《模拟电路设计》PPT课件.ppt

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1、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 Ao o愈愈大愈好。理想运

2、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。为了。为了使，等效在输入端

3、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，对信号源影响愈小。也就是也就是r ridid对信号

4、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运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性带带宽宽BWBW，又又称称单单位位增增益益带带宽宽或或增增益益带带宽宽积积。指指的的是是当当运运放放的的闭闭环环增增益益为为1 1（即即0dB0dB）时时的的带带宽宽。一一般般增增益益与与带带宽宽的的乘乘积积为为一一常常数数，故故闭闭环环增增益益愈愈高高，实实

5、际际运运放放电电路路的的带带宽宽愈愈小小。运运放放的的BWBW主主要要由由芯芯片片内内部部的的器器件件与与电电路路决决定定。理理想想运运放放的的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 虚地虚地虚短虚短 第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3.1.23.1.2几类常用的运放放大器

6、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通常常型型运运放放电电特特性性一一般般，但但价价格格低低廉廉，典典型型代代表表有有LM741LM741、LM124/224/324LM124/224/324（单单、双双、四四运运放放封封装装），其其特特性性如如表表3.1.33.1.3和和表表3.1.23.1.2所所示示。其其中中单单运运放放通通常常带带有有失失调调补补偿偿调调整整端端。此此类类运运放放常常用用于于低低价价位位电电子子产品产品 2.2.低失调、低漂移运算放大器低失调、低漂移运算放大器此此类类运运放放的的电电性性能能比比通通用用型型的的要要高高，特特别别是是失失调调电

7、电压压要要小小得得多多，其其代代表表有有OP07/OP27/OP37OP07/OP27/OP37，它它们们都都是是单单运运放放封封装装，其其特特性性参参阅阅表表3.1.23.1.2。此此类类运运放放常常用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此类类运运放放芯芯片片内内部部输输入入为为MOSMOS管管，故故很很小小，输输入入电电阻阻很很高高。其其代代表表有有TL081/082/084TL081/082/084、CA3140CA3140、AD594AD594等等

8、。此此类类运运放放常常用用于于高高输输入入阻阻抗抗级级。其其中中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采采用用大大规规模模集集成成工工艺艺，输输入入级级使使用用了了MOSFETMOSFET，输输入入电电阻阻达达10101212。电电路路采采用用斩斩波波自自动动稳稳零零及及调调制制与与解解调调（200Hz200Hz）等等措措施施，使使小小至至1V1V，温温度度漂漂移移也也很很小小，应应用用时时无无须须失失调调调调整整，十十分分方方便便。特别适用于微弱信号

9、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3.1.43.1.4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

10、、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2V/2V/。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 模拟电路设计模拟电路设计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

11、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

12、设计模拟电路设计（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（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首先先应应根根据据输输入入信信号号的的极极性性，选选择择单单电电源源或或双双电电源源供供电电的的运运放放。只只有有输输入入信信号号为为单单极极性性的的正正信信号号时时才才能能使使用用单单电电源源供供电电的的运运放放。大大多多数数运运放放均均要要求求双双电电源源供供电电才才能能正正常常工工作作，只只有

13、有少少数数如如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 运运放放电电源源去去耦耦是是很很有有必必要要的的，特特别别在在系系统统总总增增益益很很高的前级电路，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放大电路设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

14、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当信信号号频频率率较较高高或或被被放放大大的的是是脉脉冲冲信信号号时时，采采用用高高BWBW、高高SRSR的的运运放放显显然然是是非非常常必必要要的的。为为获获得得足足够够的的带带宽宽，闭闭环环增增益益不不能能设设计计得得太太高高，一一

15、般般应应1010。图图3.1.23.1.2充充分分说说明明了了带带宽宽与与闭闭环环增增益益的的矛矛盾盾。需需要要注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从减减小小热热噪噪声声的的角角度度，反反馈馈回回路路电电阻阻的的阻阻值值要要尽尽量量小小一一些些。但但阻阻值值过过小小会会使使反反相相输输入入放放大大电电路路的的输输入入电阻降低。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

16、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放大电路设计要点放大电路设计要点7 7失调电压的补偿失调电压的补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。LM741LM741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

17、路设计模拟电路设计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

18、 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 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

19、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3.3 3.3 滤波器设计

20、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 滤滤波波器器是是一一种种频频域域变变换换电电路路。它它能能让让指指定定频频段段的的信信号号顺顺利利通通过过，甚甚至至还还能能放放大大，而而对对非非指指定定频频段段的的信信号号予予以以衰衰减。减。仅仅仅仅采采用用R R、L L、C C元元件件组组成成的的滤滤波波器器称称无无源源滤滤波波器器，含含有有晶晶体体管管或或运运算算放放大大器器的的称称为为有有源源滤滤波波器器，后后者者的的储储能能元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

