第八章 电子信息系统中常用放大电路
引言 在电子信息系统中，常常需要将通过传感器或其它途径所采集的小信号进行放大才能进行运算、滤波等处理，往往也需要将信号进行转换或进一步放大或功率放大。
本章将介绍几种常用的预处理放大电路、信号转换电路、功率放大电路、集成功率放大电路及锁相环在信号转换电路中的应用。
8.1 预处理放大电路
8.1.1 仪表用放大器
集成仪表用放大器，也称为精密放大器，用于弱信号放大。 一、仪表用放大器的特点
在测量系统中，通常都用传感获取信号，即把被测物理量通过传感器转换为电信号，然后进行放大。因此，传感器的输出是放大器的信号源。然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，它们随所测物理量的变化而变。这样，对于放大器而言，信号源内阻s R 是变量，根据电压放大倍数的表达式
u
u A R R R A ?+=i
s i
s
可知，放大器的放大能力将随信号大小而变。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器的输入电阻i R ＞＞ S R ，i R 愈大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就愈小。
此外，从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。
综上所述，仪表用放大器除具备足够大的放大倍数外，还应具有高输入电阻和高共模抑制比。
二、基本电路
集成仪表用放大器的具体电路多种多样，但是很多电路都是在图8.1.1所示电路的基础上演变而来。根据运算电路的基本分析方法，在图8.1.1所示电路中，11A u u =，12B u u =，因而
)(22O 1O 2
12
2I 1I u u R R R u u -+=
-
))(21(2I 1I 2
1
2O 1O u u R R u u -+
=- 所以输出电压
))(21()(2I 1I 2
1f 2O 1O f O u u R R
R R u u R R u -+-=--
= (8.1.1)
设)(1211d 1u u u -=，则
Id 2
1f O )21(u R R
R R u +-
= (8.1.2) 当c I 2I 1I u u u ==，由于
c I B A u u u ==，2R 中电流为零，c I 2O 1O u u u ==，输出电压0O =u 。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数数值愈大，共模抑制比愈高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。
三、集成仪表用放大器
图 8.1.2 型号为INA102的集成仪表用放大器
V CC
V CC
1000×××
图8.1.2所示为型号用INA102（AD8221）的集成仪表用放大器，图中
各电容均为相位补偿电容。第一级电路由1A 和2A 组成，与图8.1.1所示电路中的1A 和2A 对应，电阻1R 、2R 和3R 与图8.1.1中的2R 对应，4R 、5R 与图8.1.1中的1R 对应，第二级电路的电压放大倍数为1。INA102的电源和输入级失调调整引脚接法如图8.1.3所示，两个F 1μ电容为去耦电容。改变其它管脚的外部接线可以改变第一级电路的增益，分为1、10、100和1000四种情况，接法如表8.1.1所示。
INA102的输入电阻可达ΩM 104，共模抑制比为100dB ，输出电阻为Ω1.0，小信号带宽为300kHz ；当电源电压±15V 时，最大共模输入电压为±12 .5V 。
表8.1.1 INA102集成仪表用放大器增益的设定
图8.1.3INA102的外接电源和输入级失调调整
u u u O
四、应用举例
图8.1.4所地为采用PN 结温度传感器的数字式温度计电路，测量范围为C 150~50o +-分辨率为0.1C o 。电路由三部分组成，如图中所标注。图中1R 、2R 、D 和1W R 构成测量电桥，D 为温度测试元件，即温度传感器。电桥的输出信号接到集成信表放大器INA102的输入端进行放大。2A 构成的电压跟随器，起隔离作用。电压比较器驱动电压表，实现数字化显示。
图 8.1.4 数字式温度计电路
D
R 仪表放大电路及电压跟随器数字电压表
设放大后电路的灵敏度为C /10mV o ,则在温度从C 50o -时，输出电压的变化范围为2V ，即从-0.5～+1.5V 。当INA102的电源电压为±18V 时，可将INA102的引脚②、③、④连接在一起，设定仪表放大器的电压放在倍数为
10，因而仪表放器的输出电压范围为-5～+15V 。根据运算电路的分析方法，可以求出1A 、2A 输出电压的表达式为
)(101W D 1O R u u u --= )(101W D 2
W 5
2O R u u R R u -?
-= (8.1.3) 改变2W R 滑动端的位置可以改变放大电路的电压放大倍数，从而调整数字电压表的显示数据。
8.1.2 电荷放大器
某些传感器属于电容性传感器，如压电式加速度传感器、压力传感器等。这类传感器的阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱；它们工作时，将产生正比于被测物理量的电荷量，且具有较好的线性度。
积分运算电路可以将电荷量转换成电压量，电路如图8.1.5所示。电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势t u 与一个输出电容t C 串联，如图中虚线框内所示。t u 、t C 和电容上的电量q 之间的关系为
t
t C q
u =
(8.1.4) 图 8.1.5 电荷放大器
图 8.1.6 上并联电阻 电荷放大器
C f R f
在理想运放条件下，根据“虚短”和“虚断”的概念，0N P ==u u 为虚地。
将传感器对地的杂散电容C 短路，消除因C 而产生的误差。集成过放A 的输出电压
t f t t
f
O j j 1
u C C C C u -=-=ωω
将式（8.1.4）代入，可得
f
O C q
u =
（8.1.5） 为了防止因f C 长时间充电导致集成运放饱和，常在f C 并联电阻f R ，如图8.1.6所示。并联f R 后，为了使f
1
C ω＜＜ f R ，传感器输出信号频率不能过低，f 应大于
f
