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1、如何看懂電路圖2電源電路單元前面介紹了電路圖中的元器件的作用和符號(hào)。一張電路圖通常有幾十乃至幾百個(gè)元器件,它們的連線縱橫交叉,形式變化多端,初學(xué)者往往不知道該從什么地方開(kāi)始,怎樣才能讀懂它。其實(shí)電子電路本身有很強(qiáng)的規(guī)律性,不管多復(fù)雜的電路,經(jīng)過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn),它是由少數(shù)幾個(gè)單元電路組成的。好象孩子們玩的積木,雖然只有十來(lái)種或二三十種塊塊,可是在孩子們手中卻可以搭成幾十乃至幾百種平面圖形或立體模型。同樣道理,再?gòu)?fù)雜的電路,經(jīng)過(guò)分析就可發(fā)現(xiàn),它也是由少數(shù)幾個(gè)單元電路組成的。因此初學(xué)者只要先熟悉常用的基本單元電路,再學(xué)會(huì)分析和分解電路的本領(lǐng),看懂一般的電路圖應(yīng)該是不難的。按單元電路的功能可以把它們分成
2、若干類,每一類又有好多種,全部單元電路大概總有幾百種。下面我們選最常用的基本單元電路來(lái)介紹。讓我們從電源電路開(kāi)始。一、電源電路的功能和組成每個(gè)電子設(shè)備都有一個(gè)供給能量的電源電路。電源電路有整流電源、逆變電源和變頻器三種。常見(jiàn)的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。直流電源的最簡(jiǎn)單的供電方法是用電池。但電池有成本高、體積大、需要不時(shí)更換(蓄電池則要經(jīng)常充電)的缺點(diǎn),因此最經(jīng)濟(jì)可靠而又方便的是使用整流電源。電子電路中的電源一般是低壓直流電,所以要想從220伏市電變換成直流電,應(yīng)該先把220伏交流變成低壓交流電,再用整流電路變成脈動(dòng)的直流電,最后用濾波電路濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分后才能得到直流電。有的電子
3、設(shè)備對(duì)電源的質(zhì)量要求很高,所以有時(shí)還需要再增加一個(gè)穩(wěn)壓電路。因此整流電源的組成一般有四大部分,見(jiàn)圖1。其中變壓電路其實(shí)就是一個(gè)鐵芯變壓器,需要介紹的只是后面三種單元電路。交盤(pán) T 燦H整修擅t-不粕壓汽/7XL境跟橫田口潼二、整流電路整流電路是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動(dòng)直流電的電路。(1)半波整流半波整流電路只需一個(gè)二極管,見(jiàn)圖2(a)。在交流電正半周時(shí)VD導(dǎo)通,負(fù)半周時(shí)VD截止,負(fù)載R上得到的是脈動(dòng)的直流電(2)全波整流全波整流要用兩個(gè)二極管,而且要求變壓器有帶中心抽頭的兩個(gè)圈數(shù)相同的次級(jí)線圈,見(jiàn)圖2(b)。負(fù)載RL上得到的是脈動(dòng)的全波整流電流,輸出電壓比半波整流電路
4、高。(3)全波橋式整流用4個(gè)二極管組成的橋式整流電路可以使用只有單個(gè)次級(jí)線圈的變壓器,見(jiàn)圖2(c)。負(fù)載上的電流波形和輸出電壓值與全波整流電路相同。(4)倍壓整流用多個(gè)二極管和電容器可以獲得較高的直流電壓。圖2(d)是一個(gè)二倍壓整流電路。當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)VD1導(dǎo)通,C1被充電,C1上最高電壓可接近1.4U2;當(dāng)U2正半周時(shí)VD2導(dǎo)通,C1上的電壓和U2疊加在一起對(duì)C2充電,使C2上電壓接近2.8U2,是C1上電壓的2倍,所以叫倍壓整流電路。三、濾波電路整流后得到的是脈動(dòng)直流電,如果加上濾波電路濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分,就可得到平滑的直流電。(1)電容濾波把電容器和負(fù)載并聯(lián),如圖3(a),正半
5、周時(shí)電容被充電,負(fù)半周時(shí)電容放電,就可使負(fù)載上得到平滑的直流電。(2)電感濾波把電感和負(fù)載串聯(lián)起來(lái),如圖3(b),也能濾除脈動(dòng)電流中的交流成分。(3)L、C濾波用1個(gè)電感和1個(gè)電容組成的濾波電路因?yàn)橄笠粋€(gè)倒寫(xiě)的字母“L,被稱為L(zhǎng)型,見(jiàn)圖3(c)。用1個(gè)電感和2個(gè)電容的濾波電路因?yàn)橄笞帜浮柏!?,被稱為兀型,見(jiàn)圖3(d),這是濾波效果較好的電路。(4)RC濾波電感器的成本高、體積大,所以在電流不太大的電子電路中常用電阻器取代電感器而組成RC濾波電路。同樣,它也有L型,見(jiàn)圖3(e);兀型,見(jiàn)圖3(f)。四、穩(wěn)壓電路交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化都會(huì)使整流電源的輸出電壓和電流隨之變動(dòng),因此要求較高
6、的電子電路必須使用穩(wěn)壓電源。(1)穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路用一個(gè)穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)的電路是最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路,見(jiàn)圖4(a)。圖中R是限流電阻。這個(gè)電路的輸出電流很小,它的輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值VZ。(2)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有放大和負(fù)反饋?zhàn)饔玫拇?lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的穩(wěn)壓電路。它的電路和框圖見(jiàn)圖4(b)、(c)。它是從取樣電路(R3、R4)中檢測(cè)出輸出電壓的變動(dòng),與基準(zhǔn)電壓(VZ)比較并經(jīng)放大器(VT2)放大后加到調(diào)整管(VT1)上,使調(diào)整管兩端的電壓隨著變化。如果輸出電壓下降,就使調(diào)整管管壓降也降低,于是輸出電壓被提升;如果輸出電壓上升,就使調(diào)整管管壓降也上升,于是輸出電壓被壓低,結(jié)果就使輸出電壓基
7、本不變。在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上發(fā)展成很多變型電路或增加一些輔助電路,如用復(fù)合管作調(diào)整管,輸出電壓可調(diào)的電路,用運(yùn)算放大器作比較放大的電路,以及增加輔助電源和過(guò)流保護(hù)電路等。(3)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路近年來(lái)廣泛應(yīng)用的新型穩(wěn)壓電源是開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源。它的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),本身功耗很小,所以有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn),但電路比較復(fù)雜。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源從原理上分有很多種。它的基本原理框圖見(jiàn)圖4(d)。圖中電感L和電容C是儲(chǔ)能和濾波元件, 二極管VD是調(diào)整管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)為L(zhǎng)、C濾波器提供電流通路的續(xù)流二極管。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的開(kāi)關(guān)頻率都很高,一般為幾幾十千赫,所以電感器的體積不很大,輸出電壓中的高次諧波也不多。它的基本工作
