_毕业设计英文翻译_稿

章

4

电子

章目标

本章将会帮助你了解有源装置,它们如何使用仪器的应用程序,模拟和数字电路的区别。

在这一章以下要点进行探讨。

●主动和被动的条款适用于电子元件。

●信号放大、增益调整,和反馈放大器。

●操作的功放。

●不同类型的放大器。

●它们之间的区别,数字和模拟电路。

●仪表放大器。

●介绍数字电路。

●模拟信号转化为数字信号。

从测量或察觉到输出设备通常是转换为电子信号,以便他们能被传送到另一个遥控器控制加工和最终的致动器的控制或直接致动器的控制。因此,以及理解的操作和传感装置测量,就有必要了解电力及电子应用、控制电路、信号放大和传输的电信号。可以测量的数量就是模拟在自然界中,因此传感器信号通常是模拟信号,但是有时候被转换直接成数字信号。在长距离传输的信息可以用模拟或数字信号。由于与更高的完整的数字信号相比,模拟信号,而事实上,处理器使用的是数字信号,这种形式的传输者优先考虑。自从两种形式的传输是常用,一个对这两门学科的认识有必要,信号形式,将会被讨论。

4.1 介绍

被动元件电阻、电容和电感进行了研究,在器件库2和3。本章涉及的活性成分,即设备,如双极性的或金属氧化物半导体(MOS)电晶体,它们是有源装置,可以放大信号。集体所有的这些装置都被称为电子产品。晶体管是制造半导体材料(硅或镓)称作chips或集成电路。几十双MOS晶体管或千分之一,也会使互联在一个芯片上,形成了一套完整的复杂电路功能或系统之中。

4.2 模拟电路

电子电路的研究,那里的输入和输出被不断变化的、被誉为模拟电子产品。4.2.1 离散放大器

晶体管能被用来制作离散功率放大器。图4.1显示电路的分立的双极(NPN型)和MOS(N频道)放大器放大交流(ac)信号。不同水平的直流输入和输出操作点,结合温度漂移,需要电容式隔离,以及各阶段的应用与直接电阻性的反馈。例如,如果有配置的离散设备供应、从9 V直流输入偏置水平大约要3 V,对对称的输出输出直流水平大约6 V。

双极装置是一种电流增益放大器,它所带来的是：

增益(b)=?IC(集电极的改变量)?(基极的改变量) (4.1)

一种MOS器件具有跨导(转移导纳)的输出电流的变化为改变输入电压。给出了跨导：

转移导纳(μ) =?IS (电流的改变量)?EG (基极电压的改变量) (4.2)

β和μ都和其他元件参数是可悲的,所以,得到温度会有所不同,运行点温度。例4.1：在图4.1b的MOS有转移导纳4.5mA V。如果负载电阻是5 k?阶段中获得的日子,放大增益是什么?

放大增益 = μ× 5 k? = 4.5mA V × 5 k?=22.5 传感器信号通常是低层次的直流信号,这已经被放大后才能被传送到一个中央控制单元,或用来操作指标或执行机构。离散放大器是不适合传感器信号放大,因为他们的温度漂移和变异阶段中获得。

4.2.2 运算放大器

集成电路,就能使多个有源装置互连线在一个芯片上要做一个运算放大器(运算放大器),比如LM741107通用运算放大器。这些放大器电路是小的一个、两个或四个可以被封装在一个单一的塑料双重嵌入的包装(倾角)或类似的包装。

4.2a(见图)。所有的离散装置在集成电路制造作为一个群体,给他们所有的人都相似的特点,并作为他们靠得太近,他们在相同的温度下。因此,对集成运算放大器可以被设计为克服大部分过程中所遇到的问题,在离散装置放大器。这是达到使用双装置来平衡彼此的特点,减少温度漂移,互补双直流操作水平重建。最终的结果是一个通用目的的放大器,具有高增益、低直流漂移,所以它既可以放大直流和交流(ac)信号。当输入信号在0 V,输出的电压是0 V,或

在偏置空的调整可以很容易被调整为0V。运算放大器需要很少的外部元件。直接反馈很容易申请,给稳定的输出增益特性和一个放大器可自动将直接进入下一个放大器的输入。运算放大器双重输入,其中一个是正面的,也就是说,输出与输入相;另一个是消极的输入,输出,即倒从输入,以便根据输入的不同使用,这些装置可以有一个反转或正转输出和可以放大微分传感信号或可以用来取消电子噪声,通常要求底层的传感器信号。运算放大器也可提供双输出,即,正面和负面的去输出是可得到的。运算放大器都可在这两个双极MOS技术。

典型规格的一个通用目的的集成运算放大器是:

电压增益

输出阻抗 75 ?

