电子电路基本知识

STM32
PA2 PA1 PA0
RF1
RF2 RF8
...
A2 A1 A0
NO1 NO2
MAX308 COM
NO8
uI R1 R2
+A
uO
6. 程控放大电路
6.3 基于通用型运放与继电器的设计方法 用电磁继电器代替模拟多路选择器，由微处理器控制继电器的闭合
与断开，选通不同的反馈电阻。其原理示意图如下图所示。
2. 三极管
三极管分为NPN型与PNP型：
三极管工作的三个区(NPN 型为例)： 截止区：发射结反偏、集电结反偏（Ube≤Uon且Uce>Ube）； 放大区：发射结正偏、集电结反偏（Ube>Uon且Uce≥Ube）； 饱和区：发射结正偏、集电结正偏（Ube>Uon且Uce<Ube）。
2 三极管
三极管有三种接法：共集、共射、共基。 判别方法： 共集电极电路----三极管的集电极接地，集电极是输入与输出的公共极； 共基极电路----三极管的基极接地，基极是输入与输出的公共极； 共发射极电路----三极管的发射极接地，发射极是输入与输出的公共极。
4. 运算电路
7）积分运算电路
8）微分运算电路
U0

-
1 RC
U1dt U（0 0）
U0

-RC dUt dt
5. 信号处理电路
滤波电路：有源滤波电路、无源滤波电路 无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其
截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无 源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者 大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。
STM32
PA2 PA1 PA0
RF1
RF2 RF8
...
A2 A1 A0
NO1 NO2
MAX308 COM
NO8
uI R1 R2
-
A
+
uO
6. 程控放大电路
MAX308 是8选1模拟多路开 关，由A2、A1和A0的不同电平组 合来控制 COM端与NO1至NO8端 的连接，分别选通反馈电阻RF1至 RF8 ，从而实现8档增益调节。可 根据档位需要选用4选1等不同模拟 多路开关，或者将多个模拟多路开 关并联使用，构成更多的档位选择。 该方案的特点是原理简单，集成度 较高，但是增益档位是有限的，更 为关键的是模拟多路选择器的导通 电阻不为零、截止电阻不为无穷大， 且是非线性，误差较大，不宜用于 精密放大。
该方案的优点是原理简单，
集成度高，调节档位多，缺点是 精度不足，抗干扰性稍差。
uI R1 R2
STM32
PA0 PA1 PA2
— U`/ D INC —CS
VH X9C103 VL VW
-
A
uO
+
通用型运放与数字电位器的设计方法
6. 程控放大电路
6.5 仪表放大电路 仪表放大电路多用于数据采集、精密测量以及工业自动控制系统，
运算电路的形式。电路包含两级放
R '1
+
A1
uO1
-
R6
大级，A1和A2组成第一级，两者 均为同相输入方式，因而输入电阻 很高，由于电路结构的对称，因此 uI 漂移可以相互抵消。第二级的A3
R2
R1
R3
R4
-
A3
uO
R5
+
为差分输入方式，将差分输入转换 为单端输出。在本电路中，要求元 器件参数对称，即：
电子电路基本知识
1 二极管 2 三极管 3 放大电路基本分析方法 4 基本运算电路 5 信号处理电路 6 程控放大电路
1. 二极管
PN节： PN 结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。接触电位差---硅材料约为
0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。 PN 结的伏安特性：
应用：整流、限幅、保护、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、光 耦等。
1
0
4
1
1
8
该方案的特点是集成度高，电路简单，但是增益档位有限且固定，一般是4 档或8档可调。
6. 程控放大电路
6.2 基于通用型运放与模拟多路选择器的设计方法 在通用型运放构成的放大电路基础上，用微处理器控制模拟多路选
择器（即多路开关）来选择不同阻值的反馈电阻，从而实现增益的控制。 以模拟多路开关MAX308为例，其方案原理如下图所示。
... ... ...
...
RF1 RF2
RF8
uI R1 R2
+A
O1 I1
ULN2803
O2
I2
PA0 STM32
PA1
O8
I8 PA8
uO
由于电磁继电器的导通和 截止性能优异，采用精密电 阻，该方案适合进行精密放 大，在自动化仪器仪表中广 泛应用。不过体积稍大，增 益档位也是有限的。
通用型运放与继电器的设计方法
情况。由此，可以得出该放大器的
R '1 + R1 2 - A1
uO1
R2
输入输出关系为：
U0

-
R6 R4
(1
2R2 R1
)U1
仪表放大电路
只需要改变R1 电阻的值即可灵活地调整输出电压和输入电压之
间的比例关系。
应当注意的是，由于差分比例运算电路的特点，电路中 R4、
R5、R6 和R7四个电阻必须采用高精度电阻，并且要精确匹配，否
电压跟随器
R2 R1 // Rf
U0
（1
Rf R1
）Rf R1
U
I
4. 运算电路
3）同向求和运算电路
4）反向求和运算电路
R

