第3章模擬電路設(shè)計(jì)ppt課件

1、第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.1 3.1 運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性3.2 3.2 放大器設(shè)計(jì)放大器設(shè)計(jì)3.3 3.3 濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)3.4 3.4 電源電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì)第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.1 3.1 運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性3.1.1 3.1.1 運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性 開(kāi)環(huán)增益直接影響運(yùn)算精度和許多特性目的，開(kāi)環(huán)增益直接影響運(yùn)算精度和許多特性目的，AoAo愈大愈好。理想運(yùn)算放大

2、器愈大愈好。理想運(yùn)算放大器AoAo為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。 輸入偏置電路輸入偏置電路IIBIIB，表示了運(yùn)放輸入端正常任，表示了運(yùn)放輸入端正常任務(wù)時(shí)需提供的偏置電流務(wù)時(shí)需提供的偏置電流 ，它的大小間接反映，它的大小間接反映了運(yùn)放芯片的輸入電阻。了運(yùn)放芯片的輸入電阻。IIBIIB愈小，輸入電阻愈小，輸入電阻愈大，芯片的溫漂和運(yùn)算精度愈高。理想運(yùn)放。愈大，芯片的溫漂和運(yùn)算精度愈高。理想運(yùn)放。 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIOVIO反映了運(yùn)放芯片本身輸入級(jí)反映了運(yùn)放芯片本身輸入級(jí)差分對(duì)管的對(duì)稱程度，所以當(dāng)差分對(duì)管的對(duì)稱程度，所以當(dāng)VI=0VI=0時(shí)，時(shí)，VO VO 0 0。為了使，等效在輸入端施加的補(bǔ)償電

3、壓。為了使，等效在輸入端施加的補(bǔ)償電壓失調(diào)補(bǔ)償調(diào)零電位器不起作用時(shí)即為失調(diào)補(bǔ)償調(diào)零電位器不起作用時(shí)即為VIO VIO 。愈小愈好，理想運(yùn)放愈小愈好，理想運(yùn)放VIO =0VIO =0。第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性差模輸入電阻差模輸入電阻ridrid指的是輸入端參與差模指的是輸入端參與差模信號(hào)時(shí)，運(yùn)放芯片的輸入呈現(xiàn)的電阻。信號(hào)時(shí)，運(yùn)放芯片的輸入呈現(xiàn)的電阻。ridrid愈大，意味著從信號(hào)源或前級(jí)電路愈大，意味著從信號(hào)源或前級(jí)電路提取的電能愈小，對(duì)信號(hào)源影響愈小。提取的電能愈小，對(duì)信號(hào)源影響愈小。也就是也就是ridrid對(duì)信號(hào)源而言，就相當(dāng)于它的對(duì)信

4、號(hào)源而言，就相當(dāng)于它的負(fù)載。理想運(yùn)放的負(fù)載。理想運(yùn)放的rid rid 為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。 理想運(yùn)放輸出電阻理想運(yùn)放輸出電阻roro。理想閉環(huán)電路。理想閉環(huán)電路ro=0ro=0，roro表征器件對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)才干。表征器件對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)才干。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性帶寬帶寬BWBW，又稱單位增益帶寬或增益帶寬，又稱單位增益帶寬或增益帶寬積。指的是當(dāng)運(yùn)放的閉環(huán)增益為積。指的是當(dāng)運(yùn)放的閉環(huán)增益為1 1即即0dB0dB時(shí)的帶寬。普通增益與帶寬的乘積時(shí)的帶寬。普通增益與帶寬的乘積為一常數(shù)，故閉環(huán)增益愈高，實(shí)踐運(yùn)放為一常數(shù)，故閉環(huán)增益愈高，實(shí)踐運(yùn)放電

5、路的帶寬愈小。運(yùn)放的電路的帶寬愈小。運(yùn)放的BWBW主要由芯片主要由芯片內(nèi)部的器件與電路決議。理想運(yùn)放的內(nèi)部的器件與電路決議。理想運(yùn)放的BW BW 為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。轉(zhuǎn)速速率轉(zhuǎn)速速率SRSR亦稱亦稱“壓擺率，反映了運(yùn)放壓擺率，反映了運(yùn)放對(duì)輸入信號(hào)的呼應(yīng)速度，即輸出信號(hào)對(duì)對(duì)輸入信號(hào)的呼應(yīng)速度，即輸出信號(hào)對(duì)時(shí)間變化的斜率時(shí)間變化的斜率 . .第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器的根本特性運(yùn)算放大器的根本特性2 2運(yùn)算放大器的一個(gè)運(yùn)算放大器的一個(gè)重要特性重要特性三三“虛虛虛斷虛斷 虛地虛地虛短虛短 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.1.23.1.2幾類常用的運(yùn)放放大器幾類常用

6、的運(yùn)放放大器 1. 1. 通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器通常型運(yùn)放電特性普通，但價(jià)錢低通常型運(yùn)放電特性普通，但價(jià)錢低廉 ， 典 型 代 表 有廉 ， 典 型 代 表 有 L M 7 4 1L M 7 4 1 、LM124/224/324LM124/224/324單、雙、四運(yùn)放封單、雙、四運(yùn)放封裝，其特性如表裝，其特性如表3.1.33.1.3和表和表3.1.23.1.2所示。其中單運(yùn)放通常帶有失調(diào)補(bǔ)所示。其中單運(yùn)放通常帶有失調(diào)補(bǔ)償調(diào)整端。此類運(yùn)放常用于低價(jià)位償調(diào)整端。此類運(yùn)放常用于低價(jià)位電子產(chǎn)品電子產(chǎn)品 2. 2. 低失調(diào)、低漂移運(yùn)算放大器低失調(diào)、低漂移運(yùn)算放大器此類運(yùn)放的電性能比通用型的要高

7、，此類運(yùn)放的電性能比通用型的要高，特別是失調(diào)電壓要小得多，其代表特別是失調(diào)電壓要小得多，其代表有有OP07/OP27/OP37OP07/OP27/OP37，它們都是單運(yùn)，它們都是單運(yùn)放封裝，其特性參閱表放封裝，其特性參閱表3.1.23.1.2。此類。此類運(yùn)放常用在要求較高的電路。運(yùn)放常用在要求較高的電路。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)幾類常用的運(yùn)放放大器幾類常用的運(yùn)放放大器3. 3. 低輸入偏壓電流運(yùn)算放大器低輸入偏壓電流運(yùn)算放大器此類運(yùn)放芯片內(nèi)部輸入為此類運(yùn)放芯片內(nèi)部輸入為MOSMOS管，故管，故很小，輸入電阻很高。其代表有很小，輸入電阻很高。其代表有TL081/082/084T

