电子关键技术基础模拟电路数字电路.doc
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1、如何看懂电路图2电源电路单元前 面简介了电路图中元器件作用和符号。一张电路图普通有几十乃至几百个元器件,它们连线纵横交叉,形式变化多端,初学者往往不懂得该从什么地方开始, 如何才干读懂它。其实电子电路自身有很强规律性,不论多复杂电路,通过度析可以发现,它是由少数几种单元电路构成。好象孩子们玩积木,虽然只有十 来种或二三十种块块,可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理,再复杂电路,通过度析就可发现,它也是由少数几种单元电 路构成。因而初学者只要先熟悉惯用基本单元电路,再学会分析和分解电路本领,看懂普通电路图应当是不难。按单元电路功能可以把它们提成若干类,每一类又有好
2、各种,所有单元电路大概总有几百种。下面咱们选最惯用基本单元电路来简介。让咱们从电源电路开始。一、电源电路功能和构成每 个电子设备均有一种供应能量电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常用家用电器中多数要用到直流电源。直流电源最简朴供电办法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)缺陷,因而最经济可靠而又以便是使用整流电源。电 子电路中电源普通是低压直流电,因此要想从 220 伏市电变换成直流电,应当先把 220 伏交流变成低压交流电,再用整流电路变成脉动直流电,最后用滤波电路滤除脉动直流电中交流成分后才干得到直流电。有电子设备对电源质量规定很高, 因此
3、有时还需要再增长一种稳压电路。因而整流电源构成普通有四大某些,见图 1 。其中变压电路其实就是一种铁芯变压器,需要简介只是背面三种单元电路。二、整流电路整流电路是运用半导体二极管单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电电路。( 1 )半波整流半波整流电路只需一种二极管,见图 2 ( a )。在交流电正半周时 VD 导通,负半周时 VD 截止,负载 R 上得到是脉动直流电( 2 )全波整流全波整流要用两个二极管,并且规定变压器有带中心抽头两个圈数相似次级线圈,见图 2 ( b )。负载 R L 上得到是脉动全波整流电流,输出电压比半波整流电路高。( 3 )全波桥式整流用 4 个二极管构成桥式整流电
4、路可以使用只有单个次级线圈变压器,见图 2 ( c )。负载上电流波形和输出电压值与全波整流电路相似。( 4 )倍压整流用各种二极管和 电容器可以获得较高直流电压。图 2 ( d )是一种二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通, C1 被充电, C1 上最高电压可接近 1.4U2 ;当 U2 正半周时 VD2 导通, C1 上电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电,使 C2 上电压接近 2.8U2 ,是 C1 上电压 2 倍,因此叫倍压整流电路。三、滤波电路整流后得到是脉动直流电,如果加上滤波电路滤除脉动直流电中交流成分,就可得到平滑直流电。 ( 1 )电容滤波 把电容器和负载并联
5、,如图 3 ( a ),正半周时电容被充电,负半周时电容放电,就可使负载上得到平滑直流电。 ( 2 )电感滤波 把电感和负载串联起来,如图 3 ( b ),也能滤除脉动电流中交流成分。 ( 3 ) L 、C 滤波 用 1 个电感和 1 个电容构成滤波电路由于象一种倒写字母“ L ”,被称为 L 型,见图 3 ( c )。用 1 个电感和 2 个电容滤波电路由于象字母“ ”,被称为 型,见图 3 ( d ),这是滤波效果较好电路。 ( 4 ) RC 滤波 电感器成本高、体积大,因此在电流不太大电子电路中惯用电阻器取代电感器而构成 RC 滤波电路。同样,它也有 L 型,见图 3 ( e ); 型,
6、见图 3 ( f )。四、稳压电路 交流电网电压波动和负载电流变化都会使整流电源输出电压和电流随之变动,因而规定较高电子电路必要使用稳压电源。 (1 )稳压管并联稳压电路 用一种稳压管和负载并联电路是最简朴稳压电路,见图 4 ( a )。图中 R 是限流电阻。这个电路输出电流很小,它输出电压等于稳压管稳定电压值 V Z 。 (2 )串联型稳压电路 有放大和负反馈作用串联型稳压电路是最惯用稳压电路。它电路和框图见图 4 ( b )、( c )。它是从取样电路( R3 、R4 )中检测出输出电压变动,与基准电压( V Z )比较并经放大器( VT2 )放大后加到调节管( VT1 )上,使调节管两端
