【学习】第3章模拟电路设计VIP

1、第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.1 3.1 运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性3.2 3.2 放大器设计放大器设计3.3 3.3 滤波器设计滤波器设计3.4 3.4 电源电路设计电源电路设计第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.1 3.1 运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性3.1.1 3.1.1 运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性 开环增益直接影响运算精度和许多特性指标，开环增益直接影响运算精度和许多特性指标，A A

2、o o愈愈大愈好。理想运算放大器大愈好。理想运算放大器A Ao o为无穷大。为无穷大。 输入偏置电路输入偏置电路I IIBIB，表示了运放输入端正常工作时需，表示了运放输入端正常工作时需提供的偏置电流提供的偏置电流 ，它的大小间接反映了运放芯片，它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。的输入电阻。I IIBIB愈小，输入电阻愈大，芯片的温漂愈小，输入电阻愈大，芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放。和运算精度愈高。理想运放。 输入失调电压输入失调电压VIOVIO反映了运放芯片本身输入级差分反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度，所以当对管的对称程度，所以当VI=0VI=0时，时，VO 0VO 0

3、。为了。为了使，等效在输入端施加的补偿电压（失调补偿调零使，等效在输入端施加的补偿电压（失调补偿调零电位器不起作用时）即为电位器不起作用时）即为VIO VIO 。愈小愈好，理想运。愈小愈好，理想运放放VIO =0VIO =0。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性差模输入电阻差模输入电阻r ridid指的是输入端加入差模指的是输入端加入差模信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。r ridid愈大，意味着从信号源（或前级电路）愈大，意味着从信号源（或前级电路）提取的电能愈小，对信号源影响愈小。提取的电能愈小，对信号源

4、影响愈小。也就是也就是r ridid对信号源而言，就相当于它的对信号源而言，就相当于它的负载。理想运放的负载。理想运放的r ridid 为无穷大。为无穷大。 理想运放输出电阻理想运放输出电阻roro。理想闭环电路。理想闭环电路ro=0ro=0，roro表征器件对负载的驱动能力。表征器件对负载的驱动能力。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性带宽带宽BWBW，又称单位增益带宽或增益带宽，又称单位增益带宽或增益带宽积。指的是当运放的闭环增益为积。指的是当运放的闭环增益为1 1（即（即0dB0dB）时的带宽。一般增益与带宽的乘积）时的带宽。一般增益

5、与带宽的乘积为一常数，故闭环增益愈高，实际运放为一常数，故闭环增益愈高，实际运放电路的带宽愈小。运放的电路的带宽愈小。运放的BWBW主要由芯片主要由芯片内部的器件与电路决定。理想运放的内部的器件与电路决定。理想运放的BW BW 为无穷大。为无穷大。转速速率转速速率SRSR亦称亦称“压摆率压摆率”，反映了运，反映了运放对输入信号的响应速度，即输出信号放对输入信号的响应速度，即输出信号对时间变化的斜率对时间变化的斜率 . .第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性2 2运算放大器的一个重运算放大器的一个重要特性要特性三三“虚虚”虚断虚断 虚地虚地虚短

6、虚短 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.1.23.1.2几类常用的运放放大器几类常用的运放放大器 1. 1. 通用型运算放大器通用型运算放大器通常型运放电特性一般，但价格低廉，典型代表有通常型运放电特性一般，但价格低廉，典型代表有LM741LM741、LM124/224/324LM124/224/324（单、双、四运放封装），（单、双、四运放封装），其特性如表其特性如表3.1.33.1.3和表和表3.1.23.1.2所示。其中单运放通常所示。其中单运放通常带有失调补偿调整端。此类运放常用于低价位电子带有失调补偿调整端。此类运放常用于低价位电子产品产品 2. 2. 低失调、低漂

7、移运算放大器低失调、低漂移运算放大器此类运放的电性能比通用型的要高，特别是失调电此类运放的电性能比通用型的要高，特别是失调电压要小得多，其代表有压要小得多，其代表有OP07/OP27/OP37OP07/OP27/OP37，它们都是，它们都是单运放封装，其特性参阅表单运放封装，其特性参阅表3.1.23.1.2。此类运放常用。此类运放常用在要求较高的电路。在要求较高的电路。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件几类常用的运放放大器几类常用的运放放大器3. 3. 低输入偏压电流运算放大器低输入偏压电流运算放大器此类运放芯片内部输入为此类运放芯片内部输入为MOSMOS管，故很小，输入电管，

8、故很小，输入电阻很高。其代表有阻很高。其代表有TL081/082/084TL081/082/084、CA3140CA3140、AD594AD594等。此类运放常用于高输入阻抗级。其中等。此类运放常用于高输入阻抗级。其中AD549AD549由由于超低的常用于微弱电流测量于超低的常用于微弱电流测量。4. 4. 斩波稳零型运算放大器斩波稳零型运算放大器ICL7650ICL7650ICL7650ICL7650采用大规模集成工艺，输入级使用了采用大规模集成工艺，输入级使用了MOSFETMOSFET，输入电阻达，输入电阻达10101212。电路采用斩波自动稳。电路采用斩波自动稳零及调制与解调（零及调制与解

9、调（200Hz200Hz）等措施，使小至）等措施，使小至1 1V V，温，温度漂移也很小，应用时无须失调调整，十分方便。度漂移也很小，应用时无须失调调整，十分方便。特别适用于微弱信号放大。特别适用于微弱信号放大。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件几类常用的运放放大器几类常用的运放放大器5. 5. 宽带运算放大器宽带运算放大器这一类运放以这一类运放以AD8011AD8011、CF357CF357等为代表，其等为代表，其BW100MHzBW100MHz，在放大高频率信号时必须使用它们。，在放大高频率信号时必须使用它们。6. 6. 增益可编程运算放大器增益可编程运算放大器图图3.1.

