求，進(jìn)行邏輯抽象列出邏輯真值表。2．從所到的邏輯真值表中，寫出完整的邏輯表達(dá)式（一般為“與”—“或”邏輯函數(shù)式）。3．應(yīng)用邏輯代數(shù)公式或卡諾圖法，對所寫邏輯函數(shù)式進(jìn)行必要的變換和化簡，以得出最簡邏輯函數(shù)式。4．按最簡邏輯函數(shù)式，用最少的邏輯元件（邏輯門集成芯片或觸發(fā)器芯片）構(gòu)成邏輯圖。二、組合邏輯電路設(shè)計(jì)舉例[例一] 設(shè)計(jì)一個(gè)在三處均能控制同一盞燈亮滅的燈控器。（1）邏輯抽象——設(shè)ABC為分設(shè)在三個(gè)不同地點(diǎn)的雙投控制按鈕，L為控制對象燈，L=1表示燈亮，L=0表示燈滅；ABC三個(gè)控制變量為奇數(shù)控制有效，即ABC三個(gè)變量中只有一個(gè)為“1”或三個(gè)同時(shí)為“1”才能控制燈亮。其余情況下燈均滅，由此可列出邏輯真值表如表31所示。表31輸入A0 1 0 0 1 1 0 1B0 0 1 0 1 0 1 1C0 0 0 1 0 1 1 1輸出L0 1 1 1 0