电子设计大赛(模电)

1 Q= 3 − AVF
称为 通带增益 称为 等效品质因数 称为 特征角频率
ωn
Q A0ω c2 s + ω c2
ωc =
1 RC
则 A( s ) =
s2 +
注意： 滤波电路才能稳定工作。 注意：当 3 − AVF > 0 ，即 AVF < 3 时， 滤波电路才能稳定工作。
4. 有源高通滤波电路
低通滤波器中R 位置互换即可） (1) 一阶高通滤波电路（低通滤波器中R、C位置互换即可）
(2) 二阶高通滤波电路
5. 有源带通滤波电路
可由低通和高通串联得到
1 低通截止角频率 R1C1
ωH =
1 ωL = R2C 2
高通截止角频率
必须满足 ω L < ω H
例:
6. 有源带阻滤波电路
可由低通和高通并联得到 必须满足 ω L > ω H
6. 有源滤波电路设计方法
（1）关于滤波器类型的选择 ） （2）级数的选择 ） 主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。 主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低 通或高通电路可获得-20dB每十倍频程的衰减。 每十倍频程的衰减。 通或高通电路可获得 每十倍频程的衰减 （3）运放的选择 ） 在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器， 在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器，运 放的开环增应在80dB 以上。如果滤波器的输入信号较小，例 以上。如果滤波器的输入信号较小， 放的开环增应在 如在10mV以下，则选低漂移运放。 以下， 如在 以下 则选低漂移运放。
模拟电子技术
• 运放 • 滤波 • 直流稳压电源
集成电路运算放大器 一、运放基本知识
1. 运放符号
+VCC N P +VCC N
– +
– +
–VEE
(b)国内外常用符号 (b)国内外常用符号
(a)国家标准规定的符号 (a)国家标准规定的符号
∆ ∆ ∆ ∆
vo
–VEE
P
vo
2. 电压传输特性 vo= f (vi) +Vom
∆ ∆ ∆ ∆
+ uo –
uo RF Auf = = 1+ ui R1
三、 电压比较器的设计
用作比较器时， 放工作在饱和区，即运放工作在开环状 用作比较器时，运放工作在饱和区，即运放工作在开环状 饱和区 态或引入正反馈。 态或引入正反馈。
1.基本电压比较器（开环） 基本电压比较器（开环） 基本电压比较器
理想特性
O
vo
线性区
v+– v实际特性 饱和区
–Vom 线性区： 线性区：vo = Avo(v+– v-) 非线性区： 非线性区：v+> v– 时， vo = +Vom v+< v– 时， vo = – Vom
3. 理想运放工作在线性区的特点 v+= v– i += i – ≈ 0 虚短 虚断
N P
(2) 二阶低通滤波电路
对于滤波电路， 对于滤波电路，有
Vo ( s ) Rf AVF = = 1+ VP ( s ) R1
1 / sC VP ( s ) = ⋅ VA ( s ) R + 1 / sC Vi ( s ) − VA ( s ) VA ( s ) − Vo ( s ) VA ( s ) − VP ( s ) − − =0 R 1 / sC R
VT−
3. 设计步骤
（1）基本电压比较器设计时运放中的电阻阻值按几千欧~几百 基本电压比较器设计时运放中的电阻阻值按几千欧 几千欧~ 千欧自行选择 自行选择。 千欧自行选择。
（2）迟滞比较器设计时自行选择一个电阻阻值，另外一个由回 迟滞比较器设计时自行选择一个电阻阻值， 差电压方程计算 。 回差电压
+Uo(sat)
uo UR u i
O –Uo(sat) 电压传输特性
输入信号接在同相端 R1 – ∞ + + + + uo UR + ui R2 – – – ∆ ∆ ∆ ∆
uo +Uo(sat) UR O –Uo(sat) ui
阈值电压(门限电平 ：输出跃变所对应的输入电压。 阈值电压 门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。 门限电平
+VCC
– +
–VEE
vo
4. 理想运放工作在饱和区的特点 (1) 输出只有两种可能, +Vom或–Vom 输出只有两种可能, +V v+> v– 时， vo = +Vom 虚短” v+< v– 时， vo = – Vom 不存在 “虚短”现 象 (2) i+= i– ≈ 0,仍存在“虚断”现象 仍存在“虚断”
| A(jω) |
ω0的信号不易通过，衰减很大， 的信号不易通过，衰减很大，
阶有源低通滤波器。 称一 阶有源低通滤波器。
一阶 二阶
ω0
幅频特性
ω