10、43.1.4为通过引脚可编程增益的运放为通过引脚可编程增益的运放PG103PG103。通过。通过A A1 1、A A0 0两引脚的控制电平可使运放的增递分别为两引脚的控制电平可使运放的增递分别为1 1、1010、100100。增益误差在。增益误差在G=10G=10时为时为0.05%0.05%。失调电压。失调电压的温度系数为的温度系数为2 2V/V/。它有。它有8 8脚塑料脚塑料DIPDIP和和SO-8SO-8两种两种封装形式。类似的还有封装形式。类似的还有AD8520AD8520等。等。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件增益可编程运算放大器增益可编程运算放大器 第第3 3章章

11、模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.2 3.2 放大器设计放大器设计 3.2.1 3.2.1 负反馈电路负反馈电路 图图3.2.23.2.2为基于运放的闭环负反馈电路的基本结构。它由开环为基于运放的闭环负反馈电路的基本结构。它由开环增益为增益为A A0 0的运放，反馈网络组成。图中箭头代表信号流向。的运放，反馈网络组成。图中箭头代表信号流向。 理想闭环增益仅取决理想闭环增益仅取决于反馈系数于反馈系数，与运，与运放芯片、电源电压、放芯片、电源电压、温度、信号参数等因温度、信号参数等因素无关。这就是闭环素无关。这就是闭环负反馈运放大电路增负反馈运放大电路增益稳定性高，能有效益稳定性高，能有效改善波

12、形失真、频率改善波形失真、频率特性的根本原因。特性的根本原因。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.2.2 3.2.2 基本放大电路基本放大电路 （1 1）反相输入放大电路）反相输入放大电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件（2 2）同相输入放大电路）同相输入放大电路第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件（3 3）差分输入放大电路）差分输入放大电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.2.3 3.2.3 放大电路设计要点放大电路设计要点 1 1单双电源运算放大器的选择单双电源运算放大器的选择首先应根据输入信号的极性，选择单电源或双电源首

13、先应根据输入信号的极性，选择单电源或双电源供电的运放。只有输入信号为单极性的正信号时才供电的运放。只有输入信号为单极性的正信号时才能使用单电源供电的运放。大多数运放均要求双电能使用单电源供电的运放。大多数运放均要求双电源供电才能正常工作，只有少数如源供电才能正常工作，只有少数如LM324LM324、LM358LM358之之类的运放允许单电源供电。类的运放允许单电源供电。2 2电源去耦电源去耦 运放电源去耦是很有必要的，特别在系统总增益很运放电源去耦是很有必要的，特别在系统总增益很高的前级电路，更是不可或缺。高的前级电路，更是不可或缺。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件放大电路设

14、计要点放大电路设计要点3 3弱信号放大的相关问题弱信号放大的相关问题 从降低噪声，提高信噪比以利于弱信从降低噪声，提高信噪比以利于弱信号放大的角度出发，需注意以下各点：号放大的角度出发，需注意以下各点：o （1 1）选用低噪声的运算放大器）选用低噪声的运算放大器 o （2 2）采用噪声极微的分立元件）采用噪声极微的分立元件FETFET对管构成前置对管构成前置差分放大电路差分放大电路o （3 3）闭环负反馈电路采用阻值较低的线绕电阻）闭环负反馈电路采用阻值较低的线绕电阻 o （4 4）利用选频、滤波等措施降低白噪声）利用选频、滤波等措施降低白噪声 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件

15、放大电路设计要点放大电路设计要点4 4宽带放大宽带放大当信号频率较高或被放大的是脉冲信号时，采用高当信号频率较高或被放大的是脉冲信号时，采用高BWBW、高、高SRSR的运放显然是非常必要的。为获得足够的的运放显然是非常必要的。为获得足够的带宽，闭环增益不能设计得太高，一般应带宽，闭环增益不能设计得太高，一般应1010。图。图3.1.23.1.2充分说明了带宽与闭环增益的矛盾。需要注充分说明了带宽与闭环增益的矛盾。需要注意的是信号的带宽应明显低于闭环带宽。意的是信号的带宽应明显低于闭环带宽。5 5放大器反馈回路电阻阻值的选择放大器反馈回路电阻阻值的选择从减小热噪声的角度，反馈回路电阻的阻值要尽量