8、L081/082/084、CA3140CA3140、AD594AD594等。等。此類運(yùn)放常用于高輸入阻抗級(jí)。其此類運(yùn)放常用于高輸入阻抗級(jí)。其中中AD549AD549由于超低的常用于微弱電流由于超低的常用于微弱電流丈量。丈量。4. 4. 斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器ICL7650ICL7650ICL7650ICL7650采用大規(guī)模集成工藝，輸入采用大規(guī)模集成工藝，輸入級(jí)運(yùn)用了級(jí)運(yùn)用了MOSFETMOSFET，輸入電阻達(dá)，輸入電阻達(dá)10121012。電路采用斬波自動(dòng)穩(wěn)零及。電路采用斬波自動(dòng)穩(wěn)零及調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)200Hz200Hz等措施，使小等措施，使小至至1V1V，溫度漂移也很小

9、，運(yùn)用時(shí)無(wú)，溫度漂移也很小，運(yùn)用時(shí)無(wú)須失調(diào)調(diào)整，非常方便。特別適用須失調(diào)調(diào)整，非常方便。特別適用于微弱信號(hào)放大。于微弱信號(hào)放大。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)幾類常用的運(yùn)放放大器幾類常用的運(yùn)放放大器5. 5. 寬帶運(yùn)算放大器寬帶運(yùn)算放大器這一類運(yùn)放以這一類運(yùn)放以AD8011AD8011、CF357CF357等為代表，等為代表，其其BW100MHzBW100MHz，在放大高頻率信號(hào)時(shí)，在放大高頻率信號(hào)時(shí)必需運(yùn)用它們。必需運(yùn)用它們。6. 6. 增益可編程運(yùn)算放大器增益可編程運(yùn)算放大器圖圖3.1.43.1.4為經(jīng)過(guò)引腳可編程增益的運(yùn)放為經(jīng)過(guò)引腳可編程增益的運(yùn)放PG103PG103。經(jīng)過(guò)。

10、經(jīng)過(guò)A1A1、A0A0兩引腳的控制電兩引腳的控制電平可使運(yùn)放的增遞分別為平可使運(yùn)放的增遞分別為1 1、1010、100100。增益誤差在。增益誤差在G=10G=10時(shí)為時(shí)為0.05%0.05%。失調(diào)電壓的溫度系數(shù)為失調(diào)電壓的溫度系數(shù)為2V/2V/。它。它有有8 8腳塑料腳塑料DIPDIP和和SO-8SO-8兩種封裝方式。兩種封裝方式。類似的還有類似的還有AD8520AD8520等。等。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)增益可編程運(yùn)算放大器增益可編程運(yùn)算放大器 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.2 3.2 放大器設(shè)計(jì)放大器設(shè)計(jì) 3.2.1 3.2.1 負(fù)反響電路負(fù)反響電路 圖圖

11、3.2.23.2.2為基于運(yùn)放的閉環(huán)負(fù)反響電路的為基于運(yùn)放的閉環(huán)負(fù)反響電路的根本構(gòu)造。它由開(kāi)環(huán)增益為根本構(gòu)造。它由開(kāi)環(huán)增益為A0A0的運(yùn)放，的運(yùn)放，反響網(wǎng)絡(luò)組成。圖中箭頭代表信號(hào)流向。反響網(wǎng)絡(luò)組成。圖中箭頭代表信號(hào)流向。 理想閉環(huán)增益僅取決理想閉環(huán)增益僅取決于反響系數(shù)于反響系數(shù)，與運(yùn)，與運(yùn)放芯片、電源電壓、放芯片、電源電壓、溫度、信號(hào)參數(shù)等要溫度、信號(hào)參數(shù)等要素?zé)o關(guān)。這就是閉環(huán)素?zé)o關(guān)。這就是閉環(huán)負(fù)反響運(yùn)放大電路增負(fù)反響運(yùn)放大電路增益穩(wěn)定性高，能有效益穩(wěn)定性高，能有效改善波形失真、頻率改善波形失真、頻率特性的根本緣由。特性的根本緣由。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.2.2 3.2.

12、2 根本放大電路根本放大電路 1 1反相輸入放大電路反相輸入放大電路 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)2 2同相輸入放大電路同相輸入放大電路第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3 3差分輸入放大電路差分輸入放大電路 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.2.3 3.2.3 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1 1單雙電源運(yùn)算放大器的選擇單雙電源運(yùn)算放大器的選擇首先應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的極性，選擇首先應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的極性，選擇單電源或雙電源供電的運(yùn)放。只需單電源或雙電源供電的運(yùn)放。只需輸入信號(hào)為單極性的正信號(hào)時(shí)才干輸入信號(hào)為單極性的正信號(hào)時(shí)才干運(yùn)用單電源供電的運(yùn)放。大多數(shù)運(yùn)運(yùn)用單電源

13、供電的運(yùn)放。大多數(shù)運(yùn)放均要求雙電源供電才干正常任務(wù)，放均要求雙電源供電才干正常任務(wù)，只需少數(shù)如只需少數(shù)如LM324LM324、LM358LM358之類的運(yùn)之類的運(yùn)放允許單電源供電。放允許單電源供電。2 2電源去耦電源去耦 運(yùn)放電源去耦是很有必要的，特別運(yùn)放電源去耦是很有必要的，特別在系統(tǒng)總增益很高的前級(jí)電路，更在系統(tǒng)總增益很高的前級(jí)電路，更是不可或缺。是不可或缺。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)3 3弱信號(hào)放大的相關(guān)問(wèn)題弱信號(hào)放大的相關(guān)問(wèn)題 從降低噪聲，提高信噪比以利于從降低噪聲，提高信噪比以利于弱信號(hào)放大的角度出發(fā)，需留意弱信號(hào)放大的角度出發(fā)，需留意

14、以下各點(diǎn)：以下各點(diǎn)：1 1選用低噪聲的運(yùn)算放大器選用低噪聲的運(yùn)算放大器 2 2采用噪聲極微的分立元件采用噪聲極微的分立元件FETFET對(duì)管構(gòu)成前置差分放大電路對(duì)管構(gòu)成前置差分放大電路3 3閉環(huán)負(fù)反響電路采用阻值閉環(huán)負(fù)反響電路采用阻值較低的線繞電阻較低的線繞電阻 4 4利用選頻、濾波等措施降利用選頻、濾波等措施降低白噪聲低白噪聲 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)4 4寬帶放大寬帶放大當(dāng)信號(hào)頻率較高或被放大的是脈沖信號(hào)當(dāng)信號(hào)頻率較高或被放大的是脈沖信號(hào)時(shí)，采用高時(shí)，采用高BWBW、高、高SRSR的運(yùn)放顯然是非常的運(yùn)放顯然是非常必要的。為獲得足夠的帶寬，閉環(huán)增

15、益必要的。為獲得足夠的帶寬，閉環(huán)增益不能設(shè)計(jì)得太高，普通應(yīng)不能設(shè)計(jì)得太高，普通應(yīng)1010。圖。圖3.1.23.1.2充分闡明了帶寬與閉環(huán)增益的矛盾。需充分闡明了帶寬與閉環(huán)增益的矛盾。需求留意的是信號(hào)的帶寬應(yīng)明顯低于閉環(huán)求留意的是信號(hào)的帶寬應(yīng)明顯低于閉環(huán)帶寬。帶寬。5 5放大器反響回路電阻阻值的選擇放大器反響回路電阻阻值的選擇從減小熱噪聲的角度，反響回路電阻的從減小熱噪聲的角度，反響回路電阻的阻值要盡量小一些。但阻值過(guò)小會(huì)使反阻值要盡量小一些。但阻值過(guò)小會(huì)使反相輸入放大電路的輸入電阻降低。通常相輸入放大電路的輸入電阻降低。通常以千歐數(shù)量級(jí)采用較多。以千歐數(shù)量級(jí)采用較多。 第第3 3章章 模擬電路

