电子基础知识

除电阻外，电容（Capacitor）是第二种最常用的元件。电容的主要物理特征是储存电荷。由于电荷的储存意味着能的储存，因此也可说电容器是一个储能元件，确切的说是储存电能。两个平行的金属板即构成一个电容器。电容也有多种多样，它包括固定电容，可变电容，电解电容，瓷片电容，云母电容，涤纶电容，钽电容等，其中钽电容特别稳定。电容有固定电容和可变电容之分。固定电容在电路中常常用来做为耦合，滤波，积分，微分，与电阻一起构成RC充放电电路，与电感一起构成LC振荡电路等。可变电容由于其容量在一定范围内可以任意改变，所以当它和电感一起构成LC回路时，回路的谐振频率就会随着可变电容器容量的变化而变化。一般接受机电路就是利用这样一个原理来改变接收机的接收频率的。电感是用线圈制作的，它的作用多是扼流滤波和滤除高频杂波，它的外形有很多种：有的像电阻、有的像二极管、有的一看上去就是线圈。通常只有像电阻的那种电感才能读出电感值，因为只有这种有色环，其它的就没有了。贴片电感的外形和数字标识型贴片电阻是一样的，只是它没有数字，取而代之的是一个小圆圈。由于电感的使用数量不是太多，故大家只要了解一下就行了。另外在一定意义上说各种变压器其实都是由电感器组成的。20W单端纯甲类功放概述：20W单端纯甲类功放电路图，电路十分简单，所用元件很少。符合“简洁至上”的原则,用料普通，易于仿制。最近，好友赠送一幅20W单端纯甲类功放电路图，电路十分简单，所用元件很少。符合“简洁至上”的原则,用料普通，易于仿制，看到好多的发烧友对单端纯甲类功放感兴趣，不敢独享，特撰写此文，与广大的音响发烧友交流。原理图如下所示电路原理和设计思路，整机电路可以分为四部分：输入级:核心电路是由两只BC559组成的差分放大电路，22K对地电阻为三极管的偏置电阻，它的大小同时决定了整个功放的输入电阻。8.2K电阻是差分对管的公共发射极电阻，决定了差分电路的共模抑制比和本级的静态工作电流。经过输入级放大的电流在流经1K可调电阻时产生的电压信号，直接输送到下一级。1UF电容是整机的输入电容，其容量的大小和制造材料对音质的影响很大。根据理论计算，1UF的电容与输入电阻22K组成了一个高通滤波电路，它的低端转折频率可以用下式计算：f=1000/(2*3.14*22*1)=7.2HZ。（在过去将放大器的低端频响定位在20HZ时，还是可接受以的。现在数码音源大行其道的今天，看来还是高了一些，低端转折频率定在1HZ以下还是可以接受的。）由于该电容的重要性，一定要选择品质优良的进口音频专用耦合电容，在国产的电容中，新德克的品牌还是值得信任的，经过笔者和朋友的试用，效果令人满意，只是体积稍大了些，在设计电路板时要考虑是否能安装得下。8.2K电阻决定了输入级的晶体管静态工作电流，可以由下式进行估算(两管值）：VCC/8.2K=20/8.2=2.4MA。由于输入级的晶体管静态工作电流对音质有较大的影响，可以调整该电阻的大小来满足自己的要求。（晶体管静态工作电流小，信噪比高，但是音质发干，低音单薄。如果电流大一些，音质温暖，低音厚实，但是晶体管特有的高频噪声和反映在音频内的电流声也会增加，使信噪比下降。本机取2.4MA还是比较合适的。电压放大级：为了简化电路，本机使用一只三极管BD139，采用共射放大电路，还采用了自举电路。本级的静态电流可以由下式进行估算：VCC/（1.5k+1.5k)=6.8MA。100P的小电容是做频率补偿用的，容量要尽可能的小，如果没有高频自激，可以不用。（当然由于这个小电容的存在对音质有微妙的调节作用，具体怎样处理，看自己的喜好了。为了保证大信号输出时的幅度特性和线性，同时又不增加太多的元件，本机采用了自举电路，由100UF电容和两个1.5K电阻的分压电路组成。在音响界对于自举电路的批评较多，认为它是一种正反馈，对音质的负面影响较大。由于本电路的出道年代较早，设计前提是“简洁至上”，也许在这里考虑的不是那么全面。输出级：在原理图的上部的两只MJE2955和周边的元件组成了单端纯甲类放大电路，下半部分以两只MJE2955为核心组成了大电流恒流源电路。