电子系统设计部分课后答案.ppt

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1、1、什么是电子系统？电子系统由哪几部分组成以及每部分的 作用。 答：通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传输、采集或处理电信号及信息的客观实体称之为电子系统。 一般电子系统由输入电路、信息处理、输出电路三大部分组成。 输入电路：主要是对输入信号进行预处理，比如滤波或模数转换等，使更加适合信息处理； 信息处理：对预处理后的信号进行运算、转换、比较等不同的处理。 输出电路：对处理后的信号进行功率放大或数模转换等，使之适合输出需要。,第一次作业及参考答案,2、电子系统设计的基本原则有哪些？ 答：电子系统设计的基本原则： （1）满足系统功能和性能指标要求,第一次作业及参考答案,针对不同的电路设计领

2、域，又有几条特殊原则： 先进性，主要针对科研攻关项目。 可靠性，主要针对军工、航天领域。 实用性，主要针对市场产品，要求对价格、性能和可靠性综合考虑，能进行大批量自动化生产。,（2）电路简单 （3）电磁兼容性好 （4）可靠性高 （5）系统集成度高,（6）调试简单方便 （7）生产工艺简单 （8）性能价格比高 （9）操作简单方便,3、电子系统的常用设计方法有哪些？每种方法的特点是什么？ 答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和两者相结合三种方法。 （1）自顶向下的特点： 运用概念（抽象）描述、分析设计对象，不过早地考虑具体电路、元器件和工艺； 抓住主要矛盾，不纠缠在具体细节上，控制设计

3、的复杂性； 底层修改，不影响顶层。 适合于大型系统设计,第一次作业及参考答案,3、电子系统的常用设计方法有哪些？每种方法的特点是什么？ 答：电子系统的常用设计方法主要有自顶向下、自底向上和两者相结合三种方法。 （2）自底向上的特点： 直观，效率较高，可利用前人的设计成果。 在系统的组装和调试过程中有效； 部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响系统性、易读性、可靠性、可维护性。 适合于小型系统设计。 （3）以自顶向下方法为主导，并相结合自底向上的方法，发 挥两种方法的优点，扬长补短，使设计效率更高。,第一次作业及参考答案,4、电子系统设计的一般步骤有哪些？ 答：（1）行为描述与设计：描

4、述系统的各项功能、各单元的输入和输出关系、各种技术指标。主要包括硬件框图设计和软件流程图设计。 （2）结构描述与设计：描述单元模块间的互连关系。主要包括硬件电原理图设计和软件源程序设计。 （3）物理描述与设计：实现结构的具体形式、技术和工艺等。主要包括传统的PCB、PLD或VLSI和元器件选型、布局布线、工艺设计等。,第一次作业及参考答案,5、负反馈对放大电路性能有哪些影响？ 答：（1）提高放大倍数的稳定性，放大倍数的稳定性是基本放大电路的(1+AF)倍。 （2）改变输入电阻和输出电阻，引入串联负反馈将增大输入电阻，引入并联负反馈将减小输入电阻。引入电压负反馈将减小输出电阻，引入电流负反馈将增

5、大输出电阻。 （3）展宽频带，是基本放大电路的(1+AF)倍。 （4）减小非线性失真。,第一次作业及参考答案,1、用一双电源供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，电压放大倍数为10倍。,第二次作业及参考答案,解：可采用反向输入和同相输入两种方法。 将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足：V+=V-=VO=VCC/2。如图所示电路为uA741构成反相交流电压放大器电路。 其中R2、R3称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。为获得最大动态范围，通常使同相输入端静态（输入电压为零时）工作点电压V+=VCC/2。,C1、C2为放大器耦合电容，取C1=C2 =10uF。 电压放大倍数Au

6、f=RF/R1 =10，所以RF=10R1。 取R1=20k,则RF=200k。,所以取R2=R3=10k。 静态时，放大器输出电压应等于同相输入端电压。,1、用一双电源供电的运放，设计一单电源交流电压放大电路，电压放大倍数为10倍。,第二次作业及参考答案,解：可采用同相输入和反向输入两种方法。 将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足：V+=V-=VO=VCC/2。如图所示电路为uA741构成同相交流电压放大器电路。 其中R2、R3称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。为获得最大动态范围，通常使同相输入端静态（输入电压为零时）工作点电压V+=VCC/2。,C1、C2为放大器耦合电容

