模拟电子系统的设计

1 .0 Kh
1 0Kh
1 00 Kh
图 8-7 输入阻抗曲线
第8章 模拟电子系统的设计
2 00
1 80
1 60
(1.0 00 0K,14 1.19 6 ) 1 40
1 20 1 0h □v( 10 )/i( vi)
1 00 h
1 .0 Kh
1 0Kh
1 00 Kh
图 8-8 输出阻抗曲线
第8章 模拟电子系统的设计
后的元件参数如下：
第8章 模拟电子系统的设计
第8章 模拟电子系统的设计
40 (20 .21 0,2 2.9 23 ) 20 (20 .21 0,5 .8 3 93 ) (20 .21 0, －6 .1 76 2 )
第8章 模拟电子系统的设计
0
－2 0
(20 .21 0, －2 3.87 4 )
第8章 模拟电子系统的设计
第8章 模拟电子系统的设计
8.1 设计流程 8.2
8.3 单元电路的设计
第8章 模拟电子系统的设计
明确设计任务和要求
8.1 设计流程
总体方案设计
修改总体方案
各单元电路设计
修改电路参数 小 大 偏差程度 否
计算机模拟
满足要求？ 是
图 8-1 设计流程
撰写设计文档
第8章 模拟电子系统的设计
1． 确定电路 完成了总体方案的论证后，就可根据总体框图中每个功
能框及相应性能的要求，来设计每一个单元电路。单元电路
的形式确定一般有以下3个途径： （1） 选用成熟的电路； （2） 在功能上相近的电路上做适当的改进； （3） 根据要求先确定所用的核心器件再进行创造性设计。
第8章 模拟电子系统的设计
RW1 C2 (3) (1) R1 R2 (2) (8) － C3
(4) R3 (6) R5 C1 RW2
(5) R4
＋ 1 5V （ 1 2） 2
1
－ ＋
＋
（ 1 1） 3 R6
A
IC1 NE5 53 4 6 （ 1 0） RL
4 1
7
(7)
（ 1 3） （ 1 01 ） － 1 5V （ 1 00 ）
设计文档应包括如下内容： （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 元器件清单。
第8章 模拟电子系统的设计
整个设计过程可认为分三步实现：一是采用自上而下的 方法，即从总的任务着手逐步细化，直至单元电路的确定； 二是模拟验证，反复调整各参数直至达到设计指标；三是整 理资料， 撰写设计文档。
体方案的论证报告。
基于这份报告，设计者应在课题组内进行深入的讨论。征 求同事们的意见，使设计更加完善。若有条件，则还应邀请结 构设计工程师和市场部人员一同参与，听取他们就模块的划分 和功能的设置及来自市场和用户的最新意见，避免闭门造车而
导致设计脱离实际。
第8章 模拟电子系统的设计
8.3 单元电路的设计
第8章 模拟电子系统的设计
解 该监测系统的电路设计应考虑如下几个问题：
（1） 温度的变化如何转换成电压的变化；
（2） 放大器选用哪种电路形式； （3） 滤波电路的实现； （4） 与A/D变换器的电路接口。
第8章 模拟电子系统的设计
基准电源
电源
电平调整
温 度 电 压 转 换
电压放大
低通滤波
跟随器
图 8-10 设计框图
输入阻抗 > 10 kΩ （在1 kHz时）
输出阻抗 < 180 Ω （在1 kHz时）
音调控制范围：20 Hz 提升 > 22 dB ；衰减 < -22 dB
20 kHz 提升 > 18 dB ；衰减 < -18 dB
电源电压：±15 V
解（1） 确定电路形式和元件参数初值。
第8章 模拟电子系统的设计
（2） 电路模拟。
0
(20 .21 0,6 .9 9 56 )
(20 .21 0, －7 .7 42 3 )
(20 .21 0, －2 0.59 7 ) －2 0
1 0h
1 00 h d b(v(1 0))
1 .0 Kh (a )
1 0Kh
1 00 Kh
20
(20 .21 0K,14 .5 3 1)
例 8-2
温度监测系统中的模拟电路设计。该系统用于监
测电机运行的温度，当温度超过规定值时，将发出保护指令。
其模拟部分的功能是：由温度传感器将温度的变化转换成电
压的变化，经放大、滤波后送给后级A/D变换器。为适应A/D 变换器的输入电平，还应该增加电平调整电路，如图8-9中的 虚线框图所示。
温度传感器
－2 0
(20 .21 0K,－2 2.92 9 )
－4 0 1 0h
1 00 h d b(v(1 0))
1 .0 Kh (b )
1 0Kh
1 00 Kh
第8章 模拟电子系统的设计
8 0K
6 0K
4 0K
(1.0 00 0K,17 .5 04 K 2 0K
0 1 0h □v( 1)/i(r1 )
1 00 h
R1 1k; R2 10k; R3 10k; R4 10k; R5 2k; R6 10k RL 2k; RW 1 100k; RW 2 100k; C1 2200pF; C2 0.022F ; C3 0.022F
(20 .21 0,1 8.7 62 ) 第8章 模拟电子系统的设计 20
