第章 模拟电子电路设计与分析.doc

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1、-第12章 模拟电子电路设计与分析 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 科技前沿基于可定制芯片设计方法 交生产厂家二次设计制 tegrated circuitsASIC) ；按使用材料的不同可 用硅材料，微波ASIC主 工作温度范围宽等优点， ，按制造工艺的不同还 1 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 本章首先介绍系统电路设计中绘图环节的基本概念、方法，接着阐述实际电子信息工程中模拟电路图的分析原则，特别是结合实用的电磁炉控制管理系统介绍了复杂电子系统分析方法，最后重点介绍模拟电子系统设计理论与方法，并结合电子设计大赛中有关本课程的内容相关的设计题目为例介

2、绍电子系统设计与实现的全过程。本章重点内容有： 模拟电子系统分析的原理与方法； 典型电子系统设计的基本理论与方法； 熟练掌握模拟电子系统分析设计过程与步骤。 电子系统分析与设计的现代化过程经历了三个主要阶段。 括有印制电路板（printed 独立软件工具进行系统 neering）阶段，在集成 许多成果。这个阶段中主 计的各种ASIC的设计分 2 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 (1) 画主电路。主电路是电气控制线路中大电流信号通路，包括从电源到执行机构之间相连的所有电器元件形成的电路。一般由组合开关 (combined switch)、主熔断器(main fuse)、接触器主触点(cont

3、actor)、热继电器(thermorelay)等热元件和电动机(electromotor)等电气设备与电子元件组成。绘制主电路时，应依照国家（或专业权威机构）规定的电气图形符号并按照电路绘制原则绘制。用粗实线画出主要控制、保护等用电设备，如断路器(circuit breaker)、熔断器、变频器(frequency converters)、热继电器、电动机等，同时用提示性文字符号依次标明相关功能用途。 、保护电器触点等器件组 一般均是由各种典型电 中受控设备的“起动”、 要求正常运转。 3 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 图12-1 绘图实例电动车原理图 12.2模拟电子电路图分析 电子

4、电路图用来表示实际电子电路的组成、结构、元器件标称值等信息。电子专业技术人员要了解、掌握电子产品的工作原理，看懂电子产品、设备的电路图是一项基本功能。而快速地看懂电子产品的电路图是电子工程师基本技能，也是开发设计电子新产品新技术的基本手段之一。因此，了解电路图种类与掌握各种电路图的分析方法，是电子技术学习的第一步。本节主要研究模拟电子技术中最常用的两种图形设备、产品的方框图与电气原理图的分析方法。 12.2.1方框图分析方法 系统方框图是系统总体模块结构图，也是系统拓扑图。从方框图中可以了解系统功能结 构，准确定位分析单元电路功能与性质。如图12-2所示是一个两级音频信号放大系统的方 4 第十

5、二章 模拟电子线读图与设计方法 框图。从图中可以看出，系统电路由信号源、前级放大器、中间级放大器和末级放大器以及负载五个单元电路构成；从方框图也可以了解到，电路主体包含三级放大电路；再根据专业经验可以初步判断各部分电路功能与任务，也可以大致了解电路特性与功能。 图12-2音频放大系统方框图 统电路方框图和集成电 （整机电路、系统电路 位置、名称，以及复杂电 的突破口。而且方框图简 信号在传输过程中的处 5 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 关系；在整机电路方框图中，通常在各个单元电路之间用带有箭头的连线进行连接，通过图中的这些箭头方向，还可以了解到信号在整机各单元电路之间的传输途径。并不是所

6、有的整机电路在图册资料中都给出整机电路的方框图，但是同类型的整机电路方框图基本上是相似的。所以利用这一点，可以借助于其他整机电路方框图了解同类型整机电路组成等情况。 在各种方框图中，整机方框图是最重要的方框图，整机电路方框图不仅是分析整机电路工作原理的有用资料，更是故障检修中建立正确检修思路的依据，特别是对修理中故障逻辑推理的形成和故障部位的判断都是十分重要的。 2) 系统电路方框图 方框图形式来表示系统 方框图比整机电路方框 所示是组合音响中的收 图 12-3 音响收音电路系统方框图 MW（medium wave）中波，SW (short wave)短波，AGC自动增益控制（Automati

7、c Gain Control） 3) 集成电路内电路方框图 集成电路内电路方框图是一种十分常见的图形。集成电路内电路的组成情况可以用实际电路模拟仿真图或内电路方框图来表示，由于集成电路十分复杂，因此在许多情况下用内电路方框图来表示集成电路的内电路组成情况更利于识图。从集成电路的内电路方框图中可以了解到集成电路的组成、相关引脚的作用等识图信息，这对分析该集成芯片应用电路是十分有用的。如图12-4所示的TOPSwitch系列芯片是美国PI公司新推出的第二代单片开关电源集成电路内部方框图。 由图12-可以看出，芯片内含振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、

