电子电路基本知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,电子电路基本知识,1,2,3,4,5,二极管,三极管,放大电路基本分析方法,基本运算电路,信号处理电路,6,程控放大电路,1.,二极管,PN,节：,PN 结的,单向导电性,-正偏导通，反偏截止。接触电位差-硅材料约为,0.60.8V，锗材料约为0.20.3V。,PN 结的伏安特性：,应用：整流、限幅、保护、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、光耦等。,2.,三极管,三极管分为,NPN,型与,PNP,型：,三极管工作的三个区(NPN 型为例)：,截止区：发射结反偏、集电结反偏（,UbeUon,且,UceUbe,）；,放大区：发射结正偏、集电结反偏（,UbeUon,且,UceUbe,）；,饱和区：发射结正偏、集电结正偏（,UbeUon,且,UceUbe,）。,2,三极管,三极管有三种接法：共集、共射、共基。,判别方法：,共集电极电路-三极管的集电极接地，集电极是输入与输出的公共极；,共基极电路-三极管的基极接地，基极是输入与输出的公共极；,共发射极电路-三极管的发射极接地，发射极是输入与输出的公共极,。,3.,放大电路的基本分析方法,（,1,）图解法,（,2,）微变等效电路法（小信号法）,1）将电路分为直流通路和交流通路；,2）计算静态工作点（直流通路，认为小信号对静态工作点没有影响）；,3）交流通路计算交流放大倍数,三极管电路模型,4.,运算电路,理想运放：,1）差模开环电压增益 Avd=；,2）差模输入电阻 Rid=；,3)输出电阻Ro=0；,4）共模抑制比KCMR=；,5）输入偏置电流IIB=0；,6）输出失调电压VIO、失调电流IIO 及其温漂VIO、IIO 均为零；,等等。,非理想运放：,通用型运放、轨对轨运放、高阻型运算放大器、低温漂型运算放大器、高速型运算放大器、低功耗型运算放大器、高压大功率型运算放大器、低输入偏流型、多元型、单电源型、跨导型、程控型等。,4.,运算电路,1）反相比例运算电路,2）同相比例运算电路,电压跟随器,4.,运算电路,3,）同向求和运算电路,4,）反向求和运算电路,4.,运算电路,5,）加减运算电路,6,）差分比例运算电路,4.,运算电路,8,）微分运算电路,7,）积分运算电路,5.,信号处理电路,滤波电路：,有源滤波电路、无源滤波电路,无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。,有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC 网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。,5.,信号处理电路,1）低通,2）高通,5.,信号处理电路,3,）带通,4,）带阻,6.,程控放大电路,程控放大器可以通过单片机、嵌入式微处理器来控制其增益，常用于数据采集系统或自动化仪表中。放大部分由集成运放及外围元器件组成。其基本原理是由软件调节反馈电阻的阻值，从而实现增益的自动控制，如下图所示,。,6.,程控放大电路,专用程控放大器芯片的设计原理,PGA205是价格较低、用途广泛的可编程增益放大器芯片，放大倍数分为四档，分别为1、2、4和8倍，可以通过微处理器控制PGA205的A1、A0的逻辑电平的不同组合来对其放大倍数进行数字选择，如下表所示。,6.1,基于专用程控放大器芯片的设计方法,将专用的可编程增益放大器，如PGA202、PGA205、PGA113等与单片机、嵌入式微处理器结合，可构成高性能的程控放大电路。以PGA205为例，其方案原理如下图所示。