模拟系统设计_第1页
模拟系统设计_第2页
模拟系统设计_第3页
模拟系统设计_第4页
模拟系统设计_第5页
已阅读5页,还剩97页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

模拟系统设计第1页/共102页01:562/102模拟系统设计

概述基本放大电路及信号处理电路设计信号发生及输出电路设计A/D和D/A转换电路电源设计电路模拟电路EDA第2页/共102页01:563/1023.1.1模拟系统的组成

典型的模拟系统包括三部分:传感器件、信号放大与变换电路(模拟电路)和执行机构。P95

传感器的作用:把非电量信号(声音、温度、压力、流量等)转换为连续变化的电信号,以便在模拟电路中进行放大和变换。

执行机构作用:把电能转换成其他形式的能量,以完成所需要的功能,喇叭、电铃、继电器、示波器等都是执行机构。

模拟电路作用:实现电路的放大和变换以及驱动执行机构动作。放大电路、振荡电路、整流电路、电源电路、滤波电路以及各种波形变换电路或它们的组合都是模拟电路。3.1、概述第3页/共102页01:564/1023.1.2模拟电路设计的主要任务和基本方法任何复杂的电路都是由简单的单元电路组合而成的。可将一个复杂的模拟电路分解成若干具有基本功能的电路,然后对这些单元电路进行设计。基本功能电路中,放大器应用最普遍。同时系统离不开电源,电源的设计也是一个重要部分。本章主要介绍一些放大器应用电路和集成稳压电源的设计。第4页/共102页01:565/1023.2电源设计电路3.2.1电源输出不稳定的原因电网输入电压不稳定。

由供电对象引起供电电压不稳定。主要为负载变化。由稳压电源本身的条件造成的电压不稳定。环境条件的变化如湿度、温度和其它环境条件影响灯也会使稳压电源的输出不稳定。因此,在设计电源时,需要考虑以上因素。第5页/共102页01:566/1023.2.2稳压电源技术指标1、输入电压影响输出电压的几种指标形式。

P96(1)稳压系数(绝对和相对);(2)电网调整率;(3)电压稳定度。2、负载对输出电压影响的几种指标形式。(1)电网调整率;(2)输出电阻(又为等效内阻或内阻)。3、纹波电压的几种指标形式。(1)最大纹波电压;(2)纹波系数;(3)纹波电压抑制比。4、漂移。5、响应时间。6、失真。7、稳定度。稳压电源技术指标包括规格指标和质量指标两部分。规格指标主要有:容量大小、输入电压允许范围、输出电压、负载允许电流等。质量指标主要有:负载特性、效率高低等。第6页/共102页01:567/1023.2.3稳压电源的分类小功率直流稳压电源的组成稳压电源分类

按稳压对象可分为直流稳压电源和交流稳压电源。

按稳压方式分参数式稳压电源和反馈调整式稳压电源。

按调整元件和反馈元件的连接方式可分为串联式和并联式。

按调整元件的工作状态可分为线性和开关稳压电源。

按调整元件的品种可分为辉光放电管稳压电源、稳压二极管稳压电源、电子管稳压电源和晶闸管稳压电源。功能:把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压第7页/共102页01:568/102整流电路的作用:

将交流电压转变为脉动的直流电压。

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流,其中既有直流成份又有交流成份。

滤波原理:滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。方法:将电容与负载RL并联或将电感与负载RL串联。第8页/共102页01:569/102

稳压电路(稳压器)是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。

稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上,它是内阻很小的电压源。其内阻越小,稳压性能越好。

稳压电路是整个电子系统的一个组成部分,也可以是一个独立的电子部件。第9页/共102页01:5610/1023.2.5

集成稳压电源单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。1.

分类XX两位数字为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压78XX输出负电压79XX(1.25~37V连续可调)第10页/共102页01:5611/1022.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端78xxW7900系列稳压器外形1—

公共端3—输入端2—输出端79xx塑料封装第11页/共102页01:5612/102封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符号CW7800++213CW790013_2_塑料封装金属封装312第12页/共102页01:5613/1023.

性能特点(7800、7900系列)输出电流超过1.5A(加散热器)不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%输出电压额定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。第13页/共102页01:5614/102输出为固定正电压时的接法如图所示。

(1)

输出为固定电压的电路输入与输出之间的电压不得低于3V!4.三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F为了瞬时增减负载电流时,不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线较长时的电感效应,防止产生自激振荡。即用以改善波形。第14页/共102页01:5615/102(2)同时输出正、负电压的电路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000F第15页/共102页01:5616/102UXX:

为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ(3)提高输出电压的电路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC(4)提高输出电流的电路当IO较小时,UR较小,T截止,IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+–当IO>

IOM时,UR较大,T导通,IO=IOM+IC

R

可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定,即RUBE/IOM。第16页/共102页01:5617/1025.