8、原理是:從取樣電路(R3、R4)中檢測(cè)出取樣電壓經(jīng)比較放大后去控制一個(gè)矩形波發(fā)生器。矩形波發(fā)生器的輸出脈沖是控制調(diào)整管(VT)的導(dǎo)通和截止時(shí)間的。如果輸出電壓U0因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變動(dòng)而降低,就會(huì)使矩形波發(fā)生器的輸出脈沖變寬,于是調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間增大,使L、C儲(chǔ)能電路得到更多的能量,結(jié)果是使輸出電壓U0被提升,達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。(4)集成化穩(wěn)壓電路近年來(lái)已有大量集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品問(wèn)世,品種很多,結(jié)構(gòu)也各不相同。目前用得較多的有三端集成穩(wěn)壓器,有輸出正電壓的CW7800系列和輸出負(fù)電壓的CW7900系列等產(chǎn)品。輸出電流從0.1A3A,輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、2
9、4V等多種。這種集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子,穩(wěn)壓電路的所有部分包括大功率調(diào)整管以及保護(hù)電路等都已集成在芯片內(nèi)。使用時(shí)只要加上散熱片后接到整流濾波電路后面就行了。外圍元件少,穩(wěn)壓精度高,工作可靠,一般不需調(diào)試。圖4(e)是一個(gè)三端穩(wěn)壓器電路。圖中C是主濾波電容,C1、C2是消除寄生振蕩的電容,VD是為防止輸入短路燒壞集成塊而使用的保護(hù)二極管。五、電源電路讀圖要點(diǎn)和舉例電源電路是電子電路中比較簡(jiǎn)單然而卻是應(yīng)用最廣的電路。拿到一張電源電路圖時(shí),應(yīng)該:先按“整流一濾波一穩(wěn)壓”的次序把整個(gè)電源電路分解開(kāi)來(lái),逐級(jí)細(xì)細(xì)分析。逐級(jí)分析時(shí)要分清主電路和輔助電路、主要元件和次要元件,弄清它們的作用和參數(shù)要求等。例如開(kāi)
10、關(guān)穩(wěn)壓電源中,電感電容和續(xù)流二極管就是它的關(guān)鍵元件。因?yàn)榫w管有NPN和PNP型兩類,某些集成電路要求雙電源供電,所以一個(gè)電源電路往往包括有不同極性不同電壓值和好幾組輸出。讀圖時(shí)必須分清各組輸出電壓的數(shù)值和極性。在組裝和維修時(shí)也要仔細(xì)分清晶體管和電解電容的極性,防止出錯(cuò)。熟悉某些習(xí)慣畫(huà)法和簡(jiǎn)化畫(huà)法。最后把整個(gè)電源電路從前到后全面綜合貫通起來(lái)。這張電源電路圖也就讀懂了。例1電熱毯控溫電路圖5是一個(gè)電熱毯電路。開(kāi)關(guān)在“1”的位置是低溫檔。220伏市電經(jīng)二極管后接到電熱毯,因?yàn)槭前氩ㄕ鳎姛崽簝啥怂拥氖羌s100伏的脈動(dòng)直流電,發(fā)熱不高,所以是保溫或低溫狀態(tài)。開(kāi)關(guān)扳到“2”的位置,220伏市電直接
11、接到電熱毯上,所以是高溫檔。例2高壓電子滅蚊蠅器圖6是利用倍壓整流原理得到小電流直流高壓電的滅蚊蠅器。220伏交流經(jīng)過(guò)四倍壓整流后輸出電壓可達(dá)1100伏,把這個(gè)直流高壓加到平行的金屬絲網(wǎng)上。網(wǎng)下放誘餌,當(dāng)蒼蠅停在網(wǎng)上時(shí)造成短路,電容器上的高壓通過(guò)蒼蠅身體放電把蠅擊斃。蒼蠅尸體落下后,電容器又被充電,電網(wǎng)又恢復(fù)高壓。這個(gè)高壓電網(wǎng)電流很小,因此對(duì)人無(wú)害。由于昆蟲(chóng)夜間有趨光性,因此如在這電網(wǎng)后面放一個(gè)3瓦熒光燈或小型黑光燈,就可以誘殺蚊蟲(chóng)和有害昆蟲(chóng)。例3實(shí)用穩(wěn)壓電源圖7是一個(gè)實(shí)用的穩(wěn)壓電源。輸出電壓39伏可調(diào),輸出電流最大100毫安。這個(gè)電路就是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路。要注意的是:整流橋的畫(huà)法和圖2(c
12、)不同,實(shí)際上它就是橋式整流電路。這個(gè)電路使用PNP型錯(cuò)管,所以輸出是負(fù)電壓,正極接地。用兩個(gè)普通二極管代替穩(wěn)壓管。任何二極管的正向壓降都是基本不變的,因此可用二極管代替穩(wěn)壓管。2AP型二極管的正向壓降約是0.3伏,2CP型約是0.7伏,2CZ型約是1伏。圖中用了兩個(gè)2CZ二極管作基準(zhǔn)電壓。取樣電阻是一個(gè)電位器,所以輸出電壓是可調(diào)的。能夠把微弱的信號(hào)放大的電路叫做放大電路或放大器。 例如助聽(tīng)器里的關(guān)鍵部件就是一個(gè)放大器。放大電路的用途和組成放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按頻率分為低頻、中源和高頻;接輸出信號(hào)強(qiáng)弱分成電壓放大、功率放大等。此外還有用集成運(yùn)算放大器和特殊晶體管作器件
13、的放大器。 它是電子電路中最復(fù)雜多變的電路。 但初學(xué)者經(jīng)常遇到的也只是少數(shù)幾種較為典型的放大電路。讀放大電路圖時(shí)也還是按照“逐級(jí)分解、抓住關(guān)鍵、細(xì)致分析、全面綜合”的原則和步驟進(jìn)行。首先把整個(gè)放大電路按輸入、輸出逐級(jí)分開(kāi),然后逐級(jí)抓住關(guān)鍵進(jìn)行分析弄通原理。放大電路有它本身的特點(diǎn):一是有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài),所以有時(shí)往往要畫(huà)出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析;二是電路往往加有負(fù)反饋,這種反饋有時(shí)在本級(jí)內(nèi),有時(shí)是從后級(jí)反饋到前級(jí),所以在分析這一級(jí)時(shí)還要能“瞻前顧后”。 在弄通每一級(jí)的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來(lái)進(jìn)行全面綜合。卜面我們介紹幾種常見(jiàn)的放大電路低頻電壓放大器低頻電壓放大器是指工作
14、頻率在20赫20千赫之間、輸出要求有定電壓值而不要求很強(qiáng)的電流的放大器。(1)共發(fā)射極放大電路圖1(a)是共發(fā)射極放大電路。C1是輸入電容,C2是輸出電容,三極管VT就是起放大作用的器件,RB是基極偏置電阻,RC是集電極負(fù)載電阻。1、3端是輸入,2、3端是輸出。3端是公共點(diǎn),通常是接地的,也稱“地”端。靜態(tài)時(shí)的直流通路見(jiàn)圖1(b),動(dòng)態(tài)時(shí)交流通路見(jiàn)圖1(c)電路的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多,輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的,性能不夠穩(wěn)定,可用于一般場(chǎng)合。(2)分壓式偏置共發(fā)射極放大電路圖2比圖1多用3個(gè)元件?;鶚O電壓是由RB1和RB2分壓取得的,所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻RE和電
15、容CE,CE稱交流旁路電容,對(duì)交流是短路的;RE則有直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。所謂反饋是指把輸出的變化通過(guò)某種方式送到輸入端,作為輸入的一部分。如果送回部分和原來(lái)的輸入部分是相減的,就是負(fù)反饋。圖中基極真正的輸入電壓是RB2上電壓和RE上電壓的差值,所以是負(fù)反饋。由于采取了上面兩個(gè)措施,使電路工作穩(wěn)定性能提高,是應(yīng)用最廣的放大電路。(3)射極輸出器圖3(a)是一個(gè)射極輸出器。 它的輸出電壓是從射極輸出的。 圖3(b)是它的交流通路圖,可以看到它是共集電極放大電路。這個(gè)圖中,晶體管真正的輸入是Vi和Vo的差值,所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋,這個(gè)電路的特點(diǎn)是:電壓放大倍數(shù)小于1而接近1
