偏置电路设计范文精选

【摘要】针对工程设计及硅微机械陀螺的技术要求，在原有的陀螺输出信号的基础上零位偏置，由双极性陀螺信号变为单极性陀螺信号，并把应用环境中的+12V单电源供电设计成正负双电源供电。根据传递函数，设计了电路，对电路进行了Pspice仿真，仿真结果显示电路设计正确，最后设计了PCB，经测试符合技术要求。

【关键词】硅微机械陀螺;偏置电路;Pspice;PCB

Abstract：To meet the need of engineering design and technical requirements of silicon microgyroscope，a new design has been made to offset the zero position from bipolar signal to unipolar signal.The +12V single power supply has been made to ±12V double power supply.According to the transfer function，circuit has been designed and Pspice simulation has been made.The simulation result shows that the design is correct.PCB has been produced and meets the demands after measurement.

Key words：silicon microgyroscope;bias circuit;Pspice;PCB

引言

硅微机械陀螺仪是惯性导航技术中经常用到的传感器，它具有体积小，重量轻，灵敏度高等众多优点[1]。本设计中用到的陀螺是一种利用旋转载体自身角速度驱动的陀螺，通过垂直于载体自旋角速度方向的俯仰或偏航角速度产生的哥氏力来敏感载体的俯仰或偏航角速度。如图1所示，陀螺输出信号时一个双极性信号，而应用中需要将双极性信号变为单极性信号，电源为单电源供电，而且保证相关技术指标达到要求，为此，下文对陀螺信号进行了理论分析，设计了传输函数，制备了样机。

图1 零位偏置前陀螺输出信号

1.原理分析

摘 要： 硅PIN光电二极管在微弱光信号检测领域的应用越来越广泛，但其效果会受到偏置电压等因素的影响，稳定性高、纹波系数小的偏置电压对准确获得被测信号来说是必不可少的。设计一款基于TPS61040电压转换芯片的硅PIN光电二极管偏置电路，并将其用于NaI（Tl）晶体的微弱光信号检测，取得了良好的效果。

关键词： 硅PIN光电二极管； 偏置电路； 电子滤波器； 闪烁探测器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0159?03

Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes

JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3

（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；

3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.

【摘要】单电源运算放大器非常适合在低压、低功耗的便携式电子设备中使用，特别是电池供电的系统。但是由于单电源供电运放的输出只能是有一定限制的正电压，所以必须在输入电路上加适当的偏置，以使输入信号放大或衰减后被“偏移”到输出允许的正电压范围内，这给单电源运放电路设计带来一定的复杂性，本文通过单电源运放电路传输特性分析，将放大器归纳成六种不同的类型，并给出了每种类型的通用电路和设计方法。具有较好的规范性和通用型。

【关键词】单电源供电；直流耦合；运算放大器

中图分类号：S611文献标识码： A

1.引言

大多数运算放大器要求双电源供电，即用两个端电压大小相等、极性相反的电源分别与运算放大器的+VCC端子和-VEE端子相连，而公共端接地。运算放大器本身没有接地端子，任何接地的输入信号源也就自动以+VCC和-VEE之间的中点电压（地电位）为参考点，所以输出电压也自动以地电位为参考点。单电源供电则不同，电源的正负端分别与+VCC和-VEE相接，-VEE同时作为输入输出的接地点。单电源和双电源供电最大的不同是输出的动态范围，双电源供电的输出电压不可能低于-VEE，也不可能高于+VCC，因此输出动态范围是接近但小于从-VEE到+VCC的一个正负区间；而单电源供电的输出动态范围是接近但小于0V到+VCC的一个正值区间。单电源运放设计技术的复杂性，就在于除了要考虑输入输出之间的传输特性，如的同相、反相以及增益外，还要根据输入信号的变化范围设计适当的偏置电路，让输出信号的变化始终处在低于电源电压VCC的正值范围以内。要解决这个问题有时采用交流耦合可能会简单一些，但这会使带宽变窄，对于某些输出信号变化非常缓慢的传感器来说不适用。因此本文只讨论直流耦合单电源运放的设计技术。