16、設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)6 6運(yùn)算放大器的維護(hù)措施運(yùn)算放大器的維護(hù)措施 圖3.2.10 運(yùn)放的維護(hù)電路 圖3.2.11 運(yùn)放輸出電壓限幅電路 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)7 7失調(diào)電壓的補(bǔ)失調(diào)電壓的補(bǔ)償償由于失調(diào)電壓的存由于失調(diào)電壓的存在，使運(yùn)放的零點(diǎn)在，使運(yùn)放的零點(diǎn)不為零。不為零。LM741LM741之之類運(yùn)放本身帶有補(bǔ)類運(yùn)放本身帶有補(bǔ)償 端 ， 可 按 圖償 端 ， 可 按 圖3.1.13.1.1b b外接電外接電位器位器W W調(diào)整之。對(duì)調(diào)整之。對(duì)于無(wú)調(diào)零端的運(yùn)放于無(wú)調(diào)零端的運(yùn)放可以采用圖可以采用圖3.2.123.2.12

17、電路來(lái)進(jìn)展失調(diào)補(bǔ)電路來(lái)進(jìn)展失調(diào)補(bǔ)償。償。 圖3.2.12 運(yùn)放的外加調(diào)零電路第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)8 8擴(kuò)展輸出電流與擴(kuò)展輸出電壓擴(kuò)展輸出電流與擴(kuò)展輸出電壓 9 9留意運(yùn)放的穩(wěn)定性留意運(yùn)放的穩(wěn)定性 1010優(yōu)良的工藝是放大器質(zhì)量的保證優(yōu)良的工藝是放大器質(zhì)量的保證 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.2.4 3.2.4 運(yùn)算放大器的參數(shù)對(duì)放大器性能的影響運(yùn)算放大器的參數(shù)對(duì)放大器性能的影響 工程上設(shè)計(jì)一個(gè)放大器往往是以理想運(yùn)工程上設(shè)計(jì)一個(gè)放大器往往是以理想運(yùn)放為根據(jù)，根據(jù)簡(jiǎn)化的公式進(jìn)展。當(dāng)設(shè)放為根據(jù)，根據(jù)簡(jiǎn)化的公式進(jìn)展。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)精細(xì)放大或

18、運(yùn)算電路時(shí)，實(shí)踐運(yùn)計(jì)一個(gè)精細(xì)放大或運(yùn)算電路時(shí)，實(shí)踐運(yùn)放參數(shù)的影響不可忽略。放參數(shù)的影響不可忽略。 1 1開(kāi)環(huán)增益開(kāi)環(huán)增益A0 A0 2 2CMRRCMRR的影響的影響 3 3輸入、輸出電阻輸入、輸出電阻 4 4輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.2.5 3.2.5 放大電路輔助設(shè)計(jì)軟件放大電路輔助設(shè)計(jì)軟件 美國(guó)美國(guó)MicrochipMicrochip公司的公司的AmpLABTMAmpLABTM運(yùn)算放大運(yùn)算放大器電路的輔助設(shè)計(jì)軟件，可用于同相、器電路的輔助設(shè)計(jì)軟件，可用于同相、反相和由二個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器三反相和由二個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器三種放大電路的設(shè)計(jì)。

19、在選定放大電路類種放大電路的設(shè)計(jì)。在選定放大電路類型后，只需輸入相關(guān)參數(shù)，就可以自動(dòng)型后，只需輸入相關(guān)參數(shù)，就可以自動(dòng)獲得設(shè)計(jì)好的電路，并可產(chǎn)出文本格式獲得設(shè)計(jì)好的電路，并可產(chǎn)出文本格式的的SPICE SPICE 模型。該軟件還可以提供普通模型。該軟件還可以提供普通的建議、不同任務(wù)溫度時(shí)應(yīng)思索的事項(xiàng)的建議、不同任務(wù)溫度時(shí)應(yīng)思索的事項(xiàng)以及能夠遇到的圈套。以及能夠遇到的圈套。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)放大電路輔助設(shè)計(jì)軟件放大電路輔助設(shè)計(jì)軟件電路的設(shè)計(jì)分三個(gè)步驟：電路的設(shè)計(jì)分三個(gè)步驟：1 1電路的選擇與參數(shù)的設(shè)定電路的選擇與參數(shù)的設(shè)定 2 2設(shè)計(jì)結(jié)果輸出設(shè)計(jì)結(jié)果輸出 3 3設(shè)計(jì)技術(shù)信

20、息設(shè)計(jì)技術(shù)信息 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.3 3.3 濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì) 3.3.1 3.3.1 濾波器的根本特性濾波器的根本特性 濾波器是一種頻域變換電路。它濾波器是一種頻域變換電路。它能讓指定頻段的信號(hào)順利經(jīng)過(guò)，能讓指定頻段的信號(hào)順利經(jīng)過(guò)，甚至還能放大，而對(duì)非指定頻段甚至還能放大，而對(duì)非指定頻段的信號(hào)予以衰減。的信號(hào)予以衰減。僅僅采用僅僅采用R R、L L、C C元件組成的濾元件組成的濾波器稱無(wú)源濾波器，含有晶體管波器稱無(wú)源濾波器，含有晶體管或運(yùn)算放大器的稱為有源濾波器，或運(yùn)算放大器的稱為有源濾波器，后者的儲(chǔ)能元件只用電容器后者的儲(chǔ)能元件只用電容器C C 。第第3 3章

21、章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)圖圖3.3.2 3.3.2 四種理想濾波器的頻域與時(shí)域特性四種理想濾波器的頻域與時(shí)域特性 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.3.2 FilterLab3.3.2 FilterLab濾波器輔助設(shè)計(jì)工具濾波器輔助設(shè)計(jì)工具 FilterLab2.0FilterLab2.0是美國(guó)是美國(guó)MicrochipMicrochip公司推出的一款創(chuàng)新的公司推出的一款創(chuàng)新的濾波器免費(fèi)下載軟件。運(yùn)用該軟件防止了傳統(tǒng)濾波器濾波器免費(fèi)下載軟件。運(yùn)用該軟件防止了傳統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)的繁瑣計(jì)算。使設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。設(shè)計(jì)的繁瑣計(jì)算。使設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。 該軟件所設(shè)計(jì)的濾波器具有：該軟件所設(shè)計(jì)的濾波器具有

