1、电子工程师必须掌握的20个模拟电路详细分析一、桥式整流电路1二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。伏安特性曲线;理想开关模型和恒压降模型：理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为0.7V，锗管0.5V2桥式整流电流流向过程：当u2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而夺极管Vd3和Vd4截止，负载RL是的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压；在u2的负半周，u2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和
2、Vd4导通而Vd1和Vd2截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压。3计算:Vo,Io,二极管反向电压Uo=0.9U2,Io=0.9U 2/RL,URM=2U 2二.电源滤波器1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。波形形成过程：输出端接负载RL时，当电源供电时，向负载提供电流的同时也向电容C充电，充电时间常数为充=（RiRLC）RiC,一般RiRL,忽略Ri压降的影响，电容上电压将随u2迅速上升，当t=t1时，有u2=u0,此后
3、u2低于u 0，所有二极管截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RLC，放电时间慢，u0变化平缓。当t=t2时，u2=u0,t2后u2又变化到比u0大，又开始充电过程，u 0迅速上升。t=t3时有u 2=u 0，t3后，电容通过RL放电。如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，RL上的电压波动大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。2计算:滤波电容的容量和耐压值选择电容滤波整流电路输出电压Uo在2U 20.9U 2之间，输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小。电容容量RLC（35）T/2其中T为交流电源电压的周期。实际中，
4、经常进一步近似为Uo1.2U2整流管的最大反向峰值电压URM=2U 2，每个二极管的平均电流是负载电流的一半。三.信号滤波器1信号滤波器的作用:把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。与电源滤波器的区别和相同点：两者区别为：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。相同点：都是用电路的幅频特性来工作。2LC串联和并联电路的阻抗计算:串联时，电路阻抗为Z=R+j(XL-XC)=R+j(L-1/C) 并联时电路阻抗为Z=1/jC(R+jL)= 考滤到
5、实际中，常有Rrbe,RLrbe,则Rirbe输出电阻Ro=Uo/IoUs=0=Rc源电压放大倍数Aus,定义为输出电压Uo与信号源电压Us的比值，即Aus=AuRi/(Rs+Ri)若满足RiRs,则AusAu若旁路电容CE开路时的情况，旁路电容CE开路，发射极接有电阻RE，此时直流通路不变，静态点不变，Ui=Ibrbe+(1+)IbRE,Uo仍为-IbRL,电压放大倍数将变为Au=Uo/Ui=-RL/rbe+(1+)RE,对比知放大倍数减小了，因为RE的自动调节作用，使得输出随输入变化受到抑制，导致Au减小。当(1+)RErbe,则有Au-RL/RE,与此同时，从b极看去的输入电阻RL（不包
6、括Rb1Rb2）变为RL=Ui/Ib=rbe+(1+)RE,即射极电阻RE折合到基极支路应扩大(1+)倍，因此，放大器的输入电阻Ri=Rb1Rb2Ri，输入电阻明显增大了。七.共集电极放大电路(射极跟随电路)1元器件的作用：R2为反馈电阻，能稳定静态工作点。电路的用途,：常作为多级放大电路的输入电路的输入级、输出级、中间缓冲级，功率放大电路中，常作推挽输出级。电压放大倍数：Uo=Ie(ReRL)=(1+)IbRe Ui=Ibrbe+Uo=Ibrbe+(1+)IbReAu=(1+)Re/rbe+(1+)Re输入输出的信号电压相位关系：输出电压与输入电压同相。交流和直流等效电路图：电路的输入和输出
