類比電路基本概念

1、真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。1. 歐姆定律和類比電路基本概念2. 電感的計(jì)算3. 類比放大器電路4. 類比RC濾波器5. 相關(guān)之NI硬體歐姆定律和類比電路基本概念電阻：電阻可以定義為媒體抗拒電流經(jīng)過其上的特性。電阻的單位是歐姆，以希 臘字母？ (Omega)代表。和電阻有關(guān)的電力值可以將之量化為電阻器可以消耗成 為熱度而不致令自身過熱的電力量。經(jīng)過電阻R的電流I的定義為：I = V/RV = I * R 或 R =

2、 V/I對(duì)1 Mega歐姆的電阻而言，10V所造成的電流是10微安培(micro-ampere)圖1.歐姆定律的簡單圖解歐姆定律是說明電壓、在電路中流動(dòng)的電流、以及電路的電阻之間關(guān)係的基本方 程式。在負(fù)載電阻R中所抵銷的電力被定義為電流和電壓的產(chǎn)物。電力的其它關(guān)係都可以藉由應(yīng)用歐姆定律及取代，輕易地從這個(gè)方程式導(dǎo)出 在R中被抵銷的電力P被定義為:P = I * VP = V/R or2P = I * R要計(jì)算在施加10V時(shí)，會(huì)在10瓦引起的電阻值，我們必須記得 p = V7r。.加以 轉(zhuǎn)置，R = b/p。電阻是100/10,或10歐姆。因此10V應(yīng)用於10歐姆上，會(huì)產(chǎn) 生10瓦。很有趣！每當(dāng)

3、參數(shù)（V, R,或P）中有二者的數(shù)值相同，第三個(gè)也會(huì)相 同。測(cè)量電阻的常用方式之一是使用數(shù)位萬用電表（DMM）。附註：功率消耗P決定可以在示波器的50歐姆輸入埠上施加多少電壓。從等式 中，我們可以看到將10V輸入50歐姆的埠，會(huì)需要數(shù)位器的輸入負(fù)載消耗2瓦 如果你使用兩個(gè)通道，就是4瓦。這麼大量的功率消耗絕對(duì)不能忽視。同時(shí)也要 注意，由於平方定律效果，如果你將輸入 示波器的電壓加倍，它必須消耗的電力 會(huì)變成四倍。分壓器的計(jì)算: 當(dāng)兩個(gè)電阻器以串聯(lián)組態(tài)連接時(shí)，它們必須分享施加的電壓，而流經(jīng)二者的電流 量則相同圖2.分壓器電路範(fàn)例用於計(jì)算施加之電壓的公式為:E1 = I * R1 （E1 =經(jīng)過R

4、1而下降的電壓）E2 = I * R2 （E2 =經(jīng)過R2而下降的電壓）I = E / Req人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器。3真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。而 Req = R1 + R2E = E1 + E2E = I * (R1 +R2)要計(jì)算R2的電壓：E2 = R2 * IE2 = R2 * (E/Req

5、)E2 = R2 * E/(R1 + R2)E2 = E * R2 / (R1 + R2)附註：分壓器由以上方程式描述。分流器的計(jì)算：當(dāng)兩個(gè)電阻器以並聯(lián)組態(tài)連接時(shí)，二者上面的電壓是相同的。流經(jīng)它們的電流量 視電阻值而定。圖3.分流器電路範(fàn)例上圖為兩個(gè)採用並聯(lián)組態(tài)的電阻器。I = 11 + 12E = 11 * R1E = I2 * R2I = (E/R1) + (E/R2)I = E (1/R1) + (1/R2)因?yàn)?E = I * ReqReq = (1/R1) + (1/R2) =(R1 * R2)/(R1 + R2)附註：數(shù)位萬用電表（DMM）是自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中最常見的測(cè)量設(shè)備。DMM

6、通常很容易使用，而且多半是低價(jià)位儀器。一般來說，DMM具備內(nèi)建處理功能，提供：a）高解析度（通常以位數(shù)（digits）為測(cè)量單位）b）多種測(cè)量功能（電壓，電流，電阻等等）c）隔離和高電壓功能。電容計(jì)算電容將能量以電荷的形態(tài)儲(chǔ)存。電容器能夠容納的電荷量由圖中的兩塊平行電板 的面積及其間的距離來決定。平行電板面積大、其間距離小，可以容納較大量的 電荷。電容器的平行電板之間的電場(chǎng)會(huì)抗拒所施加之電壓的變化。電容器隨著頻 率降低其電阻。C圖4.電容電路範(fàn)例讀取電容器值：人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器

7、。6真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。電容的單位是法拉(Farad，以字母F代表。計(jì)算電容的公式是:C = Q/V其中C=電容，以法拉為單位Q =累積的電荷，單位CoulombV=平板之間的電壓差串聯(lián)組態(tài)：TH卜C1 C2圖5.串聯(lián)電容器組態(tài)以上組態(tài)代表串聯(lián)的兩個(gè)電容器。由於電容器的電容與平行電板間的距離成反比，因此任意數(shù)目電容的總電容CT可以用以下算式得知：(1/CT) = (1/C1) + (1/C2) + (1/C

8、3) +若兩個(gè)電容器串聯(lián)，C1 = Q/V1C2 = Q/V2V1 = Q/C1V2 = Q/C2V = V1 + V2V = (Q/C1) + (Q/C2) = Q * (1/C1) + (1/C2)V = Q/CeqCeq = 1 / (1/C1) + (1/C2)Ceq = (C1 * C2) / (C1+C2)人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的5堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器。真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食，而是真理。如果只能滋生瞑想

9、和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。並聯(lián)組態(tài):圖6.並聯(lián)電容器組態(tài)每個(gè)電容器都會(huì)充電至同樣的施加電壓?？傠娙莸褥峨娙萜鱾€(gè)別電容的總合 用於計(jì)算電容的公式如下：Q1 = C1* VQ2 = C2* VQ = Q1 + Q2Q = V * (C1 + C2)Ceq = C1 + C2電感的計(jì)算電感的定義是：當(dāng)流經(jīng)電感器的電流以某個(gè)速率改變時(shí)，在電感器上下降的電壓 量。電感器隨著頻率增加其電阻。電感的單位是Henry,以字母H代表。串聯(lián)的組態(tài)：L1圖7.串聯(lián)電感器的組態(tài)圖7是兩個(gè)電感器的串聯(lián)組態(tài)。當(dāng)兩個(gè)電感器如上圖以串聯(lián)連接時(shí)，它們的總電 感等於個(gè)別電感的總和。L1

10、 = E (dl/dt)L2 = E (dl/dt)LT = L1 + L2其中dl/dt是電流隨時(shí)間的改變。但是，在真實(shí)世界裡，如果我們考慮到互感 (mutual in ducta nee的現(xiàn)象，也就是各 電感器的磁場(chǎng)影響彼此的線圈，那麼總電感可以用以下的公式計(jì)算：LT = L1 + L2 +/- 2M其中，M是兩個(gè)線圈之間的互感。並聯(lián)組態(tài)：人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器。11真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食

11、，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。歐文圖8.並聯(lián)電感器的組態(tài)圖7是兩個(gè)電感器的並聯(lián)組態(tài)。當(dāng)兩個(gè)電感器如上圖以並聯(lián)連接時(shí)，必須考慮互 感。同時(shí)，互感會(huì)加入各線圈的自身電感或予以減除，因?yàn)殡娏饔袃蓚€(gè)流入的途 徑。總電感可以用以下的公式計(jì)算:(1/LT) = 1 / (L1 +/- M) + 1 / (L2 +/- M)NI PXI-4072 FlexDMM及LCR Meter將數(shù)位萬用電表的功能更向上推進(jìn)一步，提 供通用的測(cè)量能力，為工程師提供二十種最常用的自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量，包括電壓、 電流、電容、電感、溫度，以及電阻。阻抗(Imped

12、a nee：阻抗Z通常定義為：在指定頻率下，設(shè)備或電路對(duì)於一道交流電的電流所提供 的總抗力。它的值等於在一單位電流上的電壓和電流的比例。因此，阻抗的單位 是歐姆?。阻抗呈現(xiàn)為一個(gè)複數(shù)，以圖形顯示於一個(gè)向量平面上。阻抗向量包括一個(gè)實(shí)部(電 阻，R)以及一個(gè)虛部(電抗，X )。阻抗可以使用R + jX的矩形座標(biāo)來表示， 或是採用極座標(biāo)形態(tài)，以一個(gè)強(qiáng)度和相位角來表示：Z .導(dǎo)納(Admitta nee)導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)。它也是一個(gè)複數(shù)：實(shí)部稱為電導(dǎo)(conduetanee, C)虛部稱為電納(suseepta nceB)。導(dǎo)納的單位是Siemens (S。人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕

13、微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的8堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器。真理惟一可靠的標(biāo)準(zhǔn)就是永遠(yuǎn)自相符合。一一歐文土地是以它的肥沃和收獲而被估價(jià)的；才能也是土地，不過它生產(chǎn)的不是糧食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的話，即使再大的才能也只是砂地或鹽池，那上面連小草也長不出來的。人生的磨難是很多的，所以我們不可對(duì)于每一件輕微的傷害都過于敏感。在生活磨難面前，精神上的堅(jiān)強(qiáng)和無動(dòng)于衷是我們抵抗罪惡和人生意外的最好武器。18Y = G + jB其中，丫是導(dǎo)納；G代表電導(dǎo)，B代表電納類比放大器電路以下的圖9是基本的運(yùn)算放大器(operational amplifier)型，其

14、中包括操作放大器 的三個(gè)基本階段：SUeCJRCUfT：泗T商(t)EGAND RP, (4)OPAMP1E&UFFEDiff Amp圖9.基本的運(yùn)算放大器(Op-Amp模型1) 差動(dòng)放大器(Differential Amplifier)：這個(gè)放大器的輸出與輸入訊號(hào)間的差異成 正比。2) 增益/頻率反應(yīng)：一個(gè)濾波器根據(jù)頻率改變訊號(hào)的強(qiáng)度或相位特性。過濾器的頻域行為可以用傳輸函數(shù)或網(wǎng)路函數(shù)，以數(shù)學(xué)加以描述。傳輸函數(shù)H(s)描述為輸出值和輸入訊號(hào)間的比率。H(s) = Vout(s) / Vin(s)其中，Vout(s)和Vin(s)是輸出及輸入電壓訊號(hào)，s是頻率複變數(shù)(complex f

15、reque ncy variable。傳輸函數(shù)的強(qiáng)度稱為振幅響應(yīng)(amplitude respons，或在無線電應(yīng)用中稱為頻率響 應(yīng)。3)輸出緩衝(Output Buffer)反相放大器(Inverting Amplifier)：反相很簡單，它只是掉換輸入訊號(hào)的極性。舉例 來說，如果進(jìn)入放大器的電壓為正，當(dāng)它輸出時(shí)就變成負(fù)。計(jì)算反相放大器的增益：(Vs - V1)/R1 = (V - Vo)/R2 因?yàn)?V1 = V = 0 (Virtual ground) Vs/R1 = -Vo/R2Gai n = Vo/Vs=-R2/R1非反相放大器(Non-lnverting Amplifier)：放大

16、器的增益(gain)由R1和R2的比例來 決定。圖11.基本非反相放大器計(jì)算非反相放大器的增益:VoR1 = (VsR1 +VsR2) (Vo - Vs) R1 = VsR2 (Vo/Vs) - 1 = (R2/R1)Gain 1 = (R2/R1)Ga in = 1 + (R2/R1) 其中 Gain = Vo/Vs附註：National Instrument提供的所有資料擷取（DAQ）產(chǎn)品都有內(nèi)建放大器類比RC濾波器RC低通濾波器（Low Pass Filte：在類比訊號(hào)中削弱高頻元件的常用電路是 RC低 通濾波器。檢視以下的圖表，其中 Vin是施加之電壓，經(jīng)過C1的電壓Vout則是 輸出。R1outRC低通濾波器將低頻及DC訊號(hào)傳送給輸出，但是阻擋高頻訊號(hào)。這可能是想 要的效果，也可能不是。即使你並沒有料想到，仍可得到這個(gè)電路的等式。舉例來說，C可能是數(shù)位萬用電表(DMM)、示波器等設(shè)備的輸入電容。這個(gè)範(fàn)例中的 R可能是受測(cè)設(shè)備(DUT) 的來源電阻。DUT必須隨著訊號(hào)改變而將C充電及放電。當(dāng)變化的頻率提高時(shí)， 最後C的阻抗會(huì)變成低於R,並且開始使訊號(hào)減弱。Vout的值等於Vin的0.707 時(shí)的頻率被定義為-