22、： 1 1巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫三種類型，其中貝巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫三種類型，其中貝塞爾只需塞爾只需LPFLPF一類濾波器。一類濾波器。 2 2階數(shù)階數(shù)1818。 3 3增益增益110110。 4 4LPFLPF、BPFBPF、HPFHPF三種類型。三種類型。 5 5有塞林凱和多重反響二種電路方式。有塞林凱和多重反響二種電路方式。 6 6通帶截止頻率通帶截止頻率Passband frequencyPassband frequency：0.1Hz1MHz0.1Hz1MHz。 7 7質(zhì)量要素質(zhì)量要素Q Q：0.55.00.55.0 8 8阻帶衰減阻帶衰減Stopband Attenuat

23、ionStopband Attenuation：10dB100dB10dB100dB第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.3.3 3.3.3 開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器 1 1開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理圖圖3.3.133.3.13a a的簡(jiǎn)單一階的簡(jiǎn)單一階LBP/LBP/濾波器，通帶截濾波器，通帶截止頻率止頻率fp=1/2 fp=1/2 ， =RC =RC。與其特性一樣的。與其特性一樣的開(kāi)關(guān)電容濾波器由開(kāi)關(guān)電容濾波器由MOSMOS模擬開(kāi)關(guān)，集成電容和運(yùn)模擬開(kāi)關(guān)，集成電容和運(yùn)放放OAOA組成，如圖組成，如圖b b所示。模擬開(kāi)關(guān)所示。模擬開(kāi)關(guān)S1S1、S2S2，電容電容C

24、1C1模擬等效的電阻模擬等效的電阻R R。其阻值受模擬開(kāi)關(guān)切。其阻值受模擬開(kāi)關(guān)切換頻率時(shí)鐘頻率換頻率時(shí)鐘頻率fCLKfCLK和和C1C1控制。圖控制。圖b b中中驅(qū)動(dòng)兩只模擬開(kāi)關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)分別為驅(qū)動(dòng)兩只模擬開(kāi)關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)分別為A A和和/A/A，兩，兩者反相。者反相。C2C2為積分電容。為積分電容。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理 在在A A的正半周，的正半周，S1S1閉合、閉合、S2S2斷開(kāi)，電容斷開(kāi)，電容C1C1被充電到，在被充電到，在=1/fCLK=1/fCLK期間所積累的電荷期間所積累的電荷Q=VixC1Q=VixC1； 平均輸入電

25、流平均輸入電流ii= VixC1/Tc ii= VixC1/Tc 。其等效模擬電阻為。其等效模擬電阻為 Ri=Vi/ii=1/CfclkRi=Vi/ii=1/Cfclk 在在/A/A的正半周，的正半周，S1S1斷開(kāi)、斷開(kāi)、S2S2閉合，閉合，C1C1上的電荷將轉(zhuǎn)移至上的電荷將轉(zhuǎn)移至C2C2。 電路的等效時(shí)間常數(shù)為電路的等效時(shí)間常數(shù)為t=RiC2=C2/C1fCLKt=RiC2=C2/C1fCLK第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理開(kāi)關(guān)電容濾波的根本原理在集成芯片制造時(shí)，兩個(gè)電容之比可視為兩個(gè)在集成芯片制造時(shí)，兩個(gè)電容之比可視為兩個(gè)電容的面積之比，其誤差可控制在電容的面

26、積之比，其誤差可控制在1%1%以內(nèi)，從以內(nèi)，從而保證了濾波器電參數(shù)的穩(wěn)定性。而保證了濾波器電參數(shù)的穩(wěn)定性。fCLKfCLK可以很容易的改動(dòng)可以很容易的改動(dòng) ，相對(duì)也比較容易，相對(duì)也比較容易得到等效的較大容量的電容。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)控制得到等效的較大容量的電容。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)控制fCLKfCLK可以有效的控制濾波器的頻率特性，如可以有效的控制濾波器的頻率特性，如fp fp 。當(dāng)當(dāng)fCLKfCLK由晶振振蕩器提供時(shí)，更是保證了濾波由晶振振蕩器提供時(shí)，更是保證了濾波器電參數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。由于上述優(yōu)點(diǎn)，器電參數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。由于上述優(yōu)點(diǎn)，加上構(gòu)造簡(jiǎn)便，運(yùn)用靈敏，使其得到愈來(lái)愈廣加上構(gòu)造簡(jiǎn)便，運(yùn)用靈敏，使

27、其得到愈來(lái)愈廣泛的運(yùn)用，本身的開(kāi)展也很迅速。泛的運(yùn)用，本身的開(kāi)展也很迅速。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)2 2引腳可編程的開(kāi)關(guān)電容濾波器引腳可編程的開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX263/264/267/268 MAX263/264/267/268 圖圖3.3.143.3.14為該系列濾波器的內(nèi)部方框圖。它由兩個(gè)二為該系列濾波器的內(nèi)部方框圖。它由兩個(gè)二階開(kāi)關(guān)電容濾波器，階開(kāi)關(guān)電容濾波器，f0f0中心頻率邏輯控制，質(zhì)量中心頻率邏輯控制，質(zhì)量因數(shù)因數(shù)Q Q邏輯控制，任務(wù)方式邏輯控制，任務(wù)方式MODEMODE處置，時(shí)鐘二分頻，處置，時(shí)鐘二分頻，時(shí)鐘時(shí)鐘CMOSCMOS反相器及緩沖運(yùn)算放大器僅反相器及

28、緩沖運(yùn)算放大器僅MAX267/268MAX267/268有有等部分組成。等部分組成。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)內(nèi)部功能方框圖內(nèi)部功能方框圖 兩個(gè)二階濾波器可以串接級(jí)聯(lián)。信號(hào)輸入端分別為兩個(gè)二階濾波器可以串接級(jí)聯(lián)。信號(hào)輸入端分別為INAINA和和INBINB。做陷波。做陷波N NNotch FilterNotch Filter、HBPHBP、APAP全通全通和和BPBP、LPLP相應(yīng)的輸出端。相應(yīng)的輸出端。M0M0、M1M1為任務(wù)方式選擇端，為任務(wù)方式選擇端，僅僅MAX263/264MAX263/264有。五個(gè)引腳有。五個(gè)引腳F0F4F0F4為為fCLK/f0fCLK/f0之比的

29、編之比的編程端。七個(gè)引腳程端。七個(gè)引腳Q0Q6Q0Q6為兩個(gè)濾波器各自質(zhì)量因數(shù)值的為兩個(gè)濾波器各自質(zhì)量因數(shù)值的編程端。外部時(shí)鐘可用編程端。外部時(shí)鐘可用CLKACLKA、CLKBCLKB引入，也可由引入，也可由CLKACLKA、OSCOSC、OUTOUT外接石英晶振產(chǎn)生。外接石英晶振產(chǎn)生。MAX267/268MAX267/268內(nèi)部還設(shè)有內(nèi)部還設(shè)有一個(gè)緩沖運(yùn)放。一個(gè)緩沖運(yùn)放。 該系列開(kāi)關(guān)電容濾波器有如下特點(diǎn)：該系列開(kāi)關(guān)電容濾波器有如下特點(diǎn)： 1 1MAX263/264MAX263/264可用做可用做LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、NFNF、APFAPF。 2 2MAX267/268MA