其恒流电流值就是输出级的静态电流。可以根据下式估算：0.65/0.25=2.6A。（其中的0.65V是硅三极管的发射结的PN结正向导通压降）通过改变0.25电阻阻值的大小可以调整输出级的功放管静态工作电流。本电路中，要求在8欧负载上有20W的纯甲类输出，2.6A这个电流显得有点大了，实际上有公式可以估算：P=2*I*I*RL，这样一来有大约为1.1A就可以满足设计要求，但是我们的扬声器的阻抗并不是象纯电阻一样保持不变的，有时候在特定的频率和极端的情况下，阻抗可能会降得很低。按照电路的设计如果使用4欧的负载，输出40W的纯甲类也是完全能达到！仅仅这种设计的科学态度和严谨的思路是值得我们学习的。扬声器阻抗补偿电路：因为我们采用的扬声器是感性负载，为了使放大器的负载接近纯电阻，在功放的输出端对地一般都有电阻和电容串联的补偿电路，其电阻的阻值和扬声器的标称阻抗相当，电容的取值为0.1UF-0.22UF，这里不再详述。安装调试注意事项：电源部分：由于纯甲类单端功放的共模抑制能力很差，又加之本机的静态电流很大，因此对电源的要求很高，最好采用电感滤波电路，但是对于电感的制作和应用后产生的电磁干扰的处理都很让人头痛，采用稳压电路也是很好的选择，只是成本和散热问题也来了，还是忍痛舍弃吧。最终不得已选择了电容滤波电路，变压器的容量要在1000W以上，次级电压为四线并绕的四组15-18V，电流容量在10A以上，两两串联成两组双电压，分别供给左右声道，整流全桥要选择电流25A以上的，耐压不必太高有200V就足够了。滤波电容的容量每声道正负电源每边不得小于2.2万UF，当然是越大越好了，不过要注意最好用多个小容量的电容并联起来，达到所要求的容量，至于要并联小容量的高频特性好的无极性电容更是必须的。虽然成本增加了，但是效果可是好多了，好在25V的电解电容的价格较低。因为“在好的功放里，电源的成本要占一半！”笔者十分欣赏这个观点。如果采用双单声道设计，从变压器--整流滤波电路--放大电路--输出，各自都是独立的就更好了。制作、调试：正是由于电路简洁，所以音质几乎就是由原器件的特性所决定的。图中标示的晶体管，现在看来已经不太发烧了，读者可以根据现在的流行趋势进行代换。由于电路的发热量较高，要求元件的可靠性一定要高，电阻一律选用1/2W的金属膜电阻，所用电容由于用量较少，一定要选用精品。只要原器件的质量和焊接技术能够保证，整机的调试十分简单，通电前先把1K的可调电阻置于中间位置，在通电以后，调整该电阻使输出端对地电位尽量接近0V即可，其余都由电路和原器件保证。保持空载半小时以上，观察散热器的温度不太高，其他元件无异常，复测输出端电位不是太大，就可以投入使用了。由于功放的元件还需要老化，可能你要听到靓声，还需要一段很长时间的煲机过程。本文中没有涉及保护电路，为了保护您昂贵的扬声器系统，强烈建议加装安全可靠的喇叭保护电路[RF专页]阻抗匹配原理阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间，等等。例如，扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配，不匹配时，扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗，扩音机就处于过载状态，其末级功率放大管很容易损坏。反之，如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多，会引起输出电压升高，同样不利于扩，音机的工作，声音还会产生失真。因此扩音机电路的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。