摘要
开关电源因其具有稳压输入范围宽、效率高、功耗低、体积小、重量轻等显著特点而得到了越来越广泛的应用，从家用电器设备到通信设施、数据处理设备、交通设施、仪器仪表以及工业设备等都有较多应用，尤其是作为便携式产品的电池提供高性能电源输出，比其他结构具有不可超越的优势。
开关电源的稳定性直接影响着电子产品的工作性能,误差放大器是直流开关电源系统中电压控制环路的核心部分，其性能优劣直接影响着整个直流开关电源系统的稳定性，因而对高性能误差放大器的分析是本论文的主要研究目标。本文误差放大器的分析基于Buck型DC-DC转换器，从系统稳定性、负载调整率及响应速度要求的角度出发，首先对该款Buck型DC-DC转换器的系统电压控制环路进行小信号分析,并对控制环路进行了零极点分布分析，确定环路补偿策略。最后基于系统级来分析误差放大器。
关键词：开关电源；Buck型DC-DC转换器；误差放大器。
Abstract
Due to their merits of wide input range, high efficiency, small in size and light in weight ect, switching power supplies are gaining more and more application areas in today’s modern world, ranging from domestic equipments to sophisticated communication and data handling systems, especially in portable devices, they have unsurpassable advantages.
The rapid development of products in corresponding application areas requires the power supplies to have better performances. The robustness of switch—mode power supplies directly affect the performance of electronic devices. As one of the most important parts of switched mode DC to DC converters, error amplifier has significant influences on the voltage control loop’s stability. Thus this paper focuses on the design of high performance error amplifier for DC-DC converters based on system requirements analysis. A buck DC-DC converter was concerned, an error amplifier for the buck converter was designed from the points of view of system stability, load regulation and response speed requirements. At the first place, the Buck DC-DC converter’s voltage control loop stability and pole-zero analysis was done based on a small signal model of the voltage control loop, the compensation scheme was proposed. At last, according to the system level to analysis the error amplifier.
Key words：Switching power; Buck DC-DC Converter; Error Amplifier.
目录
摘要 ........................................................................................................................................... I Abstract...................................................................................................................................... II 1. 诸论 .. (1)
1.1 引言 (1)
1.2 本文研究的目的与意义 (1)
1.3 本论文主要研究内容 (1)
2. 开关电源基础及其类型 (2)
2.1 开关电源基础理论 (2)
2.1.1开关电源基本工作原理 (2)
2.1.2开关电源的组成 (2)
2.1.3开关电源的各种分类 (3)
2.2 开关电源典型结构[6] (4)
2.3 DC-DC变换器 (7)
2.3.1Buck变换器 (8)
3.3.2Boost变换器 (10)
3. Buck型DC-DC转换器及其控制方式分析 (12)
3.1 Buck型DC-DC转换器 (12)
3.2 Buck型DC-DC转换器及其控制方式 (13)
3.2.1Buck型DC-DC转换器工作原理 (13)
3.2.2Buck型DC-DC转换器的控制方式 (14)
3.2.3Buck型DC-DC转换器工作模式 (18)
3.3 环路控制中误差放大器的重要作用 (18)
4. 开关电源管理电路系统分析 (19)
4.1 Buck型DC-DC转换器 (19)
4.2 开关电源控制环路的分析研究 (20)
4.2.1Buck型DC-DC转换器稳定性分析 (20)
4.2.2Buck型转换器电压环路控制模型 (21)
5. 误差放大频率特性及其补偿策略 (27)
5.1 控制电路的频率响应分析 (27)
5.1.1频率响应 (27)
5.1.2开关电源输出滤波电路分析 (28)
5.2 开关电源中负反馈及自激振荡分析 (30)
5.2.1负反馈自激振荡 (30)
5.2.2误差放大电路稳定分析 (30)
5.3 补偿误差放大器及频率校正策略 (32)
5.3.1I类补偿误差放大器 (32)
5.3.2Ⅱ类补偿误差放大器 (32)
5.3.3Ⅲ型补偿误差放大器 (34)
6. 闭环设计中误差放大器的分析与研究 (36)
6.1 闭环控制系统中的误差放大分析 (36)
6.2 环路增益 (38)
6.2.1带有LC滤波电路的环路增益 (38)
6.2.2PWM增益 (39)
6.2.3取样增益－反馈系数 (40)
6.2.4输出LC滤波器的总增益 (40)
6.3 误差放大器的特性分析 (40)
6.3.1误差放大器的幅频特性整形 (40)
6.3.2误差放大器的传递函数、极点和零点 (42)
6.3.3零点、极点和频率增益斜率变化 (43)
6.4 误差放大器零点、极点的分析与计算 (43)
6.4.1Ⅱ型误差放大器零点和极点分析 (43)
6.4.2采用Ⅲ型误差放大器及其传递函数 (45)
6.4.3Ⅲ型误差放大器的相位滞后分析 (45)
6.4.4Ⅲ型误差放大器零点和极点计算 (46)
6.5 反馈环路条件稳定探讨 (47)
结论 (49)
致谢 (50)
参考文献 (51)
1. 诸论
1.1 引言
