模拟电路

1、基尔霍夫定理的内容是什么?

a. 基尔霍夫电流定律:在电路的任一节点,流入、流出该节点电流的代数和为零。
b. 基尔霍夫电压定律:在电路中的任一闭合电路,电压的代数和为零。

2、戴维南定