基础模拟电路分析

在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因 为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。1. 反馈反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。 如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。2. 耦合一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级 间耦合方式有三种： RC耦合（见图a）:优点是简单、成本低。但性能不是最佳。 变压器耦合（见图b）:优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器 制作比较麻烦。 直接耦合（见图c）:优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作 有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。4 bl3. 功率放大器能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。 例如收音机的末级放大器就是功率放大器。3.1甲类单管功率放大器负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得 到较大的功率。这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比 较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有35 %。这种工作状态被 称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可 以是变压器耦合也可以是RC耦合。3.2乙类推挽功率放大器下图是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路，在没有输入信号时，每个管子都 处于截止状态，静态电流几乎是零，只有在有信号输入时管子才导通，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。两个管子交替出现的电流在输出变压 器中合成，使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽 电路。3.3 OTL功率放大器目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称 OTL电路，是一种性 能很好的功率放大器。为了易于说明，先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的OTL电路，如下图所示。4. 直流放大器能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流 放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。4.1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。下图 是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制，电路中 在VT2的发射极加电阻R E以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。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。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。4.2差分放大器解决零点漂移的办法是采用差分放大器，下图是应用较广的射极耦合差 分放大器。它使用双电源，其中VT1和VT2的特性相同，两组电阻数值也 相同，R E有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路，两个 R C和两个管 子是四个桥臂，输出电压V 0从电桥的对角线上取出。没有输入信号时， 因为RC1=RC2和两管特性相同，所以电桥是平衡的，输出是零。由于是接 成桥形，零点漂移也很小。差分放大器有良好的稳定性，因此得到广泛的应 用。5. 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个集成片上，只要在外 部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做 加法器、乘法器用的，所以叫做运算放大器。6. 振荡器不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率 的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或 者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器 能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正 反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能 使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率fO能通过，使振荡器产 生单一频率的输出。振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一 个是反馈电压Uf和输入电压Ui要相等，这是振幅平衡条件。二是Uf和 Ui必须相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般 情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡， 主要是看它的相位平衡条件是否成立。振荡器按振荡频率的高低可分成超低频（20赫以下）、低频（20赫 200千赫）、高频（200千赫30兆赫）和超高频（10兆赫350兆赫）等几 种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成LC振荡器、RC振荡 器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度，只在要求 很高的场合使用。在一般家用电器中，大量使用着各种 LC振荡器和RC振 荡器。6.1 LC振荡器LC振荡器的选频网络是LC谐振电路。它们的振荡频率都比较高，常见 电路有3种。1）变压器反馈LC振荡电路t2TIo=* 2珈=虹=丄血 n n= 0.45 UoUm二、交注丄胪.整流屯压頁戏道推导进我llfgk川 Ji J.jI 吾方得：lT r= Util 2 =TS J2 =0 1 TJo“半波整流输出电压的乎均值与其有敦值之比= 卫；“ n7T一、交疣空波坐流电压平坨値推导公我PVWn J aUlTV交流區的爐偵Uo交流电的有罰5U平直说电的平妇匱圧漩宅的有农(Sy*-OSL)t I* 2 *J 2 * Von丈帝全波整涯竜压遊无田= 0 9Uo二、交流全波整流电压有效值推导公式21 r n2 . 2T1 百一 Uni山凶=豊(ZoMst讥加口=Utu?2Ufl2幵方彳駅亍皿左二皿*全波蟀流输出电压的平沟値与其有效值之比=朴乳5 T巾=山。 全波整流与半波整流純出电压的平均值之比0 J5T1O = 2 决*全玻整流与半跛整流输出电屋的有效值之比二门江3 /7戶厂三滤波电路(1 )电容滤波把电容器和负载并联，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的直流电。(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的交流 成分。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方 向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中 当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减 小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但 负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。 (3)L、C滤波用1个电感和1个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”，被称为L型，见图3 ( c )。用1个电感和2个电容的滤波电路因为象字母 “ n ” ，被称为n型， 见图3 ( d )，这是滤波效果较好的电路。(4 ) RC滤波电感器 的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻 器取代电感器而组成RC滤波电路。同样，它也有L型，见图3 ( e ) ; n 型，见图3 ( f)。7. 调幅和检波电路广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射 出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号，高频 信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种，对应的解调方法 就叫检波和鉴频。7.1调幅电路调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化，载波的频率和相位 不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。调幅是一个非线性频率变换过程，所以它的关键是必须使用二极管、三 极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路 分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅3种。下面举集电极调幅电路为 例。上图是集电极调幅电路，由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1加到 晶体管基极。低频调制信号则通过T3耦合到集电极中。Cl、C2、C3是高频旁路电容，R1、R2是偏置电阻。集电极的LC并联回路谐振在载 波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分，三极管就 是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的，所以集电极中的2个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于LC谐振回路 是调谐在载波的基频上，因此在T2的次级就可得到调幅波输出。7.2检波电路检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正 好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。 常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器 滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面 举二极管检波器为例说明它的工作原理。上图是一个二极管检波电路。 VD是检波元件，C和R是低通滤波 器。当输入的已调波信号较大时，二极管VD是断续工作的。正半周时，二 极管导通，对C充电；负半周和输入电压较小时，二极管截止，C对R放 电。在R两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容 C滤除了高频部 分，再经过隔直流电容C0的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。8. 调频和鉴频电路调频是使载波频率随调制信号的幅度变化，而振幅则保持不变。鉴频则 是从调频波中解调出原来的低频信号，它的过程和调频正好相反。8.1调频电路能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直 接调频法，也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。下图画出了 它的大意，图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控 制可变电抗元件参数的变化，使载波振荡器的频率发生变化。可变电抗I1低 !馆号II8.2鉴频电路能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路，有时也叫频率检波器。 鉴频的方法通常分二步，第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调 频一调幅波，第二步再用一般的检波器检出幅度变化，还原成低频信号。 常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。