模拟电子器件应用 干货|电源工程师必备求生技能——经典20种模拟电路

小编 2024-10-11 论坛 23 0

干货|电源工程师必备求生技能——经典20种模拟电路

初级层次 是熟练记住这二十个电路,清楚这二十个电路的作用。只要是学习自动化、电子等电控类专业的人士都应该且能够记住这二十个基本模拟电路。

中级层次是能分析这二十个电路中的关键元器件的作用,每个元器件出现故障时电路的功能受到什么影响,测量时参数的变化规律,掌握对故障元器件的处理方法;定性分析电路信号的流向,相位变化;定性分析信号波形的变化过程;定性了解电路输入输出阻抗的大小,信号与阻抗的关系。有了这些电路知识,您极有可能成长为电子产品和工业控制设备的出色的维修维护技师。

高级层次是能定量计算这二十个电路的输入输出阻抗、输出信号与输入信号的比值、电路中信号电流或电压与电路参数的关系、电路中信号的幅度与频率关系特性、相位与频率关系特性、电路中元器件参数的选择等。达到高级层次后,只要您愿意,受人尊敬的高薪职业——电子产品和工业控制设备的开发设计工程师将是您的首选职业。

一、桥式整流电路

注意要点:

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0.5V。

2、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u 2正半周期相同的电压;在u 2的负半周,u 2的实际极性是下正上负,二极管Vd3和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=√2 U 2

二、电源滤波器

注意要点:

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τ充=(Ri∥RLC)≈RiC,一般Ri〈〈RL,忽略Ri压降的影响,电容上电压将随u 2迅速上升,当ωt=ωt1时,有u 2=u 0,此后u 2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,u 0变化平缓。当ωt=ωt2时,u 2=u 0, ωt2后u 2又变化到比u 0大,又开始充电过程,u 0迅速上升。ωt=ωt3时有u 2=u 0,ωt3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 2~0.9U 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≧(3~5)T/2其中T为交流电源电压的周期。实际中,经常进一步近似为Uo≈1.2U2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

注意要点:

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。

2、LC 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(ωL-1/ωC);

并联时电路阻抗为Z=1/jωC∥(R+jωL)=

考滤到实际中,常有R<<ωL,所以有Z≈

幅频关系和相频关系曲线:

3、画出通频带曲线:

计算谐振频率:fo=1/2π√LC

四、微分和积分电路

注意要点:

1、电路的作用,与滤波器的区别和相同点;

2、微分和积分电路电压变化过程分析,画出电压变化波形图;

3、计算:时间常数,电压变化方程,电阻和电容参数的选择。

五、共射极放大电路

注意要点:

1、三极管的结构、三极管各极电流关系、特性曲线、放大条件;

2、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图;

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。

六、分压偏置式共射极放大电路

注意要点:

1、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图;

2、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响;

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算;

4、受控源等效电路分析。

七、共集电极放大电路(射极跟随器)

注意要点:

1、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图,电路的输入和输出阻抗特点;

2、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响;

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。

八、电路反馈框图

注意要点:

1、反馈的概念,正负反馈及其判断方法、并联反馈和串联反馈及其判断方法、电流反馈和电压反馈及其判断方法;

2、带负反馈电路的放大增益;

3、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。

九、二极管稳压电路

注意要点:

1、稳压二极管的特性曲线;

2、稳压二极管应用注意事项;

3、稳压过程分析。

十、串联稳压电源

注意要点:

1、串联稳压电源的组成框图;

2、每个元器件的作用;稳压过程分析;

3、输出电压计算。

十一、差分放大电路

注意要点:

1、电路各元器件的作用,电路的用途、电路的特点;

2、电路的工作原理分析。如何放大差模信号而抑制共模信号;

3、电路的单端输入和双端输入,单端输出和双端输出工作方式。

十二、场效应管放大电路

注意要点:

1、场效应管的分类,特点,结构,转移特性和输出特性曲线;

2、场效应放大电路的特点;

3、场效应放大电路的应用场合。

十三、选频(带通)放大电路

注意要点:

1、每个元器件的作用,选频放大电路的特点,电路的作用;

2、特征频率的计算,选频元件参数的选择;

3、幅频特性曲线。

十四、 运算放大电路

注意要点:

1、理想运算放大器的概念,运放的输入端虚拟短路,运放的输入端的虚拟断路;

2、反相输入方式的运放电路的主要用途,输入电压与输出电压信号的相位关系;

3、同相输入方式下的增益表达,输入阻抗,输出阻抗。

十五、差分输入运算放大电路

注意要点:

1、差分输入运算放大电路的的特点,用途;

2、输出信号电压与输入信号电压的关系式。

十六、电压比较电路

注意要点:

1、电压比较器的作用,工作过程;

2、比较器的输入-输出特性曲线图;

3、如何构成迟滞比较器。

十七、RC振荡电路

注意要点:

1、振荡电路的组成,作用,起振的相位条件,起振和平衡幅度条件;

2、RC电路阻抗与频率的关系曲线,相位与频率的关系曲线;

