电子系统设计――第3章模拟系统设计(讲稿)

1TM成都理工大学工程技术学院电子信息工程系《电子系统设计》第3章模拟电子系统设计授课人：石坚（讲师）2TM2《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚本章课授课提纲模拟信号产生电路模拟信号的常用处理电路模拟信号变换电路模拟系统设计举例3TM3《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚模拟信号产生电路1、LC正弦波振荡电路——选频特性RCLZ0(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻LC10当时，并联谐振。谐振时，电路呈阻性：-+LCRiCiLiu4TM4《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。CLQCQLQRCLZ000谐振时LC并联谐振电路相当一个大电阻。o|Z|Q小Q大1、LC正弦波振荡电路——频率特性5TM5《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚仍然由LC并联谐振电路构成选频网络原理：uf与uo反相uuCLL12fouuo1LC2Lfuf与uo同相电感三点式：电容三点式：uuf2o1CCLuf与uo反相uuLCoC12fuf与uo同相2、三点式LC振荡电路的连接特性6TM6《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚振荡频率：CMLLLCf)2(2121210VRccCbcRb1Rb2eLe2CRC1L（+）（+）（-）VCbRLb2b1ccL1eR2CeCR（+）（+）（+）3、电感三点式LC振荡电路7TM7《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4.电容三点式LC振荡电路振荡频率：212102121CCCCLLCfV2eRRRb1CCcceb2c1RbCCL（+）（+）（-）VRRReb21eCcc2CLbb1CC（+）（+）（+）8TM8《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚5、单片函数发生器MAX038及其应用电路（1）性能特点输出频率范围为0.1Hz～20MHz。可产生精确的三角波、锯齿波、正弦波、方波和脉冲波。输出波形频率和占空比独立可调，占空比最大调节范围是10％～90％。0.1Ω低阻抗输出缓冲，输出电源电压峰～峰值为２Ｖ，具有输出过载／短路保护。输出正弦波失真度为0.75％。内部功能齐全．外用电路简单，使用方便。9TM9《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（2）MAX038引脚排列及功能说明10TM10《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（3）MAX038基本工作原理11TM11《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（4）MAX038典型应用电路12TM12《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（5）MAX038构成的锁相环电路13TM13《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（1）锁相环原理1.压控振荡器的输出经过采集并分频；2.和基准信号同时输入鉴相器；3.鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；4.控制VCO，使它的频率改变；5.这样经过一个很短的时间，VCO的输出就会稳定于某一期望值。14TM14《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（2）锁相环频率合成器原理15TM15《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（3）74HC4046引脚功能定义16TM16《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（4）74HC4046内部功能框图17TM17《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（5）74HC4046典型应用一：电压频率（V/F）转换电路当输入电压Vi从VSS到VDD变化时，将会引起压控振荡器的输出频率的变化。其输出频率的大小依赖于外接部件R1和C1值的不同而不同。18TM18《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（6）74HC4046典型应用二：警报器电路R2、C3组成积分电路，R4和C1控制警报器的重复频率，R1和C2控制压控振荡器的输出频率，R2C3以及R3C3控制输出变频的变化率。只要调节以上几组RC的时间常数就可获得警报声音的多种变化。19TM19《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚6、锁相频率合成电路（7）74HC4046典型应用三：方波发生器电路振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R1阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波信号从4脚输出。按图示数值，振荡频率变化范围为20Hz～2KHz。20TM20《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（8）74HC4046典型应用四：频率倍增电路在环路锁定时，除以100计数器的输出端Q4B的输出频率等于输入频率,从而在锁相环的压控振荡器的输出端4脚得到倍增100倍的输出频率。6、锁相频率合成电路21TM21《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（1）DDS基本原理DDS工作时，频率控制字（FCW）在每一个时钟周期内与相位累加器累加一次，得到的相位值（0~2π）在每一个时钟周期内以二进制码的形式作为正弦查询表ROM的地址，将相位信息转变成相应的数字化正弦幅度值，ROM输出的数字化波形序列再经数模转换器（DAC）实现量化数字信号到模拟信号的转变，最后DAC输出的阶梯序列波通过低通滤波器（LPF）平滑滤波后得到一个纯净的正弦信号。