随着电力电子及电子技术的迅猛发展，开关电源在计算机、通信、工业自动化、电子和电工仪器等领域的应用更加广泛。不同的电子设备对电源参数诸如效率、电压、电流能力、噪声、纹波等的要求以及对电源体积、可靠性等的要求各不相同，这就对开关电源的管理电路提出了很高的要求。本论文主要针对目前常用于便携式设备、分布式电源系统的Buck型DC-DC开关转换器，其输出电压的精度、电源抑制比等都直接取决于误差放大器的相关参数，因而，在对其系统工作原理分析的基础上，主要从系统控制环路稳定性、负载调整率及响应速度方面来分析研究误差放大电路。
1.2 本文研究的目的与意义
误差放大电路作为电源管理电路中的关键模块，其性能优劣与整个电源系统的稳定性能密切相关。误差放大器主要用于对输出端的反馈电压与基准电压的差值进行放大，并产生与电流比较器正向输入端信号进行比较的误差放大信号，误差放大器的核心结构一般采用跨导运算放大器结构，它的差模直流小信号增益、跨导、补偿方式等都将作为误差放大器研究的重要方面。
开关电源控制模式分为两种：电压控制模式和电流控制模式。这两种模式，虽然采样的方式各不相同，但是都需要误差放大器将输出采样电压与预设基准电压进行差分运算并放大生成误差放大信号反馈给系统控制电路，所以误差放大器对开关变换电路系统的稳定性、负载调整率以及响应速度有着决定性作用，它的性能好坏直接影响到开关变换器系统的性能，因而对开关电源管理电路中误差放大器的分析与研究具有重要的意义。本文从最基本的开关电源工作原理及其控制方式入手，从Buck型DC-DC转换器系统稳定性、负载调整率及响应速度要求的角度出发来分析，研究管理电路中误差放大模块对电源系统的影响。
1.3 本论文主要研究内容
本论文主要工作是开关电源控制电路误差放大的分析与研究，首先对开关电源的基本原理进行了介绍，接着在峰值电流模式下对控制模块Buck型DC-DC转换器进行了小信号分析，最后，在前几章分析的基础上，对闭环控制电路进行了误差放大分析，还着重研究了误差放大器在闭环设计中的应用。
2. 开关电源基础及其类型
2.1 开关电源基础理论
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持
稳定输出电压的一种电源，它使用电感，变压器，电容等贮能元件从输入端向输出端传送能量。开关晶体管的控制电路调节着能量传输过程，使输出信号保持恒定。开关电源内部功率管工作在高频开关状态，其等效电阻很小，当流过大的电流时，消耗在功率管上的能量很小，所以电源效率可以达到70％～90％，比普通线性稳压电源提高近一倍。
2.1.1开关电源基本工作原理
开关电源的工作原理可以用图2.1进行说明。图中输入的直流不稳定电压U i 经开关
S 加至输出端，S 为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S 按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压U i 变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压U 0[1] 。
图2.1 开关电源的工作原理
为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下：
T
T D ON = 式（2-1） 开关电源直流输出电压U 0与输入电压U i ，之间有如下关系：
D U U i =0 式（2-2）
由式(2-1)和式2-2)可以看出，若开关周期了T 一定，改变开关S 的导通时间T ON 。即可改变脉冲占空比D ，从而达到调节输出电压的目的。
2.1.2开关电源的组成
开关电源的基本组成如图2.2所示。其中DC-DC 变换器用以进行功率变换，它是
开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由它激或自激电路
产生，可以是PWM信号、PFM信号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路[3]。
图2.2 开关电源的基本组成
开关电源系统一般包括两大模块，第一个模块是功率主回路部分，完成能量的变换和传输，主回路使用的元件只有电子开关、电感和电容，但这三种元件的不同组合和连接形成不同类型的开关电源变换器。第二个模块是控制回路，控制回路比较复杂，早期由分立器件组成，随着大规模集成电路的发展，现在集成电路芯片逐步代替了分立器件，集成电路是电源产品体积小、可靠性高，给应用带来了极大方便。
2.1.3开关电源的各种分类
开关电源种类繁多，根据开关晶体管的导通与关断是否与自身电流以及两端所加电压有关分为“硬开关”和“软开关”和“硬开关”中功率开关管按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关。凡用控制方法使功率开关管在其两端电压为零时导通电流，或使流过功率开关管电流为零时关断，此开关称为“软开关”。软开关的开通、关断损耗理想值为零。
按控制方式来分又可分为占空比调制方式(主要有脉宽调制PWM式、脉频调制PFM 式和PWM／PFM混合调制式)、谐振式和它们的结合式。凡用脉宽调制方式控制电子开关的开关变换器，称为PWM开关变换器，它是以使用“硬开关”为主要特征的。
根据DC-DC转换器从输入到输出之间是否有变压器隔离，可以分成有隔离、无隔离两类。若按控制信号的隔离方法，则可分为直流式、光电耦合式、变压器式、磁放大器式等。有些线路通过电子器件完成电压-频率，或者频率-电压的转换工作之后，用变压器与控制信号隔离。若按激励形式不同，可分为自激式和他激式两种。自激式包括单管式变换器和推挽式变换器两种。他激式包括调频、调宽、调幅、谐振等几种。目前应
用较广的是调宽型(PWM)，它包括正激式、反激式、半桥式和全桥式。若按拓扑结构来分常见的多达十几种，最常用的有以下六种拓扑：Buck 、Boost 、Buck-Boost 、Cuk 、Sepic 和Zeta [11]。
2.2 开关电源典型结构[4]
2.2.1串联开关电源结构
如图2.3所示。开关元件即功率开关晶体管VT 串联在输人与输出之间。正常工作
时，功率开关晶体管VT 在开关脉冲信号的作用下周期性地在导通、截止之问交替转换，使输入与输出之间周期性地闭合与断开。输入不稳定的直流电压通过功率开关晶体管VT 后输出为周期性脉冲电压，再经脉冲整流滤波后，就可得到平滑f 直流输出电压U 0 。
图2.3串联开关电源原理图
输入交流电压或负载电流的变化，会引起输出直流电压的变化，通过输出取样电路后将得到的取样电压与基准电压相比较，其误差电压通过误差放大器放大后控制脉冲调宽电路的脉冲占空比D ，达到稳定直流输出电压U 0的目的。由于输入电压和输出电压共用地线，电源输入与输出不隔离，因此在目前的电子装置和视听设备的电源电路中已较少采用串联开关电源，而更多的是采用并联开关电源。
2.2.2并联开关电源结构
如图2.4所示，其中功率开关管VT 与输入电压、输出负载并联，输出电压为
D
U U i -=110 式（2-3） 如图电路中有一个储能电感，适当利用这个储能电感，可将输出升压型并联开关电
源转变为广泛使用的变压器耦合并联开关电源。功率开关管VT 与开关变压器初级线圈相串联接在电源供电输入端，功率开关管VT 在开关脉冲信号的控制下周期性地导通与截止，集电极输出的脉冲电压通过变压器耦合在次级得到脉冲电压，这个次级脉冲电压经整流滤波后得到直流输出电压U 0，同样，经过取样电路后将得到的取样电压与基准
电压U e进行比较，其误差电压再被误差放大器放大后输出至功率开关管VT，来控制功率开关管VT的导通、截止，达到控制脉冲占空比的目的，从而稳定直流输出电压。由于采用变压器耦合，因此变压器的初、次级可以相互隔离，从而使初级侧电路地与次级侧电路地分开，做到次级侧电路地不带电，使用安全。
图2.4并联开关电源原理图
2.2.3正激开关电源结构
正激开关电源是一种采用变压器耦合的降压型开关稳压电源，其电路如图2.5所示。加在变压器N1，绕组上的电压振幅等于输人电压U i，功率开关管VT导通时间T ON为开关脉冲宽度，变压器次级侧开关脉冲电压经二极管V1整流变为直流。