双极性输入阻抗 2 M?

输入阻抗 1012?MOS

进入电路设计放大器的特点：

输入偏置电压电压必须必须满足输入与输出驱动装置的电压为零。

输入偏置电流输入电流的输出电压必须降到到零。

输入偏置电流平均的两输入电流来驱动输出电压要求为零。

转换速率上升的速度输出电压(V μs)当一个输出电压到输入。

单位增益频宽作为输入频率对放大器的增益带宽增加带宽减少。这是哪里

的频率电压增益的统一。

运算放大器的原理的代表。4.2b是如图。规范和工作特性对双运算放大器如LM 741107和MOS一般放大和高性能放大运算器,可以发现,在半导体制造目录。许多放大器使用一个偏移量小信号放大时控制来设置直流输出放大器的到零,直流输入为零。在这个例子中LM 741107达到这个目标,通过连接电位计(47 k)之间的偏置零分,以刮水器的负电源的线条,如图4.3。

在图4.4a放大器被组态成一个反向电压放大。电阻器R1和R2提供反馈,也就是说,一些输出信号反馈到输入。在放大运算器放大系数往往使他们中的一些不稳定,导致了直流漂移的运行点的温度。

放大器反馈稳定的直流漂移,最小化,并开始的增益,以一个已知值。

当一个电压输入信号馈入负面终端的运算放大器,就像在图 4.4a,输出信号将被反转。在这种配置为高增益使放大器,电压增益阶段接近(合4.3)

电压增益放大器的可调整的值不同R2或可以变换通过添加一个电位器串联R2。当输入信号输入电路的同相正极,这样的配置如图。4.4b。在这种情况下的电压增益越接近(4.4)

在这个配置中放大器增益的电阻比加1,以便获得不直接与电阻率变化。然而,这种配置是否给高输入阻抗(即放大器)和一个低输出阻抗。

例4.2 如果在图4.4a电阻器R1 = 1200?和电阻器R2=150 k?、增益是多少？,以及什么是输出电压幅值,如果ac输入电压是3.5 mV ?

例4.3如果在图4.4a和b,R1 = 4.7 k?和 R2 = 120 k?。如果一个直流电压为0.15 V并将其应用到每个放大器输入,输出电压是什么?

在图4.4a。

在图4.4b

这些电路如图4.4是为电压放大器。也可作为运算放大器电流放大器,电流电压电流和电压转换器,以及特定用途的功率放大器。在图4.5a放大器被用作一种对数电流-电压转换器。当用作转炉、投入与产出之间的关系被称为传递函数的m(或比)。这些装置不也得到同样因为不同的输入和输出单元。在图4.5a这种传递率可以被表示为：

例4.4如果在图4.5a.输入电流是165μA 和输出电压是?2.9 V。那么转换率和R1的阻值分别是什么?

在图4.5b放大器被用作一种电压-电流的转换器。在这种情况下,转换率被给出了：

注意,在这种情况下,单位是在mhos(1 欧姆的电阻),以及相关的方程

例4.5在图4.5b中R1 = R4 = 5 k?和R2 = 100 k?。如果放大器需要把输入的电压3 V转换到输出的电流20mA，那么R3和R5的阻值是什么？

上述的逆变器可用于直流以及ac放大、转换,唯一的区别是电容通常是应用于交流放大器各阶段之间,以防止任何礼物直流偏置水平影响偏或操作水平以下的运算放大器。直流运行点的ac放大器可以按设定输入阶段。高增益使直流放大器直接耦合和使用特殊的运算放大器有一个低漂移,温度的变化而变化。电压供应减少运算放大器是经过调整的,使输出的变化与电源电压变化。

4.2.3 电流放大器

放大电流的设备,都被称为电流放大器。然而,在工业自动化仪表一个电压--电流转换器有时被称为一个电流放大器。

图4.6a展示了一个基本电流放大器。给出的增益为：

那么电阻器是相关的方程式是：

4.2.4 差分放大器

差动放大器是一种双输入放大器,两个信号放大之间的差异,其输出是一种获得乘以的大小两种信号之间的差额。一个信号是美联储负输入点的运算放大器和其他信号反馈到积极的输入点的运算放大器。因此信号减去之前被放大。图4.6b展示了一个基本微分电压放大。给出的输出电压：

