苗瑞列表准备部分电路和在调试电路所遇到问题探讨暑假模拟电路设计总结.docx

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苗瑞列表准备部分电路和在调试电路所遇到问题探讨暑假模拟电路设计总结

暑假总结

搭了一暑假的模拟电路，做些总结，对自己的以后学习模拟电子技术，并希望对以后的参加电子竞赛的学弟学妹们有所帮助。

对所搭的电路进行分析，分析它的优缺点与可实施性。

暑假的第一个电路当是电源，由于电源承担着每个电路的供电的任务，所以必须注意电源的一个指标（纹波是最重要的，如果电源纹波过大，就会对运放造成较大干扰，如果电源作为运放的电源，就必须降低纹波，一般采用线性电源，但是如果技术能达到，也可采用开关电源（采用开关电源可以提高效率，但是纹波必须达到线性电源的指标，原因就不再赘述），如果用在单片机供电，和其他要求不是很高的场合，还是用开关电源比较好。

线性电源的主要用到的芯片有78系列和79系列；开关电源主要有LM2576和LM2596两大系列（不全可以补充）。

刚开始搭的电源是想利用线性电源的优点和开关电源的优点相互补充，得到线性电源纹波和开关电源的效率，但是由于电感选择不合适，结果是没有达到理想效果，开关电源输出电压经过线性电源降压，纹波依然很大，改变电感进行尝试。

另外，每个稳压集成芯片必须带散热片而且必须保持一定的间距，以保证散热。

电源的原理图见附录Ⅰ与附录Ⅱ。

附录Ⅰ的原理图就是对开关电源和线性电源的尝试；附录Ⅱ所示原理图是比较成熟的电源方案。

第二个电路是宽带功率放大器，原理图见附录Ⅲ。

R4调节输出波形的交越失真，如果R4调到极限，还有交越失真，可适当加一对二极管，R6决定信号幅度的放大倍数，R3和R14是限流电阻，必不可少（没有这两个电阻，两个三极管上电加负载后直接烧毁）。

由于2SC3906和2SC3904极限电流比较小，所以600Ω的负载是可以的，但是负载再小就必须考虑后级三极管的散热问题。

最后值得注意的是必须将8处连接，如果断路，电源的R3和R14旁边的电解电容将会因为耐压值不够而烧毁。

该电路在8M左右放大后的信号会出现波形失真和信号的抖动，所以在后级三级管BC极接2～5pF的瓷片电容进行补偿。

另外还要注意的是该电路不能放大直流信号，如果放大直流信号会出现零点漂移。

第三个电路是检波电路，也是花费时间比较长的电路，检波电路有四种方案：

①直接用真有效值测量芯片AD637，成本暂且不论，该芯片的带宽在8M，远远不能满足现在未来国赛题目的要求，且外部电路比较简单，一旦用上，可以直接搭；②利用电容的充放电特性，用快恢复开关二极管和电容及电阻搭连（见附录IV（a）），该电路的缺点有二：

首先，二极管有PN结的管压降无法克服，其次是由于电容的充放电时间决定了带宽不能太宽，在1M左右可以满足测量要求，但是，如果信号的频率大于1M，测得的峰值就会增大；③用运放先进行精密半波或全波整流，然后再利用电容的充放电特性（见附录Ⅴ（b）），该电路有效的消除了二极管的管压降，但是频率依然上不去；④用运放先进行精密半波或全波整流，然后再利用电容的充放电特性，用三极管的开关特性，利用单片机（快速）控制三极管的通断（见附录Ⅴ（c）），该电路既继承了方案③的优点，有提高了带宽。

（注：

可以试试用晶振来控制，当时没想到这种电路）

第四个电路是信号变换电路，该电路的功能是将一个输入信号，变换为两个幅度相同，相位相差180°的两个信号，该电路比较简单，主要是利用模拟电子技术上的电压跟随器和反比例放大电路（见附录V）。

第五个电路是F-V变换电路，就是把0～100kHz的方波变换为相应的电压值（见附录VI）。

第六个电路是仪用放大电路（详细见datasheet）。

第七个电路是压控低通滤波器，根据模拟电子技术基础教材的压控低通滤波器（见附录VII）。

其中R1=R2=RC1=C4=C截止频率取决于电阻R与电容C的乘积。

（低通、高通、带通、带阻滤波器略）

第八个电路是椭圆滤波器，模拟低通滤波器是信号调理电路的重要组成部分，其特性的优劣对输出信号的性能有着重要的影响。

设计模拟滤波器的一般方法是：

首先根据技术指标确定滤波器的传递函数，然后综合电路网络实现传递函数，。

而设计滤波器的楚地函数关键是找到逼近函数，在各滤波器响应中，椭圆函数响应最优越。

该电路是二阶椭圆滤波器，其传递函数：

专用芯片型号：

MAX297（八阶低通椭圆滤波器，截止频率0.1Hz～50kHz）。

第九个电路是相位检测电路，主要是测量两个信号（同频率）的相位差，输出的相位差经过0～360°相位检测电路后，就可以检测两信号的之间相差的时间，再根据时间算出信号的相位差。