f π21
C R 。
在实用电路中，为了减少传感器输出电缆的电容对放大电路的影响，一
般常将电荷放大器装在传感器内；而为了防止传感器在过载时有较大的输出，则在集成运放输入端加保护二极管；如图8.1.6所示。
8.1.3隔离放大器
在远距离信号传输的过程中，常因强干扰的引入使放大电路的输出有着
很强的干扰背景，甚至将有用信号淹没，造成系统无法正常工作。将电路的
输入侧和输出侧在电气上完全隔离的放大电路称为隔离放大器。它既可切断
输入侧和输出侧电路间的直接联系，避免干扰混入输出信号，又可使有用信
号畅通无阻。
目前集成隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种。
这里仅就前两种电路简单加以介绍。
一、变压器耦合式
变压器耦合放大电路不能放大变化缓慢的直流信号和频率很低的交流信号。在隔离放大器中，在变压器的输入侧，将输入电压与一个具有较高固定
频率的信号混合（称为调制）；经变压器耦合，在输出侧，再将调制信号还
原成原信号（称为解调），然后输出；从而达到传递直流信号和低频信号的
目的。可见，变压器耦合隔亢放大器通过调制和解调的方法传递信号。调制
和解调技术广泛用于无线电广播、电视发送和接收以及其它通信系统之中。
图8.1.7所示为型号是AD210的变压器耦合隔离放大器，其引脚及其功能如表8.1.2所示，为了阅读方便，表中引脚号与图8.1.7所示对应。
图中
A为输入放大电路，可以同相输入，也可以反相输入，分别构成同1
相比例运算电路或反相比例运算电路，从而设定整个电路的增益，增益数值
为1～100。
A的输出信号经调制电路与振荡器的输出电压波形混合，然后通1
过变压器耦合到输出侧，再经解调电路还原，最后通过
A构成的电压跟随器
2
输出，以增强带负载能力。振荡器的输出通过变压器耦合到输入侧，经电源
电路变换为直流电，为
A和调制电路供电；振荡器的输
1
图 8.1.7 AD210变压器耦合隔离放大器
-V OSS
+
V OSS COM
PWR PWR COM
IN IN IN +-V V
出通过变压器耦合输出侧，经电源电路变换为直流电，为2A 和解调电路供电；而振荡器由外部供电。
表8.1.2 AD210变压器耦合隔离放大器的引脚及其功能
由此可见，输入侧、输出侧和持荡器的供电电源相互隔离，并各自有公共端。这类隔离放大器称为三端口隔离电路，其额定隔离电压高达2500V 。
此外，还有二端口电路，这类电路的输出侧电源和振荡器电源之间有直流通路，而它们与输入侧电源相互隔离。
在变压器隔离放大器中，变压器的制作，应采用尽量降低匝电容、使绕组严格对称、在初、次级间加屏蔽等工艺手段来减小外界磁场的影响，增强隔离效果。
二、光电耦合式
图8.1.8所示为型号是ISO100的光耦合放大器，由两个运放1A 和2A 、两个恒流源1REF I 和2REF I 以及一个光电耦合器组成。光电耦合器由一个发光二极管LED 和两个光电二极管1D 和2D 组成，起隔离作用，使输入侧和输出侧没有电通路。两侧电路的电源与地也相独立。
ISL100的基本接法如图8.1.9所示R 和f R 为外接电阻，调整它们可以改变增益。若1D 和2D 所受光照相同，则可以证明
I f
O u R
R u ?=
图 8.1.8 ISO100光电耦合放大器
CC2
COM
COM
CC2CC1
CC1BAL BAL (平衡)
(平衡)的电源
A 1的电源
A 2图 8.1.9 ISO100的基本接法
8.1.4 放大电路中的干扰和噪声及其抑制措施
在微弱信号放大时，干扰和噪声的影响不容忽视。因此，常用抗干扰能力和信号噪声比作为性能指标来衡量放大电路这方面的能力。
一、干扰的来源及抑制措施
较强的干扰常常来源于高压电网、电焊机、无线电发射装置（如电台、电视台等）以及雷电等，它们所产生的电磁波或尖峰脉冲通过电源线、磁耦合或传输线间的电容进入放大电路。
因此，为了减小干扰对电路的影响，在可能的情况应远离干扰源，必要时加金属屏蔽罩；并且在电源接入电路之处加滤波环节，通常将一个
μF 30~10的钽电容和一个μF 1.0~0.01独石电容并连接在电源接入处；同时，
在已知干扰的频率范围的情况下，还可在电路中加一个合适的有源滤波电路。
二、噪声的来源及抑制措施
在电子电路中，因电子无序的热运动而产生的噪声，称为热噪声；因单位时间内通过PN 结的载流子数目的随机变化而产生的噪声，称为散弹噪声；上述两种噪声的功率频谱均为均匀的。此外，还有一种频谱集中的低频段且与频率成反比的噪声，称为闪烁噪声或1/f 噪声。晶体三极管和场效应管中存在上述三种噪声，而电阻中仅存在热噪声和1/f 噪声。
若设放大器的输入和输出信号的功率分别为si P 和so P ，输入和输出的噪声功率为ni P 和no P ，则噪声系数定义为
no
so ni
si F //P P P P N =
或F F lg 100(dB)N N = (8.1.6) 因为R U P /2=，故可以将式（8.1.6）改写为
no
so ni
si F //lg
100(dB)U U U U N = (8.1.7)
在放大电路中，为了减小电阻产生的噪声，可选用金属膜电阻，且避免使用大阻值电阻；为了减小放大电路的噪声，可选用低噪集成运放；当已知信号频率范围时，可加有源滤波电路；此外，在数据采集系统中，可提高放大电路输出量的取样频率，剔除异常数据取平均值的方法，减小噪声影响。
8.2 信号转换电路
8.2.1 电压-电流转换电路
在控制系统中,为了驱动执行机构，如记录仪、继电器等，常需要将电压转换成电流；而在监测系统中，为了数字化显示，又常将电流转换成电压，再接数字电压表。在放大电路中引入合适的反馈，就可实现上述转换。
一、电压-电流转换电路
图8.2.1所示为实现电压-电流转换的基本原理电路。由于电路引入了负反馈，0P N ==u u ,负载电流
R
u i i I
I L =
= （8.2.1）
L i 与I u 成线性关系。由于图8.2.1所示电路中的负载没有接地点，因而不适用于某些应用场合。
图8.2.2所示为实用的电压-电流转换电路。由于电路引入了负反馈，1
A 构成同相求和运算电路，2A 构成电压跟随器。图中R R R R R ====4321，因此
2P 2O u u =
2
P I 2P 4
33
I 4341P 5.05.0u u u R R R u R R R u +=?++?+=
（8.2.2）
1P 1P 121O 21u u R R u =???? ?