16、从减小热噪声的角度，反馈回路电阻的阻值要尽量小一些。但阻值过小会使反相输入放大电路的输入小一些。但阻值过小会使反相输入放大电路的输入电阻降低。通常以千欧数量级采用较多。电阻降低。通常以千欧数量级采用较多。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件放大电路设计要点放大电路设计要点6 6运算放大器的保护措施运算放大器的保护措施 图3.2.10 运放的保护电路 图3.2.11 运放输出电压限幅电路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件放大电路设计要点放大电路设计要点7 7失调电压的补失调电压的补偿偿由于失调电压的存在，由于失调电压的存在，使运放的零点不为零。使运放的零点不为零。L

17、M741LM741之类运放本身带之类运放本身带有补偿端，可按图有补偿端，可按图3.1.13.1.1（b b）外接电位）外接电位器器W W调整之。对于无调调整之。对于无调零端的运放可以采用零端的运放可以采用图图3.2.123.2.12电路来进行电路来进行失调补偿。失调补偿。 图3.2.12 运放的外加调零电路第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件放大电路设计要点放大电路设计要点8 8扩展输出电流与扩展输出电压扩展输出电流与扩展输出电压 9 9注意运放的稳定性注意运放的稳定性 1010优良的工艺是放大器质量的保证优良的工艺是放大器质量的保证 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课

18、件3.2.4 3.2.4 运算放大器的参数对放大器性能的影响运算放大器的参数对放大器性能的影响 工程上设计一个放大器往往是以理想运工程上设计一个放大器往往是以理想运放为依据，根据简化的公式进行。当设放为依据，根据简化的公式进行。当设计一个精密放大或运算电路时，实际运计一个精密放大或运算电路时，实际运放参数的影响不可忽略。放参数的影响不可忽略。 1 1开环增益开环增益A A0 0 2 2CMRRCMRR的影响的影响 3 3输入、输出电阻输入、输出电阻 4 4输入失调电压输入失调电压 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.2.5 3.2.5 放大电路辅助设计软件放大电路辅助设计软件

19、美国美国MicrochipMicrochip公司的公司的AmpLABAmpLABTMTM运算放大运算放大器电路的辅助设计软件，可用于同相、器电路的辅助设计软件，可用于同相、反相和由二个运放构成的仪表放大器三反相和由二个运放构成的仪表放大器三种放大电路的设计。在选定放大电路类种放大电路的设计。在选定放大电路类型后，只要输入相关参数，就可以自动型后，只要输入相关参数，就可以自动获得设计好的电路，并可产出文本格式获得设计好的电路，并可产出文本格式的的SPICE SPICE 模型。该软件还可以提供一般模型。该软件还可以提供一般的建议、不同工作温度时应考虑的事项的建议、不同工作温度时应考虑的事项以及可能

20、遇到的陷阱。以及可能遇到的陷阱。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件放大电路辅助设计软件放大电路辅助设计软件电路的设计分三个步骤：电路的设计分三个步骤：（1 1）电路的选择与参数的设定）电路的选择与参数的设定 （2 2）设计结果输出）设计结果输出 （3 3）设计技术信息）设计技术信息 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.3 3.3 滤波器设计滤波器设计 3.3.1 3.3.1 滤波器的基本特性滤波器的基本特性 滤波器是一种频域变换电路。它能让滤波器是一种频域变换电路。它能让指定频段的信号顺利通过，甚至还能指定频段的信号顺利通过，甚至还能放大，而对非指定频段的信号予

21、以衰放大，而对非指定频段的信号予以衰减。减。仅仅采用仅仅采用R R、L L、C C元件组成的滤波器称元件组成的滤波器称无源滤波器，含有晶体管或运算放大无源滤波器，含有晶体管或运算放大器的称为有源滤波器，后者的储能元器的称为有源滤波器，后者的储能元件只用电容器件只用电容器C C 。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件图图3.3.2 3.3.2 四种理想滤波器的频域与时域特性四种理想滤波器的频域与时域特性 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.3.2 FilterLab3.3.2 FilterLab滤波器辅助设计工具滤波器辅助设计工具 FilterLab2.0Filter

22、Lab2.0是美国是美国MicrochipMicrochip公司推出的一款创新的公司推出的一款创新的滤波器免费下载软件。使用该软件避免了传统滤波器滤波器免费下载软件。使用该软件避免了传统滤波器设计的繁琐计算。使设计大大简化。设计的繁琐计算。使设计大大简化。 该软件所设计的滤波器具有：该软件所设计的滤波器具有： （1 1）巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫三种类型，其中贝塞尔只）巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫三种类型，其中贝塞尔只有有LPFLPF一类滤波器。一类滤波器。 （2 2）阶数）阶数1818。 （3 3）增益）增益110110。 （4 4）LPFLPF、BPFBPF、HPFHPF三种类型。三种类型。

23、 （5 5）有塞林凯和多重反馈二种电路形式。）有塞林凯和多重反馈二种电路形式。 （6 6）通带截止频率（）通带截止频率（Passband frequencyPassband frequency）：）：0.1Hz1MHz0.1Hz1MHz。 （8 8）阻带衰减（）阻带衰减（Stopband AttenuationStopband Attenuation）：）：10dB100dB10dB100dB第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.3.3 3.3.3 开关电容滤波器开关电容滤波器 1 1开关电容滤波的基本原理开关电容滤波的基本原理 图图3.3.133.3.13（a a）的简单一阶）

