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五種常用的模拟電路

教育 更新时间:2024-12-13 04:15:00
一、 橋式整流電路

也叫做整流橋堆,是利用二極管的單向導通性進行整流的最常用的電路,常用來将交流電轉變為直流電。

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1二極管的單向導電性:二極管的PN結加正向電壓,處于導通狀态;加反向電壓,處于截止狀态。

伏安特性曲線;

理想開關模型和恒壓降模型:

理想模型指的是在二極管正向偏置時,其管壓降為0,而當其反向偏置時,認為它的電阻為無窮大,電流為零.就是截止。恒壓降模型是說當二極管導通以後,其管壓降為恒定值,矽管為0.7V,鍺管0.5 V

2橋式整流電流流向過程:

當u 2是正半周期時,二極管Vd1和Vd2導通;而奪極管Vd3和Vd4截止,負載RL是的電流是自上而下流過負載,負載上得到了與u 2正半周期相同的電壓;在u 2的負半周,u 2的實際極性是下正上負,二極管Vd3和Vd4導通而Vd1和Vd2截止,負載RL上的電流仍是自上而下流過負載,負載上得到了與u 2正半周期相同的電壓。

3計算:Vo,Io,二極管反向電壓

Uo=0.9U2, Io=0.9U 2/RL,URM=√2 U 2

二、電源濾波器

電源濾波的過程分析:電源濾波是在負載RL兩端并聯一隻較大容量的電容器。由于電容兩端電壓不能突變,因而負載兩端的電壓也不會突變,使輸出電壓得以平滑,達到濾波的目的。

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1電源濾波的過程分析:電源濾波是在負載RL兩端并聯一隻較大容量的電容器。由于電容兩端電壓不能突變,因而負載兩端的電壓也不會突變,使輸出電壓得以平滑,達到濾波的目的。

波形形成過程:輸出端接負載RL時,當電源供電時,向負載提供電流的同時也向電容C充電,充電時間常數為τ=(Ri∥RLC)≈RiC,一般Ri〈〈RL,忽略Ri壓降的影響,電容上電壓将随u 2迅速上升,當ωt=ωt1時,有u 2=u 0,此後u 2低于u 0,所有二極管截止,這時電容C通過RL放電,放電時間常數為RLC,放電時間慢,u 0變化平緩。當ωt=ωt2時,u 2=u 0, ωt2後u 2又變化到比u 0大,又開始充電過程,u 0迅速上升。ωt=ωt3時有u 2=u 0,ωt3後,電容通過RL放電。如此反複,周期性充放電。由于電容C的儲能作用,RL上的電壓波動大大減小了。電容濾波适合于電流變化不大的場合。LC濾波電路适用于電流較大,要求電壓脈動較小的場合。

2計算:濾波電容的容量和耐壓值選擇

電容濾波整流電路輸出電壓Uo在√2U 2~0.9U 2之間,輸出電壓的平均值取決于放電時間常數的大小。

電容容量RLC≧(3~5)T/2其中T為交流電源電壓的周期。實際中,經常進一步近似為Uo≈1.2U2整流管的最大反向峰值電壓URM=√2U 2,每個二極管的平均電流是負載電流的一半。

三、 信号濾波器

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信号濾波器的作用:把輸入信号中不需要的信号成分衰減到足夠小的程度,但同時必須讓有用信号順利通過。

與電源濾波器的區别和相同點:兩者區别為:信号濾波器用來過濾信号,其通帶是一定的頻率範圍,而電源濾波器則是用來濾除交流成分,使直流通過,從而保持輸出電壓穩定;交流電源則是隻允許某一特定的頻率通過。

相同點:都是用電路的幅頻特性來工作。

四、 微分和積分電路

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1電路的作用:積分電路:

1.延遲、定時、時鐘

2.低通濾波

3.改變相角(減)

積分電路可将矩形脈沖波轉換為鋸齒波或三角波,還可将鋸齒波轉換為抛物波。

微分電路:

1.提取脈沖前沿

2.高通濾波

3.改變相角(加)