实际上，因为运算放大器本身没有接地管脚，无论双电源供电的普通运放还是特意指明的单电源运放，只要+VCC和-VEE之间不超过最大额定电压，都可以双电源供电或单电源供电，但普通运放采用单电源供电做不到0V输入、0V输出，应用有一定的局限性。而特意指明的单电源运放，由于内部输入输出电路经过专门设计，既可以0V输入也可以0V输出，比如LM324的输出范围是0V至VCC-1.5V。特别是具有轨对轨（Rail-to-Rail）特性的单电源运放比如OPA2350、MAX4634、MAX492等，输出范围非常接近0V到VCC。再就是普通运放一般需要±10V以上的电压才具有良好的性能，改为单电源供电后需要20V以上，这对低压、低功耗的的便携设备是不太合适的。以下讨论都以具有轨对轨特性的单电源运放为基础。

2.设计思路

设计一个单电源供电的运放电路，如果已知输入电压从变化到时，对应的输出电压从变化到，那么根据线性关系，对于允许范围内任意的输入电压，相应的输出电压必然满足直线方程：

输变电工程设计中，输电与变电专业配合时经常会遇到出线对架构横梁垂直线的偏角θ超过了要求数值。规范要求在选用出线构架宽度时，应使出线对架构横梁垂直线的偏角θ不大于下列数值：35kV―5 o；110kV―20 o；220kV―10 o；330kV―10 o；550kV―10 o。如出线偏角大于上列数值，则需采取出线悬挂点偏移等措施，并对其跳线的安全净距进行校验。

关键词：出线偏角；安全净距；措施；校验

1控制偏角θ的原因

设线路绝缘子串的长度为λ, 出线对架构横梁垂直线的偏角为θ。则带电导线对构架横梁的相地距离在不考虑风偏等因素的情况下为λ*cosθ，随着θ的增大，此值变小，当θ大到一定程度，此值就会小于安全距离。

2偏角θ超过了要求限值的几种情况介绍

2.1不少变电站已运行了几十年，变电站原有架构一般采用环形水泥电线杆和三角形桁架梁作为承重受力架构，由于超期服役、材料老化和线路升级（荷载加大）等原因，目前部分变电站架构已经出现较为明显的变形和电杆倾斜，危及电网设备的安全运行。淮安220kV淮阴变存在上述情况，于2010年进行了构支架改造工程可行性研究。淮阴变原220kV采用双母线带旁路接线方式，配电装置采用户外半高型布置方式，改造后取消旁母，配电装置改为支持管母双列、单向出线中型布置，均为架空出线方式。配电装置间隔宽度由14m调至13m，220kV配电装置场地增加了环形道路，间隔位置出现了平移，与线路终端塔位置发生了偏移。

2.2淮安地区110kV户外变电站普遍采用江苏电网输变电工程标准化设计110-A-1方案。一般一期110kV架空进线2回，分别开入110kVI、II段母线，两回进线在变电站构架处中心距为26.7m，如果线路终端塔位置距离变电站构架不足够远，偏角θ就会超过要求的数值。如图示为淮安110kV黄集变间隔和线路终端塔位置示意图，线路采用同塔双回架设，终端塔距离变电站构架为21m。用制图法测得1#进线A相偏角为35.63o，B相偏角为31.36o，C相偏角为26.43 o。2#进线偏角也已超出了要求值。

3偏角θ的校验及解决措施

【摘 要】本文采用HLMC 55LP工艺，设计了一个输入范围1.6V-3.3V，输出范围为1.2V±2%的BGR（带隙基准源）。本文首先介绍BGR的工作原理，同时着重介绍本设计中所使用的新的设计方法及其优势。本次设计经过前后仿验证，得到高的输出精度。