16、,輸出電壓和輸入電壓同相,輸入阻抗高輸出阻抗低,失真小,頻帶寬,工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)或作阻抗匹配之用。(4)低頻放大器的耦合一個(gè)放大器通常有好幾級(jí),級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級(jí)間耦合方式有三種:RC耦合,見(jiàn)圖4(a)。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低。但性能不是最佳。變壓器耦合,見(jiàn)圖4(b)。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高,但變壓器制作比較麻煩。直接耦合,見(jiàn)圖4(c)。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬,可作直流放大器使用,但前后級(jí)工作有牽制,穩(wěn)定性差,設(shè)計(jì)制作較麻煩。功率放大器能把輸入信號(hào)放大并向負(fù)載提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器。 例如收音機(jī)的末級(jí)放大器就是功率放大器。(1)甲類單
17、管功率放大器圖5是單管功率放大器,C1是輸入電容,T是輸出變壓器。它的集電極負(fù)載電阻Ri是將負(fù)載電阻RL通過(guò)變壓器匝數(shù)比折算過(guò)來(lái)的:RC=(N1N2)2RL=N2RL負(fù)載電阻是低阻抗的揚(yáng)聲器, 用變壓器可以起阻抗變換作用, 使負(fù)載得到較大的功率。這個(gè)電路不管有沒(méi)有輸入信號(hào),晶體管始終處于導(dǎo)通狀態(tài),靜態(tài)電流比較大,困此集電極損耗較大,效率不高,大約只有35%。這種工作狀態(tài)被稱為甲類工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場(chǎng)合,它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是RC耦合。(2)乙類推挽功率放大器圖6是常用的乙類推挽功率放大電路。它由兩個(gè)特性相同的晶體管組成對(duì)稱電路,在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí),每個(gè)管子都處于
18、截止?fàn)顟B(tài),靜態(tài)電流幾乎是零,只有在有信號(hào)輸入時(shí)管子才導(dǎo)通,這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)是正弦波時(shí),正半周時(shí)VT1導(dǎo)通VT2截止,負(fù)半周時(shí)VT2導(dǎo)通VT1截止。兩個(gè)管子交替出現(xiàn)的電流在輸出變壓器中合成,使負(fù)載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。乙類推挽放大器的輸出功率較大,失真也小,效率也較高,一般可達(dá)60%。(3)OTL功率放大器目前廣泛應(yīng)用的無(wú)變壓器乙類推挽放大器,簡(jiǎn)稱OTL電路,是一種性能很好的功率放大器。為了易于說(shuō)明,先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒(méi)有輸出變壓器的OTL電路,如圖7o這個(gè)電路使用兩個(gè)特性相同的晶體管,兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時(shí),VT
19、1、VT2流過(guò)的電流很小,電容C上充有對(duì)地為12Ec的直流電壓。在有輸入信號(hào)時(shí),正半周時(shí)VT1導(dǎo)通,VT2截止,集電極電流icl方向如圖所示,負(fù)載RL上得到放大了的正半周輸出信號(hào)。負(fù)半周時(shí)VT1截止,VT2導(dǎo)通,集電極電流ic2的方向如圖所示,RL上得到放大了的負(fù)半周輸出信號(hào)。這個(gè)電路的關(guān)鍵元件是電容器C,它上面的電壓就相當(dāng)于VT2的供電電壓。以這個(gè)電路為基礎(chǔ), 還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正OTL電路, 用PNP管和NPN管組成的互補(bǔ)對(duì)稱式OTL電路,以及最新的橋接推挽功率放大器,簡(jiǎn)稱BTL電路等等。直流放大器能夠放大直流信號(hào)或變化很緩慢的信號(hào)的電路稱為直流放大電路或直流放大器。 測(cè)
20、量和控制方面常用到這種放大器。(1)雙管直耦放大器直流放大器不能用RC耦合或變壓器耦合,只能用直接耦合方式。圖8是一個(gè)兩級(jí)直耦放大器。直耦方式會(huì)帶來(lái)前后級(jí)工作點(diǎn)的相互牽制,電路中在VT2的發(fā)射極加電阻RE以提高后級(jí)發(fā)射極電位來(lái)解決前后級(jí)的牽制。 直流放大器的另一個(gè)更重要的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí),由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化,這種變化被逐級(jí)放大,使輸出端產(chǎn)生虛假信號(hào)。放大器級(jí)數(shù)越多,零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場(chǎng)合。(2)差分放大器解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器,圖9是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源,其中VT1
21、和VT2的特性相同,兩組電阻數(shù)值也相同,RE有負(fù)反饋?zhàn)饔?。?shí)際上這是一個(gè)橋形電路,兩個(gè)RC和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂,輸出電壓V0從電橋的對(duì)角線上取出。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí),因?yàn)镽C1=RC2和兩管特性相同,所以電橋是平衡的,輸出是零。由于是接成橋形,零點(diǎn)漂移也很小。差分放大器有良好的穩(wěn)定性,因此得到廣泛的應(yīng)用。集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是一種把多級(jí)直流放大器做在一個(gè)集成片上, 只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因?yàn)樗缙谑怯迷谀M計(jì)算機(jī)中做加法器、乘法器用的,所以叫做運(yùn)算放大器。它有十多個(gè)引腳,一般都用有3個(gè)端子的三角形符號(hào)表示,如圖100它有兩個(gè)輸入端、1個(gè)輸出端,上面那個(gè)輸入端叫做反相輸
22、入端,用“一”作標(biāo)記;下面的叫同相輸入端,用“十”作標(biāo)記。集成運(yùn)算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運(yùn)算,也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。在作放大器應(yīng)用時(shí)有:(1)帶調(diào)零的同相輸出放大電路圖11是帶調(diào)零端的同相輸出運(yùn)放電路。引腳1、11、12是調(diào)零端,調(diào)整RP可使輸出端(8)在靜態(tài)時(shí)輸出電壓為零。9、6兩腳分別接正、負(fù)電源。輸入信號(hào)接到同相輸入端(5),因此輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。放大器負(fù)反饋經(jīng)反饋電阻R2接到反相輸入端(4) 。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于1的。R2100k(2)反相輸出運(yùn)放電路也可以使輸入信號(hào)從反相輸入端接入, 如圖120如對(duì)電路要求不高,可以不用調(diào)零