30、X267/268只能用做只能用做BPFBPF。 3 3典型典型fCLKfCLK與與f0f0的范圍如表的范圍如表 3.3.13.3.1所示，所示，MAX267/268MAX267/268僅任務(wù)于方式僅任務(wù)于方式1 1。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)內(nèi)部功能方框圖內(nèi)部功能方框圖4 4對(duì)于對(duì)于MAX263/267MAX263/267而言而言fclk/f0=(N+32)fclk/f0=(N+32)其中其中N N為為F0F4F0F4引腳電平對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值。如引腳電平對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值。如F4F3F2F1F0=00011BF4F3F2F1F0=00011B，即，即N=3N=3。6 6有相應(yīng)濾波

31、器設(shè)計(jì)軟件有相應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)軟件7 7可以單電源或雙電源可以單電源或雙電源5V5V供電。供電。8 8器件封裝如圖器件封裝如圖3.3.153.3.15所示。所示。類似的開(kāi)關(guān)電容濾波器還有類似的開(kāi)關(guān)電容濾波器還有LINEARLINEAR公司的公司的LTC1068LTC1068系列芯片，它最多可實(shí)現(xiàn)系列芯片，它最多可實(shí)現(xiàn)8 8階階LPFLPF、HPFHPF、BPFBPF、BEFBEF。頻率范圍。頻率范圍0.5Hz200kHz0.5Hz200kHz。也有相應(yīng)。也有相應(yīng)FilterCADFilterCAD支持。支持。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3 3MAX263/264/267/268MAX

32、263/264/267/268設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1 1兩個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)，電路的總質(zhì)量要素為兩個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)，電路的總質(zhì)量要素為Q2Q2。 2 2內(nèi)部濾波器的內(nèi)部濾波器的Q Q值也是電路電壓增益值，故二級(jí)值也是電路電壓增益值，故二級(jí)級(jí)聯(lián)，芯片總增益為級(jí)聯(lián)，芯片總增益為Q2Q2。運(yùn)用設(shè)計(jì)時(shí)必需留意到這一。運(yùn)用設(shè)計(jì)時(shí)必需留意到這一點(diǎn)。必要時(shí)輸入端應(yīng)加衰減器。點(diǎn)。必要時(shí)輸入端應(yīng)加衰減器。 3 3單電源供電，單電源供電，QnQn、FnFn低電平接地；雙電源供電，低電平接地；雙電源供電，QnQn、FnFn低電平接低電平接5V5V。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)4 4開(kāi)關(guān)電容濾波器運(yùn)用實(shí)例開(kāi)

33、關(guān)電容濾波器運(yùn)用實(shí)例圖圖3.3.163.3.16為以為以MAX268MAX268帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器為中帶通開(kāi)關(guān)電容濾波器為中心而構(gòu)成的具有自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)頻率的帶通心而構(gòu)成的具有自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)頻率的帶通濾波電路。濾波電路。MAX268MAX268總的質(zhì)量要素為總的質(zhì)量要素為4 4。fCLK/f050fCLK/f050。采用采用5V5V電源供電。電源供電。BPABPA和和INBINB直連，兩級(jí)二階濾波器串聯(lián)。直連，兩級(jí)二階濾波器串聯(lián)。緩沖放大器設(shè)計(jì)增益緩沖放大器設(shè)計(jì)增益=1=1，可由，可由10k10k予調(diào)電位予調(diào)電位器調(diào)整。器調(diào)整。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)圖圖3.3.16 3

34、.3.16 由由MAX268MAX268構(gòu)成的鎖相跟蹤帶通濾波器構(gòu)成的鎖相跟蹤帶通濾波器 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)4 4開(kāi)關(guān)電容濾波器運(yùn)用實(shí)例開(kāi)關(guān)電容濾波器運(yùn)用實(shí)例 輸入信號(hào)在參與輸入信號(hào)在參與MAX268MAX268時(shí)進(jìn)展了時(shí)進(jìn)展了0.250.25倍衰減，倍衰減，以保證器件任務(wù)時(shí)不限幅。以保證器件任務(wù)時(shí)不限幅。輸入信號(hào)由輸入信號(hào)由OP27OP27進(jìn)展限幅放大，經(jīng)比較器進(jìn)展限幅放大，經(jīng)比較器LM311LM311整形為方波。鎖相環(huán)整形為方波。鎖相環(huán)HC4046HC4046和計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器HC390HC390組成了組成了5050倍頻電路，使倍頻電路，使MAX268MAX268時(shí)鐘信

35、號(hào)時(shí)鐘信號(hào)的頻率在整個(gè)丈量范圍內(nèi)的頻率在整個(gè)丈量范圍內(nèi)20Hz20kHz20Hz20kHz自動(dòng)自動(dòng)堅(jiān)持為輸入信號(hào)頻率的堅(jiān)持為輸入信號(hào)頻率的5050倍，即倍，即MAX268MAX268的帶通的帶通中心頻率一直跟蹤輸入信號(hào)頻率并堅(jiān)持相等。中心頻率一直跟蹤輸入信號(hào)頻率并堅(jiān)持相等。此電路有兩個(gè)重要用途：一是可將方波脈沖變此電路有兩個(gè)重要用途：一是可將方波脈沖變換為正弦波；二是電路的輸出就是輸入信號(hào)的換為正弦波；二是電路的輸出就是輸入信號(hào)的基波，可用于進(jìn)展失真度丈量等?；?，可用于進(jìn)展失真度丈量等。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.4 3.4 電源電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì) 當(dāng)前的電源可分為線性電

36、源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。當(dāng)前的電源可分為線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。前者電路中的有源器件處于線性任務(wù)形狀，它前者電路中的有源器件處于線性任務(wù)形狀，它的電路簡(jiǎn)單、紋波小、電路性能良好、對(duì)交流的電路簡(jiǎn)單、紋波小、電路性能良好、對(duì)交流供電線路污染小、本錢較低但效率低。供電線路污染小、本錢較低但效率低。后者又可分為后者又可分為AC-DCAC-DC和和DC-DCDC-DC兩種類型。兩種類型。它們的共同特點(diǎn)是電路較復(fù)雜、效率高可達(dá)它們的共同特點(diǎn)是電路較復(fù)雜、效率高可達(dá)80%80%以上、允許輸入電壓變化的范圍寬如以上、允許輸入電壓變化的范圍寬如AC-DCAC-DC開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源，ACAC供電范圍可達(dá)供電范圍可

37、達(dá)85V260V85V260V、本錢較高、紋波較大、對(duì)交流供電線路干擾大。本錢較高、紋波較大、對(duì)交流供電線路干擾大。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3.4.1 3.4.1 模擬線性穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)模擬線性穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 1 1穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的1 1穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)SVSV穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)SVSV是描畫(huà)在負(fù)載固定的情況下，是描畫(huà)在負(fù)載固定的情況下，輸入電壓變動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響：輸入電壓變動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響：工程上常指定電網(wǎng)電壓變化工程上常指定電網(wǎng)電壓變化10%10%做輸入做輸入電壓的相對(duì)變化量。此時(shí)電壓的相對(duì)變化量。此時(shí)SVSV即為輸出電即為輸出電壓的相對(duì)變化量。這個(gè)目的