三端可调输出集成稳压器的应用流过调整端电流<100µA,在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略2、1两端电压为1.25V—

基准电压COCW117CiUi+_+_UO321AdjR1R22401µF0.1µF第17页/共102页01:5618/102一、串联型开关稳压电路3.2.6开关稳压电源调整管取样电路开关调整管控制组成框图滤波+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定的三角波误差放大续流第18页/共102页01:5619/102工作波形+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUIOOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式(PWM)第19页/共102页01:5620/102+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理D=50%当uF=UREF,uA=0,UO

为预定标称值第20页/共102页01:5621/102二、并联型开关稳压电路+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuB控制电路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高电平iO低电平uBtofftonT

截止截止iL第21页/共102页01:5622/102单片脉宽调制式(外接开关功率管)3.2.7集成开关稳压器及其应用类型单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524(区别在于温度范围)组成:基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、2只输出功率管、过热保护最大输入电压:40V最高工作频率:100kHz每路输出电流:100mA内部基准电压:5V(承受50mA电流)第22页/共102页01:5623/102取样电压基准电压输出方波定时电容定时电阻关闭,控制脉宽接扩流晶体管C、E极输入电压振荡/同步12345678161514131211109–IN+INUINUREF(+5V)EBCBCAEARTCTGND–限流+限流断路补偿CW1524系列引脚排列第23页/共102页01:5624/102外接复合管扩流产生振荡12345678161514131211109。。+–+–R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15k3k5k5k5k2k50k180680.1UIUOR00.1F0.02F0.01F500F(28

V)CW1524L0.9mHf0=1.15/R5C2=19.2kHz+5V限流取样电阻(1

A)第24页/共102页01:5625/102二、CW4960/4962组成:基准电压源、误差放大器、脉宽调制器开关功率管(内接)、软启动电路、过流限制、过热保护功能:慢起动、过流保护、过热保护占空比可调(0

100%)最大输入电压:50

V输出电压:5.140

V连续可调最高工作频率:100

kHz额定输出电流:CW4960—2.5A(过流保护3.04.5A)CW4960—1.5A(过流保护2.53.5A)小散热片不用散热片第25页/共102页01:5626/102CW4960/4962系列引脚图1234567CW4960IN反馈补偿GNDRT/CT软启动输出12345678161514131211109NC输出NC补偿NCGNDGNDNC输入NC软启动RT/CTGNDGND反馈NCCW4962第26页/共102页01:5627/102CW4960/4962应用电路220FR115kL150H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7k+++220F220F/40VC2C34.3k33nF2.2F2.2nFV取样电阻500

10k工作频率控制f=1/RTCT106kHz一般RT

=127k

CT

=13.3nF

频率补偿防寄生振荡续流二极管采用肖特基管软启动电容14.7F第27页/共102页01:5628/1023.3基本放大电路及信号处理电路设计3.3.1功率放大器的设计

要求在允许的失真条件下输出足够大的功率,放大器工作在极限状态,是大信号放大器。电路结构、工作状态、分析方法及电路的性能指标等与普通放大器不同。特点是尽量大的输出功率、尽可能高的转换效率和允许的线性失真。OCL互补对称功率放大电路全称为无输出电容的互补对称功率放大电路,简称为OCL电路。它采用双电源而不需要电容器的直接耦合互补对称功率放大器。OTL采用单电源及大容量电容器与负载耦合的电路。第28页/共102页01:5629/1023.3.2信号预处理电路放大、滤波、线性化、温度补偿、整形等。