图2.5正激开关电源结构
正激开关电源电路正激开关电源的特点是，当初级侧的功率开关管VT导通时，电源输入侧的能量由次级侧二极管V1经输出电感L为负载供电；当功率开关管VT断开时，由续流二极管V2继续为负载供电，并由消磁绕组N3和消磁二极管V3将初级绕组N1的能量回馈到电源输入端。
2.2.4反激开关电源结构
如图2.6所示。当功率开关管VT导通时，输入侧的电能以磁能的形式存储在变压
器的初级线圈N1中，由于同名端关系，次级侧二极管V1不导通，负载没有电流流过。当功率开关晶体管VT断开时，变压器次级绕组以输出电压U0为负载供电，并对变压器进行消磁。
图2.6反激开关电源结构
反激开关电源电路简单，输出电压U0高于输入电压U i又可低于输入电压U i一般适用在输出功率为200W以下的开关电源中。
2.2.5半桥开关电源结构
如图2.7所示。两个功率开关管VT1和VT2在开关脉冲信号的作用下，交替地导通与截止。当开关管VT1导通、VT2截止时，输入电压U i经VT1变压器初级绕组N1和电容C2为变压器初级线圈N1励磁，同时经次级侧二极管V1,绕组N2给负载供电。当开关管VT1截止、VT2导通时，输入电源经C1、变压器初级侧绕组N1和开关管VT2给变压器初级绕组N1励磁，同时经次级侧二极管V2给负载供电。所以,初级侧电源通过功率开关管VT1、V2交替给变压器初级线圈N1励磁并为负载供电。变压器初级侧的脉冲电压峰值为U i/2。
图2.7 半桥开关电源电路及波形
半桥开关电源的最大优点是自平衡能力强，不易使变压器由于VT1、VT2的导通时
问不一致而产生磁饱和现象，使功率开关管VT1、VT2损坏。可以起到自平衡对称作用。
2.2.6全桥开关电源结构
如图2.8所示。由4个功率开关管VT1、VT2、VT3、VT4组成一个电桥形式的电路，其中，由VT1与VT4、VT2与VT3分别组成两个导通回路。当VT2、VT3的触发控制信号有效时，VT1、VT4的触发控制信号无效，VT2、VT3导通时，输入电压U i 经VT2变压器的初级线圈N1和VT3形成电流回路，加至变压器初级线圈的电压为电源电压U i，并经次级侧二极管V1整流、滤波后为负载供电。同理，当VT2、VT3关断,VT1、VT4导通时，输入电压U i从和VT2、VT3导通时电流相反的方向为变压器初级线圈N1励磁，并通过次级线圈N2和整流二极管V2为负载供电，这样在次级得到如Up所示的脉冲波形。
图2.8全桥开关电源电路及波形
与半桥开关电源相比，由于加在全桥变压器初级线圈上的电压、电流比半桥开关电源的各大一倍，因此在同样的电源供电电压U i下，全桥开关电源的输出功率是半桥开关电源的4倍。全桥开关电源常用在输出功率较大的场合。
2.3 DC-DC变换器
可以将DC-DC管理电源芯片分成三类：开关电源、线性集成稳压器、电荷泵，在此我们只讨论开关电源类。Buck型DC-DC转换器作为开关电源的一种电源管理芯片，在电子产品中应用很广泛，它通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，使用电感，变压器，电容等贮能元件从输入端向输出端传送能量，调节电路能量传输过程，使输出信号保持恒定[10]。
本论文主要研究的是Buck型DC-DC变换器，因为该类转换器在便携式电子产品中
比较常见。Buck型DC-DC转换器通常由主电路和控制电路两大部分组成，其电路框图如图2.9所示。主电路也称功率级，用于完成电能的转换和传输，对设备的电性能、效率、温升、可靠性、体积和重量等指标有着决定性的作用，通常包括输入电源、功率开关管、整流管以及储能电感、滤波电容和负载。控制电路用于控制主电路的工作状态，通过调节开关管的通断实现输出电压的调节并保证输出电压稳定在一个设定值。
图2.9开关型DC-DC转换器框图
开关型DC-DC转换器主电路最常见的拓扑结构有Buck型、Boost型和Buck-Boost 型三种，各自的电路架构如下图所示，其他的结构都是从这三种构架中衍变出来的。
每种结构的输入输出电压大小和极性关系如下：
(1) Buck型——降压斩波器，如图2.10(a)所示。其输出平均电压V o小于输入电压Vt，极性相同。
(2) Boost型——升压斩波器，如图2.10 (b)所示。其输出平均电压V o大于输入电压Vt，极性相同。
(3) Buck——Boost型——降压或升压斩波器，如图2.10 (c)所示。其输出平均电压V o可以大于或小于输入电压Vt，极性相反，电感传输。
图2.10 (a)Buck 型(b)Boost型(c) Buck- Boost型
2.3.1Buck变换器
正激式电路构成一大类开关电源拓扑，其电路结构特点是功率管之后或变压器二次侧输出整流器之后紧跟LC滤波器。图2.11是一种简单正激式变换器电路，即所谓的Buck变换器。
电路的工作可以看作一个机械飞轮和单活塞发动机。电路的LC 滤波器就是飞轮，
存储从驱动器输出的脉冲功率。LC 滤波器的输入就是经过斩波以后的电压。LC 滤波器平均了占空比调制的脉冲电压。LC 滤波器的作用可用下式表示[1]：
V out = in V D 式（2-4）
式中：D ——占空比。
图2.11 基本的正激式变换器（Buck 变换器）
通过控制电路改变占空比，既可保持输出电压恒定。Buck 变换器之所以被称作降
压变换器，是因为它的输出电压必定低于输入电压。
我们可以把Buck 电路的工作过程分成两个阶段。当开关导通时，输出电压加到LC
滤波器的输入端，电感上的电流以固定斜率线性上升。电感上的电流用下面的公式描述：
)(on L i =o
out in L V V -t on +m in I 式（2-5） 在这个阶段，存储在电感上的能量为：
)(2
12min 2I I L E pk o stored -= 式（2-6） 输入的能量就存储在电感铁心材料的磁通中。
图2.12正激式变换器 （Buck 变换器）电压电流波形
当开关断开时，由于电感上的电流不能突变，电感电流就通过二极管续流，该二极
管称为续流二极管，这样就实现了对原先流过开关管电流的续流，同时电感中存储的一
部分能量向负载释放。续流电流包括：二极管、电感、负载。在这阶段流过电感上的电流用下式描述：
o
off
out
pk
off
L L
t
V
I
i-
=
)
(
式（2-7）在这个阶段，电流波形是一条斜率为负的斜线，斜率为-V out/L0。当开关再次导通时，二极管迅速关断，电流从输入电源和开关管流过。在开关导通前瞬间，电感上的电流I min 就是开关管通过的初始电流。
直流输出的负载电流在最大值和最小值之间波动。在典型应用中，电感电流的最大值为负载电流的150％，最小值为负载电流的50％。
Buck型变换器的优点是：输出电压的纹波峰峰值比升压式变换器低，同时可以输出比较高的功率，正激式变换器可以提供数千瓦的功率[3]。
在功率开关管和LC滤波器之间可以放置一个用于提升或降低输入电压的变换器。这些拓扑组成了一类变换器，称为变压器隔离正激式变换器。使用变压器的好处是：实现输入与输出间的电隔离，可以增加输出电压的组数，并且使输出电压不会受输入电压高低的限制。
2.3.2Boost变换器
另一类变换器是升压式变换器，最基本的升压式变换器，即所谓的Boost变换器[3]。
图2.13 基本的升压式变换器（Boost变换器）
升压式变换器与正激式变换器（Buck）有相同的组成部分，只是它们的位置被重新布置一下。新的布置使变换器的工作过程和正激式变换器（Buck）完全不同。在这种情况下，开关管导通时，电流环路仅包括电感、开关管和输入电压源。在这段时间中，二极管是反向阻断的。电感电流波形也是以固定斜率线性上升，可用下式描述：
L
t
V
t
i on
in
on
L
=
)
(式（2-8）在这个阶段，能量存储在电感铁心的磁通中。开关管关断时，由于电感中的电流不
