电子系统设计部分课后答案

1、编辑ppt11、什么是电子系统？电子系统由哪几部分组成以及每部分的、什么是电子系统？电子系统由哪几部分组成以及每部分的 作用。作用。答：通常将由电子元器件或部件组成的能够答：通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传输、采产生、传输、采集集或或处理处理电信号及信息的电信号及信息的客观实体客观实体称之为电子系统。称之为电子系统。 一般电子系统由一般电子系统由输入电路输入电路、信息处理信息处理、输出电路输出电路三大部分三大部分组成。组成。输入电路：输入电路：主要是对输入信号进行预处理，比如滤波或模数主要是对输入信号进行预处理，比如滤波或模数转换等，使更加适合信息处理；转换等，使更加适合信息处理；信

2、息处理：信息处理：对预处理后的信号进行运算、转换、比较等不同对预处理后的信号进行运算、转换、比较等不同的处理。的处理。输出电路：输出电路：对处理后的信号进行功率放大或数模转换等，使对处理后的信号进行功率放大或数模转换等，使之适合输出需要。之适合输出需要。第一次作业及参考答案第一次作业及参考答案编辑ppt22、电子系统设计的基本原则有哪些？、电子系统设计的基本原则有哪些？答：电子系统设计的基本原则：答：电子系统设计的基本原则：（1）满足系统功能和性能指标要求）满足系统功能和性能指标要求第一次作业及参考答案第一次作业及参考答案针对不同的电路设计领域，又有几条特殊原则：针对不同的电路设计领域，又有几

3、条特殊原则： 先进性，主要针对科研攻关项目。先进性，主要针对科研攻关项目。 可靠性，主要针对军工、航天领域。可靠性，主要针对军工、航天领域。 实用性，主要针对市场产品，要求对价格、性能和可靠性综实用性，主要针对市场产品，要求对价格、性能和可靠性综合考虑，能进行大批量自动化生产。合考虑，能进行大批量自动化生产。（2）电路简单）电路简单（3）电磁兼容性好）电磁兼容性好（4）可靠性高）可靠性高（5）系统集成度高）系统集成度高（6）调试简单方便）调试简单方便（7）生产工艺简单）生产工艺简单（8）性能价格比高）性能价格比高（9）操作简单方便）操作简单方便编辑ppt33、电子系统的常用设计方法有哪些？每种

4、方法的特点是什么？、电子系统的常用设计方法有哪些？每种方法的特点是什么？答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和两者相结合三种方法。两者相结合三种方法。（1）自顶向下的特点：）自顶向下的特点： 运用概念（抽象）描述、分析设计对象，不过早地考虑具运用概念（抽象）描述、分析设计对象，不过早地考虑具体电路、元器件和工艺；体电路、元器件和工艺； 抓住主要矛盾，不纠缠在具体细节上，控制设计的复杂性；抓住主要矛盾，不纠缠在具体细节上，控制设计的复杂性； 底层修改，不影响顶层。底层修改，不影响顶层。适合于大型系统设计适合于大型系统设计第一次作业

5、及参考答案第一次作业及参考答案编辑ppt43、电子系统的常用设计方法有哪些？每种方法的特点是什么？、电子系统的常用设计方法有哪些？每种方法的特点是什么？答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和两者相结合三种方法。两者相结合三种方法。（2）自底向上的特点：）自底向上的特点： 直观，效率较高，可利用前人的设计成果。直观，效率较高，可利用前人的设计成果。 在系统的组装和调试过程中有效；在系统的组装和调试过程中有效； 部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响系部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响系统性、易读性、可靠性、

6、可维护性。统性、易读性、可靠性、可维护性。 适合于小型系统设计。适合于小型系统设计。（3）以自顶向下方法为主导，并相结合自底向上的方法，发）以自顶向下方法为主导，并相结合自底向上的方法，发挥两种方法的优点，扬长补短，使设计效率更高。挥两种方法的优点，扬长补短，使设计效率更高。第一次作业及参考答案第一次作业及参考答案编辑ppt54、电子系统设计的一般步骤有哪些？、电子系统设计的一般步骤有哪些？答：（答：（1）行为描述与设计行为描述与设计：描述系统的各项功能、各单元的：描述系统的各项功能、各单元的输入和输出关系、各种技术指标。主要包括硬件框图设计和输入和输出关系、各种技术指标。主要包括硬件框图设计

