電子發(fā)燒友網(wǎng)訊:扎實(shí)的電路設(shè)計(jì)是初級(jí)電子工程師通向在設(shè)計(jì)上,能獨(dú)當(dāng)一面的優(yōu)秀工程師的一門必修課。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中,有許多零碎化,但是又很重要的知識(shí)點(diǎn)需要我們?nèi)チ私狻W(xué)習(xí)、掌握,把握好這些將使得工程師讀者們的整個(gè)設(shè)計(jì)體系更趨于完整。基于此,電子發(fā)燒友網(wǎng)整合本站資源推出《電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵基礎(chǔ)知識(shí)精華集錦》,以饗讀者。
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——電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇
一、電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇:電容
??????? 電子工程師在平時(shí)進(jìn)行電子設(shè)計(jì)中接觸得最多的莫過(guò)于電子元器件了,而如何用好電子元器件,使電子元器件在電路中發(fā)揮其最大的功能作用,則成為評(píng)判你是否是合格電子工程師的基本標(biāo)準(zhǔn)。為給工程師朋友提供較為全面的元器件知識(shí),或?qū)W習(xí),或參考,或溫故而知新,電子發(fā)燒友會(huì)陸續(xù)整合推出《電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇》系列章節(jié),敬請(qǐng)留意。?本章節(jié)將談及電容相關(guān)知識(shí),?電容在電子線路中也是廣泛應(yīng)用的器件之一。我們多采用它來(lái)濾波、隔直、交流耦合、交流旁路等,也用它和電感元件一起組成振蕩電路。
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電容(或稱電容量)是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢(shì)差增加1伏所需的電量,叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講,它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)(就像一只水桶一樣,你可以把電荷充存進(jìn)去,在沒(méi)有放電回路的情況下,刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯,可能電荷會(huì)永久存在,這是它的特征),它的用途較廣,它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等電路中。
電容的符號(hào)是C。
C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U
在國(guó)際單位制里,電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱法,符號(hào)是F,常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等,換算關(guān)系是:
1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。
電容與電池容量的關(guān)系:
1伏安時(shí)=25法拉=3600焦耳
1法拉=144焦耳
【詳情請(qǐng)參閱:電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(一):電容 】
二、電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇:二極管
二極管又稱晶體二極管,簡(jiǎn)稱二極管(diode),另外,還有早期的真空電子二極管;它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè) PN結(jié)兩個(gè)引線端子,這種電子器件按照外加電壓的方向,具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來(lái)講,晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層,構(gòu)成自建電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓等于零時(shí),由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài),這也是常態(tài)下的二極管特性。
常見(jiàn)二極管圖示
一、概述
二極管的符號(hào)為。
半導(dǎo)體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì),它不像導(dǎo)體一樣能夠完全導(dǎo)電,又不像絕緣體那樣不能導(dǎo)電,它介于兩者之間,所以稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅(讀“guī”)和鍺(讀“zhě”)。我們常聽(tīng)說(shuō)的美國(guó)硅谷,就是因?yàn)槟抢镉泻枚嗉野雽?dǎo)體廠商。
二極管應(yīng)該算是半導(dǎo)體器件家族中的元老了。很久以前,人們熱衷于裝配一種礦石收音機(jī)來(lái)收聽(tīng)無(wú)線電廣播,這種礦石后來(lái)就被做成了晶體二極管。
二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?,就是說(shuō)電流只能從一邊過(guò)去,卻不能從另一邊過(guò)來(lái)(從正極流向負(fù)極)。我們用萬(wàn)用表來(lái)對(duì)常見(jiàn)的1N4001型硅整流二極管進(jìn)行測(cè)量,紅表筆接二極管的負(fù)極,黑表筆接二極管的正極時(shí),表針會(huì)動(dòng),說(shuō)明它能夠?qū)щ?;然后將黑表筆接二極管負(fù)極,紅表筆接二極管正極,這時(shí)萬(wàn)用表的表針根本不動(dòng)或者只偏轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn),說(shuō)明導(dǎo)電不良(萬(wàn)用表里面,黑表筆接的是內(nèi)部電池的正極)。