7、，取C1=C2 =10uF。 电压放大倍数Auf=1+RF/R1 =10，所以RF=9R1。 取R1=20k,则RF=180k。 电路接入R4的目的是为了提高放大器的输入电阻。,所以取R2=R3=10k。 静态时，放大器输出电压应等于同相输入端电压。,2、设计一差分放大电路，电压放大3280倍，要求高输入阻抗，较高的共模抑制比，抗干扰能力强。 解：由题意分析可知，不能采用单运放的差分放大电路，必须采用三运放的差分放大电路。,第二次作业及参考答案,解：,可取R1=R3=10k,R2=200k，R4=800k。,3、用温度传感器AD590设计一个摄氏温度的测量电路，分析其工作原理，并求出输出端的表

8、达式。 (电流温度灵敏度是1A/K) 解：可以用电压抵消法和电流抵消法。,第二次作业及参考答案,利用差分电路的特点，将R1上得到的温度信号经运放N1缓冲隔离后，在运放N2的同相端和反相端进行相减，输出与摄氏温度成比例的电压。变换绝对温度T（K）为摄氏温度（C）。 电路图如右图所示，AD590通过R1转换成1mV/K，与N2运放反相端的电压相减，从而得到灵敏度为1mV/C的摄氏温度输出。,在0C时调整R2，使Vo=0，可扣除273.15的常数项，从而实现摄氏温度的测量。,3、用温度传感器AD590设计一个摄氏温度的测量电路，分析其工作原理，并求出输出端的表达式。 (电流温度灵敏度是1A/K) 解

9、：可以用电压抵消法和电流抵消法。,第二次作业及参考答案,利用运放的虚地概念，将AD590电流输出支路与产生273.15的常数支路在虚地点叠加变换绝对温度T（K）为摄氏温度（C）。 电路图如右图所示，MC1403输出2.5V电压基准，通过R1与R2的和（9.157k欧）,得到273.15uA，可在运放反相端与AD590在0C时产生的273.15uA相互抵消，从而得到灵敏度为100mV/C的摄氏温度输出。 在0C时，调整R1，使Vo=0；在1C时，调整R4，使Vo=100mV。,4、用温度传感器AD590设计一个测量两点间的温差电路，分析其工作原理，并求出输出端的表达式。 (电流温度灵敏度是1A/

10、K),第二次作业及参考答案,解：电路如右图所示，在反馈电阻为100kW的情况下，设1#和2# AD590处的温度分别为t1（）和t2 （）。电位器R2用于调零，电位器R4用于调整集成运放的增益。 A点，由KCL得：I+I2=I1+I3+I4（1） 由运算放大器的特性知：I3=0 （2） 调节调零电位器R2使：I4=0 （3） 由(1)(2)(3)可得： I=I1-I2 设R4=90kW,则有: Vo=I(R3+R4)=(I1-I2)(R3+R4) =(t1-t2)100mV/C （4）,其中，t1-t2为温度差，单位为。 由式（4）知，改变R3+R4的值可以改变VO的大小。,5、选择适合的集成

11、电子开关，实现一个增益可控的放大电路，要求实现2倍、4倍、8倍、16倍和32倍的增益。,第二次作业及参考答案,解：由题意分析可知，可选用四路双向集成模拟电子开关CC4066来实现四种增益可控。 采用反相放大电路实现增益，电路如右图所示。,将R1阻值固定，通过电子开关改变Rf来实现增益的改变。取R1=1k Au=32，则Rf=32R1=32k；,R=R1/Rf2/Rf1k,Au=16, Rf1=32k；Au=8, Rf2=16k； Au=4, Rf3=8k； Au=2, Rf4=4k；,1、设计一二阶压控电压源（VCVS）巴特沃斯低通滤波器，截止频率fc=3kHz。（ =1.414) 解：-3B