7、和软件流程图设计。软件流程图设计。 （2）结构描述与设计结构描述与设计：描述单元模块间的互连关系。主：描述单元模块间的互连关系。主要包括硬件电原理图设计和软件源程序设计。要包括硬件电原理图设计和软件源程序设计。 （3）物理描述与设计物理描述与设计：实现结构的具体形式、技术和工：实现结构的具体形式、技术和工艺等。主要包括传统的艺等。主要包括传统的PCB、PLD或或VLSI和元器件选型、布和元器件选型、布局布线、工艺设计等。局布线、工艺设计等。第一次第一次作业及参考答案作业及参考答案编辑ppt65、负反馈对放大电路性能有哪些影响？、负反馈对放大电路性能有哪些影响？答：（答：（1）提高放大倍数的稳定

8、性，放大倍数的稳定性是基本）提高放大倍数的稳定性，放大倍数的稳定性是基本放大电路的放大电路的(1+AF)倍。倍。 （2）改变输入电阻和输出电阻，引入串联负反馈将增大）改变输入电阻和输出电阻，引入串联负反馈将增大输入电阻，引入并联负反馈将减小输入电阻。引入电压负反输入电阻，引入并联负反馈将减小输入电阻。引入电压负反馈将减小输出电阻，引入电流负反馈将增大输出电阻。馈将减小输出电阻，引入电流负反馈将增大输出电阻。 （3）展宽频带，是基本放大电路的）展宽频带，是基本放大电路的(1+AF)倍。倍。 （4）减小非线性失真。）减小非线性失真。第一次作业及参考答案第一次作业及参考答案编辑ppt71、用一双电源

9、供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，、用一双电源供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，电压放大倍数为电压放大倍数为10倍。倍。第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案解：可采用反向输入和同相输入两种方法。解：可采用反向输入和同相输入两种方法。 将双电源供电的集成运放改成单电源供将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足：电时必须满足：V+=V-=VO=VCC/2。如图。如图所示电路为所示电路为uA741构成反相交流电压放大构成反相交流电压放大器电路。器电路。 其中其中R2、R3称为偏置电阻，用来设置放称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。为获得最大动态范围，大器的静态工作点。

10、为获得最大动态范围，通常使同相输入端静态（输入电压为零时）通常使同相输入端静态（输入电压为零时）工作点电压工作点电压V+=VCC/2。32312CCCCRVVVRRC1、C2为放大器耦合电容，取为放大器耦合电容，取C1=C2 =10uF。电压放大倍数电压放大倍数Auf=RF/R1=10，所以，所以RF=10R1。取取R1=20k,则则RF=200k。所以取所以取R2=R3=10k。 静态时，放大器输出电压应等于同相静态时，放大器输出电压应等于同相输入端电压。输入端电压。编辑ppt81、用一双电源供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，、用一双电源供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，电压

11、放大倍数为电压放大倍数为10倍。倍。第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案解：可采用同相输入和反向输入两种方法。解：可采用同相输入和反向输入两种方法。 将双电源供电的集成运放改成单电源供将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足：电时必须满足：V+=V-=VO=VCC/2。如图。如图所示电路为所示电路为uA741构成同相交流电压放大构成同相交流电压放大器电路。器电路。 其中其中R2、R3称为偏置电阻，用来设置放称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。为获得最大动态范围，大器的静态工作点。为获得最大动态范围，通常使同相输入端静态（输入电压为零时）通常使同相输入端静态（输入电压为零时）工作

