第2章模拟电路子系统的设计
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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
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
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。
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。
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。
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。
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，
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
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（
Βιβλιοθήκη Baidu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
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）
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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。
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，
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
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（
Βιβλιοθήκη Baidu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
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）
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。
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
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。