?+=
将式（8.2.2）代入上式，I 2P 1O u u u +=，o R 上的电压
I 2P 1O R o u u u u =-=
所以 o
I
O R u i = （8.2.3）
i
L
图8.2.1 电压-电流转换的基本原理电路图8.2.2 实用的电压-电流转换电路
二、电流-电压转换电路
图8.2.3所示为电流-电压转换电路。在理想运放条件下，输入电阻0i =R ，因而S F i i =，故输出电压
f S O R i u -= （8.2.4）
应当指出，因为实际电路的i R 不可能为零，所以s R 比i R 大得愈多，转换精度愈高。
8.2.2 精密整流电路
将交流电转换为直流电，称为整流。精密整流电路的功能是将微弱的交流电压转换成直流电压。整流电路的输出保留输入电压的形状，而仅仅改变输入电压的相
位。当输入电压为正弦波时，半波整流电路的输出电压波形如图8.2.4中O1u 所示，
全波整流电路的输出电压波形如图8.2.4中O2u 所示。
在图8.2.5(a)所示的一般半波整流电路中，由于二极管的伏安特性如图(b)所
示，当输入电压I u 幅值小于二极管的开启
电压on
U 时，二极管在信号的整个周期均处于截止状态，输出电压始终为零。即使I u 幅值足够大，输出电压也只反映I u 大于on U 的那部分电压的大小。因此，
i
图8.2.3 电流-电压转换电路
u u u 图8.2.4整流电路的波形（或 u O2-（或 u O1-
该电路不能对微弱信号整流。
u O
(a)
图 8.2.5 一般半波整流电路
（a ）半波整流电路
（b ）二极管的伏安特性
图8.2.6(a)所示为半波精密整流电路。当0I >u 时，必然使集成运放的输出0O
<'u ，从而导致二极管2D 导通，1D 截止，电路实现反相比例运算，输出电压
I f
O u R
R u ?-
=
（8.2.5）
当0I
>'u ，从而导致二极管1D 导通，2D 截止，f R 中电流为零，因此输出电压0O =u 。I u 和O u 的波形如图(b)所示。
u u
(a)(b)
图8.2.6 半波精密整流电路及其波形
（a ）电路（b ）波形分析
如果设二极管的导通电压为0.7V ，集成运放的开环差模放大倍数为50万倍，那么为使二极管1D 导通，集成运放的净输入电压
V 4.1V 1014.0V 1057.05
-5
N P μ=?=?=
-u u 同理可估算出为使2D 导通集成运放所需的净输入电压，也是同数量级。
可见，只要输入电压I u 使集成运放的净输入电压产生非常微小的变化，就可以改变1D 和2D 工作状态，从而达到精密整流的目的。
图8.2.6 (b)所示波形说明当0I >u 时0)(I O >-=K Ku u ，当0I
分析由2A 所组成的反相求和运算电路可知，输出电压
I 1O O u u u --=
当0I >u 时，I O12u u -=，I I I O 2u u u u =-=；当0I
||I O u u =
（8.2.6）
故图8.2.7(a)所示电路也称为绝对值电路。当输入电压为正弦波和三角波时，电路输出波形分别如图(b)和(c)所示。
(a)
u u u u (b)
(c)
图8.2.7 全波精密整流电路及其波形
（a ）电路（b ）输入正弦波时的输出波形（c ）输入三角波时的输出波形
【例8.2.1】分析图8.2.8所示电路输出电压与输入电压间的关系，并说电路功能。
解：当0I >u 时，0O1
当0I u ，D 导通，0 P2N2P1===u u u 为虚地，故
I I 1
2
O u u R R u -=?-
=。因此 ||I O u u =
电路的功能是实现精密全波整流，或者说构成|绝对值电路。 通过精密整流电路的分析可知，当分
析含有二极管(或三极管、场效应管)的电路时，一般应首先判断管子的工作状态，然后求解输出与输入间的函数关系。而管子的工作状态通常决定于输入电压(如整流电路)或输出电压(如压控振荡电路)的极性。
8.2.3 电压-频率转换电路
电压-频率转换电路(VFC)的功能是将
输入直流电压转换成频率与其数值成正比
的输出电压，故也称为电压控制振荡电路(VCO)，简称压控振荡电路。通常，它能够输出矩形波。可以想象，如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，经预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么都可以得到该物理量的数字式测量仪表，如图8.2.9所示。因此，可以认为电压-频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路，即模
-数转换电路。电压-频率转换电路广泛应用于模拟-数字信号的转换、调频、遥控遥测等各种设备之中。其电路形式很多，这里仅对基本电路加以介绍。
图8.2.9数字式测量仪器
一、由集成运放构成的电压-频率转换电路 1.电荷平衡式电路
图8.2.8例8.2.1电路图
图8.2.10所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图，它由积分器和滞回比较器组成，S 为电子开关，受输出电压O u 的控制。
设0I >；O u 的高电平为OH U ，O u 的低电平为OL U ；当OH
O U u =时S 闭合，当OL O U u =时S 断开。若初态OL O U u =，S 断开，积分器对输入电流I i 积分，且/R I I u i =，O1u 随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，O u 从OL U 跃变为OH U ，使S 闭合，积分器对恒流源电流I 与I i 的差值积分，且I 与I i 的差值近似为I ，O1u 随时间下降；因为||||I i I >>，所以O1u 下降速度远大于其上升速度；当O1u 减小到一定数值时，O u 从OH U 跃变为OL U ，回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。由于2l T T >>，可以认
u u U T1U T2
U OH
U OL
(a)
(b)
(图 8.2.10 电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图及波形分析
（a ）原理图（b ）波形分析
为振荡周期l T T ≈。而且，I u 数值愈大，l T 愈小，振荡频率f 愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。以上分析说明，电流源I 对电容C 在很短时间内放电(或称反向充电)的电荷量等于I i 在较长时间内充电(或称正向充电)的电荷量，故称这类电路为电荷平衡式电路。
(图 8.2.11 电荷平衡式电压-频率转换电路
图8.2.11所示为一种电荷平衡式电压-频率转换电路，虚线左边为积分器，右边为滞回比较器，二极管D 的状态决定于输出电压，电阻5R 起限流作用，
通常15 R R <<。滞回比较器的电压传输特性如图8.2.12所示，输出电压O u 的高、低电平分别为Z U +和Z U -， 阈值电压Z 3
2
T U R R U ?±
=±。设初态Z O U u -=，由于0N1=u ，D 截止，l A 的输出电压和2A 同相输入端的电位分别为
()()01O 01I 11O 1
t u t t u C
R u +--
= ()Z 3
22
1O 3232P U R R R u R R R u -?++?+=
随时间增长O1u 线性增大，2A 同相输入端的电位P2u 也随之上升。当O1u 过
T U +时，输出电压O u 从Z U -跃变为Z U +，导致D 导通。积分器实现求和积分，若忽略二极管导通电阻，则
()()()11O 12Z 512I 11O 11t u t t U C
R t t u C R u +----
≈ 由于15 R R <<，O1u 的下降速度几乎仅仅决定于C R 5，而且迅速下降至T U -，使
得O u 从Z U +跃变为Z U -，电路回到初态。上述过程循环往复，因而产生自激振荡，波形如图8.2.10(b)所示，振荡周期l T T ≈。由于积分起始值为T U -，终了值为T U +，时间常数为
C R 1，Z 3
2
T U R R U ?±
=±，故可求出电路的振荡周期T 和频率f ：
I
Z
3212u U R C R R T ?≈
（8.2.7）
Z
I
2132U u
C R R R f ?≈
（8.2.8）
可见，振荡频率正比于输入电压的数值。
2.复位式电路
图8.2.12图8.2.11所示电路中滞回比较器的电压传输特性
复位式电压-频率转换电路的原理框图如图8.2.13所示，电路由积分器和单限比较器组成，S 为模拟电子开关，可由三极管或场效应管组成。设输出电压O u 为高电平OH U 时S 断开，O u 为低电平OL U 时S 闭合。当电源接通后，由于电容C 上电压为零，即0O1=u ，使OH O U u =，S 断开，积分器对I u 积分，O1u 逐渐减小；一旦O1u 过基准电压R EF U ，O u 将从OH U 跃变为OL U ，导致S 闭合，使C 迅速放电至零，即0O1=u ，从而O u 从OL U 跃变为OH U ；S 又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图(b)所示。I u 愈大，O1u 从零变化到R EF U 所需时间愈短，振荡频率也就愈高。
图8.2.14所示为复位式电压-频率转换电路，读者可比照图8.2.13所示原理框图分析该电路，其振荡周期T 和频率f 为
I
REF
1u U C R T ?