7、电压随着变化。如果输出电压下降,就使调节管管压降也减少,于是输出电压被提高;如果输出电压上升,就使调节管管压降也上升,于是输 出电压被压低,成果就使输出电压基本不变。在这个电路基本上发展成诸多变型电路或增长某些辅助电路,如用复合管作调节管,输出电压可调电路,用运算放 大器作比较放大电路,以及增长辅助电源和过流保护电路等。 ( 3 )开关型稳压电路 近年来广泛应用新型稳压电源是开关型稳压电源。它调节管工作在开关状态,自身功耗很小,因此有效率高、体积小等长处,但电路比较复杂。 开关稳压电源从原理上分有诸各种。它基本原理框图见图 4 ( d )。图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件,二极管 V
8、D 是调节管在关断状态时为 L 、C 滤波器提供电流通路续流二极管。开关稳压电源开关频率都很高,普通为几几十千赫,因此电感器体积不很大,输出电压中高次谐波也不多。 它基本工作原理是 :从取样电路( R3 、R4 )中检测出取样电压经比较放大后去控制一种矩形波发生器。矩形波发生器输出脉冲是控制调节管( VT )导通和截止时间。如果输出电压 U 0 由于电网电压或负载电流变动而减少,就会使矩形波发生器输出脉冲变宽,于是调节管导通时间增大,使 L 、C 储能电路得到更多能量,成果是使输出电压 U 0 被提高,达到了稳定输出电压目。 ( 4 )集成化稳压电路 近年来已有大量集成稳压器产品问世,品种诸多
9、,构造也各不相似。当前用得较多有三端集成稳压器,有输出正电压 CW7800 系列和输出负电压 CW7900 系列等产品。输出电流从 0.1A 3A ,输出电压有 5V 、6V 、9V 、12V 、15V 、18V 、24V 等各种。 这种集成稳压器只有三个端子,稳压电路所有某些涉及大功率调节管以及保护电路等都已集成在芯片内。使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路背面就行了。外围元件少,稳压精度高,工作可靠,普通不需调试。 图 4 ( e )是一种三端稳压器电路。图中 C 是主滤波电容, C1 、C2 是消除寄生振荡电容 ,VD 是为防止输入短路烧坏集成块而使用保护二极管。五、电源电路读图要点和
10、举例 电源电路是电子电路中比较简朴然而却是应用最广电路。拿到一张电源电路图时,应当: 先按“整流 滤波 稳压”顺序把整个电源电路分解开来,逐级细细分析。 逐级分析时要分清主电路和辅助电路、重要元件和次要元件,弄清它们作用和参数规定等。例如开关稳压电源中,电感电容和续流二极管就是它核心元件。 由于晶体管有 NPN 和 PNP 型两类,某些集成电路规定双电源供电,因此一种电源电路往往涉及有不同极性不同电压值和好几组输出。读图时必要分清各组输出电压数值和极性。在组装和维 修时也要仔细分清晶体管和电解电容极性,防止出错。 熟悉某些习惯画法和简化画法。 最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。这张电
11、源电路图也就读懂了。 例 1 电热毯控温电路 图 5 是一种电热毯电路。开关在“ 1 ”位置是低温档。 220 伏市电经二极管后接到电热毯,由于是半波整流,电热毯两端所加是约 100 伏脉动直流电,发热不高,因此是保温或低温状态。开关扳到“ 2 ”位置, 220 伏市电直接接到电热毯上,因此是高温档。 例 2 高压电子灭蚊蝇器 图 6 是运用倍压整流原理得到小电流直流高压电灭蚊蝇器。 220 伏交流通过四倍压整流后输出电压可达 1100 伏,把这个直流高压加到平行金属丝网上。网下放诱饵,当苍蝇停在网上时导致短路,电容器上高压通过苍蝇身体放电把蝇击毙。苍蝇尸体落下后,电容器又被 充电,电网又恢复
12、高压。这个高压电网电流很小,因而对人无害。 由于昆虫夜间有趋光性,因而如在这电网背面放一种 3 瓦荧光灯或小型黑光灯,就可以诱杀蚊虫和有害昆虫。 例 3 实用稳压电源 图 7 是一种实用稳压电源。输出电压 3 9 伏可调,输出电流最大 100 毫安。这个电路就是串联型稳压电源电路。要注意是 : 整流桥画法和图 2 ( c )不同,事实上它就是桥式整流电路。 这个电路使用 PNP 型锗管,因此输出是负电压,正极接地。 用两个普通二极管代替稳压管。任何二极管正向压降都是基本不变,因而可用二极管代替稳压管。 2AP 型二极管正向压降约是 0.3 伏, 2CP 型约是 0.7 伏, 2CZ 型约是 1
