橋式整流電路
二極管的單向導電性:二極管的PN結加正向電壓,處于導通狀態;加反向電壓,處于截止狀態。其伏安特性曲線,如下圖。
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后,其管壓降為恒定值,硅管為0.7V,鍺管0.5V。
橋式整流電流流向過程:當u2是正半周期時,二極管Vd1和Vd2導通;而二極管Vd3和Vd4截止,負載RL的電流是自上而下流過負載,負載上得到了與u2正半周期相同的電壓。在u2的負半周,u2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u2正半周期相同的電壓。
電源濾波的過程分析:電源濾波是在負載RL兩端并聯一只較大容量的電容器。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,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:τ=(Ri∥RL·C)≈Ri·C
一般Ri遠小于RL,忽略Ri壓降的影響,電容上電壓將隨u2迅速上升。
當ωt=ωt1時,有u2=u0,此后u2低于u0,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,u0變化平緩。
當ωt=ωt2時,u2=u0, ωt2后u2又變化到比u0大,又開始充電過程,u0迅速上升。
當ωt=ωt3時,有u2=u0,ωt3后,電容通過RL放電。
如此反復,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。電容濾波適合于電流變化不大的場合。LC濾波電路適用于電流較大,要求電壓脈動較小的場合。
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√2·U2~0.9·U2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≈1.2·U2整流管的最大反向峰值電壓URM=√2·U2,每個二極管的平均電流是負載電流的一半。
信號濾波器
信號濾波器的作用:把輸入信號中不需要的信號成分衰減到足夠小的程度,但同時必須讓有用信號順利通過。
與電源濾波器的區別和相同點
區別:信號濾波器用來過濾信號,其通帶是一定的頻率范圍,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;交流電源則是只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。
LC串聯和并聯電路的阻抗計算
串聯時,電路阻抗為:
Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC)
并聯時,電路阻抗為:
考慮到實際中,常有R<<ωL,所以有:
幅頻關系和相頻關系曲線,如下:
通頻帶曲線,如下圖所示。
微分&積分電路
微分和積分電路,如下圖。
微分電路可把矩形波轉換為尖脈沖波,主要用于脈沖電路、模擬計算機和測量儀器中,以獲取蘊含在脈沖前沿和后沿中的信息,例如提取時基標準信號等。
積分電路使輸入方波轉換成三角波或者斜波,主要用于波形變換、放大電路失調電壓的消除及反饋控制中的積分補償等場合。其主要用途有:
在電子開關中用于延遲;
波形變換;
A/D轉換中,將電壓量變為時間量;
移相。
共射極放大電路
共射極放大電路如下圖。
共射極放大電路的結構簡單,具有較大的電壓放大倍數和電流放大倍數,輸入和輸出電阻適中,但工作點不穩定,一般用在溫度變化小,技術要求不高的情況下。
特點:
輸入信號和輸出信號反相。
有較大的電流和電壓增益。
一般用作放大電路的中間級。
共射極放大器的集電極跟零電位點之間是輸出端,接負載電阻。
分壓偏置式共射極放大電路
分壓偏置式共射極放大電路,如下圖。
分壓偏置式共射極放大電路即基極分壓式射極偏置電路,是BJT的放大電路的三種組態之一。三種組態分別為:共射,共集,和共基。
其中共集組態具有電流放大作用。輸入電阻最高,輸出電阻最小。共基組態具有電壓放大作用,輸入電阻最小,輸出電阻較大。而共射組態既具有電壓放大也具有電流放大作用。輸入電阻居中,輸出電阻較大。
因此,共集組態多用于多級放大電路的輸入級或輸出級或緩沖級。共基組態常用于高頻或寬頻帶低輸入阻抗的場合。而共射組態常用于放大電路的中間級。
共集電極放大電路
共集電極放大電路(射級跟隨器),如下圖所示。
共集電極放大電路是從發射極輸出信號的,信號波形和相位基本與輸入相同,因而又稱射極輸出器或射極跟隨器,簡稱射隨器,常用作緩沖器使用。
共集電極放大電路常作為電流放大器使用,它的特點是高輸入阻抗,電流增益大,但是電壓輸出的帽度幾乎沒有放大,也就是輸出電壓接近輸入電壓,而由于輸入阻抗高而輸出阻抗低的特性,也常作為阻抗變換器使用。
電路反饋框圖
電路反饋框圖,如下。
反饋,就是把放大電路的輸出量的一部分或全部,通過反饋網絡以一定的方式又引回到放大電路的輸入回路中去,以影響電路的輸入信號作用的過程。
放大電路靜態工作點會隨溫度的變化而上下波動,其放大倍數不穩定,為了穩定放大電路的靜態工作點,可采用分壓式工作點穩定電路,在電路中引入一個直流電流負反饋。
為了提高輸入電阻,降低輸出電阻,可采用射極輸出器,在射極輸出器電路中引入電壓串聯負反饋。
二極管穩壓電路
二極管穩壓電路,如下圖。
穩壓二極管,是指利用pn結反向擊穿狀態,其電流可在很大范圍內變化而電壓基本不變的現象,制成的起穩壓作用的二極管。
穩壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多,反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時,反向電阻很大,反向漏電流極小。但是,當反向電壓臨近反向電壓的臨界值時,反向電流驟然增大,稱為擊穿,在這一臨界擊穿點上,反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內變化,而二極管兩端的電壓卻基本上穩定在擊穿電壓附近,從而實現了二極管的穩壓功能。
