2023/6/21模擬電路部分培訓(xùn)2023/6/22內(nèi)容放大器設(shè)計(jì)1濾波器設(shè)計(jì)2直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)32023/6/23放大器設(shè)計(jì)部分基本原理以及基本電路設(shè)計(jì)電路注意事項(xiàng)實(shí)戰(zhàn)分析2023/6/24放大器基本原理

運(yùn)算放大器一般由4個(gè)部分組成，偏置電路，輸入級(jí)，中間級(jí)，輸出級(jí)，其中輸入級(jí)一般是采用差動(dòng)放大電路（抑制電源），中間級(jí)一般采用有源負(fù)載的共射負(fù)載電路（提高放大倍數(shù)），輸出級(jí)一般采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)電路（提高電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力）。2023/6/25OP運(yùn)放分類按照功能/性能分類，模擬運(yùn)算放大器一般可分為通用運(yùn)放、低功耗運(yùn)放、精密運(yùn)放、高輸入阻抗運(yùn)放、高速運(yùn)放、寬帶運(yùn)放、高壓運(yùn)放，另外還有一些特殊運(yùn)放，例如電流運(yùn)放、電壓跟隨器等等。實(shí)際上由于為了滿足應(yīng)用需要，運(yùn)放種類極多。競(jìng)賽涉及的主要是：通用運(yùn)放、輸入阻抗運(yùn)放、高速寬帶運(yùn)放和程控運(yùn)放。2023/6/26放大電路分類反相運(yùn)放特點(diǎn)：1.輸入輸出反相；2.降低輸入阻抗；2023/6/27仿真實(shí)例增益調(diào)節(jié)可以采用可調(diào)電位器，但是范圍不宜過(guò)大，實(shí)現(xiàn)困難；大幅度調(diào)節(jié)可以采用切換的方式以及T型網(wǎng)絡(luò)方法，電阻R3和R4做成可調(diào)電位器。2023/6/28放大電路分類同相運(yùn)放特點(diǎn)：輸入電阻高，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)2023/6/29關(guān)于平衡電阻對(duì)于高精度，小漂移的放大電路來(lái)說(shuō)，平衡電阻必不可少。運(yùn)放的輸入端是差分電路，對(duì)于差分電路的兩個(gè)輸入端來(lái)說(shuō)，如果偏置電阻不等，偏置電流帶來(lái)的壓差就會(huì)造成人為干擾信號(hào)，導(dǎo)致精度降低。2023/6/210仿真實(shí)例2023/6/211加減法器2023/6/212跟隨器電壓跟隨器作用：為了匹配功率或者阻抗采用的方法。比如輸入信號(hào)雖然幅度夠，但是帶負(fù)載能力差，為了能有效驅(qū)動(dòng)負(fù)載，就得加一級(jí)跟隨。這個(gè)跟隨也用來(lái)隔離后級(jí)對(duì)前級(jí)造成的干擾。2023/6/213放大器設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)運(yùn)放選型問(wèn)題電壓要穩(wěn)定：參考電壓、控制電壓輸入阻抗?。呵凹?jí)加跟隨器器件在一點(diǎn)接地外部器件盡量靠近運(yùn)放

2023/6/214運(yùn)放選型問(wèn)題根據(jù)設(shè)計(jì)要求高精度要求-低漂移運(yùn)放音響放大-寬帶高速運(yùn)放積分電路-高阻抗運(yùn)放2023/6/215供電問(wèn)題

通常單電源供電的電壓一般是5V，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓擺幅會(huì)更低。因此，在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放基本上都是Rail－To－Rail的運(yùn)放，這樣就消除了丟失的動(dòng)態(tài)范圍。但同時(shí)需要注意器件參考手冊(cè)是否輸入輸出都支持軌到軌。