38、有時(shí)又稱為壓的相對(duì)變化量。這個(gè)目的有時(shí)又稱為“電壓調(diào)整率。電壓調(diào)整率。 常數(shù)LRiiVVVVVS/00第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的2 2負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率SISI工程上常用在輸入電壓固定的情況工程上常用在輸入電壓固定的情況下，負(fù)載電流下，負(fù)載電流IoIo從零變化到最大額從零變化到最大額定性時(shí)所引起輸出電壓的變化來(lái)衡定性時(shí)所引起輸出電壓的變化來(lái)衡量：量： 它有時(shí)又稱為電流調(diào)整率。實(shí)踐上它有時(shí)又稱為電流調(diào)整率。實(shí)踐上它就是穩(wěn)壓電路的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻它就是穩(wěn)壓電路的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻roro。 o00rIVSiVI常數(shù)第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的

39、技術(shù)目的穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的3 3紋波抑制比紋波抑制比紋波抑制比的定義為：紋波抑制比的定義為：式中式中VnppVnpp和和VmppVmpp分別為穩(wěn)壓電路輸分別為穩(wěn)壓電路輸入和輸出紋波電壓的峰值。反映了入和輸出紋波電壓的峰值。反映了輸出直流電壓中的交流成份。有時(shí)輸出直流電壓中的交流成份。有時(shí)直接用紋波電壓的峰直接用紋波電壓的峰- -峰值標(biāo)志。峰值標(biāo)志。 mppnppripVVSlg20第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的4 4效率效率 效率反映了穩(wěn)壓電路的電能損耗情況效率反映了穩(wěn)壓電路的電能損耗情況: :式中式中P0P0和和PiPi分別為穩(wěn)壓電路的輸出與分別

40、為穩(wěn)壓電路的輸出與輸入直流功率。對(duì)于電池供電的便攜輸入直流功率。對(duì)于電池供電的便攜式電子系統(tǒng)，電源的效率至為重要。式電子系統(tǒng)，電源的效率至為重要。5 5溫度系數(shù)溫度系數(shù)表征輸出電壓隨溫度的漂移情況：表征輸出電壓隨溫度的漂移情況：%100oiPP0, 000IVtiTVS第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)2 2三端集成線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 1 1常用三端集成穩(wěn)壓器常用三端集成穩(wěn)壓器78007800系列三端固定正電壓輸出的線性集成穩(wěn)壓系列三端固定正電壓輸出的線性集成穩(wěn)壓器、器、79007900系列三端固定負(fù)電壓輸出的線性集成系列三端固定負(fù)電壓輸出的線性集成穩(wěn)壓器以及穩(wěn)壓器

41、以及LM117/217/317LM117/217/317系列三端可調(diào)正輸系列三端可調(diào)正輸出線性集成穩(wěn)壓器、出線性集成穩(wěn)壓器、LM/I37/337LM/I37/337系列三端可調(diào)系列三端可調(diào)負(fù)輸出的線性集成穩(wěn)壓器，具有以下特點(diǎn)：負(fù)輸出的線性集成穩(wěn)壓器，具有以下特點(diǎn)：三個(gè)引出端，無(wú)需外接元件固定輸出器三個(gè)引出端，無(wú)需外接元件固定輸出器件。件。芯片內(nèi)部設(shè)有過(guò)熱維護(hù)、限流維護(hù)和調(diào)整管芯片內(nèi)部設(shè)有過(guò)熱維護(hù)、限流維護(hù)和調(diào)整管平安任務(wù)區(qū)維護(hù)。平安任務(wù)區(qū)維護(hù)。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓系數(shù)、負(fù)載調(diào)整率和紋波抑性能優(yōu)良的穩(wěn)壓系數(shù)、負(fù)載調(diào)整率和紋波抑制比，完全能滿足普通電子系統(tǒng)的要求。制比，完全能滿足普通電子系統(tǒng)的要求。最低

42、輸入輸出電壓差值為最低輸入輸出電壓差值為2V2V，最高值不超越，最高值不超越2.5V2.5V。輸出電壓的容差為輸出電壓的容差為2%2%和和4%4%。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)圖圖3.4.13.4.1給出了給出了78007800系列、系列、79007900三端系列、三端系列、LM117/217/317LM117/217/317系列、系列、LM/237/337LM/237/337系列三端集成穩(wěn)壓器的封裝及引腳圖。系列三端集成穩(wěn)壓器的封裝及引腳圖。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)幾種三端集成穩(wěn)壓器的運(yùn)用電路幾種三端集成穩(wěn)壓器的運(yùn)用電路圖圖3.4.23.4.2為上述幾種為上述

43、幾種三端集成穩(wěn)壓器的三端集成穩(wěn)壓器的運(yùn)用電路。運(yùn)用電路。圖圖a a為為78007800系列系列典型運(yùn)用。典型運(yùn)用。0.33F0.33F電容在器件距濾波電容在器件距濾波電路較遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)用，電路較遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)用，可改善紋波和瞬間可改善紋波和瞬間輸入過(guò)壓。輸入過(guò)壓。0.1F0.1F電電容可改善負(fù)載的瞬容可改善負(fù)載的瞬態(tài)呼應(yīng)。普通情況態(tài)呼應(yīng)。普通情況下，這兩個(gè)電容可下，這兩個(gè)電容可以不用。以不用。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)幾種三端集成穩(wěn)壓器的運(yùn)用電路幾種三端集成穩(wěn)壓器的運(yùn)用電路 圖圖b b為為79007900系列三端負(fù)輸出電壓穩(wěn)壓器的典型運(yùn)用電路。系列三端負(fù)輸出電壓穩(wěn)壓器的典型運(yùn)用電路。 圖圖c

44、 c為為78007800系列穩(wěn)壓器利用系列穩(wěn)壓器利用NPNNPN型功率管擴(kuò)流的電路。型功率管擴(kuò)流的電路。 圖圖d d為為78007800系列穩(wěn)壓器的穩(wěn)流運(yùn)用，此時(shí)輸出電流系列穩(wěn)壓器的穩(wěn)流運(yùn)用，此時(shí)輸出電流I0V0/RI0V0/R，V0V0為穩(wěn)壓器標(biāo)稱輸出電壓。為穩(wěn)壓器標(biāo)稱輸出電壓。 圖圖e e為正、負(fù)極性輸出的穩(wěn)壓電路。為正、負(fù)極性輸出的穩(wěn)壓電路。 圖圖f f為為L(zhǎng)M117LM117可調(diào)整正電壓輸出穩(wěn)壓器的典型電路，其輸可調(diào)整正電壓輸出穩(wěn)壓器的典型電路，其輸出電壓出電壓 2120)1 (25. 1)(RIRRVVadjIadjIadj為調(diào)整端輸出電流，通常為調(diào)整端輸出電流，通常1A1A。 第第