13、 伏。图中用了两个 2CZ 二极管作基准电压。 取样电阻是一种电位器,因此输出电压是可调。可以把薄弱信号放大电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里核心部件就是一种放大器。 放大电路用途和构成 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱提成电压放大、功率放大等。此外尚有用集成运算放大器和特殊 晶体管作器件放大器。它是电子电路中最复杂多变电路。但初学者经常遇到也只是少数几种较为典型放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住核心、细致分析、全面综合”原则和环节进行。一方面把整个放大电路按输入、输出逐级分开,然后逐级抓住核心进行 分析弄通原理。放
14、大电路有它自身特点:一是有静态和动态两种工作状态,因此有时往往要画出它直流通路和交流通路才干进行分析;二是电路往往加有负反 馈,这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级,因此在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综 合。 下面咱们简介几种常用放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在 20 赫 20 千赫之间、输出规定有一定电压值而不规定很强电流放大器。 ( 1 )共发射极放大电路 图 1 ( a )是共发射极放大电路。 C1 是输入电容, C2 是输出电容,三极管 VT 就是起放大作用器件, RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集
15、电极负载电阻。 1 、3 端是输入, 2 、3 端是输出。 3 端是公共点,普通是接地,也称“地”端。静态时直流通路见图 1 ( b ),动态时交流通路见图 1 ( c )。电路特点是电压放大倍数从十几到一百多,输出电压相位和输入电压是相反,性能不够稳定,可用于普通场合。 ( 2 )分压式偏置共发射极放大电路 图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压获得,因此称为分压偏置。发射极中增长电阻 RE 和电容 CE , CE 称交流旁路电容,对交流是短路; RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出变化通过某种方式送到输入端,作为输入一某些。如果送回某些和本来输入
16、某些是相减,就是负反馈。图中基极 真正输入电压是 RB2 上电压和 RE 上电压差值,因此是负反馈。由于采用了上面两个办法,使电路工作稳定性能提高,是应用最广放大电路。( 3 )射极输出器 图 3 ( a )是一种射极输出器。它输出电压是从射极输出。图 3 ( b )是它交流通路图,可以看到它是共集电极放大电路。 这个图中,晶体管真正输入是 V i 和 V o 差值,因此这是一种交流负反馈很深电路。由于很深负反馈,这个电路特点是:电压放大倍数不大于 1 而接近 1 ,输出电压和输入电压同相,输入阻抗高输出阻抗低,失真小,频带宽,工作稳定。它经常被用作放大器输入级、输出级或作阻抗匹配之用。 (
17、4 )低频放大器耦合 一种放大器普通有好几级,级与级之间联系就称为耦合。放大器级间耦合方式有三种: RC 耦合,见图 4 ( a )。长处是简朴、成本低。但性能不是最佳。 变压器耦合,见图 4 ( b )。长处是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦。 直接耦合,见图 4 ( c )。长处是频带宽,可作直流放大器使用,但先后级工作有牵制,稳定性差,设计制作较麻烦。功率放大器 能把输入信号放大并向负载提供足够大功率放大器叫功率放大器。例如收音机末级放大器就是功率放大器。 ( 1 )甲类单管功率放大器 图 5 是单管功率放大器, C1 是输入电容, T 是输出变压器。它集电极负载电阻
18、Ri 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来: RC= ( N1 N2 ) 2 RL=N 2 RL 负载电阻是低阻抗扬声器,用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大功率。 这个电路不论有无输入信号,晶体管始终处在导通状态,静态电流比较大,困此集电极损耗较大,效率不高,大概只有 35 。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路普通用在功率不太大场合,它输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。( 2 )乙类推挽功率放大器 图 6 是惯用乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相似晶体管构成对称电路,在没有输入信号时,每个管子都处在截止状态,静态电流几乎是零,只有在有信号输入 时管子才导通