一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢(-20dB/十倍频 十倍频 一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢 程 )，一般用在对滤波要求不高的场合 。 为了改善滤波 ， 一般用在对滤波要求不高的场合。 效果， 时信号衰减得更快些，常将两节RC滤 效果，使 ω > ω0 时信号衰减得更快些，常将两节 滤 波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。 波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。
R1 + ui + UR R2 – –
– + +
∞
∆ ∆ ∆ ∆
ui + uo UR –
O
t1 t2
t
uo
+Uo (sat)
O
t
–Uo (sat)
输出带限幅的电压比较器 R1 + ui + UR R2 – –
∞ u 'R o – ∆ ∆ ∆ ∆
+
+
DZ
+ uo –
+Uo(sat)
uo
UZ UR
O
得滤波电路传递函数
Vo ( s ) AVF A( s ) = = Vi ( s ) 1 + (3 - AVF ) sCR + ( sCR ) 2
（二阶） 二阶）
A( s ) =
Vo ( s ) AVF = Vi ( s ) 1 + (3 - AVF ) sCR + ( sCR ) 2
令 A0 = AVF
A (j ω ) =
Au f
ω 2 1+ ( ) ω0
A (j ω ) = Auf Auf A (j ω ) = 2
| Auf |
1 Au f 2
当 ω = 0时 , 时
当 ω = ω 0时 ,
O幅频特性Fra bibliotekω0ω
当ω = ∞时,
A (j ω ) = 0
当ω >ω0时，| A(jω)| 衰减很快 显然， 显然，电路能使低于ω0的信号 顺利通过，衰减很小， 顺利通过，衰减很小，而使高于 | Auf | 1 Auf 2 O
2. 分类
低通（ 低通（LPF） ） 高通（ 高通（HPF） ） 带通（ 带通（BPF） ） 带阻（ 带阻（BEF） ） 全通（APF） 全通（ ）
3. 有源低通滤波电路 (1) 一阶低通滤波电路 RF R1 + ui – R C – + + uC –
∞
+
+ uo –
& Uo & Ui
RF RF 1+ 1+ R1 R1 = = ω 1 + jωRC 1+ j
设稳压管的稳定电压为U 设稳压管的稳定电压为UZ， 忽略稳压管的正向导通压降 则 ui < UR，uo = UZ ui >UR，uo = –UZ
–UZ –Uo(sat)
ui
电压传输特性
单门限比较器的抗干扰能力
应为高电平
错误电平
2. 迟滞比较器（正反馈） 迟滞比较器（正反馈）
（1）电路组成 ） （2）门限电压 ）
（4）元器件的选择 ） 一般设计滤波器时都要给定截止频率fc 一般设计滤波器时都要给定截止频率 (ωc)、带内增益 ， 、带内增益Av， 以及品质因数Q（二阶低通或高通一般为0.707）。在设计时 ）。在设计时 以及品质因数 （二阶低通或高通一般为 ）。 经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之 数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求， 数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设 计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手， 计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，因为电 容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配， 容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作 频率范围按照表1初选电容值 初选电容值。 频率范围按照表 初选电容值。 表1 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系
RF 1+ R1
ω
当 ω = 0时 , 时
当 ω = ω 0时 ,
当ω = ∞ 时 ,
A (j ω ) = 0 Auf A (j ω ) = 2 A (j ω ) = Auf
1 Auf 2
O
ω0
幅频特性
ω
可见， 可见，电路使频率大于ω0 的信号通过 ，而小于ω0 的信号被 阻止，称为有源高通滤波器 有源高通滤波器。 阻止，称为有源高通滤波器。
+ uo –
3. 设计步骤 RF + ui – R1 R2 – + +
∞
RF R1 + uo – + ui – R2 – + +