45、3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)2 2三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)現(xiàn)以圖現(xiàn)以圖3.4.33.4.3的典型運(yùn)用電路，闡明其設(shè)的典型運(yùn)用電路，闡明其設(shè)計(jì)過(guò)程。計(jì)過(guò)程。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 設(shè)需求穩(wěn)壓電源的輸出電壓設(shè)需求穩(wěn)壓電源的輸出電壓V0=5VV0=5V5%5%，思索到普通數(shù)字器件電源，思索到普通數(shù)字器件電源電壓的容差為電壓的容差為10%10%，故這一設(shè)定是適宜的。最大輸出電流，故這一設(shè)定是適宜的。最大輸出電流I0=0.4AI0=0.4A，紋波電壓，紋波電壓50mV50mV。 首先應(yīng)選擇三端穩(wěn)壓器，首先應(yīng)選擇三端穩(wěn)壓器

46、，78057805可以滿足上述要求：它的可以滿足上述要求：它的V0=5VV0=5V，輸出電壓最大差容輸出電壓最大差容4%4%，實(shí)踐上普通均，實(shí)踐上普通均 68db68db，在，在V0=5VV0=5V時(shí)，紋波電壓應(yīng)小于時(shí)，紋波電壓應(yīng)小于2mV2mV紋波抑制比紋波抑制比RR=20lg(Vn/Vo)RR=20lg(Vn/Vo)，VnVn為紋波電壓。為紋波電壓。 其次應(yīng)確定其次應(yīng)確定78057805的最低入端電壓的最低入端電壓ViVi。由于三端集成穩(wěn)壓器輸入。由于三端集成穩(wěn)壓器輸入- -輸出間的壓差輸出間的壓差Vdo=ViVdo=ViV0V0必需必需2V2V。思索到留有一定余量，。思索到留有一定余量，

47、VdoVdo取取為為3V3V，Vi8VVi8V。 ViVi取決于電源變壓器次級(jí)繞組的電壓取決于電源變壓器次級(jí)繞組的電壓V2(rms)V2(rms)、整流電路的方式、整流電路的方式、整流元件壓降以及濾波電容整流元件壓降以及濾波電容C1C1的容量，并且還會(huì)隨負(fù)載而起落。的容量，并且還會(huì)隨負(fù)載而起落。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)濾波電容濾波電容C1C1容量主要由電壓調(diào)整率、紋容量主要由電壓調(diào)整率、紋波要求和負(fù)載來(lái)決議。在采用橋式等全波要求和負(fù)載來(lái)決議。在采用橋式等全波整流電路時(shí)，波整流電路時(shí)，C1C1可按下式取值：可按下式取值：或或式中式中T T

48、為交流電周期，這里為交流電周期，這里T=20msT=20ms。等效。等效最小最小RLRL為為V0/I0=12.5V0/I0=12.5，故，故C1(2400C1(24004000)F4000)F。這里取。這里取C1=3300F/16VC1=3300F/16V。 2)53(1TCRLLRTC2)53(1第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)ViVi在負(fù)載開(kāi)路時(shí)為在負(fù)載開(kāi)路時(shí)為 ，但由于單電容濾波其，但由于單電容濾波其負(fù)載特性非常軟，即隨負(fù)載加重，負(fù)載特性非常軟，即隨負(fù)載加重，ViVi下降很顯下降很顯著，通常著，通常Vi=(0.9Vi=(0.91.2)V21

49、.2)V2假設(shè)取假設(shè)取Vi=1.0Vi=1.0V2V2，那么，那么V2max=8VV2max=8V。由于普通電子系統(tǒng)電源電壓的允許范圍為由于普通電子系統(tǒng)電源電壓的允許范圍為10%10%，故在故在V1=198VV1=198V也要保證也要保證V28VV28V，所以，所以V2V2取取9V9V是合是合理的。必需留意到在理的。必需留意到在V1=242VV1=242V時(shí)，時(shí)，V29.9VV29.9V。這一情況在下面討論三端穩(wěn)壓器功耗時(shí)有意義這一情況在下面討論三端穩(wěn)壓器功耗時(shí)有意義的。的。 22V第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)整流管整流管D D的平均整流電流

50、的平均整流電流即即IDIDAVAV(0.7(0.71)A1)A，可取為，可取為IDIDAVAV=1A =1A 。整流管。整流管D D接受的反向電壓峰值為接受的反向電壓峰值為由表由表2.3.12.3.1二極管電特性表中可以看出二極管電特性表中可以看出1N40011N4001已滿足電路要求。當(dāng)然也可以選用已滿足電路要求。當(dāng)然也可以選用1A1A，反向，反向電 壓電 壓 5 0 V 5 0 V 的 整 流 橋 ， 如的 整 流 橋 ， 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 模擬電

51、路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)變壓器變壓器T T的次級(jí)功率的次級(jí)功率P2=itv2I0V2max=4WP2=itv2I0V2max=4W。變。變壓器的初級(jí)功率壓器的初級(jí)功率 P1=P2/ P1=P2/為變壓器的效率，它和變壓器的功率、變壓為變壓器的效率，它和變壓器的功率、變壓器的鐵芯資料硅鋼片、冷軋薄鋼帶以及磁器的鐵芯資料硅鋼片、冷軋薄鋼帶以及磁路路E E形、形、C C形、環(huán)形親密相關(guān)。形、環(huán)形親密相關(guān)。變壓器的變壓器的與功率的大致關(guān)系如表與功率的大致關(guān)系如表3.4.53.4.5所示。所示。 功率W200效率%708080858590909595第第3 3章章 模擬

52、電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)假設(shè)選用環(huán)形變壓器，假設(shè)選用環(huán)形變壓器，可取可取80%80%，那么，那么P1=5WP1=5W變壓器的功率變壓器的功率P P為為P1P1與與P2P2的平均值，即的平均值，即PC=4.5WPC=4.5W。最方便的是選購(gòu)市場(chǎng)定型的系列電源變壓器，最方便的是選購(gòu)市場(chǎng)定型的系列電源變壓器，這些變壓器次級(jí)電壓值與三端集成穩(wěn)壓輸出電這些變壓器次級(jí)電壓值與三端集成穩(wěn)壓輸出電壓壓V0V0的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3.4.63.4.6所示。所示。表表3.4.6 3.4.6 市售廢品系列變壓器規(guī)格市售廢品系列變壓器規(guī)格 V0(V)5.09.012.015

53、.0v2(V)9.012.015.018.0第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)三端集成穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)這里我們選用價(jià)錢較低的這里我們選用價(jià)錢較低的E E型型5W9V5W9V的變壓器。的變壓器。圖圖3.4.33.4.3中的中的DprtDprt為維護(hù)二極管。當(dāng)負(fù)載很輕為維護(hù)二極管。當(dāng)負(fù)載很輕或開(kāi)路的情況下，當(dāng)斷開(kāi)電源時(shí)，假設(shè)或開(kāi)路的情況下，當(dāng)斷開(kāi)電源時(shí)，假設(shè)C4C4的洩的洩放慢于放慢于C1C1，那么能夠出現(xiàn)，那么能夠出現(xiàn)V0ViV0Vi，這有能夠?qū)?，這有能夠?qū)е录煞€(wěn)壓器損壞，利用致集成穩(wěn)壓器損壞，利用DprtDprt的箱位作用可以的箱位作用可以防止這一點(diǎn)。防止這一點(diǎn)。圖圖3