7、阻抗特点：输入电阻高，输出电阻低。2电流串联负反馈过程分析：在输入电压Ui一定时，某种原因（如负载电阻变小）使输出电流Io增大，则反馈信号Uf增大，从而使运放的净输入信号Ud减小，使输出电压Uo减小，使Io减小，从而抑制了Io的增大。过程可表示为：RLIoUfUdUoIo电流负反馈放大具有恒流源的性质。负反馈对电路参数的影响：提高放大倍数的稳定性，稳定输出电流，展宽通频带，减小非线性失真抑制干扰噪声，串联负反馈使输入电阻增大，电流负反馈使输出电阻增大。3 静态工作点的计算：UBRB2UCC/RB1+RB2 ICQIEQ=UB-UBEQ/RE IBQ=ICQ/,UCEQ=UCC-ICQRe电压放
8、大倍数的计算：Uo=Ie(ReRL)=(1+)IbRe Ui=Ibrbe+Uo=Ibrbe+(1+)IbReAu=(1+)Re/rbe+(1+)Re八.电路反馈框图1反馈的概念：将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部通过某些元件或网络（称为反馈网络），反向送回到输入回路，来影响原输入量（电压或电流）的过程称为反馈。正负反馈及其判断方法：当输入量不变时，若输入量比没有反馈时变大了，即反馈信号加强了净输入信号，这种情况称为正反馈；反之，若输出量比没有反馈时变小了，即反馈信号削弱了净输入信号，这种情况称为负反馈。通常采用“瞬时极性法”判断。方法如下：首先创定输入信号为某一瞬时极性（一般设对地极
9、性为正），然后再根据各级输入、输出之间的相位关系（对分立元件放大器有共射反相，共集、共基同相；对集成运放有，Uo与U-反相、与U+同相）依次推断其他有关各点瞬时输入信号作用所呈现的瞬时极性（用+或表示升高，-或表示降低）；并确定从输出回路到输入回路的反馈信号的瞬时极性；最后判断反馈信号的作用是加强了还是削弱了净输入信号。使净输入信号加强的为正反馈，若是削弱则为负反馈。电流反馈和电压反馈及其判断方法：若反馈是对输出电压采样则称为电压反馈，若反馈是对输出电流采样，则称为电流反馈。电压反馈的反馈信号与输出电压成正比，电流反馈的反馈信号与输出电流成正比。常用方法负载电阻短路法（亦称输出短路法）。方法是
10、假设奖负载电阻RL短路，也就是使输出电压为零。此时若原来是电压反馈，则反馈信号一定随输出信号电压为零而消失；若电路中仍然有反馈存在，则原来的反馈是应该是电流反馈。2带负反馈电路的放大增益：净输入信号Xid=Xi-Xf,开环增益为A=Xo/Xid,反馈系数为F=Xf/Xo。闭环增益Af=Xo/Xi 负反馈放大电路增益表达式为Af=A/1+AF3负反馈对电路的放大增益,通频带,增益的稳定性,失真,输入和输出电阻的影响：提高闭环放大倍数的稳定性，提高（1+AF）倍。展宽通频带，上限fHf增加1+AmF倍，下限fLf减小1/1+AmF倍。减小非线性失真和抑制干扰、噪声。对输入电阻的影响：串联负反馈使输
11、入电阻增大1+AF倍，并联负反馈使输入电阻减小1/1+AF倍；对输出电阻的影响：电压负反馈使输出电阻减小1/1+AF倍，电流负反馈使输出电阻增大1+AF倍。九.二极管稳压电路1稳压二极管的特性曲线：2稳压二极管应用注意事项：稳压二极管工作在反向击穿状态，外接电源电压应保证管子反偏，其大小应不低于反向击穿电压。3 稳压过程分析：当电流的增量Iz很大时（Izminu+时，输出负向饱和电压，Uo=UOL(-Uom)；当u-=u+时，UOLUoUOH（状态不定），仅此刻同相端和反相端可看成“虚短路”。2比较器的输入-输出特性曲线图3如何构成迟滞比较器:在单限比较器中引入正反馈，就可实现迟滞特性。输入信
12、号可以同相端输入，也可以从反相端输入。十七.RC振荡电路1振荡电路的组成:放大电路，反馈网络，选频网络和稳幅环节。振荡电路的作用:RC振荡器一般工作在低频范围内，它的振荡频率为20Hz200kHz.振荡电路起振和平衡幅度条件:自激振荡形成的基本条件上反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。可得自激振荡的条件为AF=1。包含两层含义：1反馈信号与输入信号大小相等，即AF=1，称为幅度平衡条件；2反馈信号与输入信号相位相同，表示输入信号经过放大电路产生的相移A和反馈网络的相移F之和为0，2，4，2n,即A+F=2n(n=0,1,2,3)，称为相位平衡条件。2 RC电路阻抗与频率的关系曲线:相位与频率