23、,這時(shí)可以把3個(gè)調(diào)零端短路。輸入信號(hào)從耦合電容C1經(jīng)R1接入反相輸入端,而同相輸入端通過(guò)電阻R3接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于1、等于1或小于1(3)同相輸出高輸入阻抗運(yùn)放電路圖13中沒(méi)有接入R1,相當(dāng)于R1阻值無(wú)窮大,這時(shí)電路的電壓放大倍數(shù)等于1,輸入阻抗可達(dá)幾百千歐。H2放大電路讀圖要點(diǎn)和舉例放大電路是電子電路中變化較多和較復(fù)雜的電路。在拿到一張放大電路圖時(shí),首先要把它逐級(jí)分解開(kāi),然后一級(jí)一級(jí)分析弄懂它的原理,最后再全面綜合。讀圖時(shí)要注意:在逐級(jí)分析時(shí)要區(qū)分開(kāi)主要元器件和輔助元器件。 放大器中使用的輔助元器件很多, 如偏置電路中的溫度補(bǔ)償元件,穩(wěn)壓穩(wěn)流元器件,防止自激振蕩的防振元
24、件、去耦元件,保護(hù)電路中的保護(hù)元件等。在分析中最主要和困難的是反饋的分析,要能找出反饋通路,判斷反饋的極性和類型,特別是多級(jí)放大器,往往以后級(jí)將負(fù)反饋加到前級(jí),因此更要細(xì)致分析。一般低頻放大器常用RC耦合方式;高頻放大器則常常是和LC調(diào)諧電路有關(guān)的,或是用單調(diào)諧或是用雙調(diào)諧電路,而且電路里使用的電容器容量一般也比較小。注意晶體管和電源的極性,放大器中常常使用雙電源,這是放大電路的特殊性。例1助聽(tīng)器電路圖14是一個(gè)助聽(tīng)器電路,實(shí)際上是一個(gè)4級(jí)低頻放大器。VT1、VT2之間和VT3、VT4之間采用直接耦合方式,VT2和VT3之間則用RC耦合。為了改善音質(zhì),VT1和VT3的本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋 (R
25、2和R7) 。 由于使用高阻抗的耳機(jī), 所以可以把耳機(jī)直接接在VT4的集電極回路內(nèi)。R6、C2是去耦電路,C6是電源濾波電容。例2收音機(jī)低放電路圖15是普及型收音機(jī)的低放電路。電路共3級(jí),第1級(jí)(VT1)前置電壓放大,第2級(jí)(VT2)是推動(dòng)級(jí),第3級(jí)(VT3、VT4)是推挽功放。VT1和VT2之間采用直接耦合,VT2和VT3、VT4之間用輸入變壓器(T1)耦合并完成倒相,最后用輸出變壓器(T2)輸出,使用低阻揚(yáng)聲器。此外,VT1本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋(R1),T2次級(jí)經(jīng)R3送回到VT2有用聯(lián)電壓負(fù)反饋。電路中C2的作用是增強(qiáng)高音區(qū)的負(fù)反饋,減弱高音以增強(qiáng)低音。R4、C4為去耦電路,C3為電源的濾
26、波電容。整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了。振湯電路的用途和振湯條件不需要外加信號(hào)就能自動(dòng)地把直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號(hào)的電路就稱為振蕩電路或振蕩器。這種現(xiàn)象也叫做自激振蕩?;蛘哒f(shuō),能夠產(chǎn)生交流信號(hào)的電路就叫做振蕩電路。一個(gè)振蕩器必須包括三部分:放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的,只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率f0能通過(guò),使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的; 一個(gè)是反饋電壓uf和輸入電壓Ui要相等
27、,這是振幅平衡條件。二是uf和ui必須相位相同,這是相位平衡條件,也就是說(shuō)必須保證是正反饋。一般情況下,振幅平衡條件往往容易做到,所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩,主要是看它的相位平衡條件是否成立。振蕩器按振蕩頻率的高低可分成超低頻(20赫以下)、低頻(20赫200千赫)、高頻(200千赫30兆赫)和超高頻(10兆赫350兆赫)等幾種。按振蕩波形可分成正弦波振蕩和非正弦波振蕩兩類。正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件可以分成LC振蕩器、RC振蕩器和石英晶體振蕩器三種。石英晶體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度,只在要求很高的場(chǎng)合使用。在一般家用電器中,大量使用著各種LC振蕩器和RG振蕩器。LC振蕩器LC振蕩
28、器的選頻網(wǎng)絡(luò)是LC諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高,常見(jiàn)電路有3種。(1)變壓器反饋LC振蕩電路圖1(a)是變壓器反饋LC振蕩電路。晶體管VT是共發(fā)射極放大器。變壓器T的初級(jí)是起選頻作用的LC諧振電路,變壓器T的次級(jí)向放大器輸入提供正反饋信號(hào)。接通電源時(shí),LC回路中出現(xiàn)微弱的瞬變電流,但是只有頻率和回路諧振頻率f0相同的電流才能在回路兩端產(chǎn)生較高的電壓,這個(gè)電壓通過(guò)變壓器初次級(jí)L1、L2的耦合又送回到晶體管V的基極。從圖1(b)看到,只要接法沒(méi)有錯(cuò)誤,這個(gè)反饋信號(hào)電壓是和輸入信號(hào)電壓相位相同的,也就是說(shuō),它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強(qiáng)并最后穩(wěn)定下來(lái)。變壓器反饋LC振蕩電路的特點(diǎn)是:頻率范圍
29、寬、容易起振,但頻率穩(wěn)定度不高。它的振蕩頻率是:f0=1/2冗LCo常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號(hào)。(2)電感三點(diǎn)式振蕩電路c cECEC圖2(a)是另一種常用的電感三點(diǎn)式振蕩電路。圖中電感L1、L2和電容C組成起選頻作用的諧振電路。從L2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖2(b)看到,晶體管的輸入電壓和反饋電壓是同相的,滿足相位平衡條件的,因此電路能起振。由于晶體管的3個(gè)極是分別接在電感的3個(gè)點(diǎn)上的,因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是:頻率范圍寬、容易起振,但輸出含有較多高次調(diào)波,波形較差。它的振蕩頻率是:f0=1/2冗LC,其中L=L1+L2+2M。常
30、用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。(3)電容三點(diǎn)式振蕩電路還有一種常用的振蕩電路是電容三點(diǎn)式振蕩電路,見(jiàn)圖3(a)。圖中電感L和電容C1、C2組成起選頻作用的諧振電路,從電容C2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖3(b)看到,晶體管的輸入電壓和反饋電壓同相,滿足相位平衡條件,因此電路能起振。由于電路中晶體管的3個(gè)極分別接在電容C1、C2的3個(gè)點(diǎn)上,因此被稱為電容三點(diǎn)式振蕩電路。電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是:頻率穩(wěn)定度較高,輸出波形好,頻率可以高達(dá)100兆赫以上, 但頻率調(diào)節(jié)范圍較小, 因此適合于作固定頻率的振蕩器。 它的振蕩頻率是:f0=1/2兀LC,其中C=C1C2C1+C2。上面3種振
31、蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高,容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高,而且頻率穩(wěn)定性好。RC振蕩器RC振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是RC電路,它們的振蕩頻率比較低。常用的電路有兩種。(1)RC相移振蕩電路圖4(a)是RC相移振蕩電路。 電路中的3節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)同時(shí)起到選頻和正反饋的作用。從圖4(b)的交流等效電路看到:因?yàn)槭菃渭?jí)共發(fā)射極放大電路,晶體管VT的輸出電壓Uo與輸出電壓Ui在相位上是相差180。當(dāng)輸出電壓經(jīng)過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)后,變成反饋電壓Uf又送到輸入端時(shí),由于RC網(wǎng)絡(luò)只對(duì)某個(gè)特定頻率f0的電壓產(chǎn)生180的相移,所以只