【关键词】BGR（带隙基准源）；环路补偿；自偏置；Trimming（修调）

1 介绍

模拟电路中广泛地包含电压基准（reference voltage）和电流基准（current reference）。在数/模转换器、模/数转换器等电路中，基准电压的精度直接决定着这些电路的性能。这种基准应该与电源和工艺参数的关系很小，但是与温度的关系是确定的。在大多数应用中，所要求的温度关系通常分为与绝对温度成正比（PTAT）和与温度无关2种。而目前主流的基准源都是采用后者，即与温度无关。本设计就是设计一个不受温度影响的输出精度高的基准源。

2 基本原理

由于大多数工艺参数和温度有关，因此，和温度无关，即和工艺无关。利用PN结二极管的基极-发射结正向电压，具有负温度系数；而不同电流密度下的二个PN结二极管的基极-发射极正向电压之差，具有正温度系数；将两个具有正温度系数和负温度系数的量加权相加，则得到量显示零温度系数。输出电压公式为：

VREF=VBE+KVT（1）

3 负温度系数电压的产生

摘 要：从运算放大器和比较器的工作特点出发，结合实际应用，设计了一款基于运算放大器用作比较器的光电探测电路，该电路采用一级放大，阈值比较通过运算放大器实现。试验结果表明，该电路在满足指标要求的同时，节约了成本。

关键词：电压比较器；运算放大器；阈值比较

1 前言

比较器是一种带有反相和同相两个输入端以及一个输出端的器件，该输出端的输出电压范围一般在供电的轨到轨之间，运算放大器亦是如此。

比较器具有低偏置电压、高增益和高共模抑制的特点。运算放大器亦是如此。

运算放大器有如此多相似之处，但我们却不能忽略他们的细微差别。

比较器拥有逻辑输出端，可显示两个输入端中哪个电位更高。如果其输出端可兼容TTL或CMOS，则比较器的输出始终为正负电源的轨之一，或者在两轨间进行快速变迁。比较器设计用于开环系统，用于驱动逻辑电路，用于高速工作，即使过载亦是如此。

运算放大器有一个模拟输出端，但输出电压不靠近两个供电轨，而是位于两者之间。这种器件设计用于各种闭环应用，来自输出端的反馈进入输入端。其偏置电流通常低于比较器，而且成本更低。运算放大器设计用于闭环系统，用于驱动简单的电阻性或电抗性负载，而且不能过载至饱和状态。

摘 要：在设计放大器过程中通常会遇到各种问题，如交流耦合放大器或仪表放大器中没有提供直流偏置回路，在要求较高的放大器中的参考电压问题作用各异的放大器对参考电压的要求会不同，同时单电源或双电源供电的放大器对参考电压的要求也会不同。本文就放大器设计过程中对于偏置电流和参考电压提出了几种不同的解决方法。

关键词：放大器；偏置电流；参考电压

1 交流耦合放大器的偏置电流处理

交流放大器往往采用阻容耦合的形式来隔离输入信号的直流分量，这种方法在设计高增益放大器时更为常见，阻容耦合交流放大器如图1所示。如果在输入端接入隔直电容而不提供直流偏置通路就容易出现问题。

然而，输入信号的直流分量会对电容充电，使其端电压超过共模电压或输出电压的极限。根据输入电流的极性会使电容器两端的电压上升到电源电压（正电压值或负电压值），同时放大器的闭环DC增益也会放大偏置电压。这个充电过程可能需要很长的时间来完成，而一般设备又很难检测到。

解决这个问题的办法可以考虑在原电路的基础上为输入端增加一直流偏置电路。图1虚线框中R1的作用就是为输入偏置电流提供一个对地回路。为了使输入偏置电流造成的失调电压最小，为使其两个输入端的偏置电流相等，R1的取值通常为R2、R2并联等效值。然而，Rl总会将电源的早上引入到电路中，在考虑到输入阻抗和耦合电容尺寸时，R1典型的取值通常在100KΩ-1MΩ之间。