信号也可以被减去或补充说:在前一个电阻网络放大。

例4.6如图4.7在直流放大器,输入1.3 mV的电压被用作为终端A,和输入-85mV用作终端B那么输出电压是什么？(假定放大器的输入为0 V)

4.2.5 缓冲放大器

一个阻抗匹配运算放大器被称为一个缓冲放大器。这种放大器反馈给统一电压增益、高输入阻抗,低输出阻抗(小于20?),这样一个放大器。4.7b如图。在此背景下阻抗是用来包括交流阻抗和直流电阻。电路有输入和输出阻抗。

在一个电路中这样的影响可以被看出。4.8a图。电阻分压器的质量提供了一种

输出电压8 V和输出阻抗 2.7 k?(有效的这个阻抗是4 k?并联8 k?)。如果该分压器是装有一个电路的输入阻抗2 k?、输出电压将下降从8点到3.43 V，那么缓冲放大器可以使用。4.8b如图的输入阻抗匹配电路的第二次电路的输出电压8 V,从而通过2 k?的电阻。

例4.7在图4.8b 什么是缓冲放大器的输出电压?Assumethe缓冲放大器输入阻抗

是2 M?及其输出阻抗是15?。

2 M?电阻并联8 k?电阻的有效阻值是7.97k?

由此我们得到这个缓冲区。降低了输出电压加载电阻分压器的由0.01 V,约为0.125百分点。输出阻抗是有效的缓冲串联在2-k?负荷,使输出电压Eout所带来的

因此,总负载效应是减少0.07 V在8 V中,或大约0.9%相对于57.5%与直接加载。这个错误可能是完全纠正如果放大器的体重增加了1.01。

4.2.6 非线性功放

许多传感器有呈对数和非线性传输特性等设备请求信号线性化。这可以执行调用放大器和非线性特征。这些都是实现了利用非线性元素如二极管或电晶体在反馈回路。数字显示两个例子4.9非线性放大器使用二极体在反馈回路。在(a)放大器被组态成一个对数放大器和(b)放大器被组态成一个补偿放大器。组合的电阻和非线性的元素可以选择匹配的特点,对多传感器线性化,从传感器的输出。

4.2.7 仪表放大器

由于在仪器仪表的精度要求非常高,运算放大器电路如图4.4不是。适合于低层次的仪表信号放大。可以有不同的输入阻抗放大器的两个输入,输入阻抗相对较低,且往往可以加载到传感器输出,可以有不同的收益和同相反向输入,和普通噪音可能是个问题。运算放大器配置为使用作为一个仪表放大器被显示在图4.10。该放大器具有平衡

输入以非常高输入阻抗和良好的共太降噪。输入被设置为RA。

给出的输出电压

图4.11显示一个实际的电路使用的仪表放大器放大输出信号从一个电阻式桥,R6是用来调整对任何零信号抵消。

4.2.8 放大

在过程控制中,放大器被使用在许多应用场合比其他信号放大、滤波、线性化。其中的一些应用程序如下:

电容乘数

回转器

正弦波振荡器

供电监管者

电平检测

采样及保持电路

电压参考标准

电流反射

电压-频率转换器

电压数字转换器

脉冲幅度调制

更多信息和使用这些电路设计,可以发现,在模拟电子图书的,诸如此类。

4.3 数字电路

在研究电子电路的输入和输出被限于两个固定或离散值或逻辑层次被称为数码电子。数字技术将多卷去做公正,所以在文章里,我们也只是杯水车薪。有一个地方,因为两个模拟和数字电路的检测仪器。传感器和仪表功能模拟在自然界里。然而,

有许多优势,在数字电路的模拟电路。模拟信号很容易转换成数字信号模拟数字的变换器利用商业上可用(ADC)。在新的设计,数字电路将会被使用在任何可能的。

●我的一些数字电路的优点

●低功耗的要求

●更符合成本效益

●我可以传送信号的远距离精度而不丧失和消除噪声

●高速信号传输

●记忆能力为数据存储

●数字显示l控制器和α兼容的

4.3.1 数字信号

数字信号要么是高或低的逻辑层次。大多数数字电路使用一个5v的供应。逻辑低(二进制0)水平,从0到1V逻辑高电平(种势态)水平从2到5伏;1到2 V是一个未定义的区域,即,任何电压低于1 V被认为是0级和任何电压上2个V被认为是1级。在电路在电源电压是其他5 V,仍然被视为0级