常見(jiàn)的幾種二極管中有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。像它的名字,二極管有兩個(gè)電極,并且分為正負(fù)極,一般把極性標(biāo)示在二極管的外殼上。大多數(shù)用一個(gè)不同顏色的環(huán)來(lái)表示負(fù)極,有的直接標(biāo)上“—”號(hào)。大功率二極管多采用金屬封裝,并且有個(gè)螺母以便固定在散熱器上。
【詳情請(qǐng)參閱:電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(二):二極管 】
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三、電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇:電感
電感:當(dāng)線圈通過(guò)電流后,在線圈中形成磁場(chǎng)感應(yīng),感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)抵制通過(guò)線圈中的電流。我們把這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱其為電的感抗,也就是電感,單位是“亨利”(H)。
電感線圈是由導(dǎo)線一圈靠一圈地繞在絕緣管上,導(dǎo)線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空心的,也可以包含鐵芯或磁粉芯,簡(jiǎn)稱電感。用L 表示,單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。
一、電感器的作用與電路圖形符號(hào)
?。ㄒ唬╇姼衅鞯碾娐穲D形符號(hào)
電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁心、鐵心上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝,它在電路中用字母“L”表示,上圖是其電路圖形符號(hào),下圖是實(shí)物圖。
(二)電感器的作用
電感器的主要作用是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波或與電容器、電阻器等組成諧
【詳情請(qǐng)參閱:電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(三):電感 】
四、電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇:電阻
電阻,因?yàn)槲镔|(zhì)對(duì)電流產(chǎn)生的阻礙作用,所以稱其該作用下的電阻物質(zhì)。電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的變化,電阻越小,電子流通量越大,反之亦然。沒(méi)有電阻或電阻很小的物質(zhì)稱其為電導(dǎo)體,簡(jiǎn)稱導(dǎo)體。不能形成電流傳輸?shù)奈镔|(zhì)稱為電絕緣體,簡(jiǎn)稱絕緣體。
在物理學(xué)中,用電阻(Resistance)來(lái)表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大,表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體,電阻一般不同,電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。電阻元件是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。
電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān),衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù),其定義為溫度每升高1℃時(shí)電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。
電阻是所有電子電路中使用最多的元件。
導(dǎo)電體對(duì)電流的阻礙作用稱著電阻,用符號(hào)R 表示,單位為歐姆、千歐、兆歐,分別用Ω、kΩ、MΩ 表示。
一、電阻的型號(hào)命名方法:
國(guó)產(chǎn)電阻器的型號(hào)由四部分組成(不適用敏感電阻)
第一部分:主稱 ,用字母表示,表示產(chǎn)品的名字。如R 表示電阻,W 表示電位器。
第二部分:材料 ,用字母表示,表示電阻體用什么材料組成,T-碳膜、H-合成碳膜、S-有機(jī)實(shí)心、N-無(wú)機(jī)實(shí)心、J-金屬膜、Y-氮化膜、C-沉積膜、I-玻璃釉膜、X-線繞。
第三部分:分類,一般用數(shù)字表示,個(gè)別類型用字母表示,表示產(chǎn)品屬于什么類型。1-普通、2-普通、3-超高頻 、4-高阻、5-高溫、6- 精密、7-精密、8-高壓、9-特殊、G-高功率、T-可調(diào)。
第四部分:序號(hào),用數(shù)字表示,表示同類產(chǎn)品中不同品種,以區(qū)分產(chǎn)品的外型尺寸和性能指標(biāo)等 。例如:R T 1 1 型普通碳膜電阻a1。
【詳情請(qǐng)參閱:電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(四):電阻 】
——如何看懂電路圖
如何看懂電路圖(一):關(guān)鍵電氣符號(hào)詳解
電子設(shè)備中有各種各樣的圖。能夠說(shuō)明它們工作原理的是電原理圖,簡(jiǎn)稱電路圖。
電路圖有兩種,一種是說(shuō)明模擬電子電路工作原理的。它用各種圖形符號(hào)表示電阻器、電容器、開關(guān)、晶體管等實(shí)物,用線條把元器件和單元電路按工作原理的關(guān)系連接起來(lái)。這種圖長(zhǎng)期以來(lái)就一直被叫做電路圖。