24、的简单一阶LBP/LBP/滤波器，通带截止频率滤波器，通带截止频率fp=1/2 fp=1/2 ， =RC =RC。与其特性相同的开关电容滤波器由。与其特性相同的开关电容滤波器由MOSMOS模拟开关，集成电容和运放模拟开关，集成电容和运放OAOA组成，如图（组成，如图（b b）所示。模拟开关）所示。模拟开关S S1 1、S S2 2，电容，电容C C1 1模拟等效的电阻模拟等效的电阻R R。其阻值受模拟开关切换频率。其阻值受模拟开关切换频率（时钟频率）（时钟频率）f fCLKCLK和和C C1 1控制。图（控制。图（b b）中驱动两只模拟开关的时钟）中驱动两只模拟开关的时钟信号分别为信号分别为A

25、 A和和/A/A，两者反相。，两者反相。C C2 2为积分电容。为积分电容。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件开关电容滤波的基本原理开关电容滤波的基本原理 在在A A的正半周，的正半周，S S1 1闭合、闭合、S S2 2断开，电容断开，电容C C1 1被充电到，在被充电到，在（=1/=1/f fCLKCLK）期间所积累的电荷）期间所积累的电荷Q=VixC1Q=VixC1； 平均输入电流平均输入电流i ii i= V= Vi ixC1/TxC1/Tc c 。其等效模拟电阻为。其等效模拟电阻为 R Ri i=V=Vi i/i/ii i=1/Cf=1/Cfclkclk 在在/A/A

26、的正半周，的正半周，S S1 1断开、断开、S S2 2闭合，闭合，C C1 1上的电荷将转移至上的电荷将转移至C C2 2。 电路的等效时间常数为电路的等效时间常数为t=Rt=Ri iC2=C2/C1fC2=C2/C1fCLKCLK第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件开关电容滤波的基本原理开关电容滤波的基本原理在集成芯片制造时，两个电容之比可视为两个在集成芯片制造时，两个电容之比可视为两个电容的面积之比，其误差可控制在电容的面积之比，其误差可控制在1%1%以内，从以内，从而保证了滤波器电参数的稳定性。而保证了滤波器电参数的稳定性。f fCLKCLK可以很容易的改变可以很容易的改变

27、 ，相对也比较容易得，相对也比较容易得到等效的较大容量的电容。当然，通过控制到等效的较大容量的电容。当然，通过控制f fCLKCLK可以有效的控制滤波器的频率特性，如可以有效的控制滤波器的频率特性，如f fp p 。当当f fCLKCLK由晶振振荡器提供时，更是保证了滤波由晶振振荡器提供时，更是保证了滤波器电参数的稳定性和准确性。由于上述优点，器电参数的稳定性和准确性。由于上述优点，加上结构简便，使用灵活，使其得到愈来愈广加上结构简便，使用灵活，使其得到愈来愈广泛的应用，本身的发展也很迅速。泛的应用，本身的发展也很迅速。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件2 2引脚可编程的开关电

28、容滤波器引脚可编程的开关电容滤波器MAX263/264/267/268 MAX263/264/267/268 图图3.3.143.3.14为该系列滤波器的内部方框图。它由两个二为该系列滤波器的内部方框图。它由两个二阶开关电容滤波器，阶开关电容滤波器，f f0 0（中心频率）逻辑控制，品质（中心频率）逻辑控制，品质因数因数Q Q逻辑控制，工作模式（逻辑控制，工作模式（MODEMODE）处理，时钟二分频，）处理，时钟二分频，时钟时钟CMOSCMOS反相器及缓冲运算放大器（仅反相器及缓冲运算放大器（仅MAX267/268MAX267/268有）有）等部分组成。等部分组成。 第第3 3章章 模拟电路设

29、计模拟电路设计整理课件内部功能方框图内部功能方框图 两个二阶滤波器可以串接级联。信号输入端分别为两个二阶滤波器可以串接级联。信号输入端分别为ININA A和和ININB B。做陷波。做陷波N N（Notch FilterNotch Filter）、）、HBPHBP、APAP（全通）（全通）和和BPBP、LPLP相应的输出端。相应的输出端。M M0 0、M M1 1为工作模式选择端，仅为工作模式选择端，仅MAX263/264MAX263/264有。五个引脚有。五个引脚F F0 0FF4 4为为f fCLKCLK/ /f f0 0之比的编程端。之比的编程端。七个引脚七个引脚Q Q0 0QQ6 6为

30、两个滤波器各自品质因数值的编程端。为两个滤波器各自品质因数值的编程端。外部时钟可用外部时钟可用CLKACLKA、CLKBCLKB引入，也可由引入，也可由CLKACLKA、OSCOSC、OUTOUT外接石英晶振产生。外接石英晶振产生。MAX267/268MAX267/268内部还设有一个缓内部还设有一个缓冲运放。冲运放。 该系列开关电容滤波器有如下特点：该系列开关电容滤波器有如下特点： （1 1）MAX263/264MAX263/264可用做可用做LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、NFNF、APFAPF。 （2 2）MAX267/268MAX267/268只能用做只能用做BPFBPF。