2 仪表用放大器的偏置电流处理

如图2所示为使用两只电容进行AC耦合的仪表放大器中，没有提供输入偏置电流的返回路径，这个问题在单电源或双电源供电的仪表放大器电路中都常见。这类问题也会出现在变压器耦合放大器电路中，如果变压器次级电路中没有提供DC对地回路，该问题就会出现。

摘要：MAX3863是MAXIM公司推出的一种带有调制补偿的激光驱动器，适用于传输速率为2.7Gbps的光纤网络中，可用作WDM和SONET/SDH传输系统中的光发射机。该产品上为传输速率高、功耗低和输出功率恒定等特点。文中介绍了MAX3863的引脚定义、内部结构和工作原理以及应用设计过程，给出了典型应用电路。 关键词：MAX3863 APC 调制补偿 激光 驱动器

1 概述

MAX3863是美国MAXIM公司生产的带有调制补偿的激光驱动器，适用于在传输速率为2.7Gbps的光纤网络中，可用作WDM和SONET/SDH传输系统中的光发射机。该产品的输出光平均功率和消光比不随温度变化，而且在激光管的使用寿命期间能始终保持消光比恒定。MAX3863的主要特性如下：

*采用3.3V的单电源工作；

*仅需58mA的供给电流；

*具有高达2.7Gbps的传输速率；

*内含带调制补偿的自动功率控制（APC）电路；

*偏置电流带有设置（可达100mA）端和电流调制（可达80mA）端；

那些有传感器信号路径设计需求的客户发现自己正处在十字路口，他们有两条路可以选择，一条简单，一条困难。目前，客户们大多利用传统的模拟手段来解决信号路径问题，但这通常需要数周甚至数月的设计时间。在初始方案设计完成之后，客户一般还需进行测试和调试，而这又要花费数周的时间。通常，在完成该设计流程后，客户还需编写自己的系统算法，希望借此令其产品在市场中脱颖而出。应对信号路径挑战的解决方案之一就是传感器模拟前端电路(Sensor AFE)。

并不是说传感器模拟前端电路(sensor AFE)意在解决所有传感器的信号路径设计需求，发明一种器件能满足所有传感器的需求显然是不现实的，这样的器件必然会在满足传感器的特殊应用需求上有所折扣。例如，收发器温度收发器常用于工业领域，在1～20mA回路终端，因此需要功耗极低的解决方案。为此相对而言，带宽、速率和噪声等就不是其关键性的性能参数。适合该领域的解决方案需要1～200s／s间的可变采样速率，7μVrms的噪声水平，以及不大于4mA的消耗电流。而如果是需要快速测量出运动物体重量的电子秤，则需要采样速率高达4000s／s。同样，当电子秤的输入动态范围越大时，它需要的噪声水平也就越低，最低可至15nVrms。美国国家半导体的传感器模拟前端电路将传感器信号路径市场细分为一系列传感器应用。对于温度传感器或电子秤等特殊的传感器应用，传感器模拟前端电路是其最优化的解决方案。

LMP90100传感收发器模拟前端电路

传感器模拟前端电路满足了传感器信号路径所需的技术规格要求，此外，还可通过串行外设接口(SPI)或I2C总线进行编程。其可编程特性，令其能在最大程度上满足特定的传感器应用需求。例如，当某场合需要使用热电偶获得更大的温度范围时，更大的温度范围将意味着输出电压会随着测量温度的不同而变化很大。此时，如果能够动态调整信号路径增益对系统设计者而言很有意义。LMP90100即可实现此功能，它适用于高精度、低功耗的传感收发器应用。LMP90100内置用户可编程的增益放大器，其增益范围从1x到128x。当系统设计者选择更高增益时，则可更好地利用集成的24位∑模数转换器(ADC)的输入动态范围，从而提高系统整体性能和精度。此外，LMP90100传感器模拟前端电路的输入配置是可编程的。例如，一些不同类型的温度传感器的配置要求不同，为满足这一需求，LMP90100等传感器模拟前端电路具有完全可编程的输入多路复用器(M Ux)，允许对8个可用输入引脚随意配置。LMP90100的其他可编程特性包括可编程电流源、多个电压参考选项以及可调的采样率。