另一種是說(shuō)明數(shù)字電子電路工作原理的。它用各種圖形符號(hào)表示門、觸發(fā)器和各種邏輯部件,用線條把它們按邏輯關(guān)系連接起來(lái),它是用來(lái)說(shuō)明各個(gè)邏輯單元之間的邏輯關(guān)系和整機(jī)的邏輯功能的。為了和模擬電路的電路圖區(qū)別開來(lái),就把這種圖叫做邏輯電路圖,簡(jiǎn)稱邏輯圖。
除了這兩種圖外,常用的還有方框圖。它用一個(gè)框表示電路的一部分,它能簡(jiǎn)潔明了地說(shuō)明電路各部分的關(guān)系和整機(jī)的工作原理。
一張電路圖就好象是一篇文章,各種單元電路就好比是句子,而各種元器件就是組成句子的單詞。所以要想看懂電路圖,還得從認(rèn)識(shí)單詞 —— 元器件開始。有關(guān)電阻器、電容器、電感線圈、晶體管等元器件的用途、類別、使用方法等內(nèi)容可以點(diǎn)擊本文相關(guān)文章下的各個(gè)鏈接,本文只把電路圖中常出現(xiàn)的各種符號(hào)重述一遍,希望初學(xué)者熟悉它們,并記住不忘。
電阻器與電位器
符號(hào)詳見(jiàn)圖 1 所示,其中( a )表示一般的阻值固定的電阻器,( b )表示半可調(diào)或微調(diào)電阻器;( c )表示電位器;( d )表示帶開關(guān)的電位器。電阻器的文字符號(hào)是“ R ”,電位器是“ RP ”,即在 R 的后面再加一個(gè)說(shuō)明它有調(diào)節(jié)功能的字符“ P ”。
在某些電路中,對(duì)電阻器的功率有一定要求,可分別用圖 1 中( e )、( f )、( g )、( h )所示符號(hào)來(lái)表示。
幾種特殊電阻器的符號(hào):
第 1 種是熱敏電阻符號(hào),熱敏電阻器的電阻值是隨外界溫度而變化的。有的是負(fù)溫度系數(shù)的,用 NTC 來(lái)表示;有的是正溫度系數(shù)的,用 PTC 來(lái)表示。它的符號(hào)見(jiàn)圖( i ),用 θ 或 t° 來(lái)表示溫度。它的文字符號(hào)是“ RT ”。
第 2 種是光敏電阻器符號(hào),見(jiàn)圖 1 ( j ),有兩個(gè)斜向的箭頭表示光線。它的文字符號(hào)是“ RL ”。
第 3 種是壓敏電阻器的符號(hào)。壓敏電阻阻值是隨電阻器兩端所加的電壓而變化的。符號(hào)見(jiàn)圖 1 ( k ),用字符 U 表示電壓。它的文字符號(hào)是“ RV ”。這三種電阻器實(shí)際上都是半導(dǎo)體器件,但習(xí)慣上我們?nèi)园阉鼈儺?dāng)作電阻器。
第 4 種特殊電阻器符號(hào)是表示新近出現(xiàn)的保險(xiǎn)電阻,它兼有電阻器和熔絲的作用。當(dāng)溫度超過(guò) 500℃ 時(shí),電阻層迅速剝落熔斷,把電路切斷,能起到保護(hù)電路的作用。它的電阻值很小,目前在彩電中用得很多。它的圖形符號(hào)見(jiàn)圖 1 ( 1 ),文字符號(hào)是“ R F ”。
【詳情請(qǐng)參閱:如何看懂電路圖(一):關(guān)鍵電氣符號(hào)詳解 】
如何看懂電路圖(二):電源電路單元詳解
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。
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 R L 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高。
【詳情請(qǐng)參閱:如何看懂電路圖(二):電源電路單元詳解 】
如何看懂電路圖(三):放大電路設(shè)計(jì)詳解
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,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。
下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頻率在 20 赫~ 20 千赫之間、輸出要求有一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。基極電壓是由 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)饔谩K^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。
【詳情請(qǐng)參閱:如何看懂電路圖(三):放大電路設(shè)計(jì)詳解 】
如何看懂電路圖(四):振蕩和調(diào)制電路詳解
說(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 f 0 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 u f 和輸入電壓 U i 要相等,這是振幅平衡條件。二是 u f 和 u i 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 L C 振蕩器和 RC 振蕩器。
LC 振蕩器
LC 振蕩器的選頻網(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 f 0 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:頻率范圍寬、容易起振,但頻率穩(wěn)定度不高。它的振蕩頻率是: f 0 =1 / 2π LC 。常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號(hào)。
【詳情請(qǐng)參閱:如何看懂電路圖(四):振蕩和調(diào)制電路詳解 】
如何看懂電路圖(五):脈沖電路詳解
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 t r 、脈沖后沿 t f 和脈沖寬度 t k 來(lái)表示。如果一個(gè)脈沖的寬度 t k =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)射極電路很相似。在放大電路中,基極電阻 R b2 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, R b2 是接到一個(gè)負(fù)電源上的,而且 R b1 和 R b2 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電容器的充放電。