54、.4.43.4.4給出了一種常見(jiàn)的利用給出了一種常見(jiàn)的利用78007800與與79007900系系列集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的正、負(fù)雙極性輸出的穩(wěn)壓列集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的正、負(fù)雙極性輸出的穩(wěn)壓電路。電路。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)圖圖3.4.4 3.4.4 正負(fù)雙極性輸出穩(wěn)壓電正負(fù)雙極性輸出穩(wěn)壓電路路 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)3 3低壓差穩(wěn)壓器低壓差穩(wěn)壓器圖圖3.4.73.4.7為為L(zhǎng)DOLDO的典型框圖的典型框圖 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)低壓差穩(wěn)壓器低壓差穩(wěn)壓器可以看出它也是一種由誤差放大器可以看出它也是一種由誤差放大器OAOA，能隙基，能隙基準(zhǔn)電源準(zhǔn)電源D

55、 DVR=1.25VVR=1.25V，輸出電壓電阻取樣，輸出電壓電阻取樣，PMOSPMOS調(diào)整管以及一些輔助電路構(gòu)成的串聯(lián)式穩(wěn)調(diào)整管以及一些輔助電路構(gòu)成的串聯(lián)式穩(wěn)壓器。壓器。其中其中/EN /SHDN/EN /SHDN為使能為使能/ /封鎖控制，低電平有效。封鎖控制，低電平有效。/FAULT/FAULT為缺點(diǎn)檢測(cè)輸出端。為缺點(diǎn)檢測(cè)輸出端。如需求外部調(diào)整如需求外部調(diào)整V0V0，那么在，那么在ADJADJ端接取樣電阻，端接取樣電阻，固定固定V0V0那么無(wú)此端。那么無(wú)此端。有的還有有的還有/MR/MR手動(dòng)復(fù)位和為手動(dòng)復(fù)位和為MCUMCU提供復(fù)位信提供復(fù)位信號(hào)的號(hào)的/RESET/RESET端。端。 第

56、第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)LDOLDO運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1 1不同公司不同公司LDOLDO的同功能引腳，稱號(hào)不一致。如的同功能引腳，稱號(hào)不一致。如/EN/EN與與/SHDN/SHDNSHULTDOWNSHULTDOWN，ADJADJ與與FBFB、SETSET功能一樣。功能一樣。 2 2某些某些LDOLDO如如MSK5021MSK5021設(shè)有設(shè)有/FAULT/FAULT缺點(diǎn)檢測(cè)輸出。缺點(diǎn)檢測(cè)輸出。這是一個(gè)集電極開(kāi)路輸出端，當(dāng)輸出電壓和正常值相比，這是一個(gè)集電極開(kāi)路輸出端，當(dāng)輸出電壓和正常值相比，降低了降低了6%6%或以下時(shí)，或以下時(shí)， /FAULT =0 /FAULT =0。

57、它可以驅(qū)動(dòng)一只。它可以驅(qū)動(dòng)一只LEDLED以以指示電路形狀。指示電路形狀。 3 3/EN/EN的高電平視器件而有所不同，有的規(guī)定為的高電平視器件而有所不同，有的規(guī)定為2V2V，但多數(shù)情況下接但多數(shù)情況下接ViVi即可以為是高電平。即可以為是高電平。 4 4LDOLDO為外部數(shù)字器件提供的為外部數(shù)字器件提供的/RESET/RESET信號(hào)，必需經(jīng)過(guò)信號(hào)，必需經(jīng)過(guò)V0V0經(jīng)上拉電阻上拉，以保證正常的高電平。經(jīng)上拉電阻上拉，以保證正常的高電平。 5 5LDOLDO的入端和出端電容的容量通常在的入端和出端電容的容量通常在1 14.7F4.7F之間，之間，這兩個(gè)電容宜采用低這兩個(gè)電容宜采用低ESRESR等

58、效串聯(lián)電阻的等效串聯(lián)電阻的CT4CT4型多層型多層陶瓷獨(dú)石電容器，并且組裝時(shí)應(yīng)盡量接近器件。陶瓷獨(dú)石電容器，并且組裝時(shí)應(yīng)盡量接近器件。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)LDOLDO運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6 6輸出電流大的器件如輸出電流大的器件如LP38842LP38842，雖然，雖然PDPD較小，亦應(yīng)思索較小，亦應(yīng)思索其和散熱。其和散熱。 7 7器件手冊(cè)所給的是有一定條件的。各廠家測(cè)試條件并不一器件手冊(cè)所給的是有一定條件的。各廠家測(cè)試條件并不一致，故給出的只是一個(gè)參考值。致，故給出的只是一個(gè)參考值。 8 8當(dāng)需求經(jīng)過(guò)外接當(dāng)需求經(jīng)過(guò)外接MOSFETMOSFET驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載時(shí)，應(yīng)選用

59、內(nèi)部具驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載時(shí)，應(yīng)選用內(nèi)部具有升壓有升壓Booster Booster 的的LDOLDO如如MIC5158MIC5158，以便為，以便為MOSFETMOSFET提供足提供足夠幅度的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。夠幅度的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。 9 9當(dāng)當(dāng)LDOLDO直接用于電池供電電子設(shè)備時(shí)，首先應(yīng)該明確系統(tǒng)的直接用于電池供電電子設(shè)備時(shí)，首先應(yīng)該明確系統(tǒng)的供電電壓和最大電流。如以供電電壓和最大電流。如以80C51F80C51F為中心的某數(shù)字系統(tǒng)，采為中心的某數(shù)字系統(tǒng)，采用用LEDLED數(shù)碼顯示器，電源電壓為數(shù)碼顯示器，電源電壓為3.3V3.3V，總電流，總電流150mA150mA。其次了解。其次了解電池的根本特

60、性。當(dāng)前多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品為鎳鎘、鎳氫或鋰可電池的根本特性。當(dāng)前多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品為鎳鎘、鎳氫或鋰可充電電池。這三種電池的標(biāo)稱電壓充電電池。這三種電池的標(biāo)稱電壓VsVs、充溢電后的最大電壓、充溢電后的最大電壓VmVm如如表表3.4.83.4.8所示。所示。 第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)表表3.4.8 3.4.8 鎳鎘、鎳氫、鋰電池參數(shù)鎳鎘、鎳氫、鋰電池參數(shù) 電 池參 數(shù)鎳 鎘鎳 氫鋰Vs(V)1.31.251.2Vm(V)1.751.51.4第第3 3章章 模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì)LDOLDO運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)運(yùn)用設(shè)計(jì)要點(diǎn) 電路要求所選串接的電路要求所選串接的N N節(jié)電池的標(biāo)稱電壓節(jié)電池