≈ （8.2.9）
REF
1I
CU R u f ≈
（8.2.10）
(a)
(b)
u O
u
U
(图 8.2.13 复位式电压-频率转换电路的原理框图及波形分析
（a ）原理图
（b ）波形分析
(
图8.2.14复位式电压-频率转换电路
二、集成电压-频率转换电路
集成电压-频率转换电路分为电荷平衡式(如AD650、VFC101)和多谐振荡器式(如AD654)两类，它们的性能比较见表8.2.1。
表8.2.1集成电压-频率转换电路的主要性能指标
表中参数表明，电荷平衡式电路的满刻度输出频率高，线性误差小，但其输入阻抗低，必须正、负双电源供电，且功耗大。多谐振荡器式电路功耗低，输入阻抗高，而且内部电路结构简单，输出为方波，价格便宜，但不如前者精度高。
很多集成电压-频率转换电路均可方便地实现频率-电压转换，如型号为AD650和AD654的集成电路，这里不再详细介绍。
8.3功率放大电路
8.3.1变压器耦合功率放大电路
传统的功率放大电路为变压器耦合式电路。如图8.3.1所示。由于采用了两只晶体管，在信号的正、负半周交替导通工作，因此也叫变压器耦合乙类推挽功率放大电路。
在图8.3.1所示电路中，设晶体管b-e 间的开启电压可忽略不计，
T 和 2T 管的特性完全相同，输入电压为正弦波。当输入电压为零时，由于1T 和2T 的发射结电压为零，均处于截止状态，因而电源提供的功率为零，负载上电压也
为零，两只管子的管压降均为CC V 。当
输入信号使变压器副边电压极性为上
“+”下“-”时，1
T 管导通， 2T 管截
止，电流如图中实线所示；当输入信号使变压器副边电压极性为上“-”下“+”时，2T 管导通，1T 管截止，电流如图中虚线所示。同类型管子(1T 和2T )在电路中交替导通的方式称为“推挽”工作方式。
8.3.2 无输出变压器的功率放大电路
变压器耦合功率放大电路的优点是可以实现阻抗变换，缺点是体积庞大、笨重、消耗有色金属，且效率较低，低频和高频特性均较差。无输出变压器的功率放大电路(简称为OTL 电路)用一个大容量电容取代了变压器，如图8.3.2所示。虽然图中1T 为NPN 型管，2T 为PNP 型管，但是它们的特性对称。
静态时，前级电路应使基极电位为
/2CC V ，由于1T 和2T 特性对称，发射结电位
也为/2CC V ，故电容上的电压为/2CC V ，极性
如图8.3.2所标注。设电容容量足够大，对交流信号可视为短路；晶体管b-e 间的开启电压可忽略不计；输入电压为正弦波。当0i >u 时，1T 管导通，2T 管截止，电流如图8.3.2中实线所示，由1T 和 L R 组成的电路为射极输出形式，i O u u ≈；当0i
图8.3.1变压器耦合乙类推挽功率放大电路
由于一般情况下功率放大电路的负载电流很大，电容容量常选为几千微法，且为电解电容。电容容量愈大，电路低频特性将愈好。但是，当电容容量增大到一定程度时，由于两个极板面积很大，且卷制而成，电解电容不再是纯电容，而存在漏阻和电感效应，使得低频特性不会明显改善。
8.3.3 无输出电容的功率放大电路
在集成运算放大电路一章中所介绍的互补输出级摒弃了输出电容，如图8.3.3所示，称为无输出电容的功率放大电路，简称OCL 电路。
在OCL 电路中，1T 和2T 特性对称，采用了双电源供电。静态时，1T 和2T 均截止，输出电压为零。设晶体管b-e 间的开启电压可忽略不计；输入电压为正弦波。当0i >u 时，1T 管导通，2T 管截止，正电源供电，电流如图8.3.3中实线所示，电路为射极输
出形式，i O u u ≈；当0i
1T 管截止，负电源供电，电流如图8.3.3中虚线所示，电路也为射极输出形式，i O u u ≈；可见电路实现了“1T 和2T 交替工作，正、负电源交替供电，输出与输入之间双向跟随”。不同类型的两只晶体管(1T 和2T )交替工作、且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路，两只管子的这种交替工作方式称为“互补”工作方式。
8.3.4 桥式推挽功率放大电路
在OCL 电路中采用了双电源供电，虽然就功放而言没有了变压器和大电容，但是在制作负电源时仍需用变压器或带铁芯的电感、大电容等，所以就整个电路系统而言未必是最佳方案。为了实现单电源供电，且不用变压器和大电容，可采用桥式推挽功率放大电路，简称BTL 电路，如图8.3.4所示。
电工学 电子技术 常见的交流放大电路简单分析 学院： 专业： 班级： 学号： 姓名：
晶体管的主要用途之一是利用其放大作用组成放大电路。在生产和科学实验中，往往要求用微弱的信号去控制较大的功率负载。放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为较强的电信号。 放大器实现放大的条件： 1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏； 2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区； 3.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。 这里，我们介绍的是由分立元器件组成的各种常用的交流基本放大电路，将讨论它们的电路结构、工作原理、分析方法以及特点。 一、固定偏置放大电路 1、电路图 2、微变等效电路
3、静态值 直流通路如图所示 C C CC CE B B CEO B C B CC B BE C C B I R U U I I I I I R U R U U I -=≈≈+=≈-= 射极电压集集电极电流基极电流-βββ 注： 静态值也可以用图解法来解决，并能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路工作的影响。在上图直流通路中，我们有C C CC CE I R U U -=或 C CC CE C C R U U R I +- =1 ，这是一个直线方程，斜率是C R 1 - ，在横轴上的截距为CC U ，在纵轴上的截距为 C CC R U 。 由以上，我们可以作出直流负载线（如右图 所示）。直流负载线与晶体管的某条输出特性曲线（B I 决定）交点Q 为静态工作点，此点确定了放大电路的电压和电流的静态值。 4、电压放大倍数
淮安信息职业技术学院2012-2013学年度第2学期 《智能电子电路设计与制作》期末试卷A 一、填空题（每空0.5分）共15分 1、MEGA16单片机I/O 端口的方向寄存器作用是（对端口输入输出选择）。 2、MEGA16单片机I/O 端口的输入寄存器作用是（ 判断端口电平高低 ）。 3、MEGA16单片机I/O 端口的数据寄存器作用是（对端口写入“1”或“0” ）。 4、ATmega16单片机是（ 8 ）位单片机。 5、MCUCR 寄存器是（ 控制寄存器 ），用于设置 INTO 和INT1的中断（ 触发）方式。 6、GICR 寄存器是（ 中断控制寄存器 ），用于设置外部中断的中断（允许 ）位。 7、全局中断使能位是（状态）寄存器中的 第（ 七 ）位 即（ BIT/7 ）位。 8、TCNT0是定时器（ T/C0）的（数据 ）寄存器，作用是（ 对计数器进行读写 ）。 9、T/C0的计数时钟源可以来自（ 内部 ）和（ 外部 ）两种。 10、T/C0工作在普通模式时，（ 计数初值 ）由TCNTO 设置，最大值为（ OXFFFF ）。 11、使用MEGA16单片机的AD 相关寄存器有（ AD 多工选择寄存器 ）、（ ADC 控制和状态寄存器A ）、（ ADC 数据寄存器）、（ 特殊功能IO 寄存器 ）。 12、MEGA16单片机TWI 相关寄存器有（ TWI 比特率寄存器 ）、( TWI 控制寄存器 )、（ TWI 状态寄存器 ）、（ TWI 数据寄存器 ）。 13、MEGA16单片机与SPI 相关的寄存器有（ SPI 控制寄存器 ）、（ SPI 状态寄存器 ）。 14、24C08是具有（ I 2c ）总线协议的非易失性存储器。 15、USART 模块的管脚发送数据管脚名称为（ TXD ）。 二、选择题（每题3分，共45分） 1. MCUCR 寄存器中的中断触发模式位是？（D ） A 、ICS00\ICS01 B 、ICS10\ICS11 C 、SM2 D 、A 和B 2. ATmega16的GICR 寄存器中外部中断0的中断使能位是（B ） A 、INT1 B 、INT0 C 、INT2 D 、INT3 3.多位数码管显示器通常采用（B ）法显示 系部： 班级： 学号： 姓名：