微分電路是積分電路的逆運算,波形變換。微分電路可把矩形波轉換為尖脈沖波。

與濾波器的區别和相同點:原理相同,應用場合不同。

五、共射極放大電路

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元器件的作用:UCC為直流電源(集電極電源),其作用是為整個電路提供能源,保證三極管發射結正向偏置,集電結反向偏置。Rb 為基極偏置電阻,作用是為基極提供合适的偏置電流。Rc為集電極負載電阻,作用是将集電極電流的變化轉換成電壓的變化。晶體管V具有放大作用,是放大器的核心。必須保證管子工作在放大狀态。電容C1 C2稱為隔直電容或耦合電容,作用是隔直流通交流,即保證信号正常流通的情況下,使交直流相互隔離互不影響。

電路的用途:将微弱的電信号不失真(或在許可範圍内)地加以放大,把直流電能轉化成交流電能。

六、分壓偏置式共射極放大電路

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1元器件的作用:CE為旁通電容,交流短路R4。RB1RB2為基極偏置電阻,作用是為基極提供合适的偏置電流。

電路的用途:既有電壓增益,也有電流增益,應用最廣,常用作各種放大器的主放大級。

七、 共集電極放大電路(射極跟随器)

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元器件的作用:R2為反饋電阻,能穩定靜态工作點。

電路的用途,:常作為多級放大電路的輸入電路的輸入級、輸出級、中間緩沖級,功率放大電路中,常作推挽輸出級。

八、電路反饋框圖

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反饋的概念:将放大電路輸出量(電壓或電流)的一部分或全部通過某些元件或網絡(稱為反饋網絡),反向送回到輸入回路,來影響原輸入量(電壓或電流)的過程稱為反饋。

正負反饋及其判斷方法:當輸入量不變時,若輸入量比沒有反饋時變大了,即反饋信号加強了淨輸入信号,這種情況稱為正反饋;反之,若輸出量比沒有反饋時變小了,即反饋信号削弱了淨輸入信号,這種情況稱為負反饋。通常采用“瞬時極性法”判斷。方法如下:首先創定輸入信号為某一瞬時極性(一般設對地極性為正),然後再根據各級輸入、輸出之間的相位關系(對分立元件放大器有共射反相,共集、共基同相;對集成運放有,Uo與U-反相、與U 同相)依次推斷其他有關各點瞬時輸入信号作用所呈現的瞬時極性(用 或↑表示升高,-或↓表示降低);并确定從輸出回路到輸入回路的反饋信号的瞬時極性;最後判斷反饋信号的作用是加強了還是削弱了淨輸入信号。使淨輸入信号加強的為正反饋,若是削弱則為負反饋。

電流反饋和電壓反饋及其判斷方法:若反饋是對輸出電壓采樣則稱為電壓反饋,若反饋是對輸出電流采樣,則稱為電流反饋。電壓反饋的反饋信号與輸出電壓成正比,電流反饋的反饋信号與輸出電流成正比。常用方法負載電阻短路法(亦稱輸出短路法)。方法是假設獎負載電阻RL短路,也就是使輸出電壓為零。此時若原來是電壓反饋,則反饋信号一定随輸出信号電壓為零而消失;若電路中仍然有反饋存在,則原來的反饋是應該是電流反饋。

九、二極管穩壓電路

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穩壓二極管應用注意事項:穩壓二極管工作在反向擊穿狀态,外接電源電壓應保證管子反偏,其大小應不低于反向擊穿電壓。

十、串聯穩壓電源

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每個元器件的作用:R3R4R5組成采樣電路,當輸出電阻将基礎代謝變化量的一部分送到比較放大器的基極,基極電壓能反映輸出電壓的變化,稱為取樣電壓。電阻R2和穩壓管D2組成基準電路,這Q2發射極提供一個基準電壓,R2為限流電阻,保證D2有一個合适的工作電流。三極管Q2和R1構成比較放大環節,Q2是比較放大管,R1既是Q2的集電極電阻 ,又是Q1的基極偏置電阻,比較放大管的作用是先放大輸出電壓的變化量,然後加到調整管的基極,控制調整管工作,可以提高控制的靈敏度和輸出電壓的穩定性。Q1是調整管,它與負載串聯,所以稱之為串聯型線性穩壓電路。調整管Q1受比較放大管的控制,工作在放大狀态,集射間相當于一個可變電阻,用來抵消輸出電壓的變化。