31、（3 3）典型）典型f fCLKCLK与与f f0 0的范围如表的范围如表3.3.13.3.1所示，所示，MAX267/268MAX267/268仅工作仅工作于模式于模式1 1。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件内部功能方框图内部功能方框图（4 4）对于）对于MAX263/267MAX263/267而言而言fclk/f0=(N+32)fclk/f0=(N+32)其中其中N N为为F F0 0FF4 4引脚电平对应的十进制数值。如引脚电平对应的十进制数值。如F F4 4F F3 3F F2 2F F1 1F F0 0=00011B=00011B，即，即N=3N=3。（6 6）有相

32、应滤波器设计软件）有相应滤波器设计软件（7 7）可以单电源或双电源）可以单电源或双电源5V5V供电。供电。（8 8）器件封装如图）器件封装如图3.3.153.3.15所示。所示。类似的开关电容滤波器还有类似的开关电容滤波器还有LINEARLINEAR公司的公司的LTC1068LTC1068系列芯片，它最多可实现系列芯片，它最多可实现8 8阶阶LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、BEFBEF。频率范围频率范围0.5Hz200kHz0.5Hz200kHz。也有相应。也有相应FilterCADFilterCAD支持。支持。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3 3MAX263/2

33、64/267/268MAX263/264/267/268设计要点设计要点 （1 1）两个二阶滤波器级联，电路的总品质因素为）两个二阶滤波器级联，电路的总品质因素为Q Q2 2。 （2 2）内部滤波器的）内部滤波器的Q Q值也是电路电压增益值，故二级值也是电路电压增益值，故二级级联，芯片总增益为级联，芯片总增益为Q Q2 2。应用设计时必须注意到这一。应用设计时必须注意到这一点。必要时输入端应加衰减器。点。必要时输入端应加衰减器。 （3 3）单电源供电，）单电源供电，Q Qn n、F Fn n低电平接地；双电源供电，低电平接地；双电源供电，Q Qn n、F Fn n低电平接低电平接5V5V。 第

34、第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件4 4开关电容滤波器应用实例开关电容滤波器应用实例图图3.3.163.3.16为以为以MAX268MAX268带通开关电容滤波器为核带通开关电容滤波器为核心而构成的具有自动跟踪输入信号频率的带通心而构成的具有自动跟踪输入信号频率的带通滤波电路。滤波电路。MAX268MAX268总的品质因素为总的品质因素为4 4。f fCLKCLK/ /f f0 05050。采用采用5V5V电源供电。电源供电。BPABPA和和INBINB直连，两级二阶滤波器串联。直连，两级二阶滤波器串联。缓冲放大器设计增益缓冲放大器设计增益=1=1，可由，可由10k10k予调电位予

35、调电位器调整。器调整。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件图图3.3.16 3.3.16 由由MAX268MAX268构成的锁相跟踪带通滤波器构成的锁相跟踪带通滤波器 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件4 4开关电容滤波器应用实例开关电容滤波器应用实例 输入信号在加入输入信号在加入MAX268MAX268时进行了时进行了0.250.25倍衰减，倍衰减，以保证器件工作时不限幅。以保证器件工作时不限幅。输入信号由输入信号由OP27OP27进行限幅放大，经比较器进行限幅放大，经比较器LM311LM311整形为方波。锁相环整形为方波。锁相环HC4046HC4046和计数器和

36、计数器HC390HC390组成了组成了5050倍频电路，使倍频电路，使MAX268MAX268时钟信号时钟信号的频率在整个测量范围内（的频率在整个测量范围内（20Hz20kHz20Hz20kHz）自动）自动保持为输入信号频率的保持为输入信号频率的5050倍，即倍，即MAX268MAX268的带通的带通中心频率始终跟踪输入信号频率并保持相等。中心频率始终跟踪输入信号频率并保持相等。此电路有两个重要用途：一是可将方波脉冲变此电路有两个重要用途：一是可将方波脉冲变换为正弦波；二是电路的输出就是输入信号的换为正弦波；二是电路的输出就是输入信号的基波，可用于进行失真度测量等。基波，可用于进行失真度测量等

37、。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.4 3.4 电源电路设计电源电路设计 当前的电源可分为线性电源和开关电源两大类。当前的电源可分为线性电源和开关电源两大类。前者电路中的有源器件处于线性工作状态，它前者电路中的有源器件处于线性工作状态，它的电路简单、纹波小、电路性能良好、对交流的电路简单、纹波小、电路性能良好、对交流供电线路污染小、成本较低但效率低。供电线路污染小、成本较低但效率低。后者又可分为后者又可分为AC-DCAC-DC和和DC-DCDC-DC两种类型。两种类型。它们的共同特点是电路较复杂、效率高（可达它们的共同特点是电路较复杂、效率高（可达80%80%以上）、允许输