电气原理图设计方法及实例分析 【摘要】本文主要对电气原理图绘制的要求、原则以及设计方法进行了说明，并通过实例对设计方法进行了分析。 【关键词】电气原理图；设计方法；实例 继电-接触器控制系统是由按钮、继电器等低压控制电器组成的控制系统，可以实现对 电力拖动系统的起动、调速等动作的控制和保护，以满足生产工艺对拖动控制的要求。继电-接触器控制系统具有电路简单、维修方便等许多优点，多年来在各种生产机械的电气控制 中获得广泛的应用。由于生产机械的种类繁多，所要求的控制系统也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的控制系统，都是由一些基本环节组合而成。因此本节着重阐明组成这些控制系统的基本规律和典型电路环节。这样，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握控制系统的分析和设计方法。 一、绘制电气原理图的基本要求 电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求连接而成，从而实现对某种设备的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其相互连接关系用国家规定的统一图形符号、文字符号以图的形式表示出来。这种图就是电气控制系统图，其形式主要有电气原理图和电气安装图两种。 安装图是按照电器实际位置和实际接线电路，用给定的符号画出来的，这种电路图便于安装。电气原理图是根据电气设备的工作原理绘制而成，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。绘制电气原理图应按GB4728-85、GBTl59-87等规定的标 准绘制。如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则： ①应尽可能采用优选形式； ②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单形式； ③在同一图号的图中使用同一种形式。 根据简单清晰的原则，原理图采用电气元件展开的形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的大小。由于电气原理图具有结构简单、层次分明、适于研究等优点，所以无论在设计部门还是生产现场都得到广泛应用。 控制电路绘制的原则： ①原理图一般分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。 ②图中所有电器触头，都按没有通电和外力作用时的开闭状态（常态）画出。 ③无论主电路还是辅助电路，各元件应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。 ④为了突出或区分某些电路、功能等，导线符号、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。 ⑤原理图中各电气元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电气元件的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。 ⑥原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。 ⑦对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作方式。 ⑧对于电气控制有关的机、液、气等装置，应用符号绘出简图，以表示其关系。 二、分析设计法及实例设计分析 根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路，掌握多种典型电路的设计资料，同时具有丰富的设计经验，在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电路符合设计
放大电路原理 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。 下面我们介绍几种常见的放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。 （ 1 ）共发射极放大电路 图 1 （ a ）是共发射极放大电路。 C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 （ b ），动态时交流通路见图 1 （ c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。
（ 2 ）分压式偏置共发射极放大电路 图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的； RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和 RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。 （ 3 ）射极输出器 图 3 （ a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 （ b ）是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。
《电子电路设计与制作》教学大纲1．课程中文名称：电子电路设计与制作 2．课程代码： 3．课程类别：实践教学环节 4．课程性质：必修课 5．课程属性：独立设课 6．电子技术课程理论课总学时:256总学分：16 电子电路设计与制作学时：3周课程设计学分：3 7．适用专业：电子信息类各专业 8．先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、PCB电路设计一、课程设计简介 实验课、课程设计、毕业设计是大学阶段既相互联系又相互区别的三大实践性教学环节。实验课是着眼于实验验证课程的基本理论，培养学生的初步实验技能；毕业设计是针对本专业的要求所进行的全面的综合训练；而课程设计则是针对某几门课程构成的课程群的要求，对学生进行综合性训练，培养学生运用课程群中所学到的理论学以致用，独立地解决实际问题。电子电路设计与制作是电子信息类各专业必不可少的重要实践环节，它包括设计方案的选择、设计方案的论证、方案的电路原理图设计、印制板电路（即PCB）设计、元器件的选型、元器件在PCB板上的安装与焊接，电路的调试，撰写设计报告等实践内容。电子电路设计与制作的全过程是以学生自学为主，实践操作为主，教师的讲授、指导、讨论和研究相结合为辅的方式进行，着重就设计题目的要求对设计思路、设计方案的形成、电路调试和参数测量等展开讨论。 由指导教师下达设计任务书（学生自选题目需要通过指导教师和教研室共同审核批准），讲解示范的案例，指导学生各自对自己考虑到的多种可行的设计方案进行
比较，选择其中的最佳方案并进行论证，制作出满足设计要求的电子产品，撰写设计报告。需要注意是，设计方案的原理图须经Proteus软件仿真确信无误后，才能进行印刷电路图的制作，硬件电路的制作，以避免造成覆铜板、元器件等材料的浪费。电路系统经反复调试，完全达到（或超过）设计要求后，再完善设计报告。设计的整个过程在创新实验室或电子工艺实验室中完成。 二、电子电路设计与制作的教学目标与基本要求 教学目标： 1、通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识，提高综合运用知识的能力，逐步提升从事工程设计的能力。 2、注重培养学生正确的工程设计思想，掌握工程设计的思路、内容、步骤和方法。使学生能根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过设计、安装、焊接、调试等实践过程，使电子产品达到设计任务书中要求的性能指标的能力。 3、为后续的毕业设计打好基础。课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐转向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解工程设计的程序和实施方法；通过课程设计的训练，可以给毕业设计提供坚实的铺垫。 4、培养学生获取信息和综合处理信息的能力，文字和语言表达能力以及协调工作能力。课程设计报告的撰写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术文件打下基础。 5、提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。 基本要求： 1、能够根据设计任务和指标要求，综合运用电路分析、电子技术课程中所学到的理论知识与实践操作技能独立完成一个设计课题的工程设计能力。 2、会根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。能独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析问韪、解决问题的能力。
电子技术课程设计的基本方法和步骤
电子技术课程设计的基本方法和步骤 一、明确电子系统的设计任务 对系统的设计任务进行具体分析, 充分了解系统的性能、指标及要求, 明确系统应完成的任务。 二、总体方案的设计与选择 1、查阅文献, 根据掌握的资料和已有条件, 完成方案原理的构想; 2、提出多种原理方案 3、原理方案的比较、选择与确定 4、将系统任务的分解成若干个单元电路, 并画出整机原理框图, 完成系统的功能设计。 三、单元电路的设计、参数计算与器件选择 1、单元电路设计 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务, 详细拟订出单元电路的性能指标, 与前后级之间的关系, 分析电路的组成形式。具体设计时, 能够模拟成熟的先进电路, 也能够进行创新和改进, 但都必须保证性能要求。而且, 不但单元电路本身要求设计合理, 各单元电路间也要相互配合, 注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。 2、参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求, 就需要用电子技术知识对参数进行计算, 例如放大电路中各电阻值、放大倍数、振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理, 正确利用计算公式, 计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时, 同一个电路可能有几组数据, 注意选择一组能完成