穩壓過程分析:當負載RL不變,電壓Ui減小時,輸出電壓Uo有下降趨勢,通過取樣電阻的分壓使比較放大管的基極電位UB2下降,而比較放大管的發射極電壓不變(UE2=UD2),因此UBE2也下降,于是比較放大管導通能力減弱,UC2升高,調整管導通能力增強,調整D1集射之間的電阻RCE1減小,管壓降UCE1下降,由于Uo=Ui-UCE1,所以使輸出電壓Uo上升,保證了Uo基本不變,上述穩壓過程表示如下:

Ui↓→Uo↓(下降趨勢)→UB2↓→UBE2↓→UC2↑(UB1↑)→UCE1↓→Uo↑

當輸入電壓減小時,穩壓過程與上述過程相反

當輸入電壓Ui不變時,負載RL增大時,引起輸出電壓Uo有增長趨勢,則電路産生下列調整過程:

RL↑→Uo↑(上升趨勢)→UB2↑→UBE2↑→UC2↓(UB1↓)→UCE1↑→Uo↓

當負載減小時,穩壓過程相反。

十一、差分放大電路

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1 電路各元器件的作用:

電路的用途:抑制零點漂移,解決靜态工作點相互影響。

電路的特點:對稱,兩個三極管完全相同,外接電阻也相同。

2 電路的工作原理分析:差動電路完全對稱,當電源波動或溫度變化時,兩管集電極電流将同時變化。兩管的漂移信号在輸出端互相抵消,使得輸出端不出現零點漂移,從而抑制零漂。

如何放大差模信号而抑制共模信号:當差動放大器輸入共模信号時,由于電路完全對稱,兩管的極電位變化相同,因而輸出電壓Uoc保持為零,這和靜态時的輸出結果完全一樣。從而抑制共模信号。當差動放大器輸入差模信号時,由于電路對稱,其兩管輸出端電位Uc1和UC2的變化也是大小相等,極性相反。若某個管集電極電位升高ΔUc,則另一個管集電極電位必然降低ΔUc。差動放大器的差模電壓放大倍等于組成該差動放大器的半邊電路的電壓放大倍數。

十二、場效應管放大電路

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場效應管是利用輸入電壓産生的電場效應來控制輸出電流的,所以又稱之為電壓控制型器件。它工作時隻有一種載流子(多數載流子)參與導電,故也叫單極型半導體三極管。它具有很高的輸入電阻,能滿足高内阻信号源對放大電路和要求,是較理想的前置級器件。它還具有熱穩定性好,功耗低,噪聲低,制造工藝簡單,便于集成等特點。

十三、選頻(帶通)放大電路

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每個元器件的作用:單調諧回路帶通放大器由兩部分組成:一部分是以BJT或PET為核心的放大鏡部分;另一部分是由LC并聯諧振回路完成濾波作用,并且,放大器件與負載都與振蕩回路采用部分連接,以減小外界因素變化對選頻特性的不良影響。

選頻放大電路的特點:高增益

十四、運算放大電路

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理想運算放大器的概念:所謂理想運算放大器就是各項技術指标理想化的運算放大器。具體指标有:1)開環電壓放大倍數Aod=∞;

2)輸入電阻rid=∞;ric=∞;

3)輸入偏置電流IB1=IB2=0;

4)失調電壓UIO、失調電流IIO以及它們的溫飄均為零;

5)共模抑制比KCMRR=∞;

6)輸出電阻rod=0;

7) -3dB帶寬fH=∞;

8)無幹擾、噪聲。

運放的輸入端虛拟短路:當集成運放工作在線性區時,輸出電壓在有限值之間變化,而集成運放的Aod→∞,則uid=uod/Aod≈0,但不是短路,故稱為“虛短”由此得出u ≈u-,上式說明集成運放工作在線性區時,兩輸入端電位近似相等。