能突变，于是二极管立刻正向导通。这时，电感与开关相连端的电压被输出电压钳位，这个电压被称作反激电压，其幅值是输出电压加上二极管的正向导通压降。在开关管关断这段时间里，电感上的电流用下式表示：
L t V V I t I off
in out pk off L )()(--= 式（2-9）
如果在下个周期之前，铁心中的磁通完全为零，就称电路工作在电流断续模式。在
这种情况下，电流和电压波形如图所示。如果铁心中的磁通没有完全变为零，还有一部分剩磁，就称电路工作在电流连续模式，见图2.14。由于升压式变换器工作在电流连续模式下存在固有的不稳定问题，所以升压式变换器通常工作在电流断续模式下。
Boost 变换器工作在电流断续模式下，存储在电感中的能量为：
22
1pk stored LI E = 式（2-10） 单位时间内，传输的能量为（焦/秒或瓦）必须满足负载连续功率消耗的需求。这就
意味着在开关管导通期间，存储的能量要足够大，即电流峰值I PK 要满足下式的要求[8]。
22
1pk op out load LI f P P ?=< 式（2-11） 式中： f op ---变换器的开关频率。
22
1pk op out load LI f P P ?=< 式（2-12） 式中： f op ---变换器的开关频率。
图2.13所示的Boost 变换器只能用于升压情况，也就是说输出电压必须高于输入电
压的最大幅值。如果用一个变压器来代替电感，就成为了反激式变换器。
图2.14 Boost 变换器电流连续模式的波形图
由于升压式变换器中峰值电流较高，因此只适合于功率不大于150W 的应用场合。
在所有拓扑中，这类变换器所用的元件较少，因而在中小功率的应用场合中很多。
3. Buck型DC-DC转换器及其控制方式分析
3.1 Buck型DC-DC转换器
Buck型DC-DC转换器的主要特点是功率管工作在开关状态，一个周期内，电子开关接通时间t on所占整个周期T s的比例，称接通占空比D，D=t on/T S；断开时间t off所占的比例，称断开占空比D＇, D＇= t off/T s，很明显，接通占空比越大，负载上电压越高；1/T S=f s 称开关频率，f s越高，负载上电压也越高。因此直流开关变换器的基本工作方式有三种：一是脉宽调制方式(PWM)，T S不变，改变t on(通用)则可以控制输出电压的大小；二是频率调制方式(PFM)，t on不变，改变T s (易产生干扰)同样可以达到调节输出电压大小的效果；三是脉宽调制和频率调制混合控制方式(PWM／PFM) [2]。
假设开关是理想的，那么当开关闭合则其上的电压降为零，因此功耗为零，当开关断开则电流为零，功耗也为零。所以用理想的无损耗开关器件，并利用电感、电容组成的低通滤波网络消除不需要的开关频率谐波，便可以得到稳定的直流输出电压。如果电感、电容元件也是理想的，那么该系统的转换效率可以达到10%。然而实际中开关器件和电容、电感元件以及控制开关器件通断的控制电路都要产生一定的功耗，因而开关电源系统的转换效率不可能达到100%，一般是(80～90)%，有的甚至达到90%以上，所以开关电源的效率是很高的[2]。
图3.1 DC-DC 控制系统示意图
前面已经指出直流开关变换器中开关器件的导通与截止是通过一个反馈控制系统控制的。因为输出电压是开关占空比的函数，所以要求控制系统能调节占空比，使得输出电压始终能够稳定在一个给定的电压。图3.1所示是一个直流开关变换器控制系统示意图，其工作原理如下：
图中的单箭头开关由占空比调制器控制产生一个方波，这个方波的平均电压等于所期望的直流输出电压，低通滤波器用来滤掉开关频率谐波，使得输出为所需的直流电压，输出电压V0与基准电压V ref通过误差放大器相比较并将误差信号放大，产生控制调制
器的信号，从而调节方波的占空比，这样整个系统形成一个负反馈回路，使得输出电压稳定在设计值。由此可见误差放大器是直流开关变换器中非常关键的一个模块，一个高性能的误差放大器是保证直流开关变换器系统正常稳定工作的关键。
本文重点为以Buck型DC-DC转换器为基础来分析研究误差放大器，因此以后的讨论主要基于Buck型DC-DC 转换器，接下来的两节将重点分析Buck型DC-DC转换器的工作原理、控制方式、工作模式及其误差放大电路。
3.2 Buck型DC-DC转换器及其控制方式
在上节中已知Buck型DC-DC转换器是种降压型的直流开关转换器，它有三种调制方式，它们分别是脉宽调制方式(PWM)，频率调制方式(PFM)以及脉宽调制和频率调制混合调制方式(PMFM)。无论哪种调制方式其目的都可以理解为在转换器负载改变的情况下通过调制改变了开关管的导通占空比以获得稳定的输出电压。
为了依靠上述调制方式获得稳定的直流输出，就必须要引入负反馈控制环路，负反馈控制环路的作用在于减小电路自身的噪声对输出的影响并使输出与开环增益无关。DC-DC变换器一般采用两种基本的负反馈方式：电流负反馈和电压负反馈。这些调制方式与两种基本反馈方式的组合便构成了DC-DC转换器的不同控制方式。下面分别对Buck型DC-DC转换器的工作原理和调制方式、反馈方式做简单介绍，并重点阐述PWM 电压反馈控制方式和PWM电流反馈控制方式的工作原理。
3.2.1Buck型DC-DC转换器工作原理
Buck型DC-DC转换器如图3.2所示，S1是开关管，其反复导通和截止控制了V in。加到负载尺D上的时间比例，可调节输出电压V0；L是储能电感，用以平滑电流，D1是续流二极管，在开关管S1截止时为电感电流提供一个续流通路，一方面避免电感感应出高压而损坏晶体管，另一方面提供电感能量释放到负载的通路；C0是滤波电容。控制电路由反馈网络、误差放大器和占空比调制器构成。其工作原理为[3]：
图3.2 Buck型DC-DC转换器工作原理
开关管S 1受一组占空比为D ，周期为T S 的方波信号控制，当S 1导通时， D 1 反
偏截止，输入电压通过电感L 对电容C 0充电，电感电流L i 逐渐增大，电感两端电压为输入电压减去输出电压，假设输出电压纹波可以忽略，则有[5]：
0V V t
i L V i L L -=??= 式（3-1） 因而在这段时间内电感电流线性上升，其增量为：
式（3-2）
当S 1截止时，由于电感电流不可突变，感电流减小的趋势感应出的电感两端电压
极性颠倒，使得续流二极管D1导通，这种情况下：
式（3-3）
因而电感电流线性减小，减小量为：
式（3-4）
根据伏秒平衡原理(V olts-Second Balance)有?IL 1= ?IL 2，从而得出Buck 型DC-DC
转换器输出电压与占空比D 和输入电压的关系为：
i DV V =0 式（3-5）
式(3-5)表明输出电压随占空比D 的变化而变化，只要通过控制电路控制开关管的导
通与截止的切换时间就可以使输出电压不随输入电压和负载电流的变化而变化。反馈网络中的输出电压采样电阻R FB1和R FB2按一定的比例将输出电压采样与参考电压V ref 比较，误差放大器将此比较误差放大并送给PWM 调制器的一个输入端，将其与频率一定的锯齿波比较后得到频率一定的、脉冲宽度被调制的方波。如果输出电压偏高，误差放大器会输出一个比较低的电平，从而调制器会输出一个占空比低的脉冲，反之如果输出电压偏低，控制电路会产生占空比高的脉冲使得输出电压升高，如此采样电压会稳定在V ref 的值上，从而输出电压会稳定在 V ref (R FB1+R FB2)/R FB2)的值上。以上分析是基于Buck 型DC-DC 转换器工作于连续导电工作模式(CCM)下，还有一种工作模式是不连续导电模式(DCM)，本文将在后续小节对这两种工作模式做详细介绍。
3.2.2Buck 型DC-DC 转换器的控制方式
Buck 型DC-DC 变换器的控制方式主要有：(1)脉冲频率调制(PFM)，(2)脉冲宽度调
s i L DT L V V L I 01-=?0V t i L V L L -=??=S L T D L V I )1(02-=?