串聯穩壓電路
串聯穩壓電路,如下圖。
串聯型穩壓電路,除了變壓、整流、濾波外,穩壓部分一般有四個環節:調整環節、基準電壓、比較放大器和取樣電路。
當電網電壓或負載變動引起輸出電壓V0變化時,取樣電路將輸出電壓V0的一部分饋送回比較放大器和基準電壓進行比較。
其產生的誤差電壓經放大后去控制調整管的基極電流,自動地改變調整管集—射極間的電壓,補償V0的變化,從而維持輸出電壓基本不變。
差分放大電路
差分放大電路,如下圖。
差分放大電路具有電路對稱性的特點,此特點可以起到穩定工作點的作用,被廣泛用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。
差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信號,由于其電路的對稱性,當兩輸入端所接信號大小相等、極性相反時,稱為差模輸入信號;當兩輸入端所接信號大小相等、極性相同時,稱為共模信號。通常我們將要放大的信號作為差模信號進行輸入,而將由溫度等環境因素對電路產生的影響作為共模信號進行輸入,因此我們最終的目的,是要放大差模信號,抑制共模信號。
差分放大電路是直接耦合放大電路的基本組成單元,該電路對于不同的輸入信號有不同的作用,對于共模信號起到很強的抑制作用,而對差模信號起到放大作用,并且電路的放大能力與輸出方式有關。
場效應管放大電路
場效應管放大電路,如下圖。
場效應管與晶體管一樣,也具有放大作用,但與普通晶體管是電流控制型器件相反,場效應管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點。
場效應管的3個電極,即柵極、源極和漏極分別相當于晶體管的基極、發射極和集電極。
MOS管能工作在放大區,而且很常見。做鏡像電流源、運放、反饋控制等,都是利用MOS管工作在放大區。由于MOS管的特性,當溝道處于似通非通時,柵極電壓直接影響溝道的導電能力,呈現一定的線性關系。由于柵極與源漏隔離,因此其輸入阻抗可視為無窮大,當然,隨頻率增加阻抗就越來越小,一定頻率時,就變得不可忽視。這個高阻抗特點被廣泛用于運放,運放分析的虛連、虛斷兩個重要原則就是基于這個特點。這是三極管不可比擬的。
選頻(帶通)放大電路
選頻(帶通)放大電路,如下圖。
選頻放大電路通常位于接收系統的前端,放大的信號幅度小、頻率高,亦稱高頻小信號諧振放大器或帶通放大器。
運算放大電路
運算放大電路如下圖。
電路中的運算放大器,有同相輸入端和反相輸入端,輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大器,而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。
同相輸入的輸入阻抗高,反相輸入的輸入阻抗低。同相輸入的輸入阻抗基本上由同相端并聯的偏置電阻決定,這個電阻可以用得很大 ;反相輸入時,由于有反饋電阻并聯于反相端與輸出端之間,這個反饋電阻不可能用得很大,所以反相輸入的輸入阻抗比較低。
差分輸入運算放大電路
差分輸入運算放大電路,如下圖。
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。常用作減法運算以及測量放大器。
電壓比較器
電壓比較器是對輸入信號進行鑒別與比較的電路,是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。常用的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態電壓比較器等。
電壓比較器它可用作模擬電路和數字電路的接口,還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。
RC振蕩電路
采用RC選頻網絡構成的振蕩電路稱為RC振蕩電路,它適用于低頻振蕩,一般用于產生1Hz~1MHz的低頻信號。電路由放大電路、選頻網絡、正反饋網絡,穩幅環節四部分構成。主要優點是結構簡單,經濟方便。根據RC選頻網絡的不同形式,可以將RC振蕩電路分為RC超前(或滯后)相移振蕩電路和文氏電路振蕩電路。
LC振蕩電路
LC電路,也稱為諧振電路、槽路或調諧電路,是包含一個電感(用字母L表示)和一個電容(用字母C表示)連接在一起的電路。該電路可以用作電諧振器(音叉的一種電學模擬),儲存電路共振時振蕩的能量。
LC電路既用于產生特定頻率的信號,也用于從更復雜的信號中分離出特定頻率的信號。它們是許多電子設備中的關鍵部件,特別是無線電設備,用于振蕩器、濾波器、調諧器和混頻器電路中。
石英晶體振蕩電路
石英晶體是石英晶體諧振器的簡稱,將二氧化硅結晶體按一定的方向切割成很薄的晶片,再將晶片兩個對應的表面拋光和涂敷銀層,并作為兩個極引出管腳,加以封裝,就構成石英晶體諧振器。它具有非常穩定的固有頻率。
石英晶體的形狀呈六角形柱體,需切割成適當尺寸之后才能使用。為得到不同振蕩頻率的石英晶體,加工時需采用不同的切割方法。將一個切割的石英晶體夾在一對金屬片中間就構成了石英晶振,它具有壓電效應,即在晶片兩極外加電壓,晶振就會產生變形:反之如果外力使晶片變形,則在兩極金屬片上又會產生電壓,若加適當的交變電壓,石英晶體便會產生諧振。當所加的交變電壓頻率恰為石英晶體自然諧振頻率時,其振幅最大。
功率放大電路
功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅動負載,帶載能力要強。功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。
編輯:黃飛
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