－4 0 1 0h 40
1 00 h d b(v(1 0))
1 .0 Kh (a )
1 0Kh
1 00 Kh
图 8-6 高、低频段的 (a) 低频段频率响应； (b) 高频段频率响应
(20 .21 0K,20 .0 6 6) 20 (20 .21 0K,2.90 0 7) 0 0 80 75 05 7)
第8章 模拟电子系统的设计
＋1 2 (IN－) VCC (1) R1 R2 RW1 (2) －1 2 ＋1 2 RT R3 (IN＋) (3) ＋ － (41 ) －1 2 X2 R1 0 (5) R1 3 ＋ － X1 (40 ) (4) R1 1 R1 2 (6) R1 4 ＋1 2 ＋ － －1 2 (7) R 15 X3 (8) C2 0 C2 1 R2 0 R2 1 ＋1 2 R2 2 (11 ) RW2 (12 ) R2 3 －1 2 X4 OUT
2
图 8-4 衰减反馈式音调控制电路
8
5
第8章 模拟电子系统的设计
频率取20 kHz，则
SR 2fUom 2 3.14 20 10 15 1.9V / S
3
应选SR大于1.9 V/μS的运放，综合考虑后，可选用NE5534， 其
SR=13 V/μS，Uos=4 mV。
40 (6.6 14 7,3 0.3 93 30
20
10
0
1 0mh 1 00 mh □ DB(V(OUT )/V(IN ＋ ,IN－ ))
1 .0 h Freq uency
1 0h
1 00 h
1 .0 Kh
图 8-15 低通滤波特性
一般思路是： （1） （2） （3） 功能的实现； （4）
（5） 线路的进一步改进。
第8章 模拟电子系统的设计
2．电路元件参数的估算 在确定元件的过程中还应考虑如下一些问题： （1） 各单元电路所用的电源应尽量统一； （2） 元件值一般要选择标称值， 否则既增加成本又造成元 件采购的困难； （3）有的电阻要采用电位器来实现电路性能的可调性， 如 工作点、增益等； （ 4）尽量减少元件的品种，如电路中既有 10 kΩ 又有 11kΩ
电压放大
滤波电平调整
A/D 变换
图 8-9 温度监测系统中的模拟电路框图
第8章 模拟电子系统的设计
已知所采用的温度传感器为电阻型温度传感器。 PSPICE 模型为
RES=110.3*R*［1+TC1(T-27)］
其中110.3为27 °C时的阻值。
模型参数：
R=1，TC1=3.459×10-3 温度变化范围： 0 ℃~ 160℃（已经考虑了余量） 对应输出电压： 0 ~ 5 V 低通滤波器截止频率：fh＜10 Hz
0V
0 □ ◇ △ V(OUT )
40
80 TEMP
1 20
1 60
图 8-13 RW1与转换特性的关系
第8章 模拟电子系统的设计
6 .0 V
4 .0 V
2 .0 V
0V
－2 .0 V 0 □ ◇ △ V(OUT )
40
80 TEMP
1 20
1 60
图 8-14 RW2与转换特性的关系
第8章 模拟电子系统的设计
第8章 模拟电子系统的设计
8.2 总 体 方 案
1．总体框图
音频输入
放大
Leabharlann Baidu
音量控制
音调控制
前置放大
交流2 20 电源
＋ 1 5V － 1 5V 扬声器 功放
图 8-2 简单扩音机框图
第8章 模拟电子系统的设计
2． 有了总体框图后，还应以书面形式对其如何实现功能尤其 是采用了哪些新技术及设计创新的部分，作出一一论述。对如 何满足性能指标的要求， 应作出必要的数学推导。这便是总
(13 ) R2 4 (10 ) ＋1 2 ＋ －
－1 2
图 8-11 完整电路
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1 20 mV
8 0mV
4 0mV
0V
－4 0V
0
□ ◇ △ V(IN＋,IN－)
40 TEMP
80
1 20
1 60
图 8-12 传感器转换电路特性
第8章 模拟电子系统的设计
1 0V
(16 0.0 00 ,5.0 82 1)
图 8 5 频 率 响 应
(20 .21 0K,2.40 5 6) 0 (20 .21 0K,－4 .5 05 7 ) (20 .21 0K,－1 8.56 5 ) －2 0
1 0h
1 00 h d b(v(1 0))
1 .0 Kh (b )
1 0Kh
1 00 Kh
第8章 模拟电子系统的设计
从曲线中可看出，音调控制范围不满足设计要求。可修改 元件参数再进行模拟，这个过程可能要反复多次。经反复修改
的电阻， 则应考虑能否将11 kΩ电阻用10 kΩ电阻取代。
第8章 模拟电子系统的设计
3. 性能指标的验证及元件参数的确定
估算元件参数
电路模拟 修改元件参数 分析结果
满足要求？ 是
图 8-3 确定元件参数的工作流程
结束
第8章 模拟电子系统的设计
4. 设计举例 例 8-1 设计简单扩音机中音调控制电路，其指标要求如下：