制(PWM)，(3) 混合式调制。目前生产的开关电源多数采用PWM 方式，少数采用PFM ，很少有混合式调制方式。PFM 的定义是将脉冲宽度固定，通过调节工作频率来调节输出电压。它的稳压原理是当输入电压升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变，而是使周期变长，占空比就将随之变小，用这种方式使输出电压降低[3]。
V
V V V
on t off t
off t on
t
t t
(a)
V V
V V on t
t
on t off t off t
(b)
图3.3 (a) PWM 控制方式 (b) PFM 控制方式 图3.3为相应波形图。混合控制方式是指脉冲宽度与频率都不固定，都可以改变，
由于两种控制方式共存，相互影响较大，稳定性比较差，电路也比较复杂，所以现在并没有得到广泛的应用。
本文将对应用范围最广泛的PWM 方式，进行详细的分析。PWM 的开关频率一般
都为一个恒定值，它的控制取样信号包括输入电压、输出电压、输出电流、输出电感上的电压以及开关器件的峰值电流[9]。这些控制取样信号可以用来构成单环、双环、多环反馈系统，从而实现稳压、稳流及恒定功率的目的。同时，这些信号还可以实现一些附加的功能，例如过电流保护，抗偏磁以及均流等。PWM 调制方式根据反馈采样方式的不同可分为：电压模式和电流模式，下面将对两种模式进行对比分析。
(1) 电压模式
图3.4(a)为Buck 变换器的电压模式控制PWM 反馈系统原理图。电压模式控制采用
脉冲宽度调制方式。它的工作原理是首先将电压误差放大器采样放大的直流与恒定频率
的三角波斜坡进行比较，在通过PWM 调制后得到脉冲宽度如3.4(a)中所示波形，电路在工作时必须逐个附加脉冲的限流保护电路。当输入电压或负载阻抗突然变小时，因为主电路中的输出电容C 及电感L 的值都较大，会产生相移延时作用，输出电压的变小也会延时滞后，这样输出电压变小的消息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后，才能传至PWM 比较，最后再将脉冲宽度扩展。这两个延时滞后就是导致暂时响应慢的主要原因[2]。
e t e
U s U daad t on t
e
t FT R FT daad
t on
t e U s U
图3.4 (a) Buck 降压斩波器的电压模式控制 (b)电压前馈模式控制
电压控制模式的优点是：单环反馈的设计与分析较易实现；锯齿波振幅较大，可提
供较好的噪声余裕给稳定的调制过程；同时它还能够低阻抗输出，对于多输出电源具有较好的交互调节特性[10]。电压模式的缺点是：由于环路增益是随着输入电压的变化而变化的，使得补偿电路的设计变得更加复杂；任一个输入电压或是输出负载的变化都要先转化为输出电压的变化，然后才经过反馈环采样进行反馈控制调节，这就意味着动态响应速度较慢；输出滤波器的控制环上增加了两个极点，这就需要在其上在增加一个零点补偿。
(2) 电流模式
电流型PWM 控制器增加了一个电感电流反馈作为PWM 的斜坡函数，就不需要三
角波发生器，而且还引入了电感电流反馈使系统的性能具有了明显的优越性。相比电压型PWM ，电流型PWM 具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得到明显的改善，这就使电流型PWM 技术得到了飞速的发展[2]。
电流型PWM 控制器有以上几种方案：恒定迟滞环宽控制：在电感中产生一个固定
的电流减小量后，功率开关管被导通，如图3.5(a)中是由迟滞比较器实现；恒定关断时
徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于单片机的住宅小区煤气 泄露实时报警器设计 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 所在学院： 专业名称： 徐州工程学院 20 年月3日
说明 1．根据《徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它
课题 名称 基于单片机的住宅小区煤气泄露实时报警器设计 课题 来源 社会生产实践课题类型工程设计类 选题的背景及意义 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时的警示。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。 煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心；10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡
1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点： 差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。 差分工作模式，能很好抑制环境噪声（如电源噪声），即所谓的共模抑制。虽然这是以电路面积为代价的，但对于在单端模式时采用其它的方法来抑制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。 结构： 应用： 2. 基本差分对中的尾电流源的作用 为差分对提供一个电流源I S ，以使差分对具有固定的尾电流，从而产生独立于输入共模信号V ic 的电流I D1+I D2。 在共模输入时差分对管的工作电流I D1=I D2= I S /2，并且保持恒定； 同理，其共模输出电平也保持恒定，且其值为V DD -RI S /2（R 为负载等效电阻）。 解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。 V i1 V i2 V i1V i2
3. 各类差分放大器的增益（共模增益、差模增益）、输入输出共模电平范围、 线性增益区的范围（对所给电路图分析计算） 双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益 在理想情况下，由于电路的完全对称性，则当输入共模信号时，由于引起差分对管的每边的输出电压的变化量相等，双端输出的电压为0，故电压增益为0。 理想情况下，单端输出共模小信号增益也为0。 4. 各类差分放大器的失调分析（失调的表示方式、原因，减小失调的方法） P83 减小由于输入差分对管不对称所引起的输入失调电压a 、减小输入差分对管MOS 管的阈值电压差，一种有效的方法就是采用离子注入工艺，使输入差分对管的阈值电压一致性较好。b 、减小失调误差的另一种方法是减小由于差分对管的几何尺寸的不对称引入的误差，这可以增大差分对管的尺寸，从而减小ΔW/W 与ΔL/L 的值（但这会造成输入差分对管具有大的寄生电容）来实现，并且通过提高光刻精度以减小ΔW/W 与ΔL/L 的误差值。 5. 差分放大器共模抑制能力的表示方式 R g V V V m i o o -=-)2)(121R g m 2 1 -
低频功率放大器 毕业设计论文 【摘要】实用低频功率放大器主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路和保护电路共五部分构成。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。波形变换电路是将正弦信号电压变换成规定要求的方波信号。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路 本设计的低频功率放大器同时还具有测量显示功率输出、电源供给功率和整机效率的功能。本文首先对功率放大器的课题背景作简要的说明，随后对功率放大器的一些基础知识进行介绍。最后，本文具体叙述实用低频功率放大器的安装与调试，并对电路在工作中易出现的失真情况做了细致的分析。 关键字：前置放大；功率放大；稳压电源电路；