13、的关系曲线：3 RC振荡电路的相位条件分析:在=o=1/RC时，其相移F=0，为了使振荡电路满足相位条件AF=A+F=2n,要求放大器的相移A也应为0o(或360o)振荡频率:fo=1/2RC如何选择元器件:一般选择反馈电阻Rf大于约等于2R1。反馈电阻Rf用一个具有负温度系数的热敏电阻代替，当输出电压幅值增加时，流过Rf的电流也会增加，结果热敏电阻Rf减小，放大器增益下降，从而使输出电压幅值下降。也可用一个正温度系数的热敏电阻代替R1稳幅。十八.LC振荡电路1振荡相位条件分析：相位平衡条件：由于谐振频率fo处，LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，所以集电极输出信号与基极的相位差为180o，即A=1
14、80o；为了满足相位平衡条件，变压器初次级之间的同名端必须正确连接。电路振荡时，f=fo，LC回路的谐振阻抗是纯阻性，反馈信号与输出电压极性相反，即F=180o。于是A+F=360o，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位平衡条件。2直流等效电路图和交流等效电路图3振荡频率计算：ffo=1/2LC十九.石英晶体振荡电路1石英晶体的特点:具有压电效应，在晶片两面间加一电场，晶片就会产生机械变形，反之，在晶片两面施加机械力，则沿受力方向产生电场，晶片两侧产生异性电荷。石英晶体的等效电路:石英晶体的特性曲线:2石英晶体振动器的特点:有很高的频率稳定性。3石英晶体振动器的振荡频率：串联谐振频率fs=1/2
15、LC串联谐振的等效阻抗最小近似为R，呈纯阻性，是一个很小的电阻。并联谐振频率fP=1/2LCCo/C+Co=1/2LC*1+C/Co =fs*1+C/Co.通常CoC，所以fP与fs非常接近，当ffs时，LC支路呈现感性；当ffP时，Co支路起主要作用，电路又呈现容性。并联型石英晶体振荡电路，晶体在电路中起一个电感作用，它与C1，C2组成电容反馈式振荡电路。fo=1/2LC(Co+C)/(+Co+C)1/2LC*1+C/Co+C式中C=（C1*C2）/（C1+C2）二十.功率放大电路1乙类功率放大器的工作过程:两只晶体管轮流工作，一只晶体管在输入信号正半周期导通，另一只晶体管在输入信号负半周期
16、导通，这样两管交替工作，犹如一推一挽，在负载上合成完整的信号波形。选择两个特性一致的管子，使之都工作在乙类状态，组成乙类互补对称功放，其中一个工作在正弦信号正半周，另一个管子工作在正弦信号负半周。在负载上得到一个完整的正弦波。交越失真:三极管输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，没有基极偏流。当输入信号小于开启电压时，两管都截止，两管电流均为零，无输出信号；在刚在大于开启电压的很小范围内，两管集电极电流变化很慢，输出信号非线性严重。这种乙类推挽放大器特有的失真称为交越失真。2复合三极管的复合规则：1）复合管的极性取决于第一只三极
17、管。2）输出功率有大小取决于输出管。3）若两管的电流放大系数为12，则复合管的电流放大系数=1*2。4）同型复合管和异型复合管发射结等效电阻差别很大，异型复合管发射结等效电阻就是第一只三极管的等效电阻。3 甲乙类功率放大器的工作原理分析:分别给两只晶体管的发射结加适当的正向基极偏压，让两只晶体管各有一个较小的电流ICQ流过。经常采用三极管，两电阻组成的UBE倍压电路为两管提供所需偏压。自举过程分析:甲类功率放大器的特点:输出信号失真较小，效率低于50%甲乙类功率放大器的特点:有效克服乙类放大电路的失真问题，且能量转换效率也较高，目前使用较广泛。附录一、稳压电源制作电路一、技术说明：输入交流电压
