電子設(shè)計(jì)大賽

電子設(shè)計(jì)大賽2023/12/26電子設(shè)計(jì)大賽vo+PN+VCC–VEE–

集成電路運(yùn)算放大器vo+PN+VCC–VEE–(a)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(b)國內(nèi)外常用符號1.運(yùn)放符號一、運(yùn)放基本知識電子設(shè)計(jì)大賽2.電壓傳輸特性vo=f(vi)線性區(qū)：vo

=Avo(v+–v-)非線性區(qū)：v+>v–

時，vo=+Vomv+<v–

時，vo=–Vom+Vomv+–v-vo–Vom線性區(qū)理想特性實(shí)際特性飽和區(qū)O電子設(shè)計(jì)大賽3.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)v+=v–虛短

i+=i–0虛斷{vo+PN+VCC–VEE–4.理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)(1)輸出只有兩種可能,+Vom或–Vom(2)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象不存在“虛短”現(xiàn)象

v+>v–

時，vo=+Vomv+<v–

時，vo=–Vom電子設(shè)計(jì)大賽二、放大電路的設(shè)計(jì)1.反相比例運(yùn)算電路uoRFuiR2R1++––++

–

平衡電阻R2=R1//RF運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時，通常要引入深度負(fù)反饋。電子設(shè)計(jì)大賽uoRFuiR2R1++––++

–

2.同相比例運(yùn)算電路當(dāng)R1=

或RF

=0時，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。uoui++––++

–

平衡電阻R2=R1//RF電子設(shè)計(jì)大賽3.設(shè)計(jì)步驟uoRFuiR2R1++––++

–

uoRFuiR2R1++––++

–

（1）根據(jù)放大倍數(shù)找到R1與RF的關(guān)系，然后自行選定其中一個元件值，計(jì)算另一個元件值（運(yùn)放中的電阻阻值不宜過大或過小，通常選擇幾千歐~幾百千歐）。（2）根據(jù)平衡電阻計(jì)算R2阻值。電子設(shè)計(jì)大賽三、電壓比較器的設(shè)計(jì)

用作比較器時，運(yùn)放工作在飽和區(qū)，即運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。1.基本電壓比較器（開環(huán)）當(dāng)u+>u–

時，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo

(sat)

URuouiR2++

–

R1+–++––運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)電子設(shè)計(jì)大賽URuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR輸入信號接在反相端輸入信號接在同相端電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR閾值電壓(門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。電子設(shè)計(jì)大賽uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2URuouiR2++

–

R1+–++––電子設(shè)計(jì)大賽輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫tui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR電子設(shè)計(jì)大賽單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯誤電平電子設(shè)計(jì)大賽2.遲滯比較器（正反饋）（1）電路組成（2）門限電壓門限電壓上門限電壓下門限電壓回差電壓電子設(shè)計(jì)大賽（3）傳輸特性電子設(shè)計(jì)大賽電子設(shè)計(jì)大賽3.設(shè)計(jì)步驟（1）基本電壓比較器設(shè)計(jì)時運(yùn)放中的電阻阻值按幾千歐~幾百千歐自行選擇。（2）遲滯比較器設(shè)計(jì)時自行選擇一個電阻阻值，另外一個由回差電壓方程計(jì)算?；夭铍妷弘娮釉O(shè)計(jì)大賽濾波電路的設(shè)計(jì)1.基本概念濾波器：是一種選頻電路，能使有用頻率信號通過而同時抑制或衰減無用頻率信號的電子裝置。濾波器無源濾波器：由電阻、電容和電感組成。缺點(diǎn)：低頻時體積大，很難做到小型化。有源濾波器：含有運(yùn)算放大器的濾波器。優(yōu)點(diǎn)：體積小、效率高、頻率特性好。電子設(shè)計(jì)大賽2.分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）電子設(shè)計(jì)大賽3.有源低通濾波電路uiuoRFuCCR++

–

R1+–++––(1)一階低通濾波電路電子設(shè)計(jì)大賽若頻率

為變量，則電路的傳遞函數(shù)其模(幅頻響應(yīng)）為

幅頻特性

0|Auf||A(j

)|

O電子設(shè)計(jì)大賽當(dāng)

>

0時，|A(j

)|衰減很快顯然，電路能使低于

0的信號順利通過，衰減很小，而使高于

0的信號不易通過，衰減很大，稱一階有源低通濾波器。

一階二階幅頻特性

0|Auf||A(j

)|

O一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢(-20dB/十倍頻程)，一般用在對濾波要求不高的場合。為了改善濾波效果，使>