32、有頻率為f0的信號(hào)電壓才是正反饋而使電路起振??梢?jiàn)RC網(wǎng)絡(luò)既是選頻網(wǎng)絡(luò),又是正反饋電路的一部分。RC相移振蕩電路的特點(diǎn)是:電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),但穩(wěn)定性不高,而且調(diào)節(jié)不方便。一般都用作固定頻率振蕩器和要求不太高的場(chǎng)合。它的振蕩頻率是:當(dāng)3節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)相同時(shí):f0=12冗6RC。頻率一般為幾十千赫。(2)RC橋式振蕩電路圖5(a)是一種常見(jiàn)的RC橋式振蕩電路。圖中左側(cè)的R1C1和R2C2用并聯(lián)電路就是它的選頻網(wǎng)絡(luò)。 這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路的一部分。 這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)某個(gè)特定頻率為f0的信號(hào)電壓沒(méi)有相移(相移為0),其它頻率的電壓都有大小不等的相移。 由于放大器有2級(jí), 從V2輸出端取出的反饋電壓
33、Uf是和放大器輸入電壓同相的(2級(jí)相移360=0)。因此反饋電壓經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)送回到VT1的輸入端時(shí), 只有某個(gè)特定頻率為f0的電壓才能滿足相位平衡條件而起振??梢?jiàn)RC串并聯(lián)電路同時(shí)起到了選頻和正反饋的作用。實(shí)際上為了提高振蕩器的工作質(zhì)量, 電路中還加有由Rt和RE1組成的串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路。其中Rt是一個(gè)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏 fefi,它對(duì)電路能起到穩(wěn)定振蕩幅度和減小非線性失真的作用。 從圖5(b)的等效電路看到, 這個(gè)振蕩電路是一個(gè)橋形電路。R1C1、R2C2、Rt和RE1分別是電橋的4個(gè)臂,放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個(gè)對(duì)角線上,所以被稱為RC橋式振蕩電路。RC橋式振蕩電路的性能比RC相
34、移振蕩電路好。它的穩(wěn)定性高、非線性失真小,頻率調(diào)節(jié)方便。它的振蕩頻率是:當(dāng)R1=R2=R、C1=C2=C時(shí)f0=12TTRC。它的頻率范圍從1赫1兆赫。調(diào)幅和檢波電路廣播和無(wú)線電通信是利用調(diào)制技術(shù)把低頻聲音信號(hào)加到高頻信號(hào)上發(fā)射出去的。 在接收機(jī)中還原的過(guò)程叫解調(diào)。其中低頻信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào),高頻信號(hào)則叫載波。常見(jiàn)的連續(xù)波調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種,對(duì)應(yīng)的解調(diào)方法就叫檢波和鑒頻。下面我們先介紹調(diào)幅和檢波電路。(1)調(diào)幅電路調(diào)幅是使載波信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的幅度變化, 載波的頻率和相應(yīng)不變。 能夠完成調(diào)幅功能的電路就叫調(diào)幅電路或調(diào)幅器。調(diào)幅是一個(gè)非線性頻率變換過(guò)程,所以它的關(guān)鍵是必須使用二極管、三
35、極食等非線性器件。 根據(jù)調(diào)制過(guò)程在哪個(gè)回路里進(jìn)行可以把三極管調(diào)幅電路分成集電極調(diào)幅、 基極調(diào)幅和發(fā)射極調(diào)幅3種。下面舉集電極調(diào)幅電路為例。圖6是集電極調(diào)幅電路, 由高頻載波振蕩器產(chǎn)生的等幅載波經(jīng)T1加到晶體管基極。低頻調(diào)制信號(hào)則通過(guò)T3耦合到集電極中。C1、C2、C3是高頻旁路電容,R1、R2是偏置電阻。集電極的LC并聯(lián)回路諧振在載波頻率上。如果把三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)選在特性曲線的彎曲部分,三極管就是一個(gè)非線性器件。 因?yàn)榫w管的集電極電流是隨著調(diào)制電壓變化的,所以集電極中的2個(gè)信號(hào)就因非線性作用而實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅。由于LC諧振回路是調(diào)諧在載波的基頻上,因此在T2的次級(jí)就可得到調(diào)幅波輸出。(2)檢波電
36、路檢波電路或檢波器的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號(hào)。它的工作過(guò)程正好和調(diào)幅相反。檢波過(guò)程也是一個(gè)頻率變換過(guò)程,也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號(hào),還必須使用濾波器濾除高頻分量,所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面舉二極管檢波器為例說(shuō)明它的工作。圖7是一個(gè)二極管檢波電路。VD是檢波元件,C和R是低通濾波器。當(dāng)輸入的已調(diào)波信號(hào)較大時(shí),二極管VD是斷續(xù)工作的。正半周時(shí),二極管導(dǎo)通,對(duì)C充電;負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí),二極管截止,C對(duì)R放電。在R兩端得到的電壓包含的頻率成分很多,經(jīng)過(guò)電容C濾除了高頻部分, 再經(jīng)過(guò)隔直流電容C0的隔直流作用, 在輸出端就可
37、得到還原的低頻信號(hào)。調(diào)頻和鑒頻電路調(diào)頻是使載波頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化,而振幅則保持不變。鑒頻則是從調(diào)頻波中解調(diào)出原來(lái)的低頻信號(hào),它的過(guò)程和調(diào)頻正好相反。(1)調(diào)頻電路能夠完成調(diào)頻功能的電路就叫調(diào)頻器或調(diào)頻電路。 常用的調(diào)頻方法是直接調(diào)頻法,也就是用調(diào)制信號(hào)直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖8畫(huà)出了它的大意,圖中用一個(gè)可變電抗元件并聯(lián)在諧振回路上。用低頻調(diào)制信號(hào)控制可變電抗元件參數(shù)的變化,使載波振蕩器的頻率發(fā)生變化。i1LZJ1蓿號(hào)電抗(2)鑒頻電路能夠完成鑒頻功能的電路叫鑒頻器或鑒頻電路,有時(shí)也叫頻率檢波器。鑒頻的方法通常分二步,第一步先將等幅的調(diào)頻波變成幅度隨頻率變化的調(diào)頻一調(diào)幅波,第二步再
38、用一般的檢波器檢出幅度變化,還原成低頻信號(hào)。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等脈沖電路的用途和特點(diǎn)在電子電路中,電源、放大、振蕩和調(diào)制電路被稱為模擬電子電路,因?yàn)樗鼈兗庸ず吞幚淼氖沁B續(xù)變化的模擬信號(hào)。電子電路中另一大類電路的數(shù)字電子電路。它加工和處理的對(duì)象是不連續(xù)變化的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字電子電路又可分成脈沖電路和數(shù)字邏輯電路,它們處理的都是不連續(xù)的脈沖信號(hào)。 脈沖電路是專門(mén)用來(lái)產(chǎn)生電脈沖和對(duì)電脈沖進(jìn)行放大、變換和整形的電路。家用電器中的定時(shí)器、報(bào)警器、電子開(kāi)關(guān)、電子鐘表、電子玩具以及電子醫(yī)療器具等,都要用到脈沖電路。電脈沖有各式各樣的形狀,有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形、階梯形和尖頂形的,最具有
39、代表性的是矩形脈沖。要說(shuō)明一個(gè)矩形脈沖的特性可以用脈沖幅度Um、脈沖周期T或頻率f、 脈沖前沿tr、 脈沖后沿tf和脈沖寬度tk來(lái)表示。 如果一個(gè)脈沖的寬度tk=1/2T,它就是一個(gè)方波。脈沖電路和放大振蕩電路最大的不同點(diǎn),或者說(shuō)脈沖電路的特點(diǎn)是:脈沖電路中的晶體管是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的。大多數(shù)情況下,晶體管是工作在特性曲線的飽和區(qū)或截止區(qū)的,所以脈沖電路有時(shí)也叫開(kāi)關(guān)電路。從所用的晶體管也可以看出來(lái),在工作頻率較高時(shí)都采用專用的開(kāi)關(guān)管,如2AK、2CK、DK、3AK型管,只有在工作頻率較低時(shí)才使用一般的晶體管。就拿脈沖電路中最常用的反相器電路(圖1)來(lái)說(shuō),從電路形式上看,它和放大電路中的共發(fā)射電路
40、很相似。在放大電路中,基極蟲(chóng)阻Rb2是接到正電源上以取得基極偏壓;而這個(gè)電路中,為了保證電路可靠地截止,Rb2是接到一個(gè)負(fù)電源上的,而且Rbl和Rb2的數(shù)值是按晶體管能可靠地進(jìn)入飽和區(qū)或止區(qū)的要求計(jì)算出來(lái)的。不僅如此,為了使晶體管開(kāi)關(guān)速度更快,在基極上還加有加速電容C,在脈前沿產(chǎn)生正向尖脈沖可使晶體管快速進(jìn)入導(dǎo)通并飽和;在脈沖后沿產(chǎn)生負(fù)向尖脈沖使晶體管快速進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。除了射極輸出器是個(gè)特例,脈沖電路中的晶體管都是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的,這是一個(gè)特點(diǎn)。脈沖電路的另一個(gè)特點(diǎn)是一定有電容器(用電感較少)作關(guān)鍵元件,脈沖的產(chǎn)生、波形的變換都離不開(kāi)電容器的充放電。產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器脈沖有各種各樣的用途,有
41、對(duì)電路起開(kāi)關(guān)作用的控制脈沖,有起統(tǒng)帥全局作用的時(shí)鐘脈沖,有做計(jì)數(shù)用的計(jì)數(shù)脈沖,有起觸發(fā)啟動(dòng)作用的觸發(fā)脈沖等等。不管是什么脈沖,都是由脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的,而且大多是短形脈沖或以矩形脈沖為原型變換成的。因?yàn)榫匦蚊}沖含有豐富的諧波,所以脈沖信號(hào)發(fā)生器也叫自激多諧振蕩器或簡(jiǎn)稱多諧振蕩器。如果用門(mén)來(lái)作比喻,多諧振蕩器輸出端時(shí)開(kāi)時(shí)閉的狀態(tài)可以把多諧振蕩器比作賓館的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén),它不需要人去推動(dòng),總是不停地開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)。(1)集基耦合多諧振蕩器圖2是一個(gè)典型的分立元件集基耦合多諧振蕩器。 它由兩個(gè)晶體管反相器經(jīng)RC電路交叉耦合接成正反饋電路組成。兩個(gè)電容器交替充放電使兩管交替導(dǎo)通和截止,使電路不停地從一個(gè)狀態(tài)
42、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)狀態(tài),形成自激振蕩。從A點(diǎn)或B點(diǎn)可得到輸出脈沖。 當(dāng)Rbl=Rb2=R,Cbl=Cb2=C時(shí), 輸出是幅度接近E的方波,脈沖周期T=1.4RC。如果兩邊不對(duì)稱,則輸出是矩形脈沖(3)RC環(huán)形振蕩器圖4是常用的RC環(huán)形振蕩器。它用奇數(shù)個(gè)門(mén)、首尾相連組成閉環(huán)形,環(huán)路中有RC延時(shí)電路。圖中RS是保護(hù)電阻,R和C是延時(shí)電路元件,它們的數(shù)值決定脈沖周期。輸出脈沖周期T=2.2RC。如果把R換成電位器,就成為脈沖頻率可調(diào)的多諧振蕩器。因?yàn)檫@種電路簡(jiǎn)單可靠,使用方便,頻率范圍寬,可以從幾赫變化到幾兆赫,所以被廣泛應(yīng)用。脈沖變換和整形電路脈沖在工作中有時(shí)需要變換波形或幅度,如把矩形脈沖變成三角
43、波或尖脈沖等,具有這種功能的電路就叫變換電路。脈沖在傳送中會(huì)造成失真,因此常常要對(duì)波形不好的脈沖進(jìn)行修整,使它整舊如新,具有這種功能的電路就叫整形電路。(1)微分電路微分電路是脈沖電路中最常用的波形變換電路,它和放大電路中的RC耦合電路很相似,見(jiàn)圖5。當(dāng)電路時(shí)間常數(shù) p 二RCtk,電路就成為積分電路,見(jiàn)圖6。當(dāng)輸入矩形脈沖時(shí),由于電容器充放電很慢,輸出得到的是一申幅度較低的近似三角形的脈沖波。(3)限幅器能限制脈沖幅值的電路稱為限幅器或削波器。圖7是用二極管和電阻組成的上限幅電路。它能把輸入的正向脈沖削掉。如果把二極管反接,就成為削掉負(fù)脈沖的下限幅電路。用二極帶或三極管等非線性器件可組成各種
44、限幅器,或是變換波形(如把輸入脈沖變成方波、梯形波、尖脈沖等),或是對(duì)脈沖整形(如把輸入高低不平的脈沖系列削平成為整齊的脈沖系列等)。(4)箝位器能把脈沖電壓維持在某個(gè)數(shù)值上而使波形保持不變的電路稱為箝位器。它也是整形電路的一種。例如電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)造成失真,為了使脈沖波形恢復(fù)原樣,接收機(jī)里就要用箝位電路把波形頂部箝制在某個(gè)固定電平上。圖8中反相器輸出端上就有一個(gè)箝位二極管VD。如果沒(méi)有這個(gè)二極管,輸出脈沖高電平應(yīng)該是12伏,現(xiàn)在增加了箝位二極管,輸出脈沖高電平被箝制在3伏上。止匕外,象反相器、射極輸出器等電路也有“整舊如新”的作用,也可認(rèn)為是整形電路。有記憶功能的雙穩(wěn)電路多諧振蕩器的輸
45、出總是時(shí)高時(shí)低地變換,所以它也叫無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。另一種雙穩(wěn)態(tài)電路就絕然不同,雙穩(wěn)電路有兩個(gè)輸出端,它們總是處于相反的狀態(tài):一個(gè)是高電平,另一個(gè)必定是低電平。它的特點(diǎn)是如果沒(méi)有外來(lái)的觸發(fā),輸出狀態(tài)能一直保持不變。所以常被用作寄存二進(jìn)制數(shù)碼的單元電路。(1)集基耦合雙穩(wěn)電路圖9是用分立元件組成的集基耦合雙穩(wěn)電路。它由一對(duì)用電阻交叉耦合的反相器組成。它的兩個(gè)管子總是一管截止一管飽和,例如當(dāng)VT1管飽和時(shí)VT2管就截止,這時(shí)A點(diǎn)是低電平B點(diǎn)是高電平。如果沒(méi)有外來(lái)的觸發(fā)信號(hào),它就保持這種狀態(tài)不變。如把高電平表示數(shù)字信號(hào)“1”,低電平表示“0”,那么這時(shí)就可以認(rèn)為雙穩(wěn)電路已經(jīng)把數(shù)字信號(hào)“1”寄存在B端了。電路