19、,这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止,负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替浮现电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正正弦波。这种两管交替工作形式叫做推挽电路。 乙类推挽放大器输出功率较大,失真也小,效率也较高,普通可达 60 。 ( 3 ) OTL 功率放大器 当前广泛应用无变压器乙类推挽放大器,简称 OTL 电路,是一种性能较好功率放大器。为了易于阐明,先简介一种有输入变压器没有输出变压器 OTL 电路,如图 7 。 这个电路使用两个特性相似晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻阻值也相似。在静态时, VT1 、VT2 流过电流很小
20、,电容 C 上充有对地为 1 2 E c 直流电压。在有输入信号时,正半周时 VT1 导通, VT2 截止,集电极电流 i c1 方向如图所示,负载 RL 上得到放大了正半周输出信号。负半周时 VT1 截止, VT2 导通,集电极电流 i c2 方向如图所示, RL 上得到放大了负半周输出信号。这个电路核心元件是电容器 C ,它上面电压就相称于 VT2 供电电压。 以这个电路为基本,尚有用三极管倒相不用输入变压器真正 OTL 电路,用 PNP 管和 NPN 管构成互补对称式 OTL 电路,以及最新桥接推挽功率放大器,简称 BTL 电路等等。直流放大器 可以放大直流信号或变化很缓慢信号电路称为直
21、流放大电路或直流放大器。测量和控制方面惯用到这种放大器。 ( 1 )双管直耦放大器 直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式。图 8 是一种两级直耦放大器。直耦方式会带来先后级工作点互相牵制,电路中在 VT2 发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决先后级牵制。直流放大器另一种更重要问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静 态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号。放大器级数越多,零点漂移越严重。因此这种双管直耦放大器只能用于规定不高场合。 ( 2 )差分放大器 解决零点漂移办法是采用差分放大器,图 9 是应用
22、较广射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中 VT1 和 VT2 特性相似,两组电阻数值也相似, R E 有负反馈作用。事实上这是一种桥形电路,两个 R C 和两个管子是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥对角线上取出。没有输入信号时,由于 RC1=RC2 和两管特性相似,因此电桥是平衡,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很小。 差分放大器有良好稳定性,因而得到广泛应用。集成运算放大器 集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一种集成片上,只要在外部接少量元件就能完毕各种功能器件。由于它初期是用在模仿计算机中做加法器、乘法器用 ,因此叫做运算放大器。它有十各种引脚,普通都用有 3 个端子三角形符
23、号表达,如图 10 。它有两个输入端、1 个输出端,上面那个输入端叫做反相输入端,用“ ”作标记;下面叫同相输入端,用“”作标记。 集成运算放大器可以完毕加、减、乘、除、微分、积分等各种模仿运算,也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有: ( 1 )带调零同相输出放大电路 图 11 是带调零端同相输出运放电路。引脚 1 、11 、12 是调零端,调节 RP 可使输出端( 8 )在静态时输出电压为零。 9 、6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端( 5 ),因而输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端( 4 )。同相输入接法电压放大倍数总是不不大于
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