38、入电压变化的范围宽（如以上）、允许输入电压变化的范围宽（如AC-DCAC-DC开关电源，开关电源，ACAC供电范围可达供电范围可达85V260V85V260V）、）、成本较高、纹波较大、对交流供电线路干扰大。成本较高、纹波较大、对交流供电线路干扰大。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3.4.1 3.4.1 模拟线性稳压电源设计模拟线性稳压电源设计 1 1稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标（1 1）稳压系数）稳压系数S SV Vo 稳压系数稳压系数S SV V是描述在负载固定的情况下，输入电是描述在负载固定的情况下，输入电压变动对输出电压的影响：压变动对输出电压的影响：o 工程

39、上常指定电网电压变化工程上常指定电网电压变化10%10%做输入电压的做输入电压的相对变化量。此时相对变化量。此时S SV V即为输出电压的相对变化量。即为输出电压的相对变化量。这个指标有时又称为这个指标有时又称为“电压调整率电压调整率”。 常数LRiiVVVVVS/00第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标（2 2）负载调整率）负载调整率S SI I工程上常用在输入电压固定的情况下，负载工程上常用在输入电压固定的情况下，负载电流电流I Io o从零变化到最大额定性时所引起输出从零变化到最大额定性时所引起输出电压的变化来衡量：电压的变化来衡量： 它有

40、时又称为电流调整率。实际上它就是稳它有时又称为电流调整率。实际上它就是稳压电路的动态内阻压电路的动态内阻r ro o。 o00rIVSiVI常数第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标（3 3）纹波抑制比）纹波抑制比纹波抑制比的定义为：纹波抑制比的定义为：式中式中V Vnppnpp和和V Vmppmpp分别为稳压电路输入和输出纹波电压分别为稳压电路输入和输出纹波电压的峰值。反映了输出直流电压中的交流成份。有时的峰值。反映了输出直流电压中的交流成份。有时直接用纹波电压的峰直接用纹波电压的峰- -峰值标志。峰值标志。 mppnppripVVSlg20第第

41、3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标（4 4）效率）效率 效率反映了稳压电路的电能损耗情况效率反映了稳压电路的电能损耗情况: :式中式中P P0 0和和P Pi i分别为稳压电路的输出与输入直流分别为稳压电路的输出与输入直流功率。对于电池供电的便携式电子系统，电源功率。对于电池供电的便携式电子系统，电源的效率至为重要。的效率至为重要。（5 5）温度系数）温度系数表征输出电压随温度的漂移情况：表征输出电压随温度的漂移情况：%100oiPP0, 000IVtiTVS第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件2 2三端集成线性稳压电路设计三端集成线性

42、稳压电路设计 （1 1）常用三端集成稳压器）常用三端集成稳压器 78007800系列三端固定正电压输出的线性集成稳压器、系列三端固定正电压输出的线性集成稳压器、79007900系列三端固定负电压输出的线性集成稳压器以及系列三端固定负电压输出的线性集成稳压器以及LM117/217/317LM117/217/317系列三端可调正输出线性集成稳压器、系列三端可调正输出线性集成稳压器、LM137/I37/337LM137/I37/337系列三端可调负输出的线性集成稳压器，系列三端可调负输出的线性集成稳压器，具有以下特点：具有以下特点： 三个引出端，无需外接元件（固定输出器件）。三个引出端，无需外接元件

43、（固定输出器件）。 芯片内部设有过热保护、限流保护和调整管安全工作区保芯片内部设有过热保护、限流保护和调整管安全工作区保护。护。 性能优良的稳压系数、负载调整率和纹波抑制比，完全能性能优良的稳压系数、负载调整率和纹波抑制比，完全能满足一般电子系统的要求。满足一般电子系统的要求。 最低输入输出电压差值为最低输入输出电压差值为2V2V，最高值不超过，最高值不超过2.5V2.5V。 输出电压的容差为输出电压的容差为2%2%和和4%4%。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件图图3.4.13.4.1给出了给出了78007800系列、系列、79007900三端系列、三端系列、LM117/21

44、7/317LM117/217/317系列、系列、LM137/237/337LM137/237/337系列三端集成稳压器的封装及引脚图。系列三端集成稳压器的封装及引脚图。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件几种三端集成稳压器的应用电路几种三端集成稳压器的应用电路图图3.4.23.4.2为上述几种为上述几种三端集成稳压器的三端集成稳压器的应用电路。应用电路。图（图（a a）为）为78007800系列系列典型应用。典型应用。0.330.33F F电容在器件距滤波电容在器件距滤波电路较远时使用，电路较远时使用，可改善纹波和瞬间可改善纹波和瞬间输入过压。输入过压。0.10.1F F电电容可

45、改善负载的瞬容可改善负载的瞬态响应。一般情况态响应。一般情况下，这两个电容可下，这两个电容可以不用。以不用。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件几种三端集成稳压器的应用电路几种三端集成稳压器的应用电路 图（图（b b）为）为79007900系列三端负输出电压稳压器的典型应用电路。系列三端负输出电压稳压器的典型应用电路。 图（图（c c）为）为78007800系列稳压器利用系列稳压器利用NPNNPN型功率管扩流的电路。型功率管扩流的电路。 图（图（d d）为）为78007800系列稳压器的稳流应用，此时输出电流系列稳压器的稳流应用，此时输出电流I I0 0VV0 0/R/R，V V