LMP90100的3线RTD配置

除软件可编程外，传感器模拟前端电路产品还可以对传感器的“健康状况”进行诊断，这对于传感器与负责监控的中央控制器相隔数百甚至数千米的应用场合非常有用。例如，在食品加工厂等应用中，必须保证某些工艺环节是在特定温度或压力水平下进行的，以保证产品质量。中央控制器需要周期性地监控传感器的“健康状况”，以确保它们收集的信息是正确的。借助LMP90100，电流源即可提供所需的传感器诊断功能。当传感器故障开路时，电流源就会使输入节点浮动到正的电源轨，示意出开路故障。当传感器短路时，电流源就会产生一个小幅值信号，通过将该信号与用户可编程的电平比较，可以测试短路或将近短路的情况。由于短路阈值是可编程的，所以可对濒于故障的传感器进行检测。其他的传感器诊断技术还包括通过微调特定传感器模拟前端电路的配置，监控传感器的输出响应。例如，有毒气体传感器模拟前端电路LMP91000即可调整有毒气体传感器的偏置电压。调整偏置电压可以改变特定气体传感器的灵敏度，通过调整传感器的灵敏度，中央控制器就可以检测出传感器输出变化相对于偏置电压变化是否匹配。如此，即可在故障发生前，更换那些已经损坏或即将损坏的传感器。传感器诊断和健康状态测试等特性同样为硬件／系统设计师提供了一条更加简单的设计途径，便于他们克服应用挑战。

LMP91000有毒气体传感器模拟前端电路

传感器模拟前端电路还提供一些适用于具体应用的特性，包括多种节电模式和连续背景校准。节点模式尤其适用于便携式电子设备和4～20mA回路的传感收发器节点。例如，LMP91000即设计用作便携式有毒气体检测器。为确保更长的传感器导通时间常数，便携式有毒气体检测器不会完全掉电，为此多种工作模式并存就变得非常重要。这些工作模式包括有毒气体传感器在监控下，并当功耗为10μA的正常工作模式以及传感器加设了偏置电压但尚未进行实际测量的待机模式。在待机模式中，功耗通常为6μA，这也使得其恢复时间仅为秒量级，而不是小时量级。类似于气体检测器，因为直接白回路供电，传感收发器节点也需要更低功耗，整个信号路径功耗需要低于4mA。为此，需要为每个传感器选择最优的采样率，如果一个传感器仅需要1s／s的采样率，而另外一个传感器需要200s／s，则LMP90100可以允许每个信号路径工作在某一采样率，而不受其他通道采样率的影响。此外，可以关断内部时钟源和电流源等不必要的器件，以使功耗降至最低。

摘要：由于砷化镓材料具有载流子迁移率高、宽禁带大、最大电阻率高等优点，在近十年时间作为主要的功率放大器件被广泛应用于通信的各个领域，本文对砷化镓功率器件的工作特性进行了介绍和研究，根据器件特性使用MOS管进行了加电保护电路的设计，并根据NMOS管、PMOS管工作方式的不同分别进行了分析，并进行电路设计。

关键词：砷化镓 MOS管 加电保护电路

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

1引言

由于砷化镓微波固态功率放大器具有高频率、低噪声、大功率等一系列优点，因此被广泛应用在军用雷达、卫星通信、遥控等方面，本文根据砷化镓器件的自身特性对器件的加电保护电路进行了讨论。

2砷化镓器件特性

砷化镓器件主要工作原理是当栅极加反向偏压时，栅压（绝对值）越大，耗尽层越宽，则中型沟道越窄，沟道电导变小，在漏源电压一定的情况下，沟道电流变小，即通过栅极电压控制漏极电流的大小。

3MOS管的加电保护电路设计