论文总字数：21772字

摘 要

为了实现模拟信号的反向，可以使用运算放大器构成反相器电路。电路的基本结构大致可以分为两个部分。一是电源电路，通过电源控制电路为运算放大器提供稳定的直流电压，二是反相放大器电路，通过选取合适的电阻值和运算放大器，构成性能优良的反相功能。

另外还要根据电路板、电池以及转接口的大小，设计反相器仪器封装外壳。外壳的材料使用的是铝合金。其主要结构特点是盒子两端能够引出转接口，盒子上方放置装置开关。

关键词：滤波器；插入损耗；差模信号；反相器；信号反向；

The Designed of Inverting Device for EMI Filter Performance Testing Circuit

02011103 Rubing Wang

Supervised by Zhongyuan Zhou

Abstract：During filter insertion loss, the need for performance testing conditions of differential and common mode filter. For differential mode filter performance test, we need the output signal of the signal source into two, and then the way in which the signal phase change 180º, so you can provide a pair of differential input signal filter. In more than 1MHz, the differential signal can be balanced-balun achieve. But at 1MHz or less, since the inductance of the transformer is not enough, making by balun a pair of differential signal is difficult. This project work is to be achieved through the use of a reverse signal circuit way, thereby providing a pair of differential signal filter.

In order to achieve reverse analog signals, you can use operational amplifier inverter circuit. The basic structure of the circuit can be divided into two parts. First, the power supply circuit to provide a stable DC voltage of the operational amplifier through the power control circuit, the second is an inverting amplifier circuit, by selecting the appropriate resistor value and an operational amplifier, an inverting function constitutes good performance.

Also according to the board, and the size of the battery switch interface, the design of the inverter instrument package housing. Housing material used is aluminum. The main structure is characterized by both ends of the box can lead to switch interface, the top box deployment device switch.

Key words: Filter; insertion loss; differential mode signal; inverter; signal reverse

目录

1、绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 反相器 1

1.2.2 运算放大器 2

1.3 研究意义 2

1.4 主要工作 2

2、运算放大器 3

2.1 运算放大器概述 3

2.2 运算放大器基本原理 3

2.3运算放大器的基本特性 4

2.3.1运算放大器的等效电路 4

2.3.2基本运算放大器电路 4

2.4 运算放大器的选择 6

2.4.1静态限制 6

2.4.2动态限制 7

2.5 小结 9

3、降压电路 10

3.1电源管理芯片概述 10

3.2 DC/DC开关电源的原理 10

3.2.1 电压型控制方式 11

3.2.2 电流型控制方式 12

3.3小结 13

4、电路的设计 14

4.1 电路的基本构架 14

4.2电路原理图的设计 14

4.2.1 运算放大器型号的选择 14

4.2.2 运算放大器电路设计 15

4.2.3 电源管理芯片的选择 15

4.2.4总体设计 15

4.3PCB板的设计 16

4.3.1接口的选择 16

4.3.2 PCB元件摆放及布线注意事项 17

4.3.3 PCB的设计图 17

4.4电路板的焊接 18

5、性能检测及分析 19

6、总结 29

致谢 30

参考文献 31

电磁干扰滤波器性能测试用电路反相装置的设计制作

1、绪论

1.1研究背景

自从人类走出工业革命，进入信息革命开始，信息就一直扮演着十分重要的角色。科学家和科技工作者们也不断地努力，使得信息或者信号可以稳定、安全地传输。对于传播方式的研究，自然是很重要的一面，因为它体现了一种科学的发展，所以从电报到电话，从电话到计算机，每次的发展都可以称之为一场信息的革命。如今的信息传播、信号处理正朝着光学的方向发展，并且这个领域应该会有很好的前景。但是以电为信号的媒体仍旧是这个时代的主题。所以，在现有的科技条件下研究信号的稳定性仍然具有很重要的意义。

电磁干扰就是一种特殊的电子噪音，这种噪音能够干扰电源线上的电缆信号，并且能够降低信号的完好性，电磁干扰一般情况下的产生一般都是人为的因素造成的，自然界中也存在着不同的电磁干扰源。电磁干扰现象早在1981年就被人们发现了，英国科学家曾发表过一篇论干扰的文章，这篇文章标志着人类对电磁干扰问题研究的开始。后来人们又发现了在通信领域的信号干扰问题。由于信息的传播越来越密集和频繁，电磁干扰逐渐影响到了正常的工业和生活，人们对电磁干扰问题的研究也逐渐地走向了工业化和产业化。

消除电磁干扰的一个重要的方法就是使用滤波器。电磁干扰滤波器的作用更是双向的。一方面它能够阻止电子设备中由于制造因素和设计因素而产生的噪声发射到外部，另一方面能够阻止外部的各种频段的信号干扰设备的正常运行。但是一般的情况下，设备所工作或者处理的信号频率比较低，而噪声信号的频率则相对较高。比如声波信号的范围大约是20Hz到20kHz，而超出这个频率范围的信号，我们都认为是噪声。同时，过于高频的信号会影响到设备的正常运行，因为不同器材的频率特性都有一定的限制，达到高频便不再具有线性化特征。所以，电磁干扰滤波器的工作原理一般都是一个低通滤波器，即过滤掉高频信号，通过低频信号。

所以，对滤波器性能的评价具有十分重要的意义。它一般包括特征频率、增益与衰耗、阻尼系数与品质因数、灵敏度和群时延函数五个特性指标。其中，在进行滤波器插入损耗时，需要进行差模和共模条件下滤波器的性能测试。在1MHz以上，差分信号可通过平衡-不平衡变换器实现。但在1MHz以下，由于变压器的电感量不够，导致难以通过平衡-不平衡变换器提供一对差分信号。而滤波器的低频特性依然是非常重要的。比如对于声音信号，信号的频率一般不会很高，并且低音性能也体现了一个音频产品质量的好坏。所以，为了能够在较宽的频率范围产生差模信号进行测试，设计并制造一个模拟信号的反相器具有十分重要的意义和作用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 反相器

