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1、第三章 模拟系统中的基本电路模块3.1 电源电路的设计 3.1.1 引起稳压电源输出不稳定的主要原因1、电网不稳；电网有高峰和低估2、负载变化；3、稳定电源本身不稳；4、元件受周围因素影响；3.1.2 稳压电源技术指标1、稳压系数：绝对稳压系数K和相对稳压系数S，其中一般情况下是指相对稳压系数：K=Uo/Ui S=(Uo/Uo)/(Ui/Ui)2、纹波系数（） :在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值与输出直流电压值之比。3、电压稳定度:负载电流范围内Ui/Uo，相对变化。4、电网调整率：输入电网电压由额定变化10%稳压电源输出的相对变化5、温度漂移 ：温度变化引起的输出变化6、响应时间 ：负
2、载电流突然变化，稳压电源从开始到达到新稳定输出需要的时间7、失真 输入正弦波输出不一定是正弦波3.1.3 集成稳压电源1、集成稳压电源原理:+UI取 样 电 路调整管比较放大电 路基准电压1）78 系列三端固定集成稳压电稳压电 源输输出正电压电压 的稳压电稳压电 源 用 78/79系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠 、方便 ，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该该三端集成稳稳压电压电 路的输输出电压电压 的正负负，如7806表示输输出电压为电压为 正6V，7909表示输输出电压为负电压为负 9
3、V。 2、典型集成稳压电源及应用CW7805 1 2 3UIUOGNDCW7800+ 21 3CW7905 1 2 3UIUOGND312CW790013_2_三端固定集成稳压器CW7800 系列(正电源)CW7900 系列(负电源)5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V78、79 系列的型号命名（注意引脚顺序）输出电流78L / 79L 输出电流 100 mA78M / 9M 输出电流 500 mA 78 / 79 输出电流 1.5 A输出电压例如： CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 ACW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 ACW78
4、L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用 集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤 波电容，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805应配 上散热板。 2）三端固定式负稳压电源79*系列79XX系列集成压器是常用的固定负输出电压的三端集成稳压器，除输入电压和输出电压均为负值外，其他参数和特点与78XX系列集成稳压器相同。79XX系列集成稳压的三个引脚为：1脚为接地端，2脚为输入端，3脚为输出端。 3）三端稳压式可调电源LM317集成可调稳压电 源电路LM317是常见见的可调调集成稳压稳压 器，最大输输出电电流为为2.2A，输输出电压
5、电压 范围为围为 1.2537V。 其接法如下： 1，2脚之间为间为 1.25V电压电压 基准。为为保证稳压证稳压 器的输输出性能，R1应应小于240欧姆 。改变变R2阻值值即可调调整稳压电压值稳压电压值 。D1，D2用于保护护LM317。 Uo=(1+R2/R1)*1.2524V24V220VW7815W79151 13 32 23 32 21 11 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+15 V+15 V 15 V15 V+1 000 F 0.1 F220 F 4 4）正负稳压输出电源）正负稳压输出电源3. 1.4 开关直流稳压电源1、开关直流稳压电源的基本原理传统的
6、线性串联型稳压电源，其调整管是连续地工作 在线性放大状态；开关稳压电源，其调整管是断续地工作 在导通和截止状态。 开关直流稳压电源的基本原理它和普通串联反馈型稳压电源一样，都有连续工作的取样电路、误差放大器和基准电压。所不同的是调整管工作在开头关状态，并且增加了脉冲发生 器、L、C脉冲滤波器和续流二极管 2、开关直流稳压电源的特点1）小型、薄型、轻量化SMT表面贴装技术：一种现代的电路板组装技术，它实现了电子产品组装的小型化、高可靠性、高密度 、低成本和生产自动化。目前，先进的电子产品特别是 在计算机及通讯类电子产品组装中，已普遍采用表面贴装技术。 2）高效率 3）产品更新快3、实用电路举例P
7、WM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。随着 电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，PWM码是一种脉宽调制码，它的组成为9MS高电平和4MS低电平引导脉冲，16位系统识别码，8位数据正码和8位数据反码。3.2 运算放大器电路3.2.1 运算放大器基本特性1、常用运算放大器类型（1）通用型（2）精密型（3）低噪声型（4）高速型（5）低电压、低功率型（6）单电源型2、运算放大
8、器的基本参数 运算放大器的静态技术指标 1.输入失调电压：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。VIO是表征运放内部电路对称性的指标。 2.输入失调电流：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。 3.输入偏置电流：运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。4.输入失调电压温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。5.输入失调电流温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。6.最大差模输入电压 ：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，