电路设计功能、在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: （1）元器件的工作电流、电压、频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求。 （2）元器件的极限必须留有足够的裕量, 一般应大于额定值的 1.5倍。 （3）电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3、器件选择 ( 1) 阻容元件的选择 电阻和电容种类很多, 正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同, 有些电路对电容的漏电要求很严, 还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高, 例如滤波电路中常见大容量( 100~3000uF) 铝电解电容, 为滤掉高频一般还需并联小容量( 0.01~0.1uF) 瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件, 并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 ( 2) 分立元件的选择 分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件类型不同, 注意事项也不同。 ( 3) 集成电路的选择 由于集成电路能够实现很多单元电路甚至整机电路的功能, 因此选用集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活, 它不但使系统体积缩小, 而且性能可靠, 便于调试及运用, 在设计电路时颇受欢迎。选用的集成电路不但要在功能和特性上实现设计方案, 而且要满足功耗、电压、速度、价格等方面要求。 4、注意单元电路之间的级联设计, 单元电路之间电气性能的 相互匹配问题, 信号的耦合方式
电子系统设计的基本原则和设计方法 一、电子系统设计的基本原则： 电子电路设计最基本的原则应该使用最经济的资源实现最好的电路功能。具体如下： 1、整体性原则 在设计电子系统时，应当从整体出发，从分析电子电路整体内部各组成元件的关系以及电路整体与外部环境之间的关系入手，去揭示与掌握电子系统整体性质，判断电子系统类型，明确所要设计的电子系统应具有哪些功能、相互信号与控制关系如何、参数指标在那个功能模块实现等，从而确定总体设计方案。 整体原则强调以综合为基础，在综合的控制与指导下，进行分析，并且对分析的结果进行恰当的综合。基本的要点是：（1）电子系统分析必须以综合为目的，以综合为前提。离开了综合的分析是盲目的，不全面的。（2）在以分析为主的过程中往往包含着小的综合。即在对电子系统各部分进行分别考察的过程中，往往也需要又电子局部的综合。（3）综合不许以分析为基础。只有对电子系统的分析了解打到一定程度以后，才能进行综合。没有详尽以分析电子系统作基础，综合就是匆忙的、不坚定的，往往带有某种主管臆测的成分。 2、最优化原则 最优化原则是一个基本达到设计性能指标的电子系统而言的，由于元件自身或相互配合、功能模块的相互配合或耦合还存在一些缺陷，使电子系统对信号的传送、处理等方面不尽完美，需要在约束条件的限制下，从电路中每个待调整的原器件或功能模块入手，进行参数分析，分别计算每个优化指标，并根据有忽而
指标的要求，调整元器件或功能模块的参数，知道目标参数满足最优化目标值的要求，完成这个系统的最优化设计。 3、功能性原则 任何一个复杂的电子系统都可以逐步划分成不同层次的较小的电子子系统。仙子系统设计一般先将大电子系统分为若干个具有相对独立的功能部分，并将其作为独立电子系统更能模块；再全面分析各模块功能类型及功能要求，考虑如何实现这些技术功能，即采用那些电路来完成它；然后选用具体的实际电路，选择出合适的元器件，计算元器件参数并设计个单元电路。 4、可靠性与稳定性原则 电子电路是各种电气设备的心脏，它决定着电气设备的功能和用途，尤其是电气设备性能的可靠性更是由其电子电路的可靠性来决定的。电路形式及元器件选型等设计工作，设计方案在很大程度上也就决定可靠性，在电子电路设计时应遵循如下原则：只要能满足系统的性能和功能指标就尽可能的简化电子电路结构；避免片面追求高性能指标和过多的功能；合理划分软硬件功能，贯彻以软代硬的原则，使软件和硬件相辅相成；尽可能用数字电路代替模拟电路。影响电子电路可靠性的因素很多，在发生的时间和程度上的随机性也很大，在设计时，对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环节应主动地采取可靠性保障措施，使电子电路遭受不可靠因素干扰时能保持稳定。抗干扰技术和容错设计是变被动为主动的两个重要手段。 5、性能与价格比原则 在当今竞争激烈的市场中，产品必须具有较短的开发设计周期，以及出色的性能和可靠性。为了占领市场，提高竞争力，所设计的产品应当成本低、性能好、
错误 ！未定义书签。 图2 L293D 的电机驱动电路 图3 电源稳压电路 图4 降压电路
图3 降压斩波电路原理图 图4 电流检测模块
OS CI ICE_SDA ICE_SCK ICE_EN AV SS1OP I AGC M ICOUT DA C2DA C IOB12IOB11IOB15IOB13SLE EP IOB14VS S IOA12IOA14IOA11IOA10IOA15IOA13I O B 9I O B 10IOA9 I O B 5I O B 8I O B 7V C P I O A 8 V D D H I O A 6I O A 7V S S VS S V D D H VS S V R T A V S S 1 V D D _P I O B 2V C M I O A 3I O B 6I O B 1I O A 1V M I C I O B 0I O A 2M I C P R E S _B I O B 4 I O A 4 I O B 3I O A 0I O A 5VREF2V S S V D D H SPCE061A DA C1M ICN AV SS1VDD VS S VS S VS S OS CO +C29100u C31104 U1 OS C32O 12OS C32I 13XT EST 14VDD 15XICE 16XICECLK 17XICES DA 18VS S 19PV IN 20DA C121DA C222VREF223VS S 24AGC 25OP I 26M ICOUT 27M ICN 28PFUSE 29M I C P 33V C M 34V R T P A D 35V D D 36V M I C 37V S S 38I O A 041I O A 142I O A 243I O A 344I O A 445I O A 546I O A 647I O A 748V S S 49V S S 50V D D H 51V D D H 52I O A 8 53 N C 39N C 40NC 30NC 31NC 32 IOA9 54 IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROM T 61VS S 62XS LEEP 63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PV PP 69V D D H 75 I O B 1076I O B 977NC 70NC 71NC 72NC 73NC 74I O B 878I O B 779I O B 680I O B 581I O B 41I O B 32I O B 23N C 82N C 83N C 84I O B 14I O B 05X R E S B 6V D D 7V C P 8V S S 9N C 10N C 11C8104C7104C18104 +C5 100u C28104 + C27100u +C17100u + C4100u V D D _A SPCE061A 芯片引脚电路图 电机驱动电路 图5 电源变换电路图