一个0 V级或输出电流驱动,即正在下沉的输出端连接到地面,和一个1级接近电源电压或电流输出的司机是采购,也即,连接的输出端与电源轨。

4.3.2 二进制数字

我们使用十进制系统(10)为基础的数学函数,而电子使用二进制系统(2)执行同样的功能。这些规则是相同的在执行计算使用两个中的哪一个编码系统(10或2)。表4.1进行了比较计算在十进制和二进制系统。最低有效位(LSB)或单位的数字是右位。在十进位制在单位编号是使用我们去了十,即9去抽了,当你的十我们去了数以百计的使用,也就是说,99去100等。二进制编码是一样的0和1的时候是常用的LSB 的位置,然后我们走到下一个位置等,也就是说,1到10、11去100,和111去1000

如此等等。唯一的区别是,象征着许多需要更多的位数时使用二进制系统比采用

十进制系统。

二进制数字可以很容易地转换成十进制数字功率值采用二进制数字。给出了功率值表4.2二进制数字的与自己的位置,从他们的小数等效LSB和。

注意当计数地点,伯爵从0开始,而不是象可以预计,在1。

每一个二进制数字称为一点,4位被定义为咬饵,8位形成2字节或字节,和16位被称为一个字。一词常常分解为4,啃啃,每十年是所代表的电话号码,以及信件显示于表格4.3。因此,一个字可以表示为四十年编号再加上首六个字母的字母。该系统是众所周知的十六进制的系统。

例4.9十六进制0111转换于二进制是什么? 二进制可以分解为4人一组,位(字节)从LSB和去最高有效位(最高有效位)。

二进制电路是同步的时钟信号参考非常精确的晶体振荡器(<±0.001百分点),利用柜台和分配者。时钟信号可以用来生成非常精确的延迟和定时信号的延迟和RC

产生相比,时间可公差为±10% >,以致延迟和时机将几乎全部由数字电路做新的设备。

4.3.3 逻辑电路

其基本的构建模块在数字电路被称为门。它们是缓冲区, 逆变、与、与非、或、或非,异或,异或非。这些基本块相互连接,建立功能块的解码器如编码器、解码器、计数器、寄存器、多路复用器,信号分离器,记忆,以及类似的。那时的功能块是使系统互联,即相互连接,微处理器、计算器、计算机、钟表、函数发生器,传输器,接收器,数字仪表、ADC和数模转换器(DAC)、电话系统等等,不一一列举。

数字显示电路的4.12a互补MOS(CMOS)逆变器。该电路既使用N 和P通道互补的设备(注：装置4.12b显示了符号)。描绘了等效门的象征。当输入到大门口低电平(0)的正通道 MOS(PMOS)是“对”,阴性MOS(NMOS)是“关闭”这样的输出是高电平 (1),并且当输入高电平(1)PMOS是“关闭”,是“对”,提升将保持产量低电平(0),使输入的标志是倒在输出端。MOS器件之一一直是“关闭”的状态,使得CMOS电路绘制目前还没有从供应(除了在开关电源电路)作出非常有效。

4.3.4 数模转换

一种模拟信号的振幅可以表示为一个数字号码,例如,一个8位的字可以代表数字增加到255,以便它可以代表一种模拟电压或电流检测的精确度1(假定转换是255精确到1比特)或0.4%的准确性。同样是一个10-bit和12-bit的字节可以代表的模拟信号的精度为0.1 ~ 0.025比率,个别的，综合A D转换器可以容易的被仪器仪表使用。几个技术是用于转换的模拟信号转换为数字信号。这些是非常快的快速转换器和非常重要的准确性

那么,6-bit输出与转换的时间为33个ns。该装置是一种模拟电压30万次每秒。逐次逼近,中介技术是一项高速具有良好的精度,也就是说,这是最昂贵的设备可以转换成一种模拟电压到12位,并在20μs更便宜的装置可以转换成模拟信号在30μs的8位。网络作为电阻梯子在低速、中间转换器。他们有一个12-bit转换时间约5ms。转换器是一种低成本、双重斜坡低速装置具有良好的准确性,但非常宽容的高噪音的模拟信号。一个12-bit转换仅需20ms。