3、RC振荡电路的相位条件分析,振荡频率,如何选择元器件。

十八、LC振荡电路

注意要点:

1、振荡相位条件分析;

2、直流等效电路图和交流等效电路图;

3、振荡频率计算。

十九、石英晶体振荡电路

注意要点:

1、石英晶体的特点,石英晶体的等效电路,石英晶体的特性曲;

2、石英晶体振动器的特点;

3、石英晶体振动器的振荡频率。

二十、功率放大电路

注意要点:

1、乙类功率放大器的工作过程以及交越失真;

2、复合三极管的复合规则;

3、甲乙类功率放大器的工作原理,自举过程,甲类功率放大器,甲乙类功率放大器的特点。

44条关于模拟电子技术基础知识的总结

1.集成运算放大器是一种高增益直接耦合放大器,他作为基本的电子器件,可以实现多种功能电路,如电子电路中的比例,积分,微分,求和,求差等模拟运算电路。

2.运算放大器工作在两个区域:在线性区,他放大小信号;输入为大信号时,它工作在非线性区,输出电压扩展到饱和值。

3.同向放大电路和反相放大电路是两种最基本的线性应用电路。由此可推广到求和,求差,积分,和微分等电路。这种由理想运放组成的线性应用电路输出与输入的关系(电路闭环特性)只取决于运放外部电路的元件值,而与运放内部特性无关。

4.对含有电阻、电容元件的积分和微分电路可以应用简单时间常数RC电路的瞬态相应,并结合理想运放电路的特性进行分析。

5.PN结是半导体二极管和组成其他半导体器件的基础,它是由P型半导体和N型半导体相结合而形成的。绝对纯净的半导体掺入受主杂质和施主杂质,便可制成P型半导体和N型半导体。空穴参与导电是半导体不同于金属导电的重要特点。

6.当PN结外加正向电压(正向偏置)时,耗尽区变窄,有电流流过;而外加反向电压时,耗尽区变宽,没有电流流过或电流极小,这就是半导体二极管的单向导电性,也是二极管最重要的特性。

7.二极管的主要参数有最大整流电流,最高反向工作电压,和反向击穿电压。在高频电路中,还要注意它的结电容,反向恢复时间,最高工作频率。

8.由于二极管是非线性器件,所以通常采用二极管的简化模型来分析设计二极管电路。主要有理想模型,恒压降模型,折线模型,小信号模型等。在分析电路的静态或大信号情况时,根据信号输入的大小,选用不同的模型,只有当信号很微小,且有一静态偏置时,才采用小信号模型。指数模型主要在计算机模拟中使用。

9.齐纳二极管是一种特殊的二极管,常利用它在反向击穿状态下的恒压特性,来构成简单的稳压电路,要特别注意稳压电路限流电阻的选取。齐纳二极管的正想特性和普通二极管相近。

10.其他非线性二段器件,如变容二极管,肖特基二极管,光电、激光、发光二极管等均具有非线性的特点,其中光电子器件在信号处理,存储和传输中获得了广泛的应用。

11.BJT是由两个PN结组成的三段有源器件,分NPN和PNP两种类型,它的三个端子分别成为发射机e,基极b和集电极c。由于硅材料的热稳定性好,因而硅BJT得到广泛应用。

12.表征BJT性能的有输入和输出特性,均称之为V-I特性,其中输出特性用得较多。从输出特性上可以看出,用改变基极电流的方法可以控制集电极电流,因而BJT是一种电流控制器件。

13.BJT的电流放大系数是它的主要参数,按电路组态的不同有共射极电流放大系数β和共基极电流放大系数α之分。为了保证器件的安全运行,还有几项极限参数,如集电极最大允许功率损耗

和若干反向击穿电压,如

等,使用时应予注意。

14.BJT在放大电路中有共射,共集,共基三种组态,根据相应的电路的输入量和输出量的大小和相位之间的关系,分别将他们称为反向电压放大器、电压跟随器和电流跟随器。三种组态的中的BJT都必须工作在发射结正偏,集电结反偏的状态。

15.放大电路的分析方法有图解法和小信号模型分析法。前者是承认电子器件的非线性,后者是将非线性特性的局部线性化。通常使用图解法求Q点,而用小信号模型法求电压增益,输入电阻和输出电阻。

16.放大电路静态工作点不稳定的原因主要是由于受温度的影响。常用的稳定静态工作点的电路有射极偏置电路等,它是利用反馈原理来实现的

17.频率响应与带宽是放大电路的的重要指标之一。用混合II型等效电路分析高频响应,而用含电容的低频等效电路分析低频响应,二者的电路基础则是RC低通电路和RC高通电路。

18.瞬态响应和频率响应是分析放大电路的时域和频域的两种方法,二者从各自的侧面反映放大电路的性能,存在内在的联系,互相补充。工程上一频域分析用的较为普遍。

19.BJT是控制电流器件,有两种载流子参与导电,属于双极性器件;而FET是电压控制器件,只依靠一种载流子导电,因而属于单极型器件。分析的方法是图解法和小信号模型分析法。