21、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 FilterLab2.0FilterLab2.0是是美美国国MicrochipMicrochip公公司司推推出出的的一一款款创创新新的的滤滤波波器器免免费费下下载载软软件件。使使用用该该软软件件避避免免了了传传统统滤滤波波器器设计的繁琐计算。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）巴巴特特沃沃斯斯、贝贝塞塞尔尔、切切比比雪雪夫夫三三种种类类型型，其其中中贝贝塞塞尔尔

22、只只有有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。（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。（7 7）品质因素）品质因素Q Q：0.55.00.55.0（8 8）阻带衰减（）阻带衰减（Stopband AttenuationStopband Attenuation）：）：10dB

23、100dB10dB100dB第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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）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

24、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 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的的正正半半周周，S S1 1闭闭合合、S S2 2断断开开，电电容容C C1 1被被充充电电到到，在在（=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

25、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，

26、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 ，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

27、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2 2引脚可编程的开关电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

28、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 模拟电路设计模拟电路设计内部功能方框图内部功能方框图两两个个二二阶阶滤滤波波器器可可以以串串接接级级联联。信信号号输输入入端端分分别别为为ININA A和和ININB B。做做陷陷波波N N（Notch Notch FilterFilter）、HBPHBP、APAP（全全通通）和和BPBP、LPLP相相应应的的输输出出端端。M M0 0、M M1 1为为工工作作模模式式选选择择端端，仅仅MAX263/264MAX263/264有有。五五个个

29、引引脚脚F F0 0FF4 4为为f fCLKCLK/f f0 0之之比比的的编编程程端端。七七个个引引脚脚Q Q0 0QQ6 6为为两两个个滤滤波波器器各各自自品品质质因因数数值值的的编编程程端端。外外部部时时钟钟可可用用CLKACLKA、CLKBCLKB引引入入，也也可可由由CLKACLKA、OSCOSC、OUTOUT外外接接石石英英晶晶振振产产生生。MAX267/268MAX267/268内内部部还还设设有有一一个个缓缓冲运放。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、

30、BPFBPF、NFNF、APFAPF。（2 2）MAX267/268MAX267/268只能用做只能用做BPFBPF。（3 3）典典型型f fCLKCLK与与f f0 0的的范范围围如如表表3.3.13.3.1所所示示，MAX267/268MAX267/268仅仅工工作作于模式于模式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

31、 3F F2 2F F1 1F F0 0=00011B=00011B，即，即N=3N=3。（6 6）有相应滤波器设计软件）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FilterCA

32、DFilterCAD支持。支持。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计3 3MAX263/264/267/268MAX263/264/267/268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）内内部部滤滤波波器器的的Q Q值值也也是是电电路路电电压压增增益益值值，故故二二级级级级联联，芯芯片片总总增增益益为为Q Q2 2。应应用用设设计计时时必必须须注注意意到到这这一一点。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）单单电电源源供供电电，Q Qn n、F Fn n低低电电平平接接地地；双双电

33、电源源供供电电，Q Qn n、F Fn n低电平接低电平接5V5V。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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

34、冲放大器设计增益=1=1，可由，可由10k10k予调电位予调电位器调整。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 输输入入信信号号在在加加入入MAX268MAX268时时进进行行了了0.250.25倍倍衰衰减减，以保证器件工作时不限幅。以保证器件工作时不限幅。输输入入信信号号由由OP27OP27进进行行限限幅幅放放大大，经经比比较较器器LM311LM311整整形形为为方方波波。锁锁相相环环

35、HC4046HC4046和和计计数数器器HC390HC390组组成成了了5050倍倍频频电电路路，使使MAX268MAX268时时钟钟信信号号的的频频率率在在整整个个测测量量范范围围内内（20Hz20kHz20Hz20kHz）自自动动保保持持为为输输入入信信号号频频率率的的5050倍倍，即即MAX268MAX268的的带带通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。此此电电路路有有两两个个重重要要用用途途：一一是是可可将将方方波波脉脉冲冲变变换换为为正正弦弦波波；二二是是电电路路的的输输出出就就是是输输入入信信号号的的基波，可用于进行失真度测量等。基波，

36、可用于进行失真度测量等。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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

37、上）、允许输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工程上

38、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”。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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：它有时又称为电流调整率。实际上它就是稳它有时又称