Low frequency power amplifier design graduate paper 【 abstract 】 practical low frequency power amplifier is mainly used for audio signal power amplifier, this paper introduces the weak signal amplifier ability has the low frequency power amplifier, the basic principle of content, the technical route. The main circuit by manostat, preamplifier, power amplifiers, wave transform circuit and the protection circuit of five parts. Manostat primarily for pre-amplifier, power amplifier provide stable dc power. The preamplifier mainly is the voltage scaling. Power amplifier realize current, voltage scaling. Wave transform circuit is will sine signal voltage transform into the requirements of square wave signal. The design of the structure is simple, practical circuit, make full use of the performance of the integrated amplifier. The experimental results show that the power amplifier in bandwidth, distortion degree, efficiency has good index, higher practicability, for power amplifier design offers wide thinking The design of the low frequency power amplifier and at the same time also has measurement shows power output, power supply power and the efficiency of the function. This paper first to power amplifier background of the topic be briefly and then some basic knowledge of power amplifier is introduced. Finally, this paper describes the low frequency power amplifier specific practical installation and commissioning, and in the work of circuit to occur during the distortion of the situation did meticulous analysis. Key word: preamplifier; Power amplifier; Stabilized voltage power supply circuit;
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
基于单片机的毕业论文题目有哪些 很多物联网专业的学生对单片机非常感兴趣，不光是对专业的热爱，另外由于单片机是集成电路芯片，是控制整个流程最基础的环节，大多数理科生对这种控制式设计充满着好奇，下面，我们学术堂整理了多个基于单片机的毕业论文题目，欢迎各位借鉴。 基于单片机的毕业论文题目一： 1、基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计 2、基于单片机的超声测距系统 3、基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计 4、基于单片机的工业在线数字图像检测系统研究与实现 5、基于FPGA的8051单片机IP核设计及应用 6、基于单片机的军需仓库温湿度测控系统研究 7、单片机多主机通信模式在粮库温湿度监控系统中的应用 8、基于单片机的中小水电站闸门控制系统 9、基于单片机的正弦逆变电源研制 10、单片机实验教学仿真系统的设计与开发 11、基于单片机的温湿度检测系统的设计 12、基于单片机的蓝牙接口设计及数据传输的实现 13、基于单片机的多功能温度检测系统的设计与研究 14、基于单片机的温度控制系统的研究 15、行为导向教学策略在职校单片机课程教学中的应用研究 16、逻辑电路与单片机的虚拟实验系统设计与实现
17、基于单片机的LED显示系统 18、基于单片机的校园安防系统 19、基于MSP430单片机的红外甲烷检测仪设计及实现 20、基于高性能单片机的无线LED彩灯控制系统的设计与实现 21、基于AVR单片机教学实验板的设计 22、基于单片机的阀岛控制系统的研究 23、基于AT89S51单片机实验开发系统设计 24、基于单片机和GPRS数据传输技术的研究 25、基于HCS12单片机的智能车底层控制系统研究 26、单片机GPRS智能终端及远程工业监控技术研究 27、基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究 28、基于单片机的室内智能通风控制系统研究 29、基于单片机的通用控制器设计与实现 30、基于单片机控制的PTCR阻温特性测试系统的设计与实现 31、Proteus在单片机教学中的应用 32、基于单片机的变频变压电源设计 33、基于单片机的监控系统控制部分的设计 34、基于单片机的葡萄园防盗报警系统设计 35、基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 36、基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 37、基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现 38、基于单片机的高精度随钻测斜仪系统开发 39、基于16位单片机MC9S12DG128B智能车系统的设计 基于单片机的毕业论文题目二： 40、基于单片机的压力/液位控制系统的设计研究 41、单片机与Internet网络的通信应用研究 42、基于单片机控制的温室环境测控装置研究 43、具有新型接口的MCS-51单片机实验系统设计 44、基于单片机控制的直流恒流源的设计 45、基于单片机的模糊控制方法及应用研究 46、基于AT89S52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制 47、基于AT89C51单片机的脉象信号采集系统研究 48、基于DTMF技术的单片机远程通信系统研究 49、基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计 50、基于单片机控制的柴油机喷油泵数据采集系统的设计与实现 51、基于谐振技术及MK单片机的多路升压器研究设计 52、基于单片机的数据串口通信 53、基于单片机的智能寻迹系统设计 54、压电式阀门定位器与单片机实验装置研制 55、基于单片机的微型电子琴研究与实现 56、基于单片机的恒温恒湿孵化器系统设计 57、基于16位单片机MC9S12XS128的两轮自平衡智能车的系统研究与开发
影响运放电路的误差的几个主要参数(KCMR,VIO,Iib,Iio等) 1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况 集成运放的共模抑制比为有限值时，以下图为例讨论。 VP=Vi VN=Vo 共模输入电压为： 差摸输入电压为： 运算放大器的总输出电压为：vo=AVDvID+AVCvIC 闭环电压增益为：
可以看出，Avd和Kcmr越大，Avf越接近理想情况下的值，误差越小。 2.输入失调电压VIO 一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。 解释一：在室温25℃及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做失调电压。 解释二：输入电压为0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即VIO=- VO|VI=0/AVO 输入失调电压反映了电路的对称程度，其值一般为±1~10mV 3.输入偏置电流IIB BJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流IBN和IBP。输入偏置电流是指集成运放输出电压为0时，两个输入端静态电流的平均值。 输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。偏置电流越小，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。其值一般为10nA~1uA。 4.输入失调电流IIO 在BJT集成电路运放中，当输出电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO=|IBP-IBN| 由于信号源内阻的存在，IIO会引起一个输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为0。它反映了输入级差分对管的不对称度，一般约为 1nA~0.1uA。 5.输入失调电压VIO、输入失调电流IIO不为0时，运算电路的输出端将产生误差电压。 设实际的等效电路如下图大三角符号，小三角符号内为理想运放，根据VIO和IIO的定义画出。