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如何看懂電路圖(六):數(shù)字邏輯電路詳解
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串電脈沖,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?1 ”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、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“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 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。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。
門電路和觸發(fā)器
?。?1 )門電路
門電路可以看成是數(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。
最基本的門電路有 3 種:非門、與門和或門。非門就是反相器,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 ,輸出寫成 P=A 。與門有 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 ,輸出寫成 P=A·B ?;蜷T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,輸出就寫成 P=A + B 。
把這三種基本門電路組合起來(lái)可以得到各種復(fù)合門電路,如與門加非門成與非門,或門加非門成或非門。圖 1 是它們的圖形符號(hào)和真值表。此外還有與或非門、異或門等等。
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 。
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如何看懂電路圖(七):555集成電路詳解
555 集成電路開始出現(xiàn)時(shí)是作定時(shí)器應(yīng)用的,所以叫做 555 定時(shí)器或 555 時(shí)基電路。但是后來(lái)經(jīng)過(guò)開發(fā),它除了作定時(shí)延時(shí)控制外,還可以用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制以及計(jì)量檢測(cè)等作用;還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路,作為交流信號(hào)源以及完成電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等用途。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉,因此目前被廣泛用于各種小家電中。
555 集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件,有分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等,電路比較復(fù)雜,是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。它的性能和參數(shù)要在非線性模擬集成電路手冊(cè)中才能查到。 555 集成電路是 8 腳封裝,圖 1 ( a )是雙列直插型封裝,按輸入輸出的排列可畫成圖 1 ( b )?! ∑渲?6 腳稱閥值端( TH ),是上比較器的輸入。 2 腳稱觸發(fā)端( ),是下比較器的輸入。 3 腳是輸出端( V O ),它有 0 和 1 兩種狀態(tài),它的狀態(tài)是由輸入端所加的電平?jīng)Q定的。 7 腳的放電端( DIS ),它是內(nèi)部放電管的輸出,它也有懸空和接地兩種狀態(tài),也是由輸入端的狀態(tài)決定的。 4 腳是復(fù)位端( ),加上低電砰(< 0.3 伏)時(shí)可使輸出成低電平。 5 腳稱控制電壓端( V C ),可以用它改變上下觸發(fā)電平值。 8 腳是電源, 1 腳為地端。
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對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō),可以把 555 電路等效成一個(gè)帶放電開關(guān)的 R - S 觸發(fā)器,如圖 2 ( a )。這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端;閾值端( TH )可看成是置零端 R ,要求高電平;觸發(fā)端( )可看成是置位端,低電平有效。它只有 1 個(gè)輸出端 V O , V O 可等效成觸發(fā)器的 Q 端。放電端( DIS )可看成由內(nèi)部的放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn),放電開關(guān)由觸發(fā)器的 Q 端控制:=1 時(shí) DIS 端接地; =0 時(shí) DIS 端懸空。此外這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端 ,控制電壓端 V C ,電源端 V DD 和地端 GND 。
這個(gè)特殊的 R - S 觸發(fā)器有 2 個(gè)特點(diǎn):( 1 )兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低:置零端 R 即閾值端 TH 要求高電平,而置低端 即觸發(fā)端 則要求低電平。( 2 )兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平,也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值也不同,當(dāng) V C 端不接控制電壓時(shí),對(duì) TH ( R )端來(lái)講, 》 2 /3 V DD 是高電平 1 , 《 2 /3 V DD 是低電平 0 ;而對(duì) ( )端來(lái)講,> 1/ 3 V DD 是高電平 1 ,< 1 /3 V DD 是低電平 0 。如果在控制端( V C )加上控制電壓 V C ,這時(shí)上觸發(fā)電平就變成 V C 值,而下觸發(fā)電平則變成 1 /2 V C ??梢?jiàn)改變控制端的控制電壓值可以改變上下觸發(fā)電平值。