18、220vV0.5A。输出电压5V和连续可调电压1.5V30V/1.5A两组直流。二、制作说明：1、成品用金属盒或者塑料盒包装成产品。2、电压表V、电流表A和调节电压用的电位器Rw安装在包装盒的面板上。3、电源变压器固定在包装盒的底座上，电路板固定在包装盒的底座上。4、电压调节的三端稳压集成块7805和317加装散热器。5、直流电源输出导线长短不一。附录二、时钟闹铃控制电路制作说明：1、共阳极四位一体12引脚数码管引脚号是：将数码管的数字面朝向观察者，左下角是第1脚，逆时针方向依次是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12脚。2、如果是单个的数码管或两位一体的数码管，先测出数字显示段控制
19、引脚和公共控制引脚，再将四个数码管的相同的段控制引脚用导线并联连接在一起后（每位数码管共八段即八根连接导线），连接在电阻R5R13上，公共控制引脚分别连接到三极管Q1到Q4的发射极上。3、用40脚的集成块插座焊接在电路板上，集成块AT89C51写入程序后插入到集成块插座上。4、自己设计控制程序或用黄有全老师的程序。5、时钟控制输出由继电器执行，控制启动时间到时，继电器得电，开关k1闭合去控制相应设备启动；控制停止时间到时，继电器断电，开关k1断开去控制相应设备停止。具体控制对象由制作者确定，如电灯、电饭煲等等。说明：本图为数码管是二位一体的共阴极时的电路图。将每个二位一体的数码管的16脚和11
20、脚共四个引脚（对应四个数字的a段）连接在一起后接到电阻R5的右端。数码管中数字的其余各段（b,c,d,e,f,g,dp）连接方法依此类推。其他注意事项见四位共阳极LED的时钟闹钟控制器制作的说明。时钟-闹钟-时间控制器调节方法一、功能：时钟显示小时、分钟；可调时钟控制输出；三次可调闹铃。二、调节方法：各种参数调节设定方法：第一步：按“功能”键，选择功能1，进入调节状态；第二步：重复按“参数”键，选择要调节的参数代码（左第一、二位）从0开始依次循环增加1、2、3、E、F、10再回到0。第三步：按“增加”键或“减少”键，相应代码项目（如代码1表示调节的对象是时钟显示的小时值）的参数值在其取值范围内
21、（例如显示时间的小时取值范围是0023）循环增加或减少1。左边一位或两位显示参数代码，右边三位或两位显示参数值。重复第二、三步，设置完所需参数。第三步：按“功能”键，显示代码“0”结束调节参数状态，进入时钟闹钟控制器的正常使用状态。三、参数代码及其取值范围如下表。说明：1、设定时钟控制的小时起点为24，则关闭该路时钟控制输出。2、设定闹铃的小时为24，则关闭该闹铃。工程师应该掌握的20个模拟电路长沙民政学院电子信息工程系黄有全高级工程师第12页附录三、广告彩灯制作说明：1、每个8050三极管可以驱动十二个到二十四个发光二极管。如果Q1、Q2改成9013，则驱动的发光二极管数量减半。只有相同发光
22、电压(不同颜色的发光电压一般不同)的发光二极管才可以并联使用。可以将发光二极管接成需要的图案，表达设计者的意图。2、彩灯闪烁的周期是：T=0.7(R1+R3)C2+0.7(R2+R4)C1根据闪烁快慢要求选择R1,R2,R3,R4,C1,C2的参数。调节电位器R1、R2的大小，可以改变闪烁速度。3、电压过高会烧坏发光二极管。工作电压从3v开始调大，当提供的电源电压高于5v后应当串入一个2.227欧姆的电阻作为限流电阻，以免烧坏发光二极管。附录四：可控硅交流调压器制作可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点，目前交流调压器多采用可控硅调压器。这
23、里介绍一台电路简单、装置容易、控制方便的可控硅交流调压器，这可用作家用电器的调压装置，进行控制。图中RL是负载（照明灯，电风扇、电熨斗等）这台调压器的输出功率达100W，一般家用电器都能使用。1、电路原理：电路图如下可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成，其电路原里图如下图所示。从图中可知，二极管D1D4组成桥式整流电路，双基极二极管T1构成张弛振荡器作为可控硅的同步触发电路。当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1D4整流，在可控硅SCR的A、K两端形成一个脉动直流电压，该电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半周时，整流电压通过R4、W1