2023/6/216單電源供電電路電容C1是一個(gè)低通濾波器，用來(lái)減少?gòu)碾娫瓷蟼鱽?lái)的噪聲。單電源工作的運(yùn)放需要外部提供一個(gè)虛地，通常情況下，這個(gè)電壓是VCC/2，2023/6/217單電源供電2023/6/218Cin被用來(lái)阻止電路產(chǎn)生直流放大，這樣電路就只會(huì)對(duì)交流產(chǎn)生放大作用。2023/6/219電阻選擇一般的來(lái)說(shuō)普通的應(yīng)用中阻值在K歐級(jí)到100K歐級(jí)是比較合適的。高速的應(yīng)用中阻值在100歐級(jí)到1K歐級(jí)，但他們會(huì)增大電源的消耗。在高的阻值的電阻精度差，并且會(huì)導(dǎo)致整體電路的抗干擾性能差。2023/6/220運(yùn)放的消振問(wèn)題輸入級(jí)中間級(jí)增益高，即時(shí)很小的PN結(jié)電容也有可能帶來(lái)很大的附加相移，如果累加打到180度，那么低頻時(shí)是負(fù)反饋，在高頻時(shí)就成為正反饋。負(fù)反饋越深，正反饋就越強(qiáng)。內(nèi)補(bǔ)償：一般來(lái)說(shuō)容量大，造成運(yùn)放高頻增益下降。頻帶變窄。外補(bǔ)償：靈活，根據(jù)增益高低選擇補(bǔ)償電容。2023/6/221運(yùn)放調(diào)零問(wèn)題輸入為零，輸出不為零。稱之為失調(diào)。運(yùn)放的調(diào)零端一般從集成電路的差分級(jí)負(fù)載處引入。外部管腳會(huì)有調(diào)零端。沒(méi)有調(diào)零端的運(yùn)放可以接外部調(diào)零電路。運(yùn)放在使用前也應(yīng)進(jìn)行調(diào)零，判斷芯片是否正常工作。2023/6/222寬帶放大器設(shè)計(jì)2010年TI杯模擬電子系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽試題寬帶放大器（A題）一、任務(wù)

設(shè)計(jì)制作一個(gè)5V單電源供電的寬帶低噪聲放大器，輸出為50Ω阻性負(fù)載。二、要求

1．基本要求 （1）限定采用高速運(yùn)算放大器OPA820ID作為第一級(jí)放大電路，THS3091D作為末級(jí)放大電路，利用DC-DC變換器TPS61087DRC為末級(jí)放大電路供電； （2）放大器電壓增益≧40dB(100倍)，并盡量減小帶內(nèi)波動(dòng)； （3）在最大增益下，放大器下限截止頻率不高于20Hz，上限截止頻率不低于5MHz； （4）在輸出負(fù)載上，放大器最大不失真輸出電壓峰峰值≥10V。

2．發(fā)揮部分 （1）在達(dá)到40dB電壓增益的基礎(chǔ)上，提高放大器上限截止頻率，使之不低于10MHz； （2）盡可能降低放大器的輸出噪聲； （3）放大器輸入為正弦波時(shí)，可測(cè)量并數(shù)字顯示放大器輸出電壓的峰峰值和有效值，輸出電壓（峰峰值）測(cè)量范圍為0.5～10V，測(cè)量相對(duì)誤差小于5%； （4）其他。2023/6/223課題解析課題性質(zhì)：信號(hào)處理課題主要任務(wù)：實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)放大，放大器電壓增益≧40dB(100倍)同時(shí)放大器具有較大帶寬，20Hz---5MHz涉及知識(shí)點(diǎn)：電壓放大器設(shè)計(jì)，頻率特性，DC-DC升壓變換器課題設(shè)計(jì)過(guò)程（1）分析題目指標(biāo)，功能，基本部分和發(fā)揮部分（1）方案設(shè)計(jì)及論證（2）熟悉芯片特性及應(yīng)用（3）確定電路圖基本技能要求：電路的焊接制作，電子電路的抗干擾措施，常用儀器設(shè)備的操作和使用（萬(wàn)用表、信號(hào)源、示波器）；單片機(jī)應(yīng)用。