0

時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。電子設(shè)計(jì)大賽(2)二階低通濾波電路電子設(shè)計(jì)大賽對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數(shù)（二階）電子設(shè)計(jì)大賽令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質(zhì)因數(shù)則濾波電路才能穩(wěn)定工作。注意：電子設(shè)計(jì)大賽4.有源高通濾波電路(1)一階高通濾波電路uiuoRFCR++

–

R1+–+–（低通濾波器中R、C位置互換即可）電子設(shè)計(jì)大賽可見，電路使頻率大于

0的信號通過，而小于

0的信號被阻止，稱為有源高通濾波器。若頻率

為變量，則電路的傳遞函數(shù)其模為

幅頻特性

0|Auf||A(j

)|

O電子設(shè)計(jì)大賽(2)二階高通濾波電路電子設(shè)計(jì)大賽可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足低通截止角頻率高通截止角頻率5.有源帶通濾波電路電子設(shè)計(jì)大賽例:電子設(shè)計(jì)大賽可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足6.有源帶阻濾波電路電子設(shè)計(jì)大賽6.有源濾波電路設(shè)計(jì)方法（1）關(guān)于濾波器類型的選擇（2）級數(shù)的選擇主要根據(jù)對帶外衰減特殊性的要求來確定。每一階低通或高通電路可獲得-20dB每十倍頻程的衰減。（3）運(yùn)放的選擇在無特殊要求的情況下，可選用通用型運(yùn)算放大器，運(yùn)放的開環(huán)增應(yīng)在80dB以上。如果濾波器的輸入信號較小，例如在10mV以下，則選低漂移運(yùn)放。電子設(shè)計(jì)大賽一般設(shè)計(jì)濾波器時都要給定截止頻率fc(ωc)、帶內(nèi)增益Av，以及品質(zhì)因數(shù)Q（二階低通或高通一般為0.707）。在設(shè)計(jì)時經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因?yàn)殡娙輼?biāo)稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配，可根據(jù)工作頻率范圍按照表1初選電容值。f(1~10)Hz（10~102）Hz（102~103）Hz（1~10）KHz（10~102）KHz（102~103）KHzC(20~10)F（10~0.1）uF（0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF表1濾波器工作頻率與濾波電容取值的對應(yīng)關(guān)系（4）元器件的選擇電子設(shè)計(jì)大賽例：試用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一截止頻率fc=100Hz的二階低通巴特沃斯濾波器，要求：（1）選擇運(yùn)放；（2）選擇和計(jì)算全部電阻、電容參數(shù)。設(shè)計(jì)步驟：（1）選擇運(yùn)放：選擇通用型運(yùn)放，如LF412電子設(shè)計(jì)大賽（2）選擇電容器容量，計(jì)算電阻阻值f(1~10)Hz（10~102）Hz（102~103）Hz（1~10）KHz（10~103）KHz（102~103）KHzC(20~10)F（10~0.1）uF（0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF參考此表，可選C1=C2=0.33uF由得選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R=4.7千歐電子設(shè)計(jì)大賽階數(shù)n2468增益G一級1.5861.1521.0681.038二級2.2351.5861.377三級2.4831.889四級2.610表2巴特沃斯低通、高通電路階數(shù)n與增益G之關(guān)系由表2可知：2階巴特沃斯濾波器增益為A0=AVF=1.586若取R1=68千歐，則Rf=（AVF-1)R1=39.8千歐電子設(shè)計(jì)大賽直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓電子設(shè)計(jì)大賽1.單相橋式整流電路(2)工作原理v2

正半周，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。反之，二極管D2、D4

導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。(3)工作波形(1)電路結(jié)構(gòu)電子設(shè)計(jì)大賽(4)參數(shù)計(jì)算(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓VDRM(1)整流電壓平均值Vo（即負(fù)載上輸出平均電壓）(2)整流電流平均值Io（流過負(fù)載的平均電流）電子設(shè)計(jì)大賽(5)整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓VDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應(yīng)滿足：

IOM

ID

，VRWM

VDRM

電子設(shè)計(jì)大賽2.電容濾波器

(1)電路結(jié)構(gòu)(2)工作原理

v2正半周時，當(dāng)v2

>vC時，二極管D1D3導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時也給電容充電，vC

增加，vo=vC

。v2負(fù)半周時，當(dāng)|

v2|>vC時，二極管D2D4導(dǎo)通。(3)工作波形vovtOtO電子設(shè)計(jì)大賽(T—電源電壓的周期)近似估算?。?/p>

Vo

=1.2V2(

橋式）(4)參數(shù)計(jì)算電子設(shè)計(jì)大賽3.穩(wěn)壓電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路（1）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電子設(shè)計(jì)大賽（2）集成穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX