工程师应该掌握的20个模拟电路(详细分析及参考答案)

一、桥式整流电路1二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。伏安特性曲线;理想开关模型和恒压降模型：理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为0.7V，锗管0.5V2桥式整流电流流向过程：当u2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而夺极管Vd3和Vd4截止，负载RL是的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压；在u2的负半周，u2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压。3计算:Vo,Io,二极管反向电压Uo=0.9U2,Io=0.9U2/RL,URM=√2U2二.电源滤波器1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。波形形成过程：输出端接负载RL时，当电源供电时，向负载提供电流的同时也向电容C充电，充电时间常数为τ充=（Ri∥RLC）≈RiC,一般Ri〈〈RL,忽略Ri压降的影响，电容上电压将随u2迅速上升，当ωt=ωt1时，有u2=u0,此后u2低于u0，所有二极管截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RLC，放电时间慢，u0变化平缓。当ωt=ωt2时，u2=u0,ωt2后u2又变化到比u0大，又开始充电过程，u0迅速上升。ωt=ωt3时有u2=u0，ωt3后，电容通过RL放电。如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，RL上的电压波动大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。2计算:滤波电容的容量和耐压值选择电容滤波整流电路输出电压Uo在√2U2~0.9U2之间，输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小。电容容量RLC≧（3~5）T/2其中T为交流电源电压的周期。实际中，经常进一步近似为Uo≈1.2U2整流管的最大反向峰值电压URM=√2U2，每个二极管的平均电流是负载电流的一半。三.信号滤波器1信号滤波器的作用:把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。与电源滤波器的区别和相同点：两者区别为：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。相同点：都是用电路的幅频特性来工作。2LC串联和并联电路的阻抗计算:串联时，电路阻抗为Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC)并联时电路阻抗为Z=1/jωC∥(R+jωL)=考滤到实际中，常有RωL,所以有Z≈幅频关系和相频关系曲线：3画出通频带曲线：计算谐振频率：fo=1/2π√LC四.微分电路和积分电路1电路的作用：积分电路：1.延迟、定时、时钟2.低通滤波3.改变相角（减）积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。微分电路：1.提取脉冲前沿2.高通滤波3.改变相角（加）微分电路是积分电路的逆运算，波形变换。微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波。与滤波器的区别和相同点：原理相同，应用场合不同。2微分和积分电路电压变化过程分析,在图4-17所示电路中，激励源为一矩形脉冲信号，响应是从电阻两端取出的电压，即，电路时间常数小于脉冲信号的脉宽，通常取。图4-17微分电路图因为t0时，，而在t=0时，突变到，且在0tt1期间有：，相当于在RC串联电路上接了一个恒压源，这实际上就是RC串联电路的零状态响应：。由于，则由图4-17电路可知。所以，即：输出电压产生了突变，从0V突跳到。因为，所以电容充电极快。当时，有，则。故在期间内，电阻两端就输出一个正的尖脉冲信号，如图4-18所示。在时刻，又突变到0V，且在期间有：=0V，相当于将RC串联电路短接，这实际上就是RC串联电路的零输入响应状态：。由于时，，故。因为，所以电容的放电过程极快。当时，有，使，故在期间，电阻两端就输出一个负的尖脉冲信号，如图4-18所示。图4-18微分电路的ui与uO波形由于为一周期性的矩形脉冲波信号，则也就为同一周期正负尖脉冲波信号，如图4-18所示。尖脉冲信号的用途十分广泛，在数字电路中常用作触发器的触发信号；在变流技术中常用作可控硅的触发信号。这种输出的尖脉冲波反映了输入矩形脉冲微分的结果，故称这种电路为微分电路。微分电路应满足三个条件：①激励必须为一周期性的矩形脉冲；②响应必须是从电阻两端取出的电压；③电路时间常数远小于脉冲宽度，即。在图4-19所示电路中，激励源为一矩形脉冲信号，响应是从电容两端取出的电压，即，且电路时间常数大于脉冲信号的脉宽，通常取。因为时，，在t=0时刻突然从0V上升到时，仍有，故。在期间内，，此时为RC串联状态的零状态响应，即。由于，所以电容充电极慢。当时，。电容尚未充电至稳态时，输入信号已经发生了突变，从突然下降至0V。则在期间内，，此时为RC串联电路的零输入响应状态，即。由于，所以电容从处开始放电。因为，放电进行得极慢，当电容电压还未衰减到时，又发生了突变并周而复始地进行。这样，在输出端就得到一个锯齿波信号，如图4-20所示。锯齿波信号在示波器、显示器等电子设备中作扫描电压。由图4-20波形可知：若越大，充、放进行得越缓慢，锯齿波信号的线性就越好。从图4-20波形还可看出，是对积分的结果，故称这种电路为积分电路。RC积分电路应满足三个条件：①为一周期性的矩形波；②输出电压是从电容两端取出；③电路时间常数远大于脉冲宽度，即。图4-19积分电路图画出变化波形图.3计算:时间常数：RC电压变化方程：积分：Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Uo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫Uidt微分：iF=iC=Cdui/dtUo=-iFR=-RCdui/dt电阻和电容参数的选择：五.共射极放大电路1三极管的结构,三极管各极电流关系：Ie=Icn+Ibn=Ic+IbIc=Icn+Icbo≈βIbIb=Ibn-Icbo特性曲线：共发射极输入特性曲线共发射极输出特性曲线放大条件：发射结正偏（大于导通电压），集电极反向偏置2元器件的作用：UCC为直流电源（集电极电源），其作用是为整个电路提供能源，保证三极管发射结正向偏置，集电结反向偏置。Rb为基极偏置电阻，作用是为基极提供合适的偏置电流。Rc为集电极负载电阻，作用是将集电极电流的变化转换成电压的变化。晶体管V具有放大作用，是放大器的核心。必须保证管子工作在放大状态。电容C1C2称为隔直电容或耦合电容，作用是隔直流通交流，即保证信号正常流通的情况下，使交直流相互隔离互不影响。电路的用途：将微弱的电信号不失真（或在许可范围内）地加以放大，把直流电能转化成交流电能。电压放大倍数：电压增益用Au表示，定义为放大器输出信号电压有效值与输入信号电压有效值的比值，即Au=Uo/Ui。Uo与信号源开路电压Us之比称为考虑信号源内阻时的电压放大倍数，记作Aus，即Aus=Uo/Us。根据输入回路可得Ui=Usri/(rs+ri)，因此二者关系为Aus=Auri/(rs+ri)输入输出的信号电压相位关系：输出电压与输入信号电压波形相同，相位相差180o，并且输出电压幅度比输入电压大。交流和直流等效电路图：3静态工作点的计算：基极电流IBQ=UCC-UBE/Rb（UBE=0.6~0.8V取0.7VUBE=0.1~0.3V取0.2V）集电极电流ICQ=βIBQ，UCEQ=UCC-ICQRc。电压放大倍数的计算：输入电压Ui=Ibrbe输出电压Uo=--βIbR`L(R`L=RcRL/Rc+RL)电压放大倍数Au=--βR`L/rbe=--βRCRL/rbe(RC+RL)六.分压偏置式共射极放大电路1元器件的作用:CE为旁通电容，交流短路R4。RB1RB2为基极偏置电阻，作用是为基极提供合适的偏置电流。电路的用途：既有电压增益，也有电流增益，应用最广，常用作各种放大器的主放大级。电压放大倍数：输入交流电压Ui=Ibrbe输出交流电压为Uo=--Ic(RC∥RL)=--βIb(RC∥RL)故得电压放大倍数Au=--β(RC∥RL)/rbe=--βR`L/rbe式中R`L=RC∥RLrbe=rbbˊ+(1+β)26mV/IEQ输入输出的信号电压相位关系:输出电压与输入信号电压波形相同，相位相差180o，并且输出电压幅度比输入电压大。交流和直流等效电路图:2电流串联负反馈过程分析:负反馈对参数的影响:RE的负反馈使得输出随输入的变化受到抑制，导致Au减小，输入电阻增大。3静态工作点的计算:UB=RB2UCC/(RB1+RB2)ICQ≈IEQ=UB-UBEQ/REUCEQ=UCC-ICQ(RC+RE)电压放大倍数的计算:Au=--β(RC∥RL)/rbe=--βR`L/rbe源电压放大倍数Aus=AuRi/(Rs+Ri)Ri=RB1∥RB2∥rbe4受控源等效电路分析:发射极接电阻时的交流等效电路电流放大倍数Ai流过RL的电流Io和输入电流Ii分别为Io=IcRc/Rc+RL=βIbRc/Rc+RLIi=Ib(RB+rbe)/RB式中RB=RB1∥RB2，由此可得Ai=Io/Ii=βRBRc/(RB+rbe)(RC+RL)若满足RBrbe,RLRc,则Ai≈β输入电阻Ri=Ui/Ii=RB∥rbe若RBrbe,则Ri≈rbe输出电阻Ro=Uo/Io│Us=0=Rc源电压放大倍数Aus,定义为输出电压Uo与信号源电压Us的比值，即Aus=AuRi/(Rs+Ri)若满足RiRs,则Aus≈Au若旁路电容CE开路时的情况，旁路电容CE开路，发射极接有电阻RE，此时直流通路不变，静态点不变，Ui=Ibrbe+(1+β)IbRE,Uo仍为-βIbR`L,电压放大倍数将变为Au=Uo/Ui=-βR`L/rbe+(1+β)RE,对比知放大倍数减小了，因为RE的自动调节作用，使得输出随输入变化受到抑制，导致Au减小。当(1+β)RErbe,则有Au≈-R`L/RE,与此同时，从b极看去的输入电阻R`L（不包括Rb1Rb2）变为R`L=Ui/Ib=rbe+(1+β)RE,即射极电阻RE折合到基极支路应扩大(1+β)倍，因此，放大器的输入电阻Ri=Rb1∥Rb2∥R`i，输入电阻明显增大了。七.共集电极放大电路(射极跟随电路)1元器件的作用：R2为反馈电阻，能稳定静态工作点。电路的用途,：常作为多级放大电路的输入电路的输入级、输出级、中间缓冲级，功率放大电路中，常作推挽输出级。电压放大倍数：Uo=Ie(Re∥RL)=(1+β)IbR`eUi=Ibrbe+Uo=Ibrbe+(1+β)IbR`eAu=(1+β)R`e/[rbe+(1+β)R`e]输入输出的信号电压相位关系：输出电压与输入电压同相。交流和直流等效电路图：电路的输入和输出阻抗特点：输入电阻高，输出电阻低。2电流串联负反馈过程分析：在输入电压Ui一定时，某种原因（如负载电阻变小）使输出电流Io增大，则反馈信号Uf增大，从而使运放的净输入信号Ud减小，使输出电压Uo减小，使Io减小，从而抑制了Io的增大。过程可表示为：RL↓→Io↑→Uf↑→Ud↓→Uo↓→Io↓电流负反馈放大具有恒流源的性质。负反馈对电路参数的影响：提高放大倍数的稳定性，稳定输出电流，展宽通频带，减小非线性失真抑制干扰噪声，串联负反馈使输入电阻增大，电流负反馈使输出电阻增大。3静态工作点的计算：UB≈RB2UCC/RB1+RB2ICQ≈IEQ=UB-UBEQ/REIBQ=ICQ/β,UCEQ=UCC-ICQRe电压放大倍数的计算：Uo=Ie(Re∥RL)=(1+β)