电路见附录IX。

最后一个电路当属全国电子竞赛所用的宽带直流功率放大电路（题目要求负载在50（±2）Ω时输出信号的有效值最大要10V）由于电流较大，电压较高，所以三极管的散热必须考虑（或者另外寻找其他合适的三极管，最好是带有散热片封装的，本次竞赛败在此处，希望继续做该电路的引以为戒）。

详细电路见附录X

以上是年暑假根据苗瑞列表（附录XI）准备的部分电路和在调试电路所遇到的问题的总结。

经过暑假的培训，收获颇丰，首先有机会通过全国大赛检验自己的实际水平，就是一次很好的锻炼机会。

其次，四天三夜的坚持，可以说是为自己荣誉而战的那种体会是在其他的场合所难体会的。

三天四夜，是对自己毅力的考验（也许这就是为什么用人单位喜欢参加过比赛的学生），最后，就是团队的合作精神，自己的任务必须按时按量完成，否则，就会拖整个组的进度。

另外，在做任何的题目和调试任何电路时，遇到小问题必须解决，否则，在测试的时候，会因为小小问题导致整个作品质量下降。

附录Ⅰ（开关电源）

附录Ⅱ（线性电源）：

附录Ⅲ（宽带功率放大器）：

附录IV（检波电路）：

A简单的检波电路

B用半波整流电路的检波电路

C由单片机控制的检波电路

附录V（信号变换电路）：

附录VI（F-V变换电路）：

附录VII（压控低通滤波器）：

附录VIII（二阶椭圆滤波器）：

附录IX（相位检测电路）：

附录X：

附录XI：

1、ARM的准备

选用EASYARM1138，针对一些算法多的仪器类的题目。

比如FFT算法、数字滤波

准备的资源，IO口操作、定时器、中断、串口、AD、uCOS操作系统

参考资料周立功竞赛的光盘

2、FPGA的准备

选用EP1C144C8，针对一些高速数据处理的仪器类题目

准备测频、分频、倍频、鉴频、PLL

高速的数据采集与传输，结合高速AD

数字信号处理数字滤波器、FFT变换、硬件乘法器、DDS信号调制

硬件FIFO、串口协议

三、单片机准备

选用C8051F040和C8051F310，针对简单的程序控制，做人机界面。

准备IO口配置与操作、定时器使用（定时器0和定时器1）、中断操作（22个）

串口通信（两个单片机之间、与ARM、与FPGA）、内部AD和DA、数据存储（FLASH和外扩24C02、SRAM-HY62WT081ED70C）、uCOS、字库查询

外扩AD高速AD830、TLC5510

高精度AD7705

外扩DA

键盘输入任意个按键、4*4、4*5按键的扫描和抖动处理、程序的优化、占用IO口少的键盘、长按与短按实现不同的功能、电路的优化

液晶显示128*64基本驱动主要用来显示汉字信息和测量数据、320*240基本驱动主要用来显示波形曲线、菜单的设计、GUI的设计

4、模拟前端设计

1、分立元件

三极管的一级、二级、三级放大电路（三级管选用9012、9013、9018、9014、9015、8550、8050、3904、3906）

射级跟随电路

功率放大中的散热问题、防止失真问题、推挽方式、提高输出电流的达林顿接法

共基极电路输入阻抗低、但频率特性好，适合于高频放大器

渥尔曼电路

三极管电路的反馈分析（参考摸电课本）

差动放大电路

参考《晶体管电路设计（上）》

二极管的应用

整流、检波、钳位、恒流、开关、限幅、续流型号1N4148、IN系列、肖特级、快恢复、其他

精密半波、全波整流峰值检波、相敏检波

电容的应用

耦合（瓷片+电解）、退耦、充放电特性

电感的应用

电阻的应用

2、运放

理想电路模型特点及分析方法

基本放大电路

基本电路反相放大、同相放大、差动放大、加减法电路、微分与积分

常用运放LM358、LM324、TL082、LF356、UA471、NE5532、OP07

仪表放大用AD620或AD524

程控放大用AD603

直流放大用ICL7650

功率放大

宽带放大

低噪声放大

小信号、微弱信号放大OP37、AD797

AGC电路用AD603+3904

高速运放AD811、AD844

高精度运放

信号转换电路

比较器用LM339、LM393、LM311、LM361过零比较器、滞回比较器、陷幅比较器、窗口比较器

UI和IU电路

波形变换电路

频压变换电路用LM331

采样保持电路用LF398高速和高精度

信号变换器（单端到双端）用两个OP07

交流变直流电路

信号处理电路

滤波器低通、高通、带通、带阻、压控的、椭圆

用二阶RC+运放

集成程控的用MAX262

信号发生电路

震荡电路（压控）MC1648

专用集成电路DDS9850、DDS9852

其他常用电路

锁相环电路、乘法器电路、变频电路、语音处理电路

五、仪器仪表原理

六、电子测量方法

测频率、幅度、相位、电压、电流、电阻、电容、电感、占空比、峰值、脉宽

七、论文写作训练

八、仪器专题训练

信号发生器、宽带放大器、程控滤波器、示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、失真度测试仪、相位测试仪、运放参数测试仪、晶体管特性测试仪