46、的基極分別加有微分電路。 如果在VT1基極加上一個(gè)負(fù)脈沖 (稱為觸發(fā)脈沖) ,就會(huì)使VT1基極電位下降,由于正反饋的作用,使VT1很快從飽和轉(zhuǎn)入截止,VT2從截止轉(zhuǎn)入飽和。于是雙穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)成A端為“1”,B端為“0”,并一直保持下去。(2)觸發(fā)脈沖的觸發(fā)方式和極性雙穩(wěn)電路的觸發(fā)電路形式和觸發(fā)脈沖極性選擇比較復(fù)雜。從觸發(fā)方式看,因?yàn)橛兄绷饔|發(fā)(電位觸發(fā))和交流觸發(fā)(邊沿觸發(fā))的分別,所以觸發(fā)電路形式各有不同。從脈沖極性看,也是隨著晶體管極性、觸發(fā)脈沖加在哪個(gè)管子(飽和管還是截止管)上、哪個(gè)極上(基極還是集電極)而變化的。在實(shí)際應(yīng)用中,因?yàn)槲⒎蛛娐纺苋菀椎氐玫郊饷}沖,觸發(fā)效果較好,所以都用交流觸發(fā)
47、方式。觸發(fā)脈沖所加的位置多數(shù)是加在飽和管的基極上。所以使用NPN管的雙穩(wěn)電路所加的是負(fù)脈沖,而PNP管雙穩(wěn)電路所加的是正脈沖。(3)集成觸發(fā)器除了用分立元件外,也可以用集成門(mén)電路組成雙穩(wěn)電路。但實(shí)際上因?yàn)槟壳坝写罅康募苫p穩(wěn)觸發(fā)器產(chǎn)品可供選用,如R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器等等,所以一般不使用門(mén)電路搭成的雙穩(wěn)電路而直接選用現(xiàn)成產(chǎn)品。有延時(shí)功能的單穩(wěn)電路無(wú)穩(wěn)電路有2個(gè)暫穩(wěn)態(tài)而沒(méi)有穩(wěn)態(tài),雙穩(wěn)電路則有2個(gè)穩(wěn)態(tài)而沒(méi)有暫穩(wěn)態(tài)。脈沖電路中常用的第3種電路叫單穩(wěn)電路,它有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。如果也用門(mén)來(lái)作比喻,單穩(wěn)電路可以看成是一扇彈簧門(mén),平時(shí)它總是關(guān)著的,“關(guān)”是它的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)有人推它或拉它時(shí)門(mén)就
48、打開(kāi),但由于彈力作用,門(mén)很快又自動(dòng)關(guān)上,恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。所以“開(kāi)”是它的暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)電路常被用作定時(shí)、延時(shí)控制以及整形等。(1)集基耦合單穩(wěn)電路圖10是一個(gè)典型的集基耦合單穩(wěn)電路。 它也是由兩級(jí)反相器交叉耦合而成的正反饋電路。它的一半和多諧振蕩器相似,另一半和雙穩(wěn)電路相似,再加它也有一個(gè)微分觸發(fā)電路,所以可以想象出它是半個(gè)無(wú)穩(wěn)電路和半個(gè)雙穩(wěn)電路湊合成的,它應(yīng)該有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。平時(shí)它總是一管(VT1)飽和,另一管(VT2)截止,這就是它的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入一個(gè)觸發(fā)脈沖后,電路便翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài),但這種狀態(tài)只能維持不長(zhǎng)的時(shí)間,很快它又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。電路暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是由延時(shí)元件R和C的數(shù)值決
49、定的:tt=0.7RC。(2)集成化單穩(wěn)電路用集成門(mén)電路也可組成單穩(wěn)電路。 圖11是微分型單穩(wěn)電路, 它用2個(gè)與非門(mén)交叉連接,門(mén)1輸出到門(mén)2是用微分電路耦合,門(mén)2輸出到門(mén)1是直接耦合,觸發(fā)脈沖加到門(mén)1的另一個(gè)輸入端UI。它的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即定時(shí)時(shí)間為:tt=(0.71.3)RC。脈沖電路的讀圖要點(diǎn)脈沖電路的特點(diǎn)是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),它的輸入輸出都是脈沖,因此分析時(shí)要抓住關(guān)鍵,把主次電路區(qū)分開(kāi),先認(rèn)定主電路的功能,再分析輔助電路的作用。從電路結(jié)構(gòu)上抓關(guān)鍵找異同。前面介紹了集基耦合方式的三種基本單元電路,它們都由雙管反相器構(gòu)成正反饋電路,這是它們的相同點(diǎn)。但細(xì)分析起來(lái)它們還是各有特點(diǎn)的:無(wú)穩(wěn)和雙穩(wěn)電路雖然
50、都有對(duì)稱形式,但無(wú)穩(wěn)電路是用電容耦合,雙穩(wěn)是用電阻直接耦合(有時(shí)并聯(lián)有加速電容,容量一般都很?。欢译p穩(wěn)電路一般都有觸發(fā)電路(雙端或單端觸發(fā));單穩(wěn)電路就很好認(rèn),它是不對(duì)稱的,兼有雙穩(wěn)和單穩(wěn)的形式。這樣一分析,三種電路就很好區(qū)別了。脈沖電路中,脈沖的生成、變換和整形都和電容器的充、放電有關(guān),電路的時(shí)間常數(shù)即R和C的數(shù)值對(duì)確定電路的性質(zhì)有極重要的意義,這一點(diǎn)尤為重要數(shù)字邏輯電路的用途和特點(diǎn)數(shù)字電子電路中的后起之秀是數(shù)字邏輯電路。把它叫做數(shù)字電路是因?yàn)殡娐分袀鬟f的雖然也是脈沖,但這些脈沖是用來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)碼的,例如用高電平表示“1”,低電平表示“0”。聲音圖像文字等信息經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后變成了一串
51、用電脈沖,它們被稱為數(shù)字信號(hào)。能處理數(shù)字信號(hào)的電路就稱為數(shù)字電路。這種電路同時(shí)又被叫做邏輯電路,那是因?yàn)殡娐分械摹?”和“0”還具有邏輯意義,例如邏輯“1”和邏輯“0”可以分別表示電路的接通和斷開(kāi)、事件的是和否、邏輯推理的真和假等等。電路的輸出和輸入之間是一種邏輯關(guān)系。這種電路除了能進(jìn)行二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算外還能完成邏輯運(yùn)算和具有邏輯推理能力,所以才把它叫做邏輯電路。由于數(shù)字邏輯電路有易于集成、傳輸質(zhì)量高、有運(yùn)算和邏輯推理能力等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信、測(cè)量等領(lǐng)域。一般家電產(chǎn)品中,如定時(shí)器、告警器、控制器、電子鐘表、電子玩具等都要用數(shù)字邏輯電路。數(shù)字邏輯電路的第一個(gè)特點(diǎn)是為了突出“
52、邏輯”兩個(gè)字,使用的是獨(dú)特的圖形符號(hào)。數(shù)字邏輯電路中有門(mén)電路和觸發(fā)器兩種基本單元電路,它們都是以晶體管和電阻等元件組成的,但在邏輯電路中我們只用幾個(gè)簡(jiǎn)化了的圖形符號(hào)去表示它們,而不畫(huà)出它們的具體電路,也不管它們使用多高電壓,是TTL電路還是CMOS電路等等。按邏輯功能要求把這些圖形符號(hào)組合起來(lái)畫(huà)成的圖就是邏輯電路圖,它完全不同于一般的放大振蕩或脈沖電路圖。數(shù)字電路中有關(guān)信息是包含在0和1的數(shù)字組合內(nèi)的,所以只要電路能明顯地區(qū)分開(kāi)0和1,0和1的組合關(guān)系沒(méi)有破壞就行,脈沖波形的好壞我們是不大理會(huì)的。所以數(shù)字邏輯電路的第二個(gè)特點(diǎn)是我們主要關(guān)心它能完成什么樣的邏輯功能,較少考慮它的電氣參數(shù)性能等問(wèn)題