39、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。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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：式式中中V Vnppnpp和和V Vmppmpp分分别别为为稳稳压压电电路路输输入入和和输输出出纹纹波波电电压压的的峰峰值值。反反映映了了输输出出直直流流电电压压中中的的交交流流成成份份。有有时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。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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

40、耗情况效率反映了稳压电路的电能损耗情况:式式中中P P0 0和和P Pi i分分别别为为稳稳压压电电路路的的输输出出与与输输入入直直流流功功率率。对对于于电电池池供供电电的的便便携携式式电电子子系系统统，电电源源的效率至为重要。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：第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计2 2三端集成线性稳压电路设计三端集成线性稳压电路设计 （1 1）常用三端集成稳压器）常用三端集成稳压器78007800系系列列三三端端固固定定正正电电压压输输出出的的线线性性集集成成稳稳压压器器、79007900系系列列三三端

41、端固固定定负负电电压压输输出出的的线线性性集集成成稳稳压压器器以以及及LM117/217/317LM117/217/317系系列列三三端端可可调调正正输输出出线线性性集集成成稳稳压压器器、LM137/I37/337LM137/I37/337系系列列三三端端可可调调负负输输出出的的线线性性集集成成稳稳压压器器，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（固定输出器件）。芯芯片片内内部部设设有有过过热热保保护护、限限流流保保护护和和调调整整管管安安全全工工作作区区保保护。护。性性能能优优良良的的稳稳压压系系数数、负负载载调调整整率率和和纹纹波波抑

42、抑制制比比，完完全全能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、LM117/217/317LM117/217/317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几种三端集成

43、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。0.33F0.33F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。0.1F0.1F电电容可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7900

44、7900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 V0 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

45、电压 IadjIadj为调整端输出电流，通常为调整端输出电流，通常1A1A。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计（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 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计设设需需要要稳稳压压电电源源的的输输出出电电压压V V0 0=5V5%=5V5%，考考虑虑到到一一般般数数字字器器件件电电源源电电压压的的容容差差为为10%10%，故故这这一一设设定定是是合合适适的的。最最大大输输出出电电流流I I0 0=0.4A=0.4

46、A，纹波电压，纹波电压50mV50mV。首首先先应应选选择择三三端端稳稳压压器器，78057805可可以以满满足足上上述述要要求求：它它的的V V0 0=5V=5V，输输出出电电压压最最大大差差容容4%4%，实实际际上上一一般般均均2%68db68db，在在V V0 0=5V=5V时时，纹纹波波电电压压应应小小于于2mV2mV（纹纹波波抑抑制制比比RR=20lgRR=20lg(V(Vn n/V/Vo o)，V Vn n为纹波电压）。为纹波电压）。其其次次应应确确定定78057805的的最最低低入入端端电电压压V Vi i。由由于于三三端端集集成成稳稳压压器器输输入入-输输出出间间的的压压差差V

47、 Vdodo=V Vi iV V0 0必必须须2V2V。考考虑虑到到留留有有一一定定余余量量，V Vd do o取取为为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 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三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计滤滤波波电电容容C C1 1容容量量主主要要由由电电压压调调整整率率、纹纹波波要要求求和和负负载载来来决决定定

48、。在在采采用用桥桥式式等等全全波波整流电路时，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 V0 0/I I0 0=12.5=12.5，故，故C C1 1(2400(24004000)F4000)F。这里取。这里取C C1 1=3300F/16V=3300F/16V。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三端集成稳压电路设计三端集成稳压电路设计V Vi i在在负负载载开开路路时时为为 ，但但由由于于单单电电容容滤滤波波其其负负载载特特性性非非常常软软，即即随随负负载载

49、加加重重，V Vi i下下降降很很显显著著，通常通常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 2，则，则V V2max2max=8V=8V。由由于于一一般般电电子子系系统统电电源源电电压压的的容容许许范范围围为为10%10%，故故在在V V1 1=198V=198V也也要要保保证证V V2 28V8V，所所以以V V2 2取取9V9V是是 合合 理理 的的。必必 需需 注注 意意 到到 在在V V1 1=242V=242V时时，V V2 29.9V9.9V。这这一一情情况况在在下下面面讨讨论论三三端端稳稳压压器器功功耗时有意义的。

50、耗时有意义的。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计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 ID D（AVAV）(0.7(0.71)A1)A，可可取取为为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由表表2.3.12.3.1二二极极管管电电特特性性表表中中可可以以看看出出1N40011N4001已已满满足足电电路路要要求求。当当然然也也可可以以选选用用1A1A，反反向向电电压压50V50V的的整整流流桥桥，如如KBP01GKBP01G（）。）。第第3 3章章 模拟电路设计模拟电路设计三