辽宁省交通高等专科学校机电系 毕业设计文件 设计题目: 高频功率放大器设计 专业:应用电子技术 姓名:班级：学号: 完成期限: 201 年03月25 日至201 _年05月03日指导教师：臧雪岩
摘要：高频功率放大器是无线电发送设备的重要组成部分，它主要用在发射机的末端。信号经高频功率放大器放大后能够满足天线对发射功率的要求，以足够大的功率发射出去，被远方的接收机可靠地接收。高频功率放大器按工作频带来分，可分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器，窄带高频功率放大器通常以LC谐振网络作为负载，又称谐振功率放大器，实用高频信号通常是窄带信号，窄带信号是指带宽远小于其中心频率的信号，如中波广播电台的带宽为10kHz，如果中心频率为1000kHz，其带宽远小于其中心频率，该信号即为窄带信号。窄带信号具有类似于单一频率正弦信号的特性，可采用谐振电路滤波。宽带功率放大器是以传输线变压器为负载，又称非谐振功率放大器，区别于窄带功率放大器，宽带功率放大器可在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐，但不具有滤波能力。 关键词：高频功率放大器、窄带信号、谐振功率放大器。 Abstract：High frequency power amplifier is an important part of radio transmission equipment, it mainly use at the end of the transmitter. Signal after high frequency power amplifier amplification can satisfy the requirements of the antenna to transmit power, with enough power to launch out, distant receiver receives in a reliable way. High frequency power amplifier according to the working frequency points, high frequency power amplifier can be divided into narrowband and broadband high frequency power amplifier, narrow-band high frequency power amplifier is usually to LC resonant network as a load, also called resonance power amplifier, high frequency signal is usually a narrow-band signal, narrow-band signal refers to the signal bandwidth is far less than its center frequency, such as the bandwidth of the medium wave radio station to 10 KHZ, if the center frequency of 1000 KHZ, its bandwidth is far less than its center frequency, the signal is narrow band signal. Narrow-band signal is similar to the single frequency sine signal characteristics, resonant circuit filter can be used. Broadband power amplifier is based on a transmission line transformer load, also known as the resonance power amplifier, difference in narrow band power amplifier and broadband power amplifier working frequency can be changed in a very wide range and don't have to be tuned, but I don't have filtering capability. Key words: High frequency resonance power amplifier, power amplifier, narrow band signal.
濮阳职业技术学院毕业设计 专业：应用电子技术 设计课题：家用功率放大器 班级：应用电子 姓名：刘新帅 2010年 12月 10日
摘要 随着社会的发展，人们的追求，现代人对听觉的水平要求越来越高，所以对音响的音质真实性要求越来越多，并能对音频信号进行适当的加工装饰，使声音音质真实优美动听。因此，我们这次的研究主要对象是高保真家用功率放大器, 然而功率放大器是在音响系统中是把微弱的音频信号放大到足以驱动喇叭单元工作，重放出人耳能听到的声音设备。本设计主要介绍采用LM1875芯片设计的功率放大器，它在应用场合能提供非常低的失真度和高质量的音色，还具有了高增益、快转换速率、宽功率带宽、大输出电压摆幅、大电流能力和非常宽的电源范围等特性。系统采用大回环电压负反馈控制输出，配以普通双路桥式整流滤波电路，放大器采用内部补偿，增益控制在26dB 左右。它可用于家用功放，高品质音频系统，立体声唱机等。 关键词：高保真家用功率放大器 LM1875
引言 随着电子技术的发展，音频功放（APA）技术的最新发展进一步提高了音响的音质，以及人们生活水平的不断提高，各种新型家庭影院的新技术、新品种器材不断涌现，市场中的音响设备品种繁多，音响爱好者被商店里的设备搞得眼花缭乱，无从下手，往往投入较大的资金而得不到较好的重放效果。高保真功放就克服了传统音响的这些缺点.表现出了声音的真实性.我们所做的LM1875高保家用功率放大器就是使重放的声音跟真实的声音高度相似.如果从重放声的角度来讲，高保真音响系统非常讲究表现音乐的内涵和细节，通过器材的重放能够表现出音乐所要表达的深刻含义，与欣赏者产生情感上的交流，在重放时对音乐中的细微声音都能表现出来。
音频功率放大器的设计毕业论文
单刀音频功率放大器的设计 摘要 本次课程设计题目为音频功率放大器，简称音频功放，音频功率放大器主要用于推动扬声器发声，凡发声的电子产品中都要用到音频功放。 设计中主要采用OP07进行音频放大器的设计，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。设计中的音频功率放大器主要由直流稳压电源、前置放大电路、二级放大电路和功率放大电路组成。前置放大电路采用了反相比例运算放大器，二级放大电路用一个低通滤波器和一个高通滤波器组成一个带通滤波器，功率放大电路采用了OCL电路。直流电源采用桥式电路进行整流，输出则采用了三端集成稳压器。 对前置放大电路和二级放大电路进行了输入、输出分析和频率响应分析。对功率放大电路进行了输入和输出功率分析。对直流电源进行了输出电压验证。最后对总电路进行了输入、输出
分析、频率响应分析、噪声分析。 关键词： OP07 音频功率放大器
目录 摘要................................................................ I Abstract.......................... 错误!未定义书签。第一章音频放大器的概述.. (1) 1.1音频放大电路的回顾 (1) 1.2音频功率放大器的介绍 (2) 1.2.1 A类(甲类)功率放大器 (3) 1.2.2 B类(乙类)功率放大器 (3) 1.2.3 AB类(甲乙类)功率放大器 (4) 1.2.4 C类(丙类)功率放大器 (4) 1.2.5 D类(丁类)功率放大器 (5) 1.3放大器的技术指标 (5) 第二章音频功率放大器的设计 (11) 2.1设计方案分析 (11) 2.2前置放大电路设计 (11) 2.3二级放大电路设计 (15) 2.2.1 低通滤波器设计 (15) 2.2.2 高通滤波器设计 (17) 2.2.3 二级放大电路电路设计 (20) 2.4功率放大器设计 (21) 2.5 直流稳压电源设计 (23)
加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件