2023/6/224方案論證基本部分：放大前置放大vi末級(jí)放大vo中間放大2023/6/225OPA842三級(jí)1000倍放大電路2023/6/226電源供電部分5V以及15V單電源供電2023/6/227加入數(shù)顯部分通頻帶范圍中有高低頻部分。2023/6/228寬帶運(yùn)放設(shè)計(jì)抗干擾措施在進(jìn)行高頻小信號(hào)的放大的時(shí)候，頻帶比較寬，當(dāng)電路工作于較高的頻帶時(shí)很容易引起自激等不良現(xiàn)象，因此要采取各種抗干擾措施?？垢蓴_主要措施如下：第一，在電路布線時(shí)應(yīng)盡可能使數(shù)字電路部分與模擬電路部分隔離；第二，信號(hào)傳輸屏蔽，信號(hào)之間盡量用焊接法，減少用夾子夾或是插拔接頭，信號(hào)傳輸使用同軸線，接頭使用SMA接頭；第三，整個(gè)系統(tǒng)除信號(hào)輸入、輸出接口外全部用金屬外殼屏蔽。

2023/6/229SMA接頭2023/6/230可調(diào)增益設(shè)計(jì)

AGC電路常用在接收機(jī)的中頻或視頻放大器中，其作用是當(dāng)輸入信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，使放大器增益自動(dòng)降低；當(dāng)信號(hào)較弱時(shí)，又使其增益自動(dòng)增高，從而保證在AGC作用范圍內(nèi)輸出電壓的均勻性，故AGC電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)負(fù)反饋電路。2023/6/231AGC可選方案方案一：采用電壓負(fù)反饋放大電路，反饋電阻采用數(shù)字電位器（如：具有1024個(gè)滑動(dòng)端位置的X9110、X9111等）改變電阻值的大小達(dá)到調(diào)節(jié)增益的目的，電路復(fù)雜，控制麻煩。方案二：利用DAC集成芯片（如：AD7520)構(gòu)成的程控放大器，通過(guò)數(shù)字量改變調(diào)節(jié)增益。該電路對(duì)其基準(zhǔn)電壓及輸入電壓范圍有要求，且?guī)捴挥袔譳Hz。方案三：采用BJT多級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)增益放大，對(duì)輸出采用二極管檢波產(chǎn)生反饋電壓調(diào)節(jié)電路增益，實(shí)現(xiàn)AGC。該分立元件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、Q點(diǎn)難調(diào)，穩(wěn)定性差，增益分級(jí)調(diào)節(jié)困難。方案四：采用可控增益放大器（如：AD603等）。其電壓增益的大小由輸入控制電壓決定，該控制電壓可由單片機(jī)最小系統(tǒng)產(chǎn)生。一級(jí)AD603放大電路可以提供90MHz以上帶寬，11dB~31dB的增益調(diào)節(jié)，可以采用多級(jí)AD603放大電路級(jí)聯(lián)，確保參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。2023/6/232兩級(jí)AD603和單片機(jī)構(gòu)成的輸出穩(wěn)定AGC放大器2023/6/233電路制作要求要點(diǎn)：弱小信號(hào)的傳輸過(guò)程中干擾的存在；直流電源中的紋波的影響；數(shù)、?；旌舷到y(tǒng)中的共地問(wèn)題。弱小交流信號(hào)的傳輸應(yīng)使用同軸電纜，對(duì)干擾信號(hào)具有屏蔽的作用；在電路中的直流電壓輸入端應(yīng)加退耦電容，以消除電源電壓紋波或傳輸帶來(lái)的干擾信號(hào)；數(shù)、模電路混合使用時(shí)應(yīng)遵循“一點(diǎn)共地“的原則。2023/6/234有源濾波器設(shè)計(jì)基本原理---頻率特性（b）高通(a）低通（d）帶阻(c)帶通2023/6/235濾波器的用途

濾波器主要用來(lái)濾除信號(hào)中無(wú)用的頻率成分，例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。

2023/6/236濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）通帶增益Avp

通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，如圖所示。性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。