8、过电流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断/自动重启动电路。该芯片是以最简单的方式构成的无工频变压器的反激式开关电源，开关频率为100KHz。它不仅设计先进，功能完善，而且外围电路简单，使用非常灵活。是目前设计小功率（250W）开关电源的最佳选择。 6 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 图12-4 TOPSwitch内部功能框图 control控制, drain漏极, vilimit输入限制电压,source电源， dmax动态最大，saw声表面波,pwm 脉冲编码调制 TOPSwitch各引脚功能见表12-1。 表12-1 TOPSwitch引脚功能介绍 引脚 漏极脚 （DRAIN） 控

9、制脚 （CONTROL） 源极脚 （SOURCE） 功能 接输出管MOSFET漏极，在启动工作时，经过内部开关电流源提供内部偏置电流。该脚还是内部电流监测点。 是误差放大器和反馈电流输入脚，以控制占空比。正常工作时内部分流调节器接通，提供内部偏置电流。该脚也接电源旁路和自动再启动/补偿电容器。 是输出级MOSFET的源极连线，接直流高压和主变压器原边电路的公共端与参考点。 又如三肯(SANKEN)公司的集成电路STR-S6709内部方框图见图12-5。 7 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 图12-5 STR-S6709内部框图 start up启动 perreo 播放器 propotion

10、al drive成比例驱动 latch闭锁，门闩 ocp过流检测 ohp过热载保护 ovp过压保护 inh关断(禁止) ref 参考端 osc 振荡器 sink 接收 fdbk反馈 gnd 接地 driver 驱动 从这一集成电路内电路方框图中可以看出，三肯公司的集成电路STR-S6709是小型单列直插式带散热器结构，包含开关三极管、比例驱动电路、振荡电路、门闩电路、过流保护电路、过压保护电路。其只需很少的外围元件既可以构成开关电源。该芯片优点是开关电路脉冲宽度能改变，即正常工作时是宽脉冲方式工作，待机时是窄脉冲方式工作，实现单电源待机功能。引脚功能如下表12-2。 8 9 名称 集电极 发射

11、极 基极 激励入激励出过流 检测 电压 300 0.05 -0.13 0.681.13 0.03反馈入 关断时 间控制 控制电路电源 0.23 1.32 7.27 功能复杂， 所以在进行电 图12-6实线和虚线示意图 (2) 记忆电路组成。记忆一个电路系统的组成时，由于具体电路太复杂，因此要用方框图。在方框图中，可以看出各部分电路之间的相互关系（相互之间连接关系），特别是控制系统，可以清晰看出控制信号的传输过程、信源和控制的目标对象等信息。 (3) 分析集成电路应用电路。分析集成电路应用电路的过程中，如果缺少集成电路的引脚资料时，可以借助于集成电路的内电路方框图来推理引脚的具体作用，明确地了解

12、哪些引脚是输入脚，哪些是输出脚，哪些是电源引脚，而这三种引脚对识图是非常重要的。当引脚引线的箭头指向集成电路外部时，这是输出引脚，箭头指向内部时都是输入引角。 例如图12-8所示集成电路方框图中，集成电路的脚引线箭头向里，为输入引脚，说明信号是从脚输入到变频级电路中的，所以脚是输入引脚；脚引脚上的箭头方向朝外，所以脚是输出引脚，变频后的信号从该引脚输出；脚是输入引脚，输入的是中频信号，因为信号输入到中频放大器电路中，所以输入的信号是中频信号；脚是输出引脚，输出经过检波后的音频信号。 8 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 当引线上没有箭头时，例如图12-7所示集成电路中的脚，说明该引脚外电路与

13、内电路之间不是简单的输入或输出关系，方框图只能说明脚内、外电路之间存在着某种联系，该脚要与外电路中本机振荡器电路中的有关元器件相连，具体是什么联系，方框图就无法表达清楚了，这也是方框图的一个不足之处。 图12-7 集成电路引脚功能方框图 音频功率放大集成电路 图12-8 LA445集成电路的内电路方框图 另外，在有些集成电路内电路方框图中，有的引脚上箭头是双向的，这种情况在数字集成电路中常见，这表示信号既能够从该引脚输入，也能从该引脚输出。 3方框图的识图结论 通过方框图概念、功能、特点等的介绍，可以得出方框图识图时要注意以下事项： 9 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 (1) 集成电路制造

14、商提供的电路资料中一般情况下都不给出整机电路方框图，不过大多数同类型机器其电路组成是相似的，利用这一特点，可用同类型机器的整机方框图作为参考。 (2) 一般情况下，对集成电路的内电路是不必进行分析的，只需要通过集成电路内电路方框图来理解信号在集成电路内电路中的放大和处理过程。 (3) 方框图是众多电路中首先需要记忆的电路图，记住整机电路方框图和其他一些主要系统电路的方框图，是学习电子电路的第一步。 12.2.2模拟电路电气图分析方法 或国家约定的符号绘制 与详细功能情况。这样， 情况，可以大大提高工作 到底就是由元件构成的。 系统要先看主电路，并了 等相关信息。然后再看控 10 第十二章 模拟电子线读图与设计方法 的入口，右方是信号的出口。根据这个道理很容易了解到原理图的功能。然后再把原理图细分成若干单元，仔细了解每一单元的功能，就会对整个系统功能有个大体了解。