Návrh a počítačová simulace analogových obvodů

Design and computer simulation of analog circuits

book

Czech

Elektronická publikace uvádí konkrétní postupy při návrhu analogových obvodů. Formou řady příkladů je na úrovni bakalářských studií ukázán postup při návrhu a zjednodušené analýze základních stavebních jednotek analogových obvodů jako jsou zdroje referenčního napětí s diodami, se Zenerovými diodami, s tranzistorovým „násobičem uBE“, s teplotně stabilizovanou podpovrchovou referenční diodou, a příklad návrhu referenčního zdroje napětí využívající princip zakázaného pásma. Dále jsou probrány vlastnosti zdroje konstantního proudu a proudového zrcadla. Jsou analyzovány výhodné i nevýhodné vlastnosti diferenčního zesilovače s tranzistory. Použití těchto základních jednotek je pak ukázáno při konstrukci jednoduchého operačního zesilovače. Podrobně je prozkoumán vliv reálných vlastností operačního zesilovače na invertující a neinvertující zapojení zesilovače. Je uveden návrh přístrojového diferenčního zesilovače a zdroje proudu řízeného napětím. Jsou vysvětleny konkrétní postupy při návrhu aktivních dolních a horních kmitočtových propustí s aproximací přenosové funkce dle Butterwortha, Bessela a Čebyševa, pásmových kmitočtových propustí a integrovaného filtru KHN. Návrh elektronicky přepínatelných obvodů je prezentován na elektronickém střídači a na elektronicky přepínatelném zesilovači. Jsou analyzovány vlastnosti jednocestného operačního usměrňovače a na základě poznatků je pak realizován návrh dvoucestného operačního usměrňovače. Použití třísvorkového integrovaného stabilizátoru je pak ukázáno na návrhu síťového napájecího zdroje se spojitou regulací. Uvedené návrhy analogových obvodů a analýza jejich vlastností jsou do jisté míry jen přibližné. Jak je ukázáno v další části publikace, k přesnější analýze analogových obvodů je možno použít obvodové počítačové simulátory. V této publikaci jsou uvedeny ukázkové simulace základních analogových obvodů v programech Micro-Cap a SNAP.

The electronic publication presents specific procedures for the design of analog circuits. There are many examples and methods for the design and simplified analysis of the basic elements of analog circuits such as reference voltage sources with diodes, Zener diodes, transistor "VBE multiplier", temperature-stabilized subsurface reference diodes and moreover there is an example of the design of a bandgap voltage reference. The properties of a constant current source and current mirror are also discussed. The advantageous and disadvantageous properties of the transistor differential amplifier are analyzed. The using of these basic elements is shown in the proccess of construction of a simple operational amplifier. The impact of the operational amplifier's real properties on the inverting and non-inverting amplifier circuit diagram is investigated in detail. The design of an instrumentation differential amplifier and a voltage-controlled current source are described. Specific procedures for the design of active lowpass and highpass filters with approximation of the transfer function according to Butterworth, Bessel and Chebyshev, bandpass filters and an integrated KHN filter are explained. The design of electronically switchable circuits is presented in an electronic chopper and an electronically switchable amplifier. The properties of the half-way operational rectifier are analyzed and, based on the findings, the design of the full-way operational rectifier is presented in detail. The use of a three-terminal integrated stabilizer for the design of mains power supply with continuous regulation is shown. The design of analog circuits and the analysis of their properties are only approximate. As shown in the next part of the publication, circuit computer simulators can be used for more accurate analysis of analog circuits. There are examples of computer simulations in this publication and the software tools Micro-Cap and SNAP are used.

referenční zdroj napětí; zdroj napětí se Zenerovou diodou; tranzistorový „násobič uBE“; podpovrchová Zenerova dioda; referenční zdroj napětí na principu zakázaného pásu v polovodiči; tranzistorový zdroj proudu; proudové zrcadlo; diferenční tranzistorový zesilovač; operační zesilovač; invertující zesilovač; neinvertující zesilovač; přístrojový diferenční zesilovač; zdroj proudu řízený napětím; aktivní filtr; ARC filtr; kmitočtový filtr; analogový filtr; filtry s operačními zesilovači; filtr 2. řádu; kaskádní filtr; filtr vyššího řádu; aproximace přenosové funkce; Butterworth; Bessel; Čebyšev; dolní propust; horní propust; pásmová propust; filtr s rozvětvenou smyčkou zpětné vazby; filtr se zesilovačem s konečným zesílením; KHN filtr; operační usměrňovač; střídač; zesilovač s elektronicky přepínatelným zesílením; třísvorkový stabilizátor; napájecí zdroj; obvodový simulátor; Micro-Cap; SNAP

reference voltage source; voltage source with Zener diode; transistor "VBE multiplier"; subsurface Zener diode; bandgap voltage reference; transistor current source; current mirror; differential transistor amplifier; operational amplifier; inverting amplifier; non-inverting amplifier; instrumentation differential amplifier; voltage controlled current source; active filter; ARC filter; frequency filter; analog filter; filters with operational amplifiers; second-order filter; cascade filter; higher-order filter; amplitude-frequency respose approximation; Butterworth; Bessel; Chebyshev; lowpass filter; highpass filter; bandpass filter; filter with multiple negative feedback; filter with single positive feedback; KHN filter; operational rectifier; copper; amplifier with electronically switchable gain; three-terminal stabilizer; power supply; circuit simulator; Micro-Cap; SNAP; analog circuit simulation; operational amplifier model

MIŠUREC, J.; VRBA, K.

30. 9. 2023

Nakladatelství VUTIUM

Vysoké učení technické v Brně

978-80-214-6197-0

Návrh a počítačová simulace analogových obvodů

I

1.

219

https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/214433

http://hdl.handle.net/11012/214433