模拟信号都在不断发生变化,因此,对于一个转换器才能进行测量,都会有一个采样-保持技术用于捕获电压水平在一个特定的瞬间。这样的一种电路。4.13a被显示在图中显示的波形,图 4.13b.这个 N沟道场效应晶体管(FET)在采样保存器电路具有低阻抗当转“打开”和一个非常高阻抗当转"关闭"。电容器的电压穿过 FET输入模拟时是否“开”,主张直流水平时的模拟电压FET转"关闭"。在“关”期间ADC 的措施的是直流。

ADC采样频率远高于模拟信号的频率、不同振幅模拟信号的可以以一个数字格式在每个采样周期和储存在记忆中。模拟信号可以有效再生,从数字信号使用一个DAC 相连。

数字显示的框图4.14a ADC的0804,一种商业8位ADC。模拟输入转换为数字信息的一个字节每隔几毫秒。

外,另一种是电压频率模数转换器。在这种情况下,模拟电压转换为频率。商业单位,如LM331。如图4.14b皆可在此转换。这些设备有电压和频率之间存在线性关系。这些设备的使用特点给出了制造商的数据表：

4.4 电路考虑

模拟电路可根据需要任意选择以双相性精神障碍或MOS集成功率放大器。双极运算放大器往往会有较低的输入直流偏置,但MOS 运算放大器有高输入阻抗。因为大量的运算放大器和特殊放大器是可利用的,制造商的数据表协商来决定哪个放大器是最适用于某一特定的应用。

数字电路可以将一些组件集成到一个单一的矽晶片成小规模的,中等规模的、大规模的整合。在小规模集成(多达100个设备等)的锡5474数字电路,两个家庭的双极CMOS器件使用。这个家庭的设备包含盖茨和小积木。中等规模集成(超过十万器件)将只使用CMOS器件。这是由于过度的力量要求、高损耗,并较大规模的双极器件。这样的电路中含有大量的积木在一个芯片上。大规模集成电路包含超过100万美元的装置,并利用CMOS工艺制作而成。这些设备可以用于大型的记忆,微处理器、微控制器,而这样的电路可以包含几百万设备。

系统含有大量的盖茨目前正在使用可编程逻辑阵列(PLA)取代传统的锡5474门家庭的设备之一,在这些装置可以更换许多门设备,需要更少的力量,和可配置(程序)由最终用户执行所要求的所有系统的功能。

总结

在这一章中,运算放大器,它们的用途是放大模拟信号,而他们的使用作为信号转换器进行了讨论。模拟信号和数字信号之间的关系以及模拟数字信号的转换省略了。

在本章中讨论要点是:

1.他们使用离散放大器,在交流信号放大、以及他们为什么不适合直流信号放大

2.放大器及其基本特征,其通用性和使用的信号放大、和方法的运行点设置为零

3.正转信号反演的方法,应用和反馈的增益控制和稳定性

4.使用运算放大器作为信号转换器、阻抗匹配、零控制,跨度的调整

5.要做一个op-amps配置的仪表放大器来进行准确的信号放大和降噪

6.介绍数字电路中,再加上一个比较模拟和数字电路

7.二进制、十进制和十六进制,转换之间的等价的计数方案

8.用于数字逻辑电路系统和电路的考虑

9.模拟信号转化为数字信号,而该解决方案的优化设计提供了依据

问题:

4.1模拟电路和数字电路之间的区别是什么?

4.2 离散放大器增益是什么？如图4.15a 如果MOS有的有效值输入是

5.8mA V及负载

电阻是8.2 k?,假设承担电容器零阻抗。

4.3 什么负载必须使用在离散放大器？如图4.15a 如果一个阶段中获得增益是33的

要求，假设承担电容器零阻抗。

4.4 增益放大器增益是什么，如图4.15b 如果R = 285 k??

4.5 放大器反馈电阻器需要的阻值是多少时？如图4.14b 可以获得一个电压增益

533。

4.6 重绘反向放大器。如图4.15b作为一种同相电压增益放大器放大系数是470。4.7 什么是偏置空，在一个运放被用来做什么?

4.8 如图4.15c的振幅输入放大器。如果电流是14μA。幅度的输出反馈电阻是R =56

k??

4.9 如图4.15c转换率的放大器转换率是什么,如果反馈电阻R = 27 k??