詳解20個(gè)工程師需要掌握的模擬電路

橋式整流電路

二極管的單向?qū)щ娦裕憾O管的PN結(jié)加正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)。其伏安特性曲線，如下圖。

理想開關(guān)模型和恒壓降模型：理想模型指的是在二極管正向偏置時(shí)，其管壓降為0，而當(dāng)其反向偏置時(shí)，認(rèn)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(dāng)二極管導(dǎo)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(dāng)u2是正半周期時(shí)，二極管Vd1和Vd2導(dǎo)通；而二極管Vd3和Vd4截止，負(fù)載RL的電流是自上而下流過負(fù)載，負(fù)載上得到了與u2正半周期相同的電壓。在u2的負(fù)半周，u2的實(shí)際極性是下正上負(fù)，二極管Vd3和Vd4導(dǎo)通而Vd1和Vd2截止，負(fù)載RL上的電流仍是自上而下流過負(fù)載，負(fù)載上得到了與u2正半周期相同的電壓。電源濾波器

電源濾波的過程分析：電源濾波是在負(fù)載RL兩端并聯(lián)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(fù)載兩端的電壓也不會(huì)突變，使輸出電壓得以平滑，達(dá)到濾波的目的。波形形成過程

輸出端接負(fù)載RL，當(dāng)電源供電時(shí)，向負(fù)載提供電流的同時(shí)也向電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)：τ=(Ri∥RL·C)≈Ri·C

一般Ri遠(yuǎn)小于RL，忽略Ri壓降的影響，電容上電壓將隨u2迅速上升。當(dāng)ωt=ωt1時(shí)，有u2=u0，此后u2低于u0，所有二極管截止，這時(shí)電容C通過RL放電，放電時(shí)間常數(shù)為RLC，放電時(shí)間慢，u0變化平緩。當(dāng)ωt=ωt2時(shí)，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(dāng)ωt=ωt3時(shí)，有u2=u0，ωt3后，電容通過RL放電。如此反復(fù)，周期性充放電。由于電容C的儲(chǔ)能作用，RL上的電壓波動(dòng)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(dòng)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(shí)間常數(shù)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(shí)際中，經(jīng)常進(jìn)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(gè)二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半。信號(hào)濾波器

信號(hào)濾波器的作用：把輸入信號(hào)中不需要的信號(hào)成分衰減到足夠小的程度，但同時(shí)必須讓有用信號(hào)順利通過。與電源濾波器的區(qū)別和相同點(diǎn)區(qū)別：信號(hào)濾波器用來過濾信號(hào)，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(wěn)定；交流電源則是只允許某一特定的頻率通過。

相同點(diǎn)：都是用電路的幅頻特性來工作。LC串聯(lián)和并聯(lián)電路的阻抗計(jì)算串聯(lián)時(shí)，電路阻抗為：Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC)

并聯(lián)時(shí)，電路阻抗為：

考慮到實(shí)際中，常有R<<ωL，所以有：

幅頻關(guān)系和相頻關(guān)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(zhuǎn)換為尖脈沖波，主要用于脈沖電路、模擬計(jì)算機(jī)和測量儀器中，以獲取蘊(yùn)含在脈沖前沿和后沿中的信息，例如提取時(shí)基標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等。

積分電路使輸入方波轉(zhuǎn)換成三角波或者斜波，主要用于波形變換、放大電路失調(diào)電壓的消除及反饋控制中的積分補(bǔ)償?shù)葓龊稀Ｆ渲饕猛居校涸陔娮娱_關(guān)中用于延遲；波形變換；A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r(shí)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(jié)構(gòu)簡單，具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，輸入和輸出電阻適中，但工作點(diǎn)不穩(wěn)定，一般用在溫度變化小，技術(shù)要求不高的情況下。

特點(diǎn)：輸入信號(hào)和輸出信號(hào)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(jí)。共射極放大器的集電極跟零電位點(diǎn)之間是輸出端，接負(fù)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(tài)之一。三種組態(tài)分別為：共射，共集，和共基。

其中共集組態(tài)具有電流放大作用。輸入電阻最高，輸出電阻最小。共基組態(tài)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(tài)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(tài)多用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)或輸出級(jí)或緩沖級(jí)。共基組態(tài)常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場合。而共射組態(tài)常用于放大電路的中間級(jí)。共集電極放大電路