集成运算放大器第29页/共102页01:5630/102运放应用电路第30页/共102页01:5631/102第31页/共102页01:5632/102第32页/共102页01:5633/102第33页/共102页01:5634/102第34页/共102页01:5635/102RC有源滤波器的设计第35页/共102页01:5636/102第36页/共102页01:5637/102第37页/共102页01:5638/102第38页/共102页01:5639/102第39页/共102页01:5640/102第40页/共102页01:5641/102第41页/共102页01:5642/102第42页/共102页01:5643/102第43页/共102页01:5644/102第44页/共102页01:5645/102信号之间的变换:电压-电流;电压-频率;光-电;模数等。第45页/共102页01:5646/102第46页/共102页01:5647/102第47页/共102页01:5648/102第48页/共102页01:5649/102第49页/共102页01:5650/102第50页/共102页01:5651/102第51页/共102页01:5652/102第52页/共102页01:5653/102第53页/共102页01:5654/102第54页/共102页01:5655/102第55页/共102页01:5656/102第56页/共102页01:5657/102第57页/共102页01:5658/102第58页/共102页01:5659/102第59页/共102页01:5660/102第60页/共102页01:5661/102第61页/共102页01:5662/102第62页/共102页01:5663/1023.4信号发生器及输出电路第63页/共102页01:5664/102第64页/共102页01:5665/102第65页/共102页01:5666/102第66页/共102页01:5667/102第67页/共102页01:5668/102第68页/共102页01:5669/102第69页/共102页01:5670/102第70页/共102页01:5671/102第71页/共102页01:5672/102第72页/共102页01:5673/102第73页/共102页01:5674/102第74页/共102页01:5675/102第75页/共102页01:5676/102第76页/共102页01:5677/102第77页/共102页01:5678/102第78页/共102页01:5679/102第79页/共102页01:5680/102第80页/共102页01:5681/102第81页/共102页01:5682/102第82页/共102页01:5683/102第83页/共102页01:5684/102第84页/共102页01:5685/1023.5A/D和D/A转换器能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器,简称A/D转换器或ADC;能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器,简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁,也可称之为两者之间的接口。第85页/共102页01:5686/1023.5.1D/A转换器的基本原理将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加,所得的总模拟量就与数字量成正比,这样便实现了从数字量到模拟量的转换。基本原理第86页/共102页01:5687/102转换特性D/A转换器的转换特性,是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性,应是输出模拟量与输入数字量成正比。即:输出模拟电压

uo=Ku×D或输出模拟电流io=Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数,D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0,则输出模拟电压为:第87页/共102页01:5688/102(1)分辨率分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中,输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态,能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为:(2)转换精度

D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差,即最大静态转换误差。(3)输出建立时间从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间,称为输出建立时间。第88页/共102页01:5689/102第89页/共102页01:5690/1023.5.2A/D转换器的基本原理模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时,ui(t)对C充电,为采样过程;S断开时,C上的电压保持不变,为保持过程。在保持过程中,采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。第90页/共102页01:5691/102t0时刻S闭合,CH被迅速充电,电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1,因此这一阶段uo跟随ui变化,即uo=ui。t1时刻采样阶段结束,S断开,电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大,S为理想开关,则CH没有放电回路,两端保持充电时的最终电压值不变,从而保证电路输出端的电压uo维持不变。第91页/共102页01:5692/102(1)分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示,位数越多,误差越小,转换精度越高。例如,输入模拟电压的变化范围为0~5V,输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2-8=20mV;而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12≈1.22mV。(2)相对精度在理想情况下,所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。(3)转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始,到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。第92页/共102页01:5693/102第93页/共102页01:5694/1023.6模拟电路EDA

OrCADMultisim可编程模拟电路:有Zetex公司、Lattice半导体公司和Anadigm公司1992年美国Lattice公司发明了在系统可编程技术(In-SystemProgrammability),彻底改变了传统数字电子系统的设计和实现方法,开创了数字系统设计的里程碑。1999年11月,Lattice公司又推出了在系统可编程模拟电路(In-SystemProgrammabilityProgrammableAnalogCircuits),翻开了模拟电路设计方法的新篇章。为电子设计自动化(EDA)技术的应用开拓了更广阔的前景。与数字的在系统可编程大规模集成电路(ispLSI)一样,在系统可编程模拟器件允许设计者使用开发软件在计算机中设计、修改模拟电路,进行电路特性模拟,最后通过编程电缆将设计方案下载至芯片中。在系统可编程模拟器件可实现四种功能:(1)信号调理(2)信号处理(3)信号转换(4)电源管理。信号调理主要是能够对信号进行放大、衰减、滤波。信号处理是指对信号进行求和、求差、积分运算。信号转换是指能把数字信号转换成模拟信号。电源管理是对电源定序和监控。ispPACPowerManager器件能在单个芯片上实现完全的电源定序和监控功能,无需使用一大堆的比较器、电阻、电容、定时器和逻辑。目前已推出了七种器件:ispPAC10,ispPAC20,ispPAC30,ispPAC80,ispPAC81,ispPAC-POWR1208和ispPAC-POWR604。第94页/共102页01:5695/102PAC-Desiner软件PAC-Desiner软件是美国Lattice公司

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论