第2章模拟电路子系统的设计

系统设计（续）
3）拟定框图
电压表须有衰减、放大、整流和表头驱动电路
被测信号
衰减
放大
整流
表头
电源
系统设计（续）
T1衰减器用于调节输入档，T2公共衰减器
量程和开关
被测信 号
衰减 T1
阻抗 变换
放大 A1
衰减 T2
阻抗 变换
放大
整流
表
A2
头
电
源
系统设计（续）
4）拟订模块指标
需要反复比较核算，合理分配衰减值、放大倍数、和频 率特性指标，根据电路结构提出阻抗匹配要求，考虑整 流线性度的保证措施，系统误差的分配等。
CMRR） （3）没有温漂、时漂，能处理任何微弱信号
注：“零子”：输入端子电压为零，电流为零；
“任意子”：也称“极子”，相当于理想电压源；
理想运放的具体满足条件
运算放大器的分类
按电路形式分反相，同相和差动放大电路。 按数学运算分加法/减法器，微分器和积分器。 按输入信号的性质可分为直流放大器和交流放 大器。
数字系统的优点：抗干扰强、便于处理、可采用高 度集成的数字器件，便于利用计算机技术等。 但不论模拟系统还是数字系统都要用模拟电子电路。
模拟电路设计方法
模拟电路设计方法： (1)人工设计：电路结构的确定、元器件参数的 选取、电路的各项指标的计算等各个设计关节 均由设计人员完成。 (2)计算机辅助设计（CAD）：电路的各项指标 的计算由计算机完成。
第二章 模拟电路子系统的设计
➢ 2.1 模拟电路设计的特点 ➢ 2.2 模拟系统设计简介 ➢ 2.3 模拟电路设计的一般原则和步骤 ➢ 2.4 常用单元电路
模拟系统
模拟系统是将各类待处理物理量通过各种传感器转 换为电信号，使电信号的电压、电流、相位、频率等参 数与某物理量具有直接的对应关系。
此对应关系是对原始物理量的模拟。如：电视系统将 光信号转换成电信号，再将电信号转换成光信号；测量 温度的仪表将温度转换成电信号后经处理再转换成磁信 号，通过指针表示温度值。
2.1 模拟电路设计的特点
（1）器件模型的精度有限。 （2）计算方法简化。 （3）模拟电路的种类较多。 （4）电路的技术指标众多。 （5）模拟器件种类繁多。 （6）分布参数和干扰对模拟电路的影响较大。 （7）要求设计者具有较高的综合素质。
模拟电路设计的注意点
（1） 注意技术指标的精度及稳定性，考虑元器件的温 度特性，电源电压波动，负载变化及干扰的因素的影响 。 （2） 重视级间阻抗匹配问题。（反射） （3） 元器件的选择应注意参数的分散性及温度的影响 。（发散与收敛、温漂） （4） 调试中应遵循先单元后系统，先静态后动态，先 粗调后细调。（调零、温度补偿等）
任务：将系统的总要求分解为不同的子功能，再根据不同的子功 能确定出可完成各个子功能的模块（即单元电路），并为各个模块 确定具体的技术指标。 设计步骤： 1）系统指标可行性分析：包括指标合理性、难易程度、先进性、 主客观条件、元器件的货源情况、可否按时完成、成本和市场前景 。 2）信号处理的流程分析。 3）拟定信号处理流程中所设定的处理环节和处理要求，设置可完 成各种相对独立的功能模块，用框图完成
运算放大器
3种放大器原理图和参数关系
集成运放的主要技术指标
可分为四类： 1、按速度类：如GBW，SR 2、按精度类：VIO，IIB 3、增益和噪声抑制：CMRR，GAIN 4、按电源：VCC，IQ
集成运放的性能参数
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2.2 模拟系统设计简介
定义：
将需要处理的物理量转化为电信号，以电信号的 电压、电流、频率、相位等参数模拟被处理的物理 量，用电子技术对电信号的处理，达到对物理量的 处理，这种处理方式叫模拟方式。
以模拟处理方式为主，应用电子技术完成信号 处理的系统称为模拟电子系统。
模拟电子系统的设计阶段
1.系统级设计
2.3 模拟电路设计的原则和步骤
➢ 1.分析技术指标的可行性 ➢ 2.确定指标中的关键指标和设计难点 ➢ 3.分析各个指标间的相互关系 ➢ 4.选择合适的器件 ➢ 5.在设计时留有适当的余量（降额设计） ➢ 6.反复凑试、反复核算、反复修改（仿真验证） ➢ 7.反复实验、反复调整
2.4 常用单元电路
系统设计
1）可行性分析 该仪表被测量电压范围、输入阻抗和误差要求均属于
常规性指标，易达到。电压表应用放大和整流技术，所 用器件可选范围很宽，因此设计可行。 2）信号处理流程分析
衰减（使输入较大电压值的被测信号具有合适幅度） →放大（使被测信号的幅度满足后续整流电路的要求） →整流（将正弦信号转支流以驱动表头） →由表头指 示测量结果
单元电路是组成模拟电子系统的“细胞” 常用的单元电路包括:
（1）集成运算放大器 （2）模数转换器 （3）数模转换器
2.4.1 运算放大器及其应用
运算放大器是一种能模拟数学运算的放大器。要准确 模拟数学运算，需具备“理想”特性。
理想放大器具有以下特性： （1）输入端“零子”，输出端“任意子” （2）只放大差模信号，无限大的共模抑制（
优点：整个处理过程中，电信号的相关参数始终与 原始物理量有直接的对应关系，即模拟关系。
数字系统
数字系统是将被处理的物理量首先转换成模拟的电信 号，在对电信号处理之前先经过A/D转换，将模拟信号 转换成数字信号。
状态只有“0”和“1”。数字信号可以根据需要再经 D/A变换成模拟电信号，再由电信号转换成物理量。
模拟电子系统的设计阶段（续）
4）拟订框图中模块的指标。 5）确定单元电路的技术指标。 6）系统设计的优化。
2.电路级设计
任务：根据系统级设计时所制定的各个子模块的指标， 选定合理的电路结构、电路参数和器件，使之达到指标 的要求，实现各个子模块的功能。
举例：交流电压表的设计
具体指标：
（1）电压测量范围：50uV-30V （2）电压量程：1mV，3mV，10mV，100mV，1V，3V，30V，
300V。 （3）被测信号频率范围：2HZ-500HZ。 （4）频率响应：以1KHZ的不均匀性为基准，分别为2HZ-200KHZ
＜±3%；2HZ-500KHZ＜±5%。 （5）输入阻抗：在1KHZ下，输入阻抗不低于2M，输入电容小于 60PF。
（6）测量误差：＜±2.5%。 （7）用磁电式表头指示测量结果。