9、超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。 7.最大共模输入电压：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。 运算放大器的动态技术指标 1.开环差模电压放大倍数 (open loop voltage gain) ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。 2.差模输入电阻 (input resistance) ：输入差模信号时，运放的输入电阻。 3.共模抑制比 (common mode rejection ratio) ：与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益 与共模电压增益 之比，常用分贝数来表示。
10、KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB) 运算放大器的动态技术指标4.3dB带宽 (3dB band width) ：运算放大器的差模电压放大倍数 在高频段下降3dB所定义的带宽 。 5.单位增益带宽 (BWG)(unit gain band width)： 下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽 。 6.转换速率 (压摆率)(slew rate)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。7.等效输入噪声电压Vn(equivalent input noise voltage)：输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。 3.2.2 集成
11、运放的四个重要参数 ：(1) 增益带宽积 （GBW)GBW=Avd . fH其中 ，Avd为中频开环增益，fH为开环上 限截止频率。以uA741为例，Avd=100dB即100000倍。fH =10Hz , GBW=10100000=1MHz 。即该运放的 fT =1MHz 。Avd (dB)f fHfTAvo若运放在应用中接成闭环放大电路，其闭环放大电路的上 限频率 fHF=GBW/AVFAvd (dB)f fHfTAvoAVFfHF(2) 压摆率（转换速率）SR压摆率SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值 。若输入一正弦波电压，运算放大器输出也应是一正弦波电压 。则：若已知
12、V0m，则在输出不失真的情况下，输入信号的最高频率对于uA741，若将连接成电压跟随器电路，若输入信号为 Vin=2V， f=100KHz的正弦信号，其输出波形如何？+-vinvo为了要求输出不失真，则要求输入信号的应小于0.8V 。 vinvo(3) 共模抑制比CMRR该项指标表示了集成运放对共模信号（通常是干扰信号）的抑制能力 。定义Avd 为开环差模增益，Avc为开环共模增益。共模抑制比这一指标在微弱信 号放大场合非常重要，以为在许多实际场合，存在着共模干扰信号。假设某一放大器的差模输入信号Vidm为10uV，而放大器的输入端存在着 10V的共模干扰信号。为了使输出信号的有用信号（差模分
13、量）能明显的大于干扰信号，这时要求该运放应有多大的共模抑制比呢？设该放大器的输出端的共模电压为Vocm ,则 Vocm=Vicm . Avc则将其折合到输入端的共模信号为： Vicm= Vocm/Avc折合到输入端的误差电压为：在上例中，若取输入有用信号为干扰信号的两倍，即：则 运放的共模抑制比 要求运算放大器的共模抑制比大于120dB(4)最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区，而使运放的性能显著恶化，甚至造成损坏。根据工艺不同，Uidmax约为5V30V。最大共模输入电压Uicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电
14、压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能3.2.3 理想运放的工作特点及三种输入方式1、理想运放的工作特点开环差模增益（电压放大倍数）A0d=；差模输入电阻Rid；输出电阻R00；共模抑制比KCMR；上限截止频率fH；失调电压UIO、失调电流IIO和它们的温漂dUIO/dT、dIIO/dT均为零，且无任何内部噪声。由于uo为有限值，Aod为无穷大，因而净输入电压所谓 “虚短路”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近， 但又不是真正短路，通常简称为“虚短”。因为净输入电压为零，输入电阻为无穷大，所以两个输入 端的输入电流也均为零。理想运放在线性工作区1. 理想运
15、放在线性工作区的特点uPuNuOiPiN这就是我们以后 常用的“虚短路”这就是我们以后 常用的“虚断路”2 运放三种基本输入方式1)反相输入方式 理想运算放大器有三种基本连接方式。利用这三种基本工作方式，可进行模拟信号之间 的运算。 2)同相输入方式 3)差分输入方式 在实用电路中，为了防止 低频信号增益过大，常在 电容上并联一个电阻加以 限制。3.积分运算电路3.2.4集成运放的单电源应用采用单电源对集成这算放大器供电的常用方法是，把集成运算放大器两输入 端电位抬高（且通常抬高至电源电压的一半，即 Ecc/2），抬高后的这个电位就 相当于双电源供电时的“地”电位，因此在静态工作时，输出端的电
16、位也将等于两 输入端的静态电位，即Ecc/2。缺点：在无信号输入时，损耗较大 .集成运放的单电源应用在一些交流信号放大电路中，可以采用电源偏置电路，将静态直流输出 电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交 流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如 图1(b)所示。一般来说，R2R32RF.该电路的增益AvfRFR1。R2R3时， 静态直流电压Vo(DC)12Vcc。 测量放大器：数据放大器、仪表放大器。主要特点：输入阻抗高、输出阻抗低，失调及零 漂很小，放大倍数精确可调，具有差动输入、单端 输出，共模抑制比很高。应用：共模电压背景下对缓变微弱的差值信号进行放 大。如生物信号等。3.2.5测