運放的輸入端的虛拟斷路:由于集成運放的差模開環輸入電阻rid→∞,輸入偏置電流IB≈0,不向外部索取電流,因此兩輸入端電流為零,即可得出i =i-≈0,上式說明,流入集成運放同相端和反相端的電流近似為零,所以稱為“虛斷”。

十五、差分輸入運算放大電路

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差分輸入運算放大電路的特點:輸出電壓與運放兩端的輸入電壓差成比例,能實現減法運算。

用途:常用作減法運算以及測量放大器

十六、電壓比較電路

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電壓比較器的作用:比較兩個或多個模拟量的大小,并将比較結果由輸出狀态反映出來。

工作過程是:電壓比較實質是運放的反相端u-和同相端u 進行比較,根據非線性區特點知:當u-<u 時,輸出正向飽和電壓,Uo=UOH( Uom);當u->u 時,輸出負向飽和電壓,Uo=UOL(-Uom);當u-=u 時,UOL〈Uo〈UOH(狀态不定),僅此刻同相端和反相端可看成“虛短路”。

十七、RC振蕩電路

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振蕩電路的組成:放大電路,反饋網絡,選頻網絡和穩幅環節。

振蕩電路的作用:RC振蕩器一般工作在低頻範圍内,它的振蕩頻率為20Hz~200kHz.

十八、LC振蕩電路

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振蕩相位條件分析:相位平衡條件:由于諧振頻率fo處,LC回路的諧振阻抗是純電阻性,所以集電極輸出信号與基極的相位差為180o,即φA=180o;為了滿足相位平衡條件,變壓器初次級之間的同名端必須正确連接。電路振蕩時,f=fo,LC回路的諧振阻抗是純阻性,反饋信号與輸出電壓極性相反,即φF=180o。于是φA φF=360o,保證了電路的正反饋,滿足振蕩的相位平衡條件。

十九、石英晶體振蕩電路

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石英晶體的特點:具有壓電效應,在晶片兩面間加一電場,晶片就會産生機械變形,反之,在晶片兩面施加機械力,則沿受力方向産生電場,晶片兩側産生異性電荷。

二十、功率放大電路

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1 乙類功率放大器的工作過程:兩隻晶體管輪流工作,一隻晶體管在輸入信号正半周期導通,另一隻晶體管在輸入信号負半周期導通,這樣兩管交替工作,猶如一推一挽,在負載上合成完整的信号波形。選擇兩個特性一緻的管子,使之都工作在乙類狀态,組成乙類互補對稱功放,其中一個工作在正弦信号正半周,另一個管子工作在正弦信号負半周。在負載上得到一個完整的正弦波。

交越失真:三極管輸入特性曲線有一段死區,而且死區附近非線性又比較嚴重,兩管的靜态工作點取在晶體管輸入特性曲線的截止點上,沒有基極偏流。當輸入信号小于開啟電壓時,兩管都截止,兩管電流均為零,無輸出信号;在剛在大于開啟電壓的很小範圍内,兩管集電極電流變化很慢,輸出信号非線性嚴重。這種乙類推挽放大器特有的失真稱為交越失真。

2 複合三極管的複合規則:1)複合管的極性取決于第一隻三極管。

2)輸出功率有大小取決于輸出管。

3)若兩管的電流放大系數為β1β2,則複合管的電流放大系數β=β1*β2。

4)同型複合管和異型複合管發射結等效電阻差别很大,異型複合管發射結等效電阻就是第一隻三極管的等效電阻。

3 甲乙類功率放大器的工作原理分析:分别給兩隻晶體管的發射結加适當的正向基極偏壓,讓兩隻晶體管各有一個較小的電流ICQ流過。經常采用三極管,兩電阻組成的UBE倍壓電路為兩管提供所需偏壓。

自舉過程分析:

甲類功率放大器的特點:輸出信号失真較小,效率低于50%

甲乙類功率放大器的特點:有效克服乙類放大電路的失真問題,且能量轉換效率也較高,目前使用較廣泛。

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