12、点电压工作点电压V+=VCC/2。32312CCCCRVVVRRC1、C2为放大器耦合电容，取为放大器耦合电容，取C1=C2 =10uF。电压放大倍数电压放大倍数Auf=1+RF/R1=10，所以，所以RF=9R1。取取R1=20k,则则RF=180k。电路接入电路接入R4的目的是为了提高放的目的是为了提高放大器的输入电阻。大器的输入电阻。所以取所以取R2=R3=10k。 静态时，放大器输出电压应等于同相静态时，放大器输出电压应等于同相输入端电压。输入端电压。编辑ppt92、设计一差分放大电路，电压放大、设计一差分放大电路，电压放大3280倍，要求高输入阻抗，倍，要求高输入阻抗，较高的共模抑制

13、比，抗干扰能力强。较高的共模抑制比，抗干扰能力强。解：由题意分析可知，不能采用单运放的差分放大电路，必须解：由题意分析可知，不能采用单运放的差分放大电路，必须采用三运放的差分放大电路。采用三运放的差分放大电路。第二次第二次作业及参考答案作业及参考答案vov1+-v2vR1=v1-v2R3R3R4R4R2R2R1_+_+iR1v3A1A2A3v4vn3vP3+_113421/()/(2)RvRvvRR)(212 2112111243vvRRvRRRvvR )(21)( 2112344334vvRRRRvvRRvo 4212312 13280ovvRRAvvRR 解：解：可取可取R1=R3=10k

14、,R2=200k，R4=800k。编辑ppt103、用温度传感器、用温度传感器AD590设计一个设计一个摄氏温度摄氏温度的测量电路，分析其工的测量电路，分析其工作原理，并求出输出端的表达式。作原理，并求出输出端的表达式。 (电流温度灵敏度是电流温度灵敏度是1 A/K) 解：可以用电压抵消法和电流抵消法。解：可以用电压抵消法和电流抵消法。第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案 利用差分电路的特点，将利用差分电路的特点，将R1上得到的上得到的温度信号经运放温度信号经运放N1缓冲隔离后，在运放缓冲隔离后，在运放N2的同相端和反相端进行相减，输出与的同相端和反相端进行相减，输出与摄氏温度成比例的电压

15、。变换绝对温度摄氏温度成比例的电压。变换绝对温度T（K）为摄氏温度（）为摄氏温度（C）。）。 电路图如右图所示，电路图如右图所示，AD590通过通过R1转转换成换成1mV/K，与，与N2运放反相端的电压相运放反相端的电压相减，从而得到灵敏度为减，从而得到灵敏度为1mV/C的摄氏的摄氏温度输出。温度输出。 在在0C时调整时调整R2，使，使Vo=0，可扣除，可扣除273.15的常数项，从而实现摄氏温度的常数项，从而实现摄氏温度的测量。的测量。编辑ppt113、用温度传感器、用温度传感器AD590设计一个设计一个摄氏温度摄氏温度的测量电路，分析其工的测量电路，分析其工作原理，并求出输出端的表达式。作

16、原理，并求出输出端的表达式。 (电流温度灵敏度是电流温度灵敏度是1 A/K) 解：可以用电压抵消法和电流抵消法。解：可以用电压抵消法和电流抵消法。第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案 利用运放的虚地概念，将利用运放的虚地概念，将AD590电流输出支路与产生电流输出支路与产生273.15的常数支路在虚地点的常数支路在虚地点叠加变换绝对温度叠加变换绝对温度T（K）为）为摄氏温度（摄氏温度（C）。）。 电路图如右图所示，电路图如右图所示，MC1403输出输出2.5V电压基准，电压基准，通过通过R1与与R2的和（的和（9.157k欧）欧）得到得到273.15uA，可在运放反相端与，可在运放反相端与

