Проектирование аналоговых схем
Освойте практические основы низковольтного аналогового проектирования: решайте цепи постоянного тока, предсказывайте переходную и частотную характеристики, задавайте смещение транзисторов, проектируйте усилители с обратной связью и фильтры и проверяйте сигнальный путь датчика с явными ограничениями моделей.
Чему вы научитесь
- Вычислять напряжение, ток, мощность, нагрузку и ограничения компонентов
- Решать узловые модели и эквиваленты Тевенина постоянного тока и временные отклики RC/RL
- Читать модуль и фазу фазоров и диаграммы Боде первого порядка
- Оценивать рабочие точки диодов, BJT и MOS с заявленными допущениями
- Проектировать обратную связь операционных усилителей и проверять размах, полосу, скорость нарастания и шум
- Готовить таблицу соединений схемы и проверять низковольтный усилитель и фильтр датчика
Перед началом
Упражнения в браузере используют учебные модели и не компилируют и не запускают HDL. Для отдельного запуска исходного кода следуйте руководству Digital Design Studio для вашей ОС и войдите в аккаунт, если этого требует операция.
Установка и первый запуск ↗ · Загрузки ↗Программа
- Напряжение, ток, мощность и сохранение
- Напряжение — разность, а не меткаТеория
Выберите опорный узел, преобразуйте единицы и вычислите напряжение резистора.
- Ток, мощность и ограничения компонентовТеория
Различайте поток заряда и поток энергии и проверяйте рассеяние резистора.
- KCL и KVL позволяют решить цепьТеория
Запишите согласованные уравнения токов и напряжений делителя.
- Проверка: делитель с согласованными знакамиПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.
- Узловой анализ, эквиваленты и нагрузка
- Решите узел, соединённый с несколькими источникамиТеория
Превратите рисунок цепи в одно узловое уравнение и проверьте токи ветвей.
- Эквиваленты Тевенина сохраняют поведение нагрузкиТеория
Замените линейную сеть источника напряжением холостого хода и сопротивлением.
- Нагрузка меняет измеряемоеТеория
Рассчитывайте нагрузку входов измерителя и усилителя вместо бесконечного импеданса.
- Лабораторная работа: предскажите и симулируйте нагруженный делительПрактика
Выполните расчёт рабочей точки DC и различайте ток источника и ток нагрузки.
- Запасённая энергия и временной отклик
- Конденсаторы связывают изменение напряжения с токомТеория
Согласованно используйте ёмкость, заряд, энергию и начальные условия.
- Катушки индуктивности связывают изменение тока с напряжениемТеория
Рассчитайте постоянную времени RL и распознайте непрерывность тока.
- Ступени RC: начальное значение, конечное значение, постоянная времениТеория
Предсказывайте заряд, разряд и установление по сопротивлению, видимому конденсатором.
- Проверка: нагрузка конденсатора и установлениеПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.
- Фазоры и частотная характеристика
- Фазоры описывают синусоидальное установившееся состояниеТеория
Используйте комплексный импеданс, разделяя RMS, пик и фазу.
- Читайте модуль и фазу на диаграмме БодеТеория
Вычисляйте частоту среза первого порядка, децибелы и осмысленные тестовые частоты.
- Лабораторная работа: свяжите постоянную времени со срезом ACПрактика
Используйте одну цепь для переходного и малосигнального AC-анализов.
- Проверка: RMS и срез фильтра нижних частотПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.
- Диоды и рабочие точки транзисторов
- Модель диода должна соответствовать вопросуТеория
Используйте приближение постоянного падения, определяя его ограничения.
- Смещение BJT создаёт место малому сигналуТеория
Оцените рабочую точку с эмиттерной отрицательной обратной связью и малосигнальное усиление.
- Смещение MOSFET и пределы квадратичных моделейТеория
Разделяйте порог, перенапряжение затвора, режим и дифференциальное усиление.
- Проверка: несогласованное смещение транзистораПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.
- Операционные усилители и обратная связь
- Отрицательная обратная связь и условие виртуального замыканияТеория
Объясните зависимость близких входных напряжений от работающего контура обратной связи.
- Инвертирующий усилитель использует баланс токовТеория
Вычислите усиление, входное сопротивление и выход относительно середины питания.
- Неинвертирующая ступень сохраняет полярность входаТеория
Спроектируйте усиление относительно опоры и различайте буфер и источник мощности.
- Диапазон выхода, полоса и скорость нарастания — отдельные пределыТеория
Проверяйте запас DC и динамические требования до доверия идеальному усилению.
- Фильтры и шум
- Выберите нижние или верхние частоты по выходному узлуТеория
Спроектируйте фильтр первого порядка с учётом сопротивлений источника и нагрузки.
- Лабораторная работа: отделите усиление от фильтрацииПрактика
Симулируйте учебную усилительную ступень с полюсом RC и укажите пропуски модели.
- Шум — бюджет ошибки, зависящий от полосыТеория
Оцените шум резистора и объедините независимые вклады корнем суммы квадратов.
- Проверка: сигнальная и шумовая полосыПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.
- Измерения, подготовка схемы и итоговый проект датчика
- Допуски и неопределённость измерения требуют отдельных бюджетовТеория
Вычислите крайние частоты среза и усиления до выбора полосы приёмки.
- От таблицы соединений к надёжной схемеТеория
Нарисуйте и проверьте низковольтную цепь без предположения конкретного движка редактора.
- Итоговая лабораторная работа: низковольтный усилитель и фильтр датчикаПрактика
Спроектируйте, симулируйте и объясните путь датчика с усилением 11 и явными физическими ограничениями.
- Итоговая проверка: свидетельства и предел проектаПроверка знаний
Проверьте модель, расчёт и интерпретацию перед продолжением.