,6.,程控放大电路,表 PGA205 的放大倍数与编程逻辑的关系,A0 A1放大倍数,001,012,104,118,该方案的特点是集成度高，电路简单，但是增益档位有限且固定，一般是4档或8档可调。,6.,程控放大电路,6.,2,基于通用型运放与模拟多路选择器的设计方法,在通用型运放构成的放大电路基础上，用微处理器控制模拟多路选择器（即多路开关）来选择不同阻值的反馈电阻，从而实现增益的控制。以模拟多路开关MAX308为例，其方案原理如下图所示。,6.,程控放大电路,MAX308 是8选1模拟多路开关，由A2、A1和A0的不同电平组合来控制 COM端与NO1至NO8端的连接，分别选通反馈电阻,RF1,至,RF8,，从而实现8档增益调节。可根据档位需要选用4选1等不同模拟多路开关，或者将多个模拟多路开关并联使用，构成更多的档位选择。该方案的特点是原理简单，集成度较高，但是增益档位是有限的，更为关键的是模拟多路选择器的导通电阻不为零、截止电阻不为无穷大，且是非线性，误差较大，不宜用于精密放大。,6.,程控放大电路,6.3,基于通用型运放与继电器的设计方法,用电磁继电器代替模拟多路选择器，由微处理器控制继电器的闭合与断开，选通不同的反馈电阻。其原理示意图如下图所示。,通用型运放与继电器的设计方法,由于电磁继电器的导通和截止性能优异，采用精密电阻，该方案适合进行精密放大，在自动化仪器仪表中广泛应用。不过体积稍大，增益档位也是有限的。,6.,程控放大电路,6.4,基于通用型运放与数字电位器的设计方法,数字电位器是,通过开关控制电阻网络接点,的连接方式来改变电阻值的半导体器件，可直接与通用型运放组成程控增益放大器。以Xicor公司出品的X9C系列数字电位器X9C103为例，其方案原理如下图所示。,通用型运放与数字电位器的设计方法,6.,程控放大电路,X9C103由计数器、非易失性存储器、译码器、电阻网络和控制电路组成，其最大阻值为10K，分100档调节。数字电位器的两个端点VH和VL之间有一个由99个相同电阻串联组成的电阻网络，这些电阻每两个之间的连接点上均有一个CMOS开关管作为开关，由译码器对计数器结果译码进行控制，开关管导通时就把电位器的中间抽头VW端连接在该点上，从而获得不同的阻值。,该方案的优点是原理简单，集成度高，调节档位多，缺点是精度不足，抗干扰性稍差。,通用型运放与数字电位器的设计方法,6.,程控放大电路,6.5,仪表放大电路,仪表放大电路多用于数据采集、精密测量以及工业自动控制系统，通常用于对传感器输出的微弱信号进行放大。仪表放大电路要求高增益、高输入电阻和高共模抑制比。如右图所示是一种应用广泛的由三个运放组成的放大器原理图。,仪表放大电路,6.,程控放大电路,6.3,仪表放大电路,电路中的三个运放均接成比例运算电路的形式。电路包含两级放大级，A1和A2组成第一级，两者均为同相输入方式，因而输入电阻很高，由于电路结构的对称，因此漂移可以相互抵消。第二级的A3为差分输入方式，将差分输入转换为单端输出。在本电路中，要求元器件参数对称，即：,仪表放大电路,当加上差模输入电压 时，A1和A2的输入电压,u11,和,u12,大小相等，极性相反，且,R2=R3,，此时可以认为电阻,R1,的中点电位保持不变，,即在,R1/2,处相当于交流接地,.,6.,程控放大电路,仪表放大电路,当加上差模输入电压 时，A1和A2的输入电压,u11,和,u12,大小相等，极性相反，且,R2=R3,，此时可以认为电阻,R1,的中点电位保持不变，即在,R1/2,处相当于交流接地,.此时运放A1的工作情况如,左图,所示。同理，可以分析A2的工作情况。由此，可以得出该放大器的输入输出关系为：,只需要改变,R1,电阻的值即可灵活地调整输出电压和输入电压之间的比例关系。,应当注意的是，由于差分比例运算电路的特点，电路中,R4,、,R5,、,R6,和,R7,四个电阻必须采用高精度电阻，并且要精确匹配，否则不仅会带来输入输出误差，而且还将降低电路的共模抑制比。,Thanks,