17、AD590在在0C时产生的时产生的273.15uA相相互抵消，从而得到灵敏度为互抵消，从而得到灵敏度为100mV/C的摄氏温度输出。的摄氏温度输出。 在在0C时，调整时，调整R1，使，使Vo=0；在；在1C时，调整时，调整R4，使，使Vo=100mV。编辑ppt124、用温度传感器、用温度传感器AD590设计一个测量设计一个测量两点间的温差两点间的温差电路，分析其电路，分析其工作原理，并求出输出端的表达式。工作原理，并求出输出端的表达式。 (电流温度灵敏度是电流温度灵敏度是1 A/K) 第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案解：电路如右图所示，在反馈电阻为解：电路如右图所示，在反馈电阻为10

18、0kW的情况下，设的情况下，设1#和和2# AD590处处的温度分别为的温度分别为t1（）和）和t2 （）。）。电位器电位器R2用于调零，电位器用于调零，电位器R4用于调用于调整集成运放的增益。整集成运放的增益。A点，由点，由KCL得：得：I+I2=I1+I3+I4（1）由运算放大器的特性知：由运算放大器的特性知：I3=0 （2）调节调零电位器调节调零电位器R2使：使：I4=0 （3）由由(1)(2)(3)可得：可得： I=I1-I2设设R4=90kW,则有则有:Vo=I(R3+R4)=(I1-I2)(R3+R4) =(t1-t2)100mV/C （4）其中，其中，t1-t2为温度差，单为温度

19、差，单位为位为。由式（由式（4）知，改变）知，改变R3+R4的值可以改变的值可以改变VO的的大小。大小。 编辑ppt135、选择适合的集成电子开关，实现一个增益可控的放大电路，、选择适合的集成电子开关，实现一个增益可控的放大电路，要求实现要求实现2倍、倍、4倍、倍、8倍、倍、16倍和倍和32倍的增益。倍的增益。第二次作业及参考答案第二次作业及参考答案解：由题意分析可知，可选用四路双向集解：由题意分析可知，可选用四路双向集成模拟电子开关成模拟电子开关CC4066来实现四种增益来实现四种增益可控。可控。 采用反相放大电路实现增益，电路如右采用反相放大电路实现增益，电路如右图所示。图所示。1fuRA

20、R 将将R1阻值固定，通过电子开关改变阻值固定，通过电子开关改变Rf来实现增益的改变。取来实现增益的改变。取R1=1kAu=32，则，则Rf=32R1=32k；R=R1/Rf2/Rf1kAu=16, Rf1=32k；Au=8, Rf2=16k；Au=4, Rf3=8k； Au=2, Rf4=4k；1/ /fuffxRA RRR11uffxfuA R RRRA R编辑ppt141、设计一二阶压控电压源（、设计一二阶压控电压源（VCVS）巴特沃斯低通滤波器，）巴特沃斯低通滤波器，截止频率截止频率fc=3kHz。（。（ =1.414)解：解：-3BD截止频率截止频率fc=f0=1/(2RC)，则，则

21、 RC=1/(2fc)=5.310-5 取取C=0.01uf，则，则R=5.3k第三次第三次作业及参考答案作业及参考答案因为因为Q=1/(3-Aup），所以），所以Aup=3-1/Q=1.586Aup=1+Rf/R1=1.586, Rf=0.586R1。 运放两个输入端的外界电阻必须满足直流平衡条件，即运放两个输入端的外界电阻必须满足直流平衡条件，即R1/Rf=2R=10.6k与与Rf=0.586R1联立求解，可得联立求解，可得 R1=37.9k,Rf=22.2k。2编辑ppt152、设计一二阶压控电压源（、设计一二阶压控电压源（VCVS）高通滤波器，）高通滤波器，截止频率截止频率fc=400

22、Hz，通带放大倍数为，通带放大倍数为2。（。（1/8=0.0398)解：解：-3BD截止频率截止频率fc=f0=1/(2RC)，则，则 RC=1/(2fc)=3.9810-4 取取C=0.01uf，则，则R=39.8k第三次作业及参考答案第三次作业及参考答案Aup=1+R3/R4=2所以所以R3/R4=1，R3=R4。由平衡条件由平衡条件R3/R4=R/R联立解得联立解得R3=R4=R=39.8k编辑ppt163、设计一二阶压控电压源（、设计一二阶压控电压源（VCVS）带通滤波器，）带通滤波器，中心频率中心频率f0=2kHz，通频带宽，通频带宽fBW=400Hz。第三次作业及参考答案第三次作业

