电子工程师应该掌握的20个模拟电路的详细分析与解答

电子工程师应该掌握的20个模拟电路的详

细分析及参考答案

一、桥式整流电路

1.1二极管的单向导电性：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。

1.2伏安特性曲线;

1.3理想开关模型和恒压降模型：

理想开关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0.5 V

2.1桥式整流电流流向过程：

当u 2是正半周期时，二极管Vd1和Vd3导通；而二极管Vd2和Vd4截止，负载的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压；在u R

L

2的负半周，u 2的实际极性是下正上负，二极管Vd2和Vd4导通而Vd1和Vd3上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期截止，负载R

L

相同的电压。

3.1计算:Vo,Io,二极管反向电压.

Uo=0.9U

2, Io=0.9U

2

/R

L

,U

RM

=√2 U

2

1.1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载R

L

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。

1.2波形形成过程：输出端接负载R

L

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∥R

L

C）≈RiC,一般Ri〈〈R

L,

忽略Ri

压降的影响，电容上电压将随u 2迅速上升，当ωt=ωt

1

时，有u 2=u 0,此后u

2低于u 0，所有二极管截止，这时电容C通过R

L 放电，放电时间常数为R

L

C，

放电时间慢，u 0变化平缓。当ωt=ωt

2时，u 2=u 0, ωt

2

后u 2又变化到比u

0大，又开始充电过程，u 0迅速上升。ωt=ωt

3时有u 2=u 0，ωt

3

后，电容通

过R

L 放电。如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，R

L

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。

2.1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√2U

2~0.9U

2

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R

L

C≧（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≈1.2U

2整流管的最大反向峰值电压U

RM

=√2U

2

，每个二极管的平均电

流是负载电流的一半。

1.1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。

1.2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。

2.1 LC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(ω

L-1/ωC) 并联时电路阻抗为Z=1/jωC∥(R+jωL)= 考滤到实际中，常有R<<ωL,所以有Z≈

2.2幅频关系和相频关系曲线：

计算谐振频率：fo=1/2π√LC

四.微分电路和积分电路

1.1电路的作用：

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。

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。

2.1微分和积分电路电压变化过程分析

微分电路：

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t<0时，，而在t = 0 时，突变到，且在0< t < t1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0 V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0 V，且在期间有：= 0 V，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u

i 与u

O

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。

积分电路：

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0 V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0 V。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

2.2画出变化波形图

.

3.1计算:时间常数：RC

3.2电压变化方程：

微分：i

F =i

C

=Cdui/dt Uo=i

F

R=RCdui/dt

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

3.3电阻和电容参数的选择：

五.共射极放大电路

1.1 三极管的结构,

1.2三极管各极电流关系：Ie=Icn+Ibn=Ic+Ib Ic=Icn+Icbo≈βIb

Ib =Ibn-Icbo

1.3特性曲线：

共发射极输入特性曲线共发射极输出特性曲线

1.4放大条件：发射结正偏（大于导通电压），集电极反向偏置

为直流电源（集电极电源），其作用是为整个电路提供能2.1元器件的作用：U

CC

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C1 C2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。

2.2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。

2.3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=Us r i /(r s +r i )，因此二者关系为Aus=Au r i /(r s +r i )

2.4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。 2.5交流和直流等效电路图：

3.1 静态工作点的计算：基极电流I BQ =U CC -U BE /Rb （U BE =0.6~0.8V 取0.7V U BE =0.1~0.3V 取0.2V ）集电极电流I CQ =βI BQ ，U CEQ =U CC -I CQ Rc 。 3.2电压放大倍数的计算：输入电压Ui=I b r be 输出电压Uo= --βI b R`L (R`L =RcR L /Rc+R L )

电压放大倍数Au=--βR`L /r be =--βR C R L /r be (R C +R L )