（2）通帶截止頻率fp

其定義與放大電路的上限截止頻率相同。見(jiàn)圖自明。通帶與阻帶之間稱為過(guò)渡帶，過(guò)渡帶越窄，說(shuō)明濾波器的選擇性越好。

2023/6/237常見(jiàn)的濾波器電路（基本）一階濾波器2023/6/238二階濾波器2023/6/239二階高通濾波器

(1)通帶增益(2)傳遞函數(shù)2023/6/240帶通濾波器帶通濾波器是由低通RC環(huán)節(jié)和高通RC環(huán)節(jié)組合而成的。要將高通的下限截止頻率設(shè)置的小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。2023/6/241帶通濾波性能參數(shù)通帶增益通帶寬度中心頻率選擇性

2023/6/242文氏濾波器文氏濾波器對(duì)所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號(hào)的相角，同時(shí)也用來(lái)做相角修正電路。

對(duì)頻率是F的信號(hào)有90度的相移，對(duì)直流的相移是0度，對(duì)高頻的相移是180度。

2023/6/243

Sallen－Key濾波器

一種流行的、廣泛應(yīng)用的二階濾波器。他的成本很低，僅需要一個(gè)運(yùn)放和四個(gè)無(wú)源器件組成。單位增益的電路，改變Sallen－Key濾波器的增益同時(shí)就改變了濾波器的幅頻特性和類型。實(shí)際上Sallen－Key濾波器就是增益為1的Butterworth濾波器。

2023/6/244雙運(yùn)放濾波2023/6/245濾波器設(shè)計(jì)步驟及注意點(diǎn)1.濾波器的特殊頻率截止頻率，中心頻率2.濾波器電路的增益3.帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值4.低通和高通濾波器的類型(Butterworth、Chebyshev、Bessell)2023/6/246電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)—基本原理整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo2023/6/247整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成：由四個(gè)二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo2023/6/248u2>0時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a

D1RLD4bu2<0時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:bD2RLD4au2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：

Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo整流電路2023/6/249集成硅整流橋：u2uo+

–

~+~-

+–2023/6/250整流電路的主要參數(shù)

1.整流輸出電壓的平均值uo20t2.脈動(dòng)系數(shù)Ｓ整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。3.二極管平均電流與反向峰值電壓oDII21=2023/6/251濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC2023/6/252RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc2023/6/253RL接入（且RLC較大）時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無(wú)濾波電容時(shí)的波形加入濾波電容時(shí)的波形2023/6/254一般取)105(TCRτL-3=(T:電源電壓的周期)近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL(b)流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大RLC越大Uo越高負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時(shí)間越短iD的峰值電流越大電容濾波電路的特點(diǎn)(a)輸出電壓平均值Uo與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓2023/6/255穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓2023/6/256穩(wěn)壓電源類型:常用電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多。2023/6/257類型：按調(diào)整管與負(fù)載的接法分并聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路按調(diào)整管的工作狀態(tài)分線性穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路線性集成穩(wěn)壓電路分三端固定輸出三端可調(diào)輸出2023/6/258穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)一、特性指標(biāo)二、質(zhì)量指標(biāo)1.輸入電壓及其變化范圍2.輸出電壓及其可調(diào)范圍3.額定輸出電流及過(guò)流保護(hù)電流1.穩(wěn)壓系數(shù)

Sr穩(wěn)壓系數(shù)、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、輸出電阻、溫度系數(shù)、紋波電壓及紋波抑制比2023/6/2592.電壓調(diào)整率SU或定義為：負(fù)載電流和溫度不變，輸入電壓變化10%時(shí)輸出電壓的變化量。3.電流調(diào)整率SI當(dāng)輸入電壓和溫度不變，輸出電流從0變化到最大時(shí)輸出電壓的相對(duì)變化量。4.輸出電阻Ro或定義為：恒溫且輸入電壓不變，負(fù)載電流變化10%時(shí)引起的輸出電壓變化量。2023/6/2605.溫度系數(shù)ST6.紋波電壓及紋波抑制比Sinp紋波電壓：疊加在直流輸出電壓上的交流電壓，通常用