53、。也因?yàn)檫@個(gè)原因,數(shù)字邏輯電路中使用了一些特殊的表達(dá)方法如真值表、特征方程等,還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數(shù)、卡諾圖等等,這些也都與放大振蕩電路不同。門(mén)電路和觸發(fā)器(1)門(mén)電路門(mén)電路可以看成是數(shù)字邏輯電路中最簡(jiǎn)單的元件。目前有大量集成化產(chǎn)品可供選用。最基本的門(mén)電路有3種:非門(mén)、與門(mén)和或門(mén)。非門(mén)就是反相器,它把輸入的0信號(hào)變成1,1變成0。這種邏輯功能叫“非”,如果輸入是A,輸出寫(xiě)成P=A。與門(mén)有2個(gè)以上輸入,它的功能是當(dāng)輸入都是1時(shí),輸出才是1。這種功能也叫邏輯乘,如果輸入是A、B,輸出寫(xiě)成P=A-B?;蜷T(mén)也有2個(gè)以上輸入,它的功能是輸入有一個(gè)1時(shí),輸出就是1。這種功能也叫邏輯加,輸出就寫(xiě)
54、成P=A+B。把這三種基本門(mén)電路組合起來(lái)可以得到各種復(fù)合門(mén)電路,如與門(mén)加非門(mén)成與非門(mén),或門(mén)加非門(mén)成或非門(mén)。圖1是它們的圖形符號(hào)和真值表。此外還有與或非門(mén)、異或門(mén)等等。X與1-1.*A AK,R RA A* *U UN0 00 01 1j j4 41 1t t0 01A AC CI1 1) )1 1T Tw w1 11 1c ca a數(shù)字集成電路有TTL、HTL、CMOS等多種,所用的電源電壓和極性也不同,但只要它們有相同的邏輯功能, 就用相同的邏輯符號(hào)。 而且一般都規(guī)定高電平為1、 低電平為0。(2)觸發(fā)器觸發(fā)器實(shí)際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路, 它的電路和功能都比門(mén)電路復(fù)雜, 它也可看成是數(shù)字
55、邏輯電路中的元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器。D觸發(fā)器有一個(gè)輸入端D和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端CP,為了區(qū)別在CP端加有箭頭。它有兩個(gè)輸出端,一個(gè)是Q一個(gè)是Q,加有小圈的輸出端是Q端。另外它還有兩個(gè)預(yù)置端RD和SD,平時(shí)正常工作時(shí)要RD和SD端都加高電平1,如果使RD=0(SD仍為1),則觸發(fā)器被置成Q=0;如果使SD=0(RD=1),則被置成Q=1。因此RD端稱為置0端,SD端稱為置1端。D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)見(jiàn)圖2,圖中Q、D、SD端畫(huà)在同一側(cè);Q、RD畫(huà)在另一側(cè)。RD和SD都帶小圓圈,表示要加上低電平才有效。D觸發(fā)器是受CP和D端雙重控制的,CP加高電平1時(shí),
56、 它的輸出和D的狀態(tài)相同。如D=0,CP來(lái)到后,Q=0;如D=1,CP來(lái)到后,Q=1。CP脈沖起控制開(kāi)門(mén)作用,如果CP=0,則不管D是什么狀態(tài),觸發(fā)器都維持原來(lái)狀態(tài)不變。這樣的邏輯功能畫(huà)成表格就稱為功能表或特性表,見(jiàn)圖2。表中Qn+1表示加上觸發(fā)信號(hào)后變成的狀態(tài),Qn是原來(lái)的狀態(tài)?!癤”表示是0或1的任意狀態(tài)。有的D觸發(fā)器有幾個(gè)D輸入端:D1、D2它們之間是邏輯與的關(guān)系,也就是只有當(dāng)D1、D2都是1時(shí),輸出端Q才是1。另一種性能更完善的觸發(fā)器叫JK觸發(fā)器。它有兩個(gè)輸入端:J端和K端,一個(gè)CP端,兩個(gè)預(yù)置端:RD端和SD端,以及兩個(gè)輸出端:Q和Q端。它的邏輯符號(hào)見(jiàn)圖3oJ-K觸發(fā)器是在CP脈沖的
57、下陣沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的,所以在CP端畫(huà)一個(gè)小圓圈以示區(qū)別。圖中,J、SD、Q畫(huà)在同一側(cè),K、RD、Q畫(huà)在另一側(cè)。J-K觸發(fā)器的邏輯功能見(jiàn)圖3。 有CP脈沖時(shí)(即CP=1):J、K都為0,觸發(fā)器狀態(tài)不變;Qn+1=Qn,J=0、K=1,觸發(fā)器被置0:Qn+1=0;J=1、K=0,Qn+1=1;J=1、K=1,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下:Qn+1=Qn。如果不加時(shí)鐘脈沖,即CP=0時(shí),不管J、K端是什么狀態(tài),觸發(fā)器都維持原來(lái)狀態(tài)不變:Qn+1=Qn。有的JK觸發(fā)器同時(shí)有好幾個(gè)J端和K端,J1、J2和K1、K2之間都是邏輯與的關(guān)系。有的JK觸發(fā)器是在CP的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的,這時(shí)它的邏輯符號(hào)圖的CP端就不帶小圓圈。也有
58、的時(shí)候?yàn)榱耸箞D更簡(jiǎn)潔,常常把RD和SD端省略不畫(huà)編碼器和譯碼器能夠把數(shù)字、字母變換成二進(jìn)制數(shù)碼的電路稱為編碼器。反過(guò)來(lái)能把二進(jìn)制數(shù)碼還原成數(shù)字、字母的電路就稱為譯碼器。(1)編碼器圖4(a)是一個(gè)能把十進(jìn)制數(shù)變成二進(jìn)制碼的編碼器。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)被表示成二進(jìn)制碼必須4位,常用的碼是使從低到高的每一位二進(jìn)制碼相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的1、2、4、8,這種碼稱為8-4-2-1碼或簡(jiǎn)稱BCD碼。所以這種編碼器就稱為“10線-4線編碼器”或“DEC/BCD編碼器”。DEC/BCDDEC/BCD13434B BA(b)(b)3從圖看到,它是由與非門(mén)組成的。有10個(gè)輸入端,用按鍵控制,平時(shí)按鍵懸空相當(dāng)于接高電平1。它有
59、4個(gè)輸出端ABCD,輸出8421碼。如果按下“1”鍵,與“1”鍵對(duì)應(yīng)的線被接地,等于輸入低電平0、于是門(mén)D輸出為1,整個(gè)輸出成0001。如按下“7”鍵,則B門(mén)、C門(mén)、D門(mén)輸出為1,整個(gè)輸出成0111。如果把這些電路都做在一個(gè)集成片內(nèi),便得到集成化的10線4線編碼器,它的邏輯符號(hào)見(jiàn)圖4(b)。左側(cè)有10個(gè)輸入端,帶小圓圈表示要用低電平,右側(cè)有4個(gè)輸出端,從上到下按從低到高排列。使用時(shí)可以直接選用。(2)譯碼器要把二進(jìn)制碼還原成十進(jìn)制數(shù)就要用譯碼器。它也是由門(mén)電路組成的,現(xiàn)在也有集成化產(chǎn)品供選用。圖5是一個(gè)4線一10線譯碼器。它的左側(cè)為4個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端,右側(cè)有10個(gè)輸出端,從上到下按0、1、-
60、9排列表示10個(gè)十進(jìn)制數(shù)。輸出端帶小圓圈表示低電平有效。平時(shí)10個(gè)輸出端都是高電平1,如輸入為1001碼, 輸出“9”端為低電平0,其余9根線仍為高電平1,這表示“9”線被譯中。BCD/DCC如果要想把十進(jìn)制數(shù)顯示出來(lái),就要使用數(shù)碼管。現(xiàn)以共陽(yáng)極發(fā)光鱉(LED)七段數(shù)碼顯示管為例,見(jiàn)圖6。它有七段發(fā)光二極管,如每段都接低電平0,七段都被點(diǎn)亮,顯示出數(shù)字“8;如b、c段接低電平0,其余都接1,顯示的是“1”。可見(jiàn)要把十進(jìn)制數(shù)用七段顯示管顯示出來(lái)還要經(jīng)過(guò)一次譯碼。 如果使用“4線一7線譯碼器”和顯示管配合使用,就很簡(jiǎn)單,輸入二進(jìn)制碼可直接顯示十進(jìn)制數(shù),見(jiàn)圖6。譯碼器左側(cè)有4個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端,右側(cè)
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