半导体三极管主要用途之一是利用它的电流放大作用组成各种放大电路，主要有三极管放大器、多级放大器、差分放大器、小信号调谐放大器、低频功率放大器等。 1．三极管单级放大器 双极性三极管有三种不同组态。与之相对应，三级管放大器也分为三种，分别是共发射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器。如1图所示。图1a为共射放大器，待放大信号ui由三极管的基极输入，被放大后的信号uo由集电极输出，基极与发射极构成输入回路，集电极与发射极构成输出回路，可见发射极是输入、输出回路的公共端，所以称为共发射极放大器，简称共射放大器。此电路的工作特点是，既能放大信号的电压又能放大信号的电流，而且输出信号与输入信号反相；输入电阻与输出电阻阻值适中。一般为RL几千欧，电压放大倍数一般在几十一几百倍，可用于电压信号的放大，常被用作多级放大器的中间级。 图1b称为共集放大器，uj由基极输入，uo由发射极输出，集电极是输入和输出回路的公共端，所以称为共集电极放大器，简称共集放大器，也称为射极跟随器。此电路的工作特点是能放大信号的电流不能放大信号的电压，电压放大倍数约为1。而且输出信号与输入信号同相；输入电阻阻值较大，一般为几十千欧，输出电阻阻值很小，一般为几十欧。常被用作放多级放大器的输入级(从信号源获取信号的能力强)、输出级(带负载能力强)和缓冲级(实现阻抗转换)。 图1c为共基放大器。uI由发射极输入，uo由集电极输出，基极是输入和输出回路的公共端。所以称为共基极电路，简称共基放大器。此结构电路的工作特点是能放大信号的电压不能放大信号的电流，而且输出信号与输入信号同相。输入电阻阻值很小。一般为十几 一几十欧，输出电阻阻值适中，一般为 几千欧。常用在高频信号电压放大电路 和振荡器中。vocRL (a)分压偏置式共射放大器 (b)共集放大器(射极输出器) C ui—__1 (a)直接耦合多级放大器 (b)阻容耦合多级放大器
电子电路设计的一般方法与步骤 一、总体方案的设计与选择 1.方案原理的构想 (1)提出原理方案 一个复杂的系统需要进行原理方案的构思，也就是用什么原理来实现系统要求。因此，应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题是什么，然后根据此关键问题提出实现的原理与方法，并画出其原理框图（即提出原理方案）。提出原理方案关系到设计全局，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路,开动脑筋,利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，一般应通过试验加以确认。 (2)原理方案的比较选择 原理方案提出后，必须对所提出的几种方案进行分析比较。在详细的总体方案尚未完成之前,只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。如果有两种方案难以敲定，那么可对两种方案都进行后续阶段设计，直到得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较，才能最后确定下来。 2.总体方案的确定 原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定，原理方案只着眼于方案的原理，不涉及方案的许多细节，因此，原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可能由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。当然，每个框图不宜分得太细，亦不能分得太粗，太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间的相互连接复杂化；但太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。总之,
应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。 二、单元电路的设计与选择 1.单元电路结构形式的选择与设计 按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。 满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。 2.元器件的选择 (1)元器件选择的一般原则 元器件的品种规格十分繁多，性能、价格和体积各异，而且新品种不断涌现，这就需要我们经常关心元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格，这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适，需要进行分析比较。首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。 (2)集成电路与分立元件电路的选择问题 随着微电子技术的飞速发展，各种集成电路大量涌现，集成电路的应用越来越广泛。今天，一块集成电路常常就是具有一定功能的单元电路，它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般都优于由分立元件构成的单元电路。 优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况，如：在高频、宽频带、高电压、大电流等场合，集成电路往往还不能适应，有时仍需采用分立元件。另外，对一些功能十分简单的电路，往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题，就不必选用集成电路。
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0.5 V 2桥式整流电流流向过程： 当u 2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R L 是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 2的负半周，u 2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R L 上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压。 3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 二.电源滤波器 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。 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。 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R<<ωL,所以有Z≈
介绍几种常见的放大电路 课外讲堂(电子) 2010-01-04 09:42:16 阅读48 评论0 字号：大中小 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在20 赫～20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的 电流的放大器。 （1 ）共发射极放大电路 图1 （a ）是共发射极放大电路。C1 是输入电容，C2 是输出电容，三极管VT 就是起放大作用的器件，RB 是基极偏置电阻,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图1 （b ），动态时交流通路见图1 （c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳 定，可用于一般场合。 （2 ）分压式偏置共发射极放大电路 图2 比图1 多用3 个元件。基极电压是由RB1 和RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻RE 和电容CE ，CE 称交流旁路电容，对交流是短路的；RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和RE 上电压的差值，所以是负反馈。 由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。
（ 3 ）射极输出器 图3 （a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图3 （b ）是它的交流通路 图，可以看到它是共集电极放大电路。 这个图中，晶体管真正的输入是V i 和V o 的差值，所以这是一个交流负反馈很深的电路。由于很深的负反馈，这个电路的特点是：电压放大倍数小于 1 而接近 1 ，输出电压和输入电压同相，输入阻抗高输出阻抗低，失真小，频带宽，工作稳定。它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之 用。 （4 ）低频放大器的耦合 一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种：①RC 耦合，见图4 （a ）。优点是简单、成本低。但性能不是最佳。②变压器耦合，见图4 （b ）。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。③直接耦合，见图 4 （ c ）。优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。