46、0 0为稳压器标称输出电压。为稳压器标称输出电压。 图（图（e e）为正、负极性输出的稳压电路。）为正、负极性输出的稳压电路。 图（图（f f）为）为LM117LM117可调整正电压输出稳压器的典型电路，其输可调整正电压输出稳压器的典型电路，其输出电压出电压 2120)1 (25. 1)(RIRRVVadjIadjIadj为调整端输出电流，通常为调整端输出电流，通常11A A。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件（2 2）三端集成稳压电路设计）三端集成稳压电路设计现以图现以图3.4.33.4.3的典型应用电路，说明其设的典型应用电路，说明其设计过程。计过程。 第第3 3章章 模拟

47、电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计 设需要稳压电源的输出电压设需要稳压电源的输出电压V V0 0=5V=5V5%5%，考虑到一般数字器件电源，考虑到一般数字器件电源电压的容差为电压的容差为10%10%，故这一设定是合适的。最大输出电流，故这一设定是合适的。最大输出电流I I0 0=0.4A=0.4A，纹波电压，纹波电压50mV50mV。 首先应选择三端稳压器，首先应选择三端稳压器，78057805可以满足上述要求：它的可以满足上述要求：它的V V0 0=5V=5V，输，输出电压最大差容出电压最大差容4%4%，实际上一般均，实际上一般均 68db68db，在，在

48、V V0 0=5V=5V时，纹波电压应小于时，纹波电压应小于2mV2mV（纹波抑制比（纹波抑制比RR=20lg(VRR=20lg(Vn n/V/Vo o) )，V Vn n为纹波电压）。为纹波电压）。 其次应确定其次应确定78057805的最低入端电压的最低入端电压V Vi i。由于三端集成稳压器输入。由于三端集成稳压器输入- -输输出间的压差出间的压差V Vdodo= =V Vi iV V0 0必须必须2V2V。考虑到留有一定余量，。考虑到留有一定余量，V Vd do o取为取为3V3V，V Vi i8V8V。V Vi i取决于电源变压器次级绕组的电压取决于电源变压器次级绕组的电压V V2

49、2(rms)(rms)、整流电路的形式、整流电路的形式、整流元件压降以及滤波电容整流元件压降以及滤波电容C C1 1的容量，并且还会随负载而起落。的容量，并且还会随负载而起落。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计滤波电容滤波电容C C1 1容量主要由电压调整率、纹容量主要由电压调整率、纹波要求和负载来决定。在采用桥式等全波要求和负载来决定。在采用桥式等全波整流电路时，波整流电路时，C C1 1可按下式取值：可按下式取值：或或式中式中T T为交流电周期，这里为交流电周期，这里T T=20ms=20ms。等效。等效最小最小R RL L为为V V

50、0 0/ /I I0 0=12.5=12.5，故，故C C1 1(2400(24004000)4000)F F。这里取。这里取C C1 1=3300=3300F/16VF/16V。 2)53(1TCRLLRTC2)53(1第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计V Vi i在负载开路时为在负载开路时为 ，但由于单电容滤波其，但由于单电容滤波其负载特性非常软，即随负载加重，负载特性非常软，即随负载加重，V Vi i下降很显下降很显著，通常著，通常V Vi i=(0.9=(0.91.2)1.2)V V2 2若取若取V Vi i=1.0=1.0V V2

51、 2，则，则V V2max2max=8V=8V。由于一般电子系统电源电压的容许范围为由于一般电子系统电源电压的容许范围为10%10%，故在，故在V V1 1=198V=198V也要保证也要保证V V2 28V8V，所以，所以V V2 2取取9V9V是合理的。必需注意到在是合理的。必需注意到在V V1 1=242V=242V时，时，V V2 29.9V9.9V。这一情况在下面讨论三端稳压器功。这一情况在下面讨论三端稳压器功耗时有意义的。耗时有意义的。 22V第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计整流管整流管D D的平均整流电流的平均整流电流即即I

52、 ID D（AVAV）(0.7(0.71)A1)A，可取为，可取为I ID D（AVAV）=1A =1A 。整。整流管流管D D承受的反向电压峰值为承受的反向电压峰值为由表由表2.3.12.3.1二极管电特性表中可以看出二极管电特性表中可以看出1N40011N4001已满足电路要求。当然也可以选用已满足电路要求。当然也可以选用1A1A，反向，反向电 压电 压 5 0 V 5 0 V 的 整 流 桥 ， 如的 整 流 桥 ， 如 K B P 0 1 GK B P 0 1 G（ ）。）。 LiAVDRVI2)32()(V9 .132max2VV100VA,5 . 1R)(AVDI第第3 3章章 模