20.按三端有源器件三个电机的不同连接方式,两种器件(BJT,BFET,MESFET,MOSFET)可以组成六种组态。但依据输出量与输入量的大小与相位关系的特征,这六中组态又可以归纳为三种组态,即反相电压放大器,电压跟随器和电流跟随器。

21.由于FET具有输入阻抗高,噪声低(如JFET),等一系列优点,而BJTβ高, 若FET和BJT结合使用,就可以大为提高和改善电子电路的某些性能指标,BiFET模拟集成电路是按这一特点发展起来的,从而扩展了FET的应用范围。

22.反馈是指把输出电压或输入电流的一部分或全部通过反馈网络,用一定的方式回送到放大电路的输入回路,以影响输入电量的过程。

23.负反馈放大电路有四种类型,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈。

24.功率放大电路是在大信号下工作,通常采用图解法进行分析。研究的重点是如何在允许失的的情况下,尽可能提高输出功率和效率。

25.与甲类功率放大电路相比,乙类互补对称功率放大电路的主要优点是效率高(78.5%)。为了保证安全工作,乙类时极限参数需满足

26.功率BJT输入特性存在死区电压,工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真,克服方法是采用甲乙类(接近乙类)互补对称电路。通常用二极管或

扩大电路进行偏置。

27.大功率器件主要有达林顿管,功率VMOSFET,DMOSFET。为了保证安全运行,可从其散热,防止功率BJT二次击穿,降低使用定额,和保护措施等考虑。

28.交流电网电压转换为稳定的直流电压,为此要用整流滤波和稳压等环节来实现。

29.为抑制输出电压中的纹波,通常在整流电路后一个滤波环节。滤波电路一般可以分为电容输入式(直流输出电流较小且负载功率不变)和电感输入式(负载电流大)。

30.为了保证输出电压不随着电网电压,负载和温度的变化而产生波动,可以再接入稳压电路。在小功率供电系统中,多采用串联反馈式稳压电路,在移动式电子设备中或要求节能的场合中,多采用由集成开关稳压器组成的DC/DC变换器供电;而中、大功率稳压电源一般采用PWM(PFM)集成的控制电路再外接大功率开关调整管的开关稳压电路。

31.串联反馈式稳压电路的调整管工作在线性放大区,利用控制调整管的管压降来调整输出电压,他是一个带负反馈的闭环有差调节系统;开关稳压电源的调整管是工作在开关状态,利用利用控制调整管导通和截止时间的比例来稳定输出电压,他也是一个带负反馈的闭环有差调节系统。它的控制方式有脉宽调制性(PWM),买频调制型(PFM),混合调制型(即脉宽——频率调制)。

32.集成电路运算放大器是模拟电路中应用广泛的一种器件,它用于信号的运算,处理,变换,测量,和信号产生电路,还用于开关电路中。虽具有非线性的特点,但是一般作为线性电路器件使用。

33.半导体是现代电子技术的重要组成部分,具有体积小,重量轻,使用寿命长,输入功率小,功率转换效率高的特点。

34.双极性三极管(BJT)是一种三端器件,内部有两个离得很近的背靠背的PN结(发射结和集电结)。两个PN结加上不同极性、不同大小的偏置电压时,半导体三极管呈现不同的特性和功能。BJT是放大电路最重要的组成之一。

35.放大电路的功能是将微弱的电信号不失真的放大到需要的数值。为了增强微弱的电信号,几乎每个电子系统中都要用到放大电路。

36.三端放大器件,场效应管(FET)。1金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)。2结型场效应管(JFET)。由于MOSFET工艺成熟且可以做的很小。从而可以做成超大规模集成电路和大容量的可编程器件或者储存器。

37.结型FET中的结既可以是一个普通的PN结,构成通常所说的JFET,也可以是一个肖特基势垒结,构成一个金属-半导体场效应管(MESFET)。MESFET可以用在高速或者高频电路中。如微波放大电路。

38.FET放大电路的三种组态形式:共源极,共漏极,共栅极结构。

39.MOSFET体积很小,在集成电路放大器中,常用增强型或者耗尽型MOSFET做成电流源作为偏置电路或者有源负载。

40.与BJT不同FET只有一种载流子——电子或者空穴导电,故称FET为单极型器件。

41.BJT属于电流控制电流型器件。FET是电压控制电流型器件。电真空器件是电压控制电流型器件。微电子电路的制造工艺决定的。

42.按照极性的不同反馈分为负反馈和正反馈,所有实用的放大电路中都要适当的引入负反馈,用以改善放大电路的一些性能指标。正反馈会造成放大电路的工作不稳定。但在波形产生(即震荡)电路中则要引入正反馈,已构成自激振荡的条件,

43.向负载提供功率的放大电路成为功率放大电路。主要用于增强电压幅度或电流幅度,因而成为电压放大电路或者电流放大电路。

44.小功率稳压电源的组成由:电源变压器,整流,滤波,和稳压电路。

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