又例如，无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致，发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来，产生驻波，严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件，由它们所组成的电路称为电抗电路，其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分析。1．纯电阻电路在中学物理电学中曾讲述这样一个问题：把一个电阻为R的用电器，接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上（见图1），在什么条件下电源输出的功率最大呢？当外电阻等于内电阻时，电源对外电路输出的功率最大，这就是纯电阻电路的功率匹配。假如换成交流电路，同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。2．电抗电路电抗电路要比纯电阻电路复杂，电路中除了电阻外还有电容和电感。元件，并工作于低频或高频交流电路。在交流电路中，电阻、电容和电感对交流电的阻碍作用叫阻抗，用字母Z表示。其中，电容和电感对交流电的阻碍作用，分别称为容抗及和感抗而。容抗和感抗的值除了与电容和电感本身大小有关之外，还与所工作的交流电的频率有关。值得注意的是，在电抗电路中，电阻R，感抗而与容抗双的值不能用简单的算术相加，而常用阻抗三角形法来计算（见图2）。因而电抗电路要做到匹配比纯电阻电路要复杂一些，除了输人和输出电路中的电阻成分要求相等外，还要求电抗成分大小相等符号相反（共轭匹配）；或者电阻成分和电抗成分均分别相等（无反射匹配）。这里指的电抗X即感抗XL和容抗XC之差（仅指串联电路来讲，若并联电路则计算更为复杂）。满足上述条件即称为阻抗匹配，负载即能得到最大的功率．阻抗匹配的关键是前级的输出阻抗与后级的输人阻抗相等。而输人阻抗与输出阻抗广泛存在于各级电子电路、各类测量仪器及各种电子元器件中。那么什么是输人阻抗和输出阻抗呢？输人阻抗是指电路对着信号源讲的阻抗。如图3所示的放大器，它的输人阻抗就是去掉信号源E及内电阻r时，从AB两端看进去的等效阻抗。其值为Z=UI／I1，即输人电压与输人电流之比。对于信号源来讲，放大器成为其负载。从数值上看，放大器的等效负载值即为输人阻抗值。输人阻抗值的大小，对于不同的电路要求不一样。例如：万用表中电压挡的输人阻抗（称为电压灵敏度）越高，对被测电路的分流就越小，测量误差也就小。而电流挡的输人阻抗越低，对被测电路的分压就越小，因而测量误差也越小。对于功率放大器，当信号源的输出阻抗与放大电路的输人阻抗相等时即称阻抗匹配，这时放大电路就能在输出端获得最大功率。输出阻抗是指电路对着负载讲的阻抗。如图4中，将电路输人端的电源短路，输出端去掉负载后，从输出端CD看进去的等效阻抗称为输出阻抗。如果负载阻抗与输出阻抗不相等，称阻抗不匹配，负载就不能获得最大的功率输出。输出电压U2和输出电流I2之比即称为输出阻抗。输出阻抗的大小视不同的电路有不同的要求。例如：电压源要求输出阻抗要低，而电流源的输出阻抗要高。对于放大电路来讲，输出阻抗的值表示其承担负载的能力。通常输出阻抗小，承担负载的能力就强。如果输出阻抗与负载不能匹配时，可加接变压器或网络电路来达到匹配。例如：晶体管放大器与扬声器之间通常接有输出变压器，放大器的输出阻抗与变压器的初级阻抗相匹配，变压器的次级阻抗与扬声器的阻抗相匹配。而变压器通过初次级绕组的匝数比来变换阻抗比。在实际的电子电路中，常会遇到信号源与放大电路或放大电路与负载的阻抗不相等的情况，因而不能把它们直接相连。解决的办法是在它们之间加人一个匹配电路或匹配网络。最后要说明一点，阻抗匹配仅适用于电子电路。因为电子电路中传输的信号功率本身较弱，需用匹配来提高输出功率。而在电工电路中一般不考虑匹配，否则会导致输出电流过大，损坏用电器。电子管基本电子管一般有三个极,一个阴极(K)用来发射电子,一个阳极(A)用来吸收阴极所发射的电子,一个栅极(G)用来控制流到阳极的电子流量