目前是数字产品的时代，所以目前市场上较多的是数字信号的逻辑反相器，即CMOS反相器，是数字逻辑中实现逻辑非的逻辑门电路。并且目前市场上的芯片也大都是追求高速、高频的数字反相器。单纯地以模拟反相器作为单个零件使用却并不是很普遍。一般情况下的反相器都是集成在复杂的模拟电路里，比如音频处理电路、视频处理电路等。并且这些电路的频率带都不是很宽。所以，设计并制造一种性能优越的反相器仍旧是一项十分艰巨的任务。

1.2.2 运算放大器

运算放大器是构成反相器的主要器件。所以要设计并制造高性能的反相器，一种性能优越的运算放大器是必不可少的。而国内外对于运算放大器的研究，是比较广泛而且深入的。运算放大器和各种模拟集成电路是应用最为广泛的一类模拟器件。随着集成度的提高、性能的改善，愈来愈受到人们的青睐。运算放大器的设计制造目前已经达到了一个相当高的水平。目前的运算放大器主要分为电压反馈放大器和电流反馈放大器。

顾名思义，电压反馈放大器，英文简称为VFA，是对电压进行响应的运算放大器，而电流反馈放大器是对电流进行响应的运算放大器。众所周知，电压反馈的动态性能受到增益带宽乘积和转换速率的限制。而电流反馈放大器采用了突出电流模式工作的一种电路拓扑。电流模式工作更少受到杂散节点电容的影响，必然要比电压模式工作快得多。在制造电流反馈放大器的过程中采用了高速互补双极处理，因此电流反馈放大器比电压反馈放大器快几个数量级。

1.3 研究意义

滤波器的滤波性能参数中，共模抑制比和差模抑制比是很重要的。而对这种性能进行测试时，需要获得相应的差模和共模信号。其中，差模信号的获得需要运用反相器，对信号进行反相后，和原有信号变组合成为差模信号。若能够设计并制造出具有较宽频率范围的差模信号，便可以对滤波器的整体差模滤波效果有个全面的测试。

• 1. 主要工作

（1）文献检索：在图书馆电子资源导航中的中文数据库及谷歌学术检索，收集有关中英文资料，并对收集到的材料进行归纳，整理。

（2）总结归纳：对于与课题相关的文献，需要详细阅读，总结别人的研究方法和最终成果，得到相关论题的研究情况，找出前人研究的不足和避免研究内容的重复性。

（3）建模仿真：最终需要把提出的方案量化，从而得出电路模型，并运用软件建模仿真求解算例，证实方案的可行性。

（4）实物验证：根据设计进行加工焊接实物，并验证实物是否满足课题要求

2、运算放大器

2.1 运算放大器概述

上个世纪六十年代，人类历史上第一个运算放大器由美国的快捷公司设计并生产。从那以后，运算放大器凭借着自己优越的性能和低廉的价格，很快跻身电子产品的消费市场，并且使得工业上许多技术有了突破性的进展。俗话说的好，工欲善其事，必先利其器。如今世界上也有着许多拥有着先进技术的设计并生产运算放大器的公司。

运算放大器属于模拟电路器件，当今世界数字电子学盛行，许多先前使用模拟电路才能实现的功能，都已经可以使用数字电路形式实现了。比如数字电视等等。但是数字信号仍然需要经过模拟信号来展现出来。总是需要高性能的模拟电路，比如传感器，显示器等等。所以，研究高性能运算放大器在当今世界和科技水平下，仍然具有十分重要的意义。

2.2 运算放大器基本原理

运算放大器是电压放大器，一般具有较高的增益。运算放大器采用直接耦合的方式，所以可以执行许多线性的工作。比如构成诸如放大、加、减、微分、积分等方式的运算。运算放大器起先是在模拟计算机中使用的，因为它能够通过高增益与负反馈的有机结合高速准确的完成数学运算。

由于技术的限制，在还没有发明双极性结型晶体管，即BJT之前，运算放大器都是用真空管来实现的。后来双极性结型晶体管的出现，催生了运算放大器生产的革命。直到集成电路生产方式的出现，现代的运算放大器的雏形渐渐显现了。

现如今的集成运算放大器内部一般由四部分构成。即输入级，中间级、输出极和偏置电路，其原理框图如下图2.1所示。

图2.1 集成运放的组成

不同的部分有其不同的特点和功能，集成运算放大器的设计与制造，也是遵循着这些功能要求展开的。

其中，对于输入级来说，为了降低外来干扰的影响，输入电阻一般设计地比较大。并且一般都能很好地抑制共模信号，即共模抑制比大。能够较大倍数地放大差模信号。静态电流和失调偏差小。

中间级的功能主要就是信号的放大了。中间级能够将信号多倍数放大。

输出级为了提高运算放大器带负载的能力，一般会尽量降低输出电阻，提高输出功率。

而偏置电路主要是用于提供电压偏置，使得放大器工作在稳定的放大器。一般采用恒流源电路。

2.3运算放大器的基本特性

2.3.1运算放大器的等效电路

若直接研究运算放大器的内部结构，能够详尽地了解运算放大器的各个特性，并且能够较准确地解析其性能。但是由于其内部结构过于复杂，对于工程使用者，而非运算放大器的设计与制造者而言，通过其等效电路，即通过运算放大器的简化模型来分析电路的性能，具有十分重要的实际意义。

加电后的运算放大器的等效电路如下图所示。

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