R1 // R2//R3 // R4

Rf // R5
U0
(1
Rf（) U R1
I1
R
R1

UI2
R
R2

UI3
R
R3
）
R4 R1 // R2//R3 // Rf
3. 放大电路的基本分析方法
（1）图解法 （2）微变等效电路法（小信号法）
1）将电路分为直流通路和交流通路； 2）计算静态工作点（直流通路，认为小信号对静态工作点没有影响）； 3）交流通路计算交流放大倍数
三极管电路模型
4. 运算电路
理想运放： 1）差模开环电压增益 Avd=∞； 2）差模输入电阻 Rid=∞； 3) 输出电阻Ro=0； 4）共模抑制比KCMR=∞； 5）输入偏置电流IIB=0； 6）输出失调电压VIO、失调电流IIO 及其温漂αVIO、αIIO 均为零； 等等。
有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求 高的场合。有源滤波电路一般由RC 网络和集成运放组成，因而必须在 合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电 路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场 合，只适用于信号处理。
5. 信号处理电路
1）低通
2）高通
6.1 基于专用程控放大器芯片的设计方法 将专用的可编程增益放大器，如PGA202、PGA205、PGA113等
与单片机、嵌入式微处理器结合，可构成高性能的程控放大电路。以 PGA205为例，其方案原理如下图所示。
uI
PGA205
uO
DGND A0 A1 AGND
PA0 PA1
DGND
STM32
专用程控放大器芯片的设计原理
-
R1
+ A2
uO2
R7
R 2 R3，R 4 R5，R 6 R 7
仪表放大电路
当加上差模输入电压 时，A1和A2的输入电压 u11和 u12大小相等， 极性相反，且 R2 = R3，此时可以认为电阻R1的中点电位保持不变， 即在 R1/2处相当于交流接地.
6. 程控放大电路
当加上差模输入电压 时，A1 和A2的输入电压 u11和 u12大小相 等，极性相反，且 R2 = R3，此时 可以认为电阻R1的中点电位保持 不变，即在 R1/2处相当于交流接 地.此时运放A1的工作情况如左图 所示。同理，可以分析A2的工作
通常用于对传感器输出的微弱信号进行放大。仪表放大电路要求高增 益、高输入电阻和高共模抑制比。如右图所示是一种应用广泛的由三 个运放组成的放大器原理图。
R '1
+
A1
uO1
-
R6
R2
uI
R1
R3
R4
-
A3
uO
R5
+
-
R1
A2
+
uO2
R7
仪表放大电路
6. 程控放大电路
6.3 仪表放大电路 电路中的三个运放均接成比例
5. 信号处理电路
3）带通
4）带阻
6. 程控放大电路
程控放大器可以通过单片机、嵌入式微处理器来控制其增益，常用 于数据采集系统或自动化仪表中。放大部分由集成运放及外围元器件 组成。其基本原理是由软件调节反馈电阻的阻值，从而实现增益的自
动控制，如下图所示。
uI R1 R2
- RF +A
uO
6. 程控放大电路
6. 程控放大电路
6.4 基于通用型运放与数字电位器的设计方法 数字电位器是通过开关控制电阻网络接点的连接方式来改变电阻值
的半导体器件，可直接与通用型运放组成程控增益放大器。以Xicor公 司出品的X9C系列数字电位器X9C103为例，其方案原理如下图所示。
uI R1 R2
STM32
PA0 PA1 PA2
U0

Rf（
UI1 R1

UI2 R2

UI3 ） R3
4. 运算电路
5）加减运算电路
6）差分比例运算电路
R1 // R2//Rf R3 // R4 // R5
U0

Rf（U I 3 R3
UI4 R4
UI1 R1
-UI2 ） R2
Baidu Nhomakorabea
R1 R2
U0

-
Rf R1
(U I 1
UI2)
则不仅会带来输入输出误差，而且还将降低电路的共模抑制比。
Thanks
非理想运放： 通用型运放、轨对轨运放、高阻型运算放大器、低温漂型运算放
大器、高速型运算放大器、低功耗型运算放大器、高压大功率型运算 放大器、低输入偏流型、多元型、单电源型、跨导型、程控型等。
4. 运算电路
1）反相比例运算电路
2）同相比例运算电路
R 2 R1 // R f
U0


Rf R1 U I
— U`/ D INC —CS
VH X9C103 VL VW
-
A
uO
+
通用型运放与数字电位器的设计方法
6. 程控放大电路
X9C103由计数器、非易失 性存储器、译码器、电阻网络和 控制电路组成，其最大阻值为 10KΩ，分100档调节。数字电位 器的两个端点VH和VL之间有一 个由99个相同电阻串联组成的电 阻网络，这些电阻每两个之间的 连接点上均有一个CMOS开关管 作为开关，由译码器对计数器结 果译码进行控制，开关管导通时 就把电位器的中间抽头VW端连 接在该点上，从而获得不同的阻 值。
PGA205是价格较低、用途广泛的可编程增益放大器芯片，放大倍数分为四 档，分别为1、2、4和8倍，可以通过微处理器控制PGA205的A1、A0的逻辑电 平的不同组合来对其放大倍数进行数字选择，如下表所示。
6. 程控放大电路
表 PGA205 的放大倍数与编程逻辑的关系
A0
A1 放大倍数
0
0
1
0
1
2