7、DDS信号发生器及其典型器件应用22TM22《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（2）AD9833简介7、DDS信号发生器及其典型器件应用23TM23《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（3）AD9833的功能框图7、DDS信号发生器及其典型器件应用24TM24《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（4）AD9833典型应用7、DDS信号发生器及其典型器件应用25TM25《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚模拟信号的常用处理电路1、集成运算放大器及其典型参数（1）输入失调电压UIO（2）输入偏置电流IIB（3）输入失调电流IIO（4）温度漂移（5）开环差模电压放大倍数（增益）Aod（6）差模输入电阻Rid（7）最大差模输入电压Uidmax（8）最大共模输入电压Uicmax（9）转换速率SR（10）开环带宽BW0.7和单位增益带宽BWG（11）电源电压抑制比KSVR（12）共模抑制比KCMR26TM26《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚集成运算放大器的调零电路27TM27《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚2、集成运算放大器的应用（1）双电源交流电压放大器28TM28《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚2、集成运算放大器的应用（2）单电源交流电压放大电路29TM29《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚2、集成运算放大器的应用（3）差动放大器30TM30《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚2、集成运算放大器的应用（4）电流反馈型放大器31TM31《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚2、集成运算放大器的应用32TM32《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚3、仪表放大器及其典型应用（1）AD526内部电路结构与基本接法33TM33《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚3、仪表放大器及其典型应用（2）AD526典型应用——多增益智能测量电路34TM34《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（1）2阶压控电压源（VCVS）低通滤波器35TM35《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（2）2阶无限增益多路反馈（MFB）低通滤波器36TM36《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（3）2阶压控电压源（VCVS）高通滤波器37TM37《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（4）2阶无限增益多路反馈（MFB）高通滤波器38TM38《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（5）2阶压控电压源带通滤波器39TM39《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（6）多重反馈带通滤波器电路40TM40《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚4、滤波器及其设计（7）双T带阻滤波器41TM41《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（8）由带通变换到带阻的设计方法42TM42《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚模拟信号变换电路1、电压比较器及其应用（1）集成电压比较器LM311特性43TM43《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（2）具有失调平衡分离电源的过零电压比较器电路1、电压比较器及其应用可调电阻用于调零，若无需调零，可将引脚5、6短接以防止振荡，工作频率不高时也可将此2引脚悬空。图中虽采用双极性电源，但1脚接地，仍为单极性输出44TM44《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（3）具有选通控制的电压比较器电路1、电压比较器及其应用若三极管饱和导通，引脚6为低电平，比较器输出变为与输入无关的高电平。当引脚6为高电平或悬空，比较器又恢复正常工作。45TM45《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（1）LM331构成的V/F变换电路2、VFC与FVC及其应用46TM46《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（1）LM331构成的V/F变换电路2、VFC与FVC及其应用原理：Vi输入正电压，输入比较器输出高电平，RS触发器输出高电平，f0输出低电平，同时复零晶体管截止，Vcc通过R2对C2充电，充电到大于2/3Vcc，定时比较器输出高电平使RS触发器复位输出低电平，f0输出高电平。RS触发器复位同时电子开关断开C3对R3放电，当放电电压低至Vi时，输入比较器再次输出高电平，如此周而复始，形成自激振荡。47TM47《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（2）LM331构成的F/V变换电路48TM48《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚（2）LM331构成的F/V变换电路原理：输入脉冲fi经R1、C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端，同相输入端有2/3Vcc的电压，反相输入端加有Vcc直流电压。当输入脉冲下降沿到来，经微分电路产生一负尖脉冲叠加到Vcc上，若负尖脉冲大于1/3Vcc，输入比较器输出高电平使触发器置位，IR对CL充电，Vcc对Ct充电。当Ct两端电压达到2/3Vcc时，定时比较器输出高电平使触发器复位，CL对RL放电，Ct迅速放电，当下一次输入脉冲到来，重复上述过程形成周而复始过程。49TM49《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚附：关于耦合电路和微分电路50TM50《电子系统设计》成都理工大学工程技术学院石坚LM331V/F转换构成的两种F/V转换电路