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——CMOS集成電路基礎(chǔ)知識(shí)
CMOS集成電路基礎(chǔ)知識(shí)(一):特點(diǎn)、原理及應(yīng)用
CMOS集成電路的工作原理
下面我們通過(guò)CMOS集成電路中的一個(gè)最基本電路-反相器(其他復(fù)雜的CMOS集成電路大多是由反相器單元組合而成)入手,分析一下它的工作過(guò)程。
利用一個(gè)P溝道MOS管和一個(gè)N溝道MOS管互補(bǔ)連接就構(gòu)成了一個(gè)最基本的反相器單元電路如附圖所示。圖中VDD為正電源端,VSS為負(fù)電源端。電路設(shè)計(jì)采用正邏輯方法,即邏輯“1”為高電平,邏輯“0”為低電平。
附圖中,當(dāng)輸入電壓VI為底電平“0”(VSS)時(shí),N溝道MOS管的柵-源電壓VGSN=0V(源極和襯底一起接VSS),由于是增強(qiáng)型管,所以管子截止,而P溝道MOS管的柵-源電壓VGSN=VSS—VDD。若| VSS—VDD |》| VTP|(MOS管開啟電壓),則P溝道MOS管導(dǎo)通,所以輸出電壓V0為高電平“1”(VDD),實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出的反相功能。
當(dāng)輸入電壓VI為底電平“1”(VDD)時(shí),VGSN=(VDD—VSS)。若(VDD—VSS)》 VGSN ,則N溝道MOS管導(dǎo)通,此時(shí)VGSN=0V, P溝道MOS管截止,所以輸出電壓V0為低電平“0”(VSS),與VI互為反相關(guān)系。
由上述分析可知,當(dāng)輸入信號(hào)為“0”或“1”的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),電路中的兩個(gè)MOS管總有一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài),使得VDD和VSS之間無(wú)低阻抗直流通路,因此靜態(tài)功耗極小。這便是CMOS集成電路最主要的特點(diǎn)。
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CMOS集成電路設(shè)計(jì)(二):接口電路詳解
一、CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)其它器件
1.CMOS-TTL集成電路的接口
由于TTL的低電平輸入電流1.6mA,而CMOS的低電平輸出電流只有1.5mA,因而一般都得加一個(gè)接口電路。這里介紹一種采用單電源的接口電路。在附圖1中,門II起接口電路的作用,是CMOS集成電路緩沖/電平變換器,起緩沖驅(qū)動(dòng)或邏輯電平變換的作用,具有較強(qiáng)的吸收電流的能力,可直接驅(qū)動(dòng) TTL集成電路,因而連接簡(jiǎn)便。但是,使用時(shí)需要注意相位問(wèn)題。電路中CC4049是六反相緩沖/變換器,而CC4050是六同相緩沖/變換器。
2.CMOS-HTL集成電路的接口
HTL集成電路是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)集成電路,具有較高的抗干擾性能。
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CMOS集成電路設(shè)計(jì)(三):CMOS設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
?。?)使用TTL集成電路注意事項(xiàng)
①TTL集成電路的電源電壓不能高于+5.5V使用,不能將電源與地顛倒錯(cuò)接,否則將會(huì)因?yàn)檫^(guò)大電流而造成器件損壞。
?、陔娐返母鬏斎攵瞬荒苤苯优c高于+5.5V和低于-0.5V的低內(nèi)阻電源連接,因?yàn)榈蛢?nèi)阻電源能提供較大的電流,導(dǎo)致器件過(guò)熱而燒壞。
?、鄢龖B(tài)和集電極開路的電路外,輸出端不允許并聯(lián)使用。如果將 圖T306雙列直插集電極開路的門電路輸出端并聯(lián)使用而使電路具有線與功能時(shí),應(yīng)在其輸出端加一個(gè)預(yù)先計(jì)算好的上拉負(fù)載電阻到VCC端。
?、茌敵龆瞬辉试S與電源或地短路。否則可能造成器件損壞。但可以通過(guò)電阻與地相連,提高輸出電平。
⑤在電源接通時(shí),不要移動(dòng)或插入集成電路,因?yàn)殡娏鞯臎_擊可能會(huì)造成其永久性損壞。
?、薅嘤嗟妮斎攵俗詈貌灰獞铱?。雖然懸空相當(dāng)于高電平,并不影響與非門的邏輯功能,但懸空容易受干擾,有時(shí)會(huì)造成電路的誤動(dòng)作,在時(shí)序電路中表現(xiàn)更為明顯。因此,多余輸入端一般不采用懸空辦法,而是根據(jù)需要處理。例如:與門、與非門的多余輸入端可直接接到VCC上;也可將不同的輸入端通過(guò)一個(gè)公用電阻(幾千歐)連到VCC上;或?qū)⒍嘤嗟妮斎攵撕褪褂枚瞬⒙?lián)。不用的或門和或非門等器件的所有輸入端接地,也可將它們的輸出端連到不使用的與門輸入端上。如圖 T307所示。
對(duì)觸發(fā)器來(lái)說(shuō),不使用的輸入端不能懸空,應(yīng)根據(jù)邏輯功能接人電平。輸入端連線應(yīng)盡量短,這樣可以縮短時(shí)序電路中時(shí)鐘信號(hào)沿傳輸線的延遲時(shí)間。一般不允許將觸發(fā)器的輸出直接驅(qū)動(dòng)指示燈、電感負(fù)載、長(zhǎng)線傳輸,需要時(shí)必須加緩沖門。
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評(píng)論
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