53、拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计变压器变压器T T的次级功率的次级功率P P2 2= =i it tv v2 2I I0 0V V2max2max=4W=4W。变压。变压器的初级功率器的初级功率 P1=P2/P1=P2/为变压器的效率，它和变压器的功率、变压为变压器的效率，它和变压器的功率、变压器的铁芯材料（硅钢片、冷轧薄钢带）以及磁器的铁芯材料（硅钢片、冷轧薄钢带）以及磁路（路（E E形、形、C C形、环形）密切相关。形、环形）密切相关。变压器的变压器的与功率的大致关系如表与功率的大致关系如表3.4.53.4.5所示。所示。 功率（W）200效率（%）7

54、08080858590909595第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计若选用环形变压器，若选用环形变压器，可取可取80%80%，则，则P P1 1=5W=5W变压器的功率变压器的功率P P为为P P1 1与与P P2 2的平均值，即的平均值，即P PC C=4.5W=4.5W。最方便的是选购市场定型的系列电源变压器，最方便的是选购市场定型的系列电源变压器，这些变压器次级电压值与三端集成稳压输出电这些变压器次级电压值与三端集成稳压输出电压压V V0 0的对应关系如表的对应关系如表3.4.63.4.6所示。所示。 表表3.4.6 3.4.6 市售

55、成品系列变压器规格市售成品系列变压器规格 V0(V)5.09.012.015.0v2(V)9.012.015.018.0第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计这里我们选用价格较低的这里我们选用价格较低的E E型型5W9V5W9V的变压器。的变压器。D Dprtprt为保护二极管。当负载很轻或开路的情况为保护二极管。当负载很轻或开路的情况下，当断开电源时，如果下，当断开电源时，如果C C4 4的洩放慢于的洩放慢于C C1 1，则，则可能出现可能出现V V0 0VVi i，这有可能导致集成稳压器损坏，这有可能导致集成稳压器损坏，利用利用D Dprt

56、prt的箱位作用可以防止这一点。的箱位作用可以防止这一点。图图3.4.43.4.4给出了一种常见的利用给出了一种常见的利用78007800与与79007900系系列集成稳压器构成的正、负双极性输出的稳压列集成稳压器构成的正、负双极性输出的稳压电路。电路。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件图图3.4.4 3.4.4 正负双极性输出稳压电正负双极性输出稳压电路路 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件3 3低压差稳压器低压差稳压器图图3.4.73.4.7为为LDOLDO的典型框图的典型框图 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件低压差稳压器低压差稳压器可以看出它

57、也是一种由误差放大器可以看出它也是一种由误差放大器OAOA，能隙基，能隙基准电源准电源D D（V VR R=1.25V=1.25V），输出电压电阻取样，），输出电压电阻取样，PMOSPMOS调整管以及一些辅助电路构成的串联式稳调整管以及一些辅助电路构成的串联式稳压器。压器。其中其中/EN /SHDN/EN /SHDN为使能为使能/ /关闭控制，低电平有效。关闭控制，低电平有效。/FAULT/FAULT为故障检测输出端。为故障检测输出端。如需要外部调整如需要外部调整V V0 0，则在，则在ADJADJ端接取样电阻，端接取样电阻，固定固定V V0 0则无此端。则无此端。有的还有有的还有/MR/MR

58、（手动复位）和为（手动复位）和为MCUMCU提供复位信提供复位信号的号的/RESET/RESET端。端。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件LDOLDO应用设计要点应用设计要点 （1 1）不同公司）不同公司LDOLDO的同功能引脚，名称不一致。如的同功能引脚，名称不一致。如/EN/EN与与/SHDN/SHDN（SHULTDOWNSHULTDOWN），），ADJADJ与与FBFB、SETSET功能一样。功能一样。 （2 2）某些）某些LDOLDO（如（如MSK5021MSK5021）设有）设有/FAULT/FAULT故障检测输出。故障检测输出。这是一个集电极开路输出端，当输出电压和

59、正常值相比，这是一个集电极开路输出端，当输出电压和正常值相比，降低了降低了6%6%或以下时，或以下时， /FAULT =0/FAULT =0。它可以驱动一只。它可以驱动一只LEDLED以以指示电路状态。指示电路状态。 （3 3）/EN/EN的高电平视器件而有所不同，有的规定为的高电平视器件而有所不同，有的规定为2V2V，但多数情况下接但多数情况下接V Vi i即可认为是高电平。即可认为是高电平。 （4 4）LDOLDO为外部数字器件提供的为外部数字器件提供的/RESET/RESET信号，必须通过信号，必须通过V V0 0经上拉电阻上拉，以保证正常的高电平。经上拉电阻上拉，以保证正常的高电平。

60、（5 5）LDOLDO的入端和出端电容的容量通常在的入端和出端电容的容量通常在1 14.74.7F F之间，之间，这两个电容宜采用低这两个电容宜采用低ESRESR（等效串联电阻）的（等效串联电阻）的CT4CT4型多层型多层陶瓷（独石）电容器，并且组装时应尽量靠近器件。陶瓷（独石）电容器，并且组装时应尽量靠近器件。 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计整理课件LDOLDO应用设计要点应用设计要点 （6 6）输出电流大的器件（如）输出电流大的器件（如LPLP3884238842），尽管），尽管P PD D较小，亦应考虑较小，亦应考虑其和散热。其和散热。 （7 7）器件手册所给的是有一定条件的。