电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在饱和区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不受工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。
一、设计目标（题目） (3) 二、相关背景知识 (4) 1、单个MOSTFET的主要参数包括： (4) 三、设计过程 (5) 1、电路结构 (5) 2、主要电路参数的手工推导 (6) 3、参数验证（手工推导） (7) 四、电路仿真 (7) 1、NMOS特性仿真及参数推导 (7) 2、PMOS特性仿真及参数推导 (10) 3、最小共模输入电压仿真 (12) 4、电流镜负载的差分放大器特性仿真及参数推导 (14) 五、性能指标对比 (18) 六、心得 (18)
一、设计目标（题目） 电流镜负载的差分放大器 设计一款差分放大器，要求满足性能指标： ● 负载电容pF C L 1= ● V VDD 5= ● 对管的m 取4的倍数 ● 低频开环增益>100 ● GBW(增益带宽积)>30MHz ● 输入共模范围>3V ● 功耗、面积尽量小 参考电路图如下图所示 设计步骤： 1、仿真单个MOS 的特性，得到某W/L 下的MOS 管的小信号输出电阻和跨导。 2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。 3、手工推导上述尺寸下的差分级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽、输入共模范围。
全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω =
关于单片机毕业设计论文文档 On the graduation design thesis document of single chip microcomputer 编订：JinTai College
关于单片机毕业设计论文文档 前言：毕业论文是普通中等专业学校、高等专科学校、本科院校、高等教育自学考试本科及研究生学历专业教育学业的最后一个环节，为对本专业学生集中进行科学研究训练而要求学生在毕业前总结性独立作业、撰写的论文。本文档根据毕业论文内容要求和特点展开说明，具有实践指导意义，便于学习和使用，本文下载后内容可随意调整修改及打印。 单片机毕业设计论文如下文 第一章绪论1.1 课题的提出及意义 单片机作息时间控制实现了对时间控制的智能化，摆脱了传统由人来控制时间的长短的不便，实现代学校必不可少的设备。 1.2 设计的任务及要求 1.作息时间能控制电铃 2.作息时间能启动和关闭放 音机 单片机作息时间控制的功能如下：
使用4位七段显示器来显示现在的时间。 显示格式为“时分” 由led闪动来作秒计数表示 具有4个按键来作功能设置，可以设置现在的时间及显示定时设置时间 一旦时间到则发出一阵声响，同时继电器启动，可以控制放音机开启和关闭。 第二章总体方案设计2.1 芯片比较 2.1.1 单片机选型 当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：intel8051系列、motorola和m68hc系列、atmel的at89系列、台湾winbond（华邦）w78系列、荷兰pilips的pcf80c51系列、microchip公司的pic系列、zilog 的z86系列、atmel的at90s系列、韩国三星公司的ks57c系列4位单片机、台湾义隆的em-78系列等。我们最终选用了atmel公司的at89c52单片机。at89c52是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和256bytes的随机存取数
《电子技术计算机绘图基础》 设 计 报 告 题目：差分放大器仿真 学院：通信与信息工程学院 专业班级：电子信息工程 学号： 学生姓名： 指导教师：
差分放大器的仿真 一、设计描述 1、设计目的和任务 1).熟悉差分放大器的工程估算，掌握差分放大器静态工作点的调整与测试方法。 2).能够掌握差分放大器性能指标的测试方法。 3).能够掌握multisim 和protel 的基本用法，做出Multisim 仿真图、Protel 原理图、PCB 板，从而加深理解差分放大器的性能特点。 4).熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 2、原理分析 （1）基本原理 差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号、抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。 （2）静态工作点的调整 实验电路通过调节电位器R p 使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。 （3）静态工作点的测量 静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压V BQ 、V EQ 、V CQ ，从而计算得到V CEQ 和V BEQ 。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以避免更动电路，同时操作也简单。 EQ CQ CEQ V V V -= EQ BQ BEQ V V V -= e EQ EQ R V I = C CQ CC CQ )(R V V I -= （4）电压放大倍数的测量 差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。 在差模工作模式下，差模输出端U od1是反相输出端，U od2是同相输出端，则差模电压放大倍数为： ud2 ud1ud A A A += ud2 i od2i od1ud1 A U U U U A -=- == 在共模工作模式下，共模输出端U oc1、U oc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为： uc2 uc1uc A A A -= uc2 i oc2i oc1uc1 A U U U U A == = 电路的共模抑制比K CMR 为：
XXXXXXXXXXXXXX 毕业设计（论文）说明书 作者：学号： 05307081 学号： 05305238 学号： 05306088 系部：电气工程系 专业：应用电子技术 题目：D类音频功率放大器的设计 指导者： 评阅者： 2008年 5 月
摘要 数字功率放大器具有模拟功率放大器不可比拟的优势，代表着音响技术数字化的新台阶。本系统以高效率D类功率放大器为核心，输出开关管采用高速VMOSFET管，连接成互补对称H桥式结构，最大不失真输出功率大于1W，平均效率可达到70％左右。D类放大器包括脉宽调制器和输出级。 本文首先介绍了声音的基本特性、音响放大器的技术指标、放大器分类和D 类放大器的工作原理，接着进行了D类功放的仿真分析，包括PWM波的形成、频谱分析等等；然后根据D类功放的设计要素，设计了基于MAXIM公司的10W立体声/15W单声道集成芯片MAX9703/MAX9704的D类放大器，并对D类功放的发展与技术展望进行了描述。 在本文里，对放大器的各个模块包括放大电路、比较器电路、三角波产生电路、驱动电路等进行了设计和仿真，且达到了预先设定的指标。 关键词:D类放大器脉宽调制高速开关电路低通滤波
目录 1 引言 (5) 2 音响的基础知识 (7) 2.1 声音的基本特性 (7) 2.2 音响的结构及参数 (7) 2.3 放大器的技术指标 (7) 3 放大器的简介 (9) 4 D类功放的原理及仿真 (13) 4.1 D类功放的工作原理 (13) 4.2 D类功放的EDA仿真 (15) 4.2.1 EDA仿真概述 (15) 4.2.2 D放大器原理仿真概述 (16) 4.2.3 输入信号抽样――PWM波的形成仿真 (17) 4.2.4 输出信号PWM波的频谱仿真分析 (17) 4.3 D类功放的优点 (18) 5 D类功放的硬件设计 (19) 5.1 D类功放的设计原理 (19) 5.2 D类功放的设计要素 (22) 5.2.1 输出晶体管尺寸选择 (22) 5.2.2 输出级保护 (22) 5.2.3 音质处理 (23) 5.2.4 EMI处理 (25) 5.2.5 LC滤波器设计 (26) 5.2.6系统成本 (27) 5.2.7 散热注意事项 (27) 5.3 D类功放电路分析与计算 (31) 5.3.1脉宽调制器（PWM） (31) 5.3.2 前置放大器 (33) 5.3.3 驱动电路 (34) 5.3.4 高速开关电路 (35) 5.3.5 低通滤波 (40) 6 MAX9703/MAX9704单声道/立体声D类音频功率放大器 (44) 6.1 概述 (44) 6.2 MAX9703/MAX9704详细说明 (44)