23、及参考答案解：中心频率解：中心频率f0=1/(2RC)，则，则 RC=1/(2f0)=7.9610-5 取取C=0.01uf，则，则R=7.96k BW=f0/Q，Q=f0/BW=5Q=1/(3-Aup),Aup=3-1/Q=2.8Aup=1+R5/R4=2.8，R5=1.8R4由平衡条件由平衡条件 R4/R5=R3=2R=15.92k联立解得联立解得R4=24.76k,R5=44.57k编辑ppt174、利用仪表放大器、利用仪表放大器AD620设计一个压力检测电路，标出设计一个压力检测电路，标出AD620的连接引脚标号，并简述电路的工作原理。的连接引脚标号，并简述电路的工作原理。第三次作业及

24、参考答案第三次作业及参考答案压力检测电路压力检测电路 由桥电路构成的压力传感器，将检测到的信号送入仪表放大由桥电路构成的压力传感器，将检测到的信号送入仪表放大器器AD620，AD620和一缓冲分压器完成信号调节，并通过和一缓冲分压器完成信号调节，并通过ADC输出数字信号。输出数字信号。 编辑ppt181、设计一个信号发生电路，该电路可产生频率为、设计一个信号发生电路，该电路可产生频率为160Hz和和1KHz的正弦波、方波和三角波，计算电路的参数，简述工作的正弦波、方波和三角波，计算电路的参数，简述工作原理。原理。解：（解：（1）确定设计方案）确定设计方案（2）计算元器件参数）计算元器件参数因为

25、产生的正弦波频率不高，所以采用因为产生的正弦波频率不高，所以采用RC桥式振荡电路。桥式振荡电路。桥电路参数桥电路参数由由RC正弦波振荡频率公式可得正弦波振荡频率公式可得第四次作业及参考答案第四次作业及参考答案111602fRC2110002fRCRC0.001 RC1.610-4 编辑ppt19第四次作业及参考答案第四次作业及参考答案若电容不变，改变若电容不变，改变R来实现两个不同频率的产生。来实现两个不同频率的产生。取取C=0.01uF，则，则R100K或或R16K起振条件参数起振条件参数 R7+R92R6R6=10K,则则R7+R9 20K，取，取R7=15K，R9=10K。 为了便于产生

26、正弦波和调节正弦波输出的幅值，为了便于产生正弦波和调节正弦波输出的幅值，R7采用电采用电位器。位器。 （3）设计设计电路电路编辑ppt20（4）电路工作原理）电路工作原理 由运算放大器由运算放大器A1构成的桥式振荡电路，串联在反馈回路中构成的桥式振荡电路，串联在反馈回路中的两并联二极管构成非线性环节，使输出波形电压幅值稳定，的两并联二极管构成非线性环节，使输出波形电压幅值稳定，最后输出稳定幅值的正弦波。紧接着是一个由最后输出稳定幅值的正弦波。紧接着是一个由A2构成的电压构成的电压跟随器，把正弦波输入到由跟随器，把正弦波输入到由A3组成的过零同相比较器，产生组成的过零同相比较器，产生方波，并由两稳压二极管稳压；方波输入到由方波，并由两稳压二极管稳压；方波输入到由A4构成的积分构成的积分器电路，最后输出三角波。器电路，最后输出三角波。第四次作业及参考答案第四次作业及参考答案编辑ppt21第四次作业及参考答案第四次作业及参考答案2、利用集成运算放大器设计一实用的电压、利用集成运算放大器设计一实用的电压-电流转换电路，电流转换电路，分析输入与输出的关系。分析输入与输出的关系。理想运放情况下：理想运放情况下：12INNOuuuuRR编辑ppt22ioR3ROR4RLR2N2R1- -+ +A1A2- -+ +P2P1N1uO2uO1uI实用的电压实用的电压