12、D截止频率fc=f0=1/(2RC)，则 RC=1/(2fc)=5.310-5 取C=0.01uf，则R=5.3k,第三次作业及参考答案,因为Q=1/(3-Aup），所以 Aup=3-1/Q=1.586 Aup=1+Rf/R1=1.586, Rf=0.586R1。,运放两个输入端的外界电阻必须满足直流平衡条件，即R1/Rf=2R=10.6k与Rf=0.586R1联立求解，可得 R1=37.9k,Rf=22.2k。,2、设计一二阶压控电压源（VCVS）高通滤波器，截止频率fc=400Hz，通带放大倍数为2。（1/8=0.0398) 解：-3BD截止频率fc=f0=1/(2RC)，则 RC=1/(

13、2fc)=3.9810-4 取C=0.01uf，则R=39.8k,第三次作业及参考答案,Aup=1+R3/R4=2 所以R3/R4=1，R3=R4。 由平衡条件R3/R4=R/R 联立解得R3=R4=R=39.8k,3、设计一二阶压控电压源（VCVS）带通滤波器，中心频率f0=2kHz，通频带宽fBW=400Hz。,第三次作业及参考答案,解：中心频率f0=1/(2RC)，则 RC=1/(2f0)=7.9610-5 取C=0.01uf，则R=7.96k BW=f0/Q，Q=f0/BW=5 Q=1/(3-Aup),Aup=3-1/Q=2.8 Aup=1+R5/R4=2.8，R5=1.8R4 由平衡

14、条件 R4/R5=R3=2R=15.92k 联立解得 R4=24.76k,R5=44.57k,4、利用仪表放大器AD620设计一个压力检测电路，标出AD620的连接引脚标号，并简述电路的工作原理。,第三次作业及参考答案,压力检测电路,由桥电路构成的压力传感器，将检测到的信号送入仪表放大器AD620，AD620和一缓冲分压器完成信号调节，并通过ADC输出数字信号。,1、设计一个信号发生电路，该电路可产生频率为160Hz和1KHz的正弦波、方波和三角波，计算电路的参数，简述工作原理。 解：（1）确定设计方案 （2）计算元器件参数 因为产生的正弦波频率不高，所以采用RC桥式振荡电路。 桥电路参数 由

15、RC正弦波振荡频率公式可得,第四次作业及参考答案,RC0.001,RC1.610-4,第四次作业及参考答案,若电容不变，改变R来实现两个不同频率的产生。 取C=0.01uF，则R100K或R16K 起振条件参数 R7+R92R6 R6=10K,则R7+R9 20K，取R7=15K，R9=10K。 为了便于产生正弦波和调节正弦波输出的幅值，R7采用电位器。,（3）设计电路,（4）电路工作原理 由运算放大器A1构成的桥式振荡电路，串联在反馈回路中的两并联二极管构成非线性环节，使输出波形电压幅值稳定，最后输出稳定幅值的正弦波。紧接着是一个由A2构成的电压跟随器，把正弦波输入到由A3组成的过零同相比较

16、器，产生方波，并由两稳压二极管稳压；方波输入到由A4构成的积分器电路，最后输出三角波。,第四次作业及参考答案,第四次作业及参考答案,2、利用集成运算放大器设计一实用的电压-电流转换电路，分析输入与输出的关系。,理想运放情况下：,实用的电压-电流转换电路,图中R1=R2=R3=R4=R，因此,第四次作业及参考答案,第四次作业及参考答案,3、电路如图所示，已知T1和T2的饱和管压降UCES2V，直流功耗可忽略不计。回答下列问题： （1）R3、R4和T3的作用是什么? （2）负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率各为多少？,（3）设最大输入电压的有效值为1V。为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V，电阻R6至少应取多少欧姆？,第四次作业及参考答案,解：（1） R3、R4和T3的作用是消除交越失真。 （2）最大输出功率和效率分别为,（3）电压放大倍数为,R11k，故R5至少应取10.3 k。,1、用DAC0832与单片机来产生锯齿波，要求画出硬件电路图和