共集電極放大電路(射級(jí)跟隨器)，如下圖所示。

共集電極放大電路是從發(fā)射極輸出信號(hào)的，信號(hào)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(diǎn)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(wǎng)絡(luò)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(hào)作用的過程。放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)隨溫度的變化而上下波動(dòng)，其放大倍數(shù)不穩(wěn)定，為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，可采用分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，在電路中引入一個(gè)直流電流負(fù)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(lián)負(fù)反饋。二極管穩(wěn)壓電路

二極管穩(wěn)壓電路，如下圖。

穩(wěn)壓二極管，是指利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。

穩(wěn)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(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。串聯(lián)穩(wěn)壓電路

串聯(lián)穩(wěn)壓電路，如下圖。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，除了變壓、整流、濾波外，穩(wěn)壓部分一般有四個(gè)環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓、比較放大器和取樣電路。

當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載變動(dòng)引起輸出電壓V0變化時(shí)，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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。

其產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調(diào)整管的基極電流，自動(dòng)地改變調(diào)整管集—射極間的電壓，補(bǔ)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(duì)稱性的特點(diǎn)，此特點(diǎn)可以起到穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用，被廣泛用于直接耦合電路和測量電路的輸入級(jí)。

差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信號(hào)，由于其電路的對(duì)稱性，當(dāng)兩輸入端所接信號(hào)大小相等、極性相反時(shí)，稱為差模輸入信號(hào)；當(dāng)兩輸入端所接信號(hào)大小相等、極性相同時(shí)，稱為共模信號(hào)。通常我們將要放大的信號(hào)作為差模信號(hào)進(jìn)行輸入，而將由溫度等環(huán)境因素對(duì)電路產(chǎn)生的影響作為共模信號(hào)進(jìn)行輸入，因此我們最終的目的，是要放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。

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(duì)于不同的輸入信號(hào)有不同的作用，對(duì)于共模信號(hào)起到很強(qiáng)的抑制作用，而對(duì)差模信號(hào)起到放大作用，并且電路的放大能力與輸出方式有關(guān)。場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)管放大電路，如下圖。

場效應(yīng)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(yīng)管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點(diǎn)。

場效應(yīng)管的3個(gè)電極，即柵極、源極和漏極分別相當(dāng)于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極。

MOS管能工作在放大區(qū)，而且很常見。做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等，都是利用MOS管工作在放大區(qū)。由于MOS管的特性，當(dāng)溝道處于似通非通時(shí)，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無窮大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。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(tǒng)的前端，放大的信號(hào)幅度小、頻率高，亦稱高頻小信號(hào)諧振放大器或帶通放大器。運(yùn)算放大電路

運(yùn)算放大電路如下圖。

電路中的運(yùn)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(lián)的偏置電阻決定，這個(gè)電阻可以用得很大；反相輸入時(shí)，由于有反饋電阻并聯(lián)于反相端與輸出端之間，這個(gè)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(yùn)算放大電路

差分輸入運(yùn)算放大電路，如下圖。

輸出電壓與運(yùn)放兩端的輸入電壓差成比例，能實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。常用作減法運(yùn)算以及測量放大器。電壓比較器

電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)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(tài)電壓比較器等。

電壓比較器它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。RC振蕩電路

采用RC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(chǎn)生1Hz~1MHz的低頻信號(hào)。電路由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便。根據(jù)RC選頻網(wǎng)絡(luò)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(diào)諧電路，是包含一個(gè)電感（用字母L表示）和一個(gè)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(xué)模擬），儲(chǔ)存電路共振時(shí)振蕩的能量。

LC電路既用于產(chǎn)生特定頻率的信號(hào)，也用于從更復(fù)雜的信號(hào)中分離出特定頻率的信號(hào)。它們是許多電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件，特別是無線電設(shè)備，用于振蕩器、濾波器、調(diào)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(jié)晶體按一定的方向切割成很薄的晶片，再將晶片兩個(gè)對(duì)應(yīng)的表面拋光和涂敷銀層，并作為兩個(gè)極引出管腳，加以封裝，就構(gòu)成石英晶體諧振器。它具有非常穩(wěn)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(dāng)尺寸之后才能使用。為得到