24、对电容C充电。当充电电压Uc达到单结晶体管T1管的峰值电压Up时，单结晶体管T1由截止变为导通，于是电容C通过T1管的e、b1结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控制信号送到可控硅SCR的控制极，使可控硅导通。可控硅导通后的管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时，可控硅自关断。当交流电在负半周时，电容C又从新充电如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。2、元器件选择调压器的调节电位器选用阻值为470K的WH114-1型合成碳膜电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率为1W的金属膜电阻外，其余的都用功率为1/8W的碳膜电阻。
25、D1D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。SCR选用正向与反向电压大于300V、额定平均电流大于1A的可控硅整流器件，如国产3CT系列。附录五、电源欠压过压报警保护器一、名称：电源欠压过压报警保护器二、功能：当电压低于180V或高于250V时，可进行声光报警。当外接交流接触器时，可切断电源，保护用电设备。三、电路图：四、原理说明：输入电源电压正常时，Y1A输出高电平，Y1B输出低电平，发光二极管LED及振荡发声电路Y1C、Y1D和喇叭不工作，控制部件J1也不工作。当电压高于250V或低于180V时，Y1B输出高电平
26、，发光二极管亮，振荡发声电路工作，发出鸣叫声，控制寄电器J1闭合，当J1的常开触点外接交流接触器时，就可控制主电路断开电源。五、调试方法：第一步当输入电源电压为250V时，调节W1使得Y1A输出刚好由低电平转为高电平，第二步当输入电压为180V时调节W2使得Y1B的输出由高电平转为低电平。六、元件表名称 型号 规格 数量 名称 型号 规格 数量集成块 74LS00 1 电阻 68K 1三极管 9013 1 10K 1二极管 1N4001 5 1K 1发光二极管 1微调电位器 47k 2三端稳压块78050.5A 1电容 47uF/50v 178120.5A 1 10uF/25v 1变压器 22
27、0v/15V0.5A 1 2700pF 1插头 220v 1 导线 花线 1m直流寄电器 12v/0.5A1万用电路板 小 1块集成块插座 14脚1附录五、音频功率放大电路制作TDA2030A带音调18W2功放板一、TDA2030A是SGS公司生产的单声道功放IC，该IC体积小巧，输出功率大，静态电流小（50mA以下）；动态电流大（能承受3.5A的电流）；负载能力强，既可带动4-16的扬声器，某些场合又可带动2甚至1.6的低阻负载；音色中规中举，无明显个性，特别适合制作输出功率中等的高保真功放。TDA2030A采用5脚TO-220塑封结构。IC内部设有完善的保护电路。TDA2030A可以单电源
28、或双电源工作，本功放板采用双电源。TDA2030A主要参数：工作电压：622V静态电流：50mA输出功率：18W，当V=16V，RL=4时谐波失真：0.05%，当f=15kHz，RL=8时闭环增益：26dB，当f=1kHz时开环增益：80dB，当f=1kHz时频响范围：4014000Hz二、电路原理：TDA2030A功放板由一个高低音分别控制的衰减式音调控制电路和TDA2030A放大电路以及电源供电电路三大部分组成，音调部分采用的是高低音分别控制的衰减式音调电路，其中工程师应该掌握的20个模拟电路长沙民政学院电子信息工程系黄有全高级工程师第16页的R02，R03，C02，C01，W02组成低音控制电路；C03，C04，W03组成高音控制电路；R04为隔离电阻，W01为音量控制器，调节放大器的音量大小，C05为隔直电容，防止后级的TDA2030A直流电位对前级音调电路的影响。放大电路主要采用TDA2030A，由TDA2030A，R08，R09，C066等组成，电路的放大倍数由R08与R09的比值决定，C06用于稳定TDA2030A的第4脚直流零电位的漂移，但是对音质有一定的影响，C07，R10的作用是防止放大器产生低频自激。本放大器的负载阻抗为416。