电子线路设计与制作 实验报告 班级：电信12305班 指导老师：朱婷 小组成员：张壮安剑锋罗杰杨康熊施任务分工：1.张壮实验报告的撰写 2.安剑锋检查元件及整理 3.罗杰电路的焊接 4.杨康元器件的保管及测试 5.熊施协助电路的焊接 2014年11月14日
项目一：红外线电路设计 一、电路工作原理 常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一直特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的红外线而不会死可见光。 接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外线接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外线接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外线二极管一般有圆形和方形两种。 二、电路原理图设计
课题名称元件数量备注 红外线发射——接收模拟 电路红外线发射管 1 红外线接收管 1 发光二极管 1 运放uA741 1 20K可调电位器 1 100Ω电阻 1 10kΩ电阻 1 330Ω电阻 1 元件清单表 三、电路设计与调试 （1）各小组从指导老师那里领取元器件，分工检测元器件的性能。（2）依据电路原理图，各小组讨论如何布局，最后确定一最佳方案在洞洞板上搭建红外线发射\接收电路图。 （3）检查电路无误后，从信号发生器送入适应电压。 （4）调节可调电阻R3的阻值，观察发光二极管LED是否出现闪烁现象，如果出现说明有发射和接收，如果没有检查电路。（5）实验完毕，记录结果，并写实验报告。
四、实验注意事项 （1）发光二极管的电流不能天大（小于200mA）；（2）在通电前必须检查电路无误后才可； （3）信号发生器的输出电压峰峰值1.5~2.5V。 项目二：定时电路的设计一、电路原理图与工作原理
电子电路识图的基本方法和技巧 对初学者来说，复杂的电子电路图上布满了密密麻麻的电路符号，根本不知从何下手识图，也不能从电子电路原理图中找出电子产品的故障所在，更不能得心应手地去设计各种各样的电子电路。其实，只要对电子电路图进行仔仔细细观察，就会发现电子电路的构成具有很强的规律性，即相同类型的电子电路不仅功能相似，而且在电路结构上也是大同小异的。任何一张错综复杂、表现形式不同的电子电路图都是由一些最基本的电子电路组合而成的，构成复杂电子电路图的最基本电路称为单元电路。只要掌握了基本单元电路，任何复杂的电路都可以看成是基本单元电路的集合。1.从基本元器件入手，为识图打下良好的基础。电子元器件是构成电子产品的基础。因此，了解电子元器件的基础知识，掌握不同元器件在电路中的电路表示符号及各元器件的基本功 能特点是进行电子识图的第一步。 2.掌握基本单元电路，为识读复杂电路打下基础。在学习基本单元电路时，要掌握好基本单元电路的工作原理、电路的功能及特性、电路典型参数、组成电路的元器件、每一个元器件在电路中所起的作用及电路调试方法等。 3.分解复杂电路。复杂电路被分解为基本单元电路后，就可以根据一个个基本单元电路的功能、特点进而分析到整个复
杂的电子电路，设计出各种各样的电路。 4.掌握基本单元电路之间的连接方法。基本单元电路之间可以直接连接起来，叫做直接耦合；通过变压器的初、次级间的磁感应来实现信号的连接，叫做变压器耦合；用电容来连接，叫做电容耦合。 5.明确各分体元器件在电子电路中所起的作用。为了方便初学者识图，现将各分体元器件在电子电路中不同的接法及与不同元器件连接所起的作用归纳如下。电阻器：在电路中主要起限流、分压的作用。 1）电阻器与电阻器在电路中并联一般是为了增大电阻器的功率。 2）电阻器与电阻器串联并从中间引出抽头，在一般情况下是为了得到电阻器上的分压。 3）电阻与稳压管串联，电阻器为稳压二极管的限流电阻器。4）电阻器与电容器串联组成微分电路，在这里电阻器为电容器的充电限流电阻器，充电常数由RC的乘积觉定。在这里如果微分电路与二极管或单向晶闸管等半导体器件并联，且电路中有电感性负载，则微分电路在电路中起阻容吸收的作用，即吸收电感器由于在开机、关机一瞬间产生的较高感应电动势，保护半导体器件不因太高的感应电动势而击穿损坏。 5）电阻器与电容器并联，在一般情况下电阻器为电容器的
从EMC角度考虑常用电路设计及PCB设计 A.电源电路 电源电路设计中，功能性设计主要考虑温升和纹波大小。温升大小由结构 很关键：大电容一般采用低ESR电容，小电容采用0.1UF和1000pF共用。电源电路设计中，电磁兼容设计是关键设计。主要涉及的电磁兼容设计有：传导发射和浪涌。 传导发射设计一般采用输入滤波器方式。外部采购的滤波器内部电路一般采用下列电路： Cx1和Cx2为X电容，防止差模干扰。差模干扰大时，可增加其值进行抑制；Cy1和Cy2为Y电容，防止共模干扰。共模干扰大时，可增加其值进行抑制。需要注意的是，如自行设计滤波电路，Y电容不可设计在输入端，也不可双端都加Y电容。 浪涌设计一般采用压敏电阻。差模可根据电源输入耐压选取；共模需要电源输入耐压和产品耐压测试综合考虑。 当浪涌能量大时，也可考虑压敏电阻（或TVS）与放电管组合设计。
1 电源输入部分的EMC设计 应遵循①先防护后滤波；②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端；③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤波电路。 原因说明： ①先防护后滤波： 第一级防护器件应在滤波器件之前，防止滤波器件在浪涌、防雷测试中损坏，或导致滤波参数偏离，第二级保护器件可以放在滤波器件的后面；选择防护器件时，还应考虑个头不要太大，防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远，起不到滤波效果。 ②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端：CLASSB要求比CLASS A要求小10dB，即小3倍，所以应有两级滤波电路； CLASSA规格要求至少一级滤波电路；所谓一级滤波电路指包含一级共模电感的滤波电路。
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
电路设计的基本原理和方法 本人经过整理得出如下的电路设计方法，希望对广大电子爱好者及热衷于硬件研发的朋友有所帮助。 电子电路的设计方法 设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 一．明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能，指标，内容及要求，以明确系统应完成的任务。 二．方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务，要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理，可靠，经济，功能齐全，技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三．单元电路的设计，参数计算和期间选择 根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计，参数计算和器件选择。 1．单元电路设计 单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿传输的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入信号，输出信号和控制信号的关系。 2．参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各电阻值，放大倍数的计算；振荡器中电阻，电容，振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计要求的功能，在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题： （1）元器件的工作电流，电压，频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求； （2）元器件的极限参数必须留有足够充裕量，一般应大于额定值的1．5倍； （3）电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3．器件选择 （1）元件的选择 阻容电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有解电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻，电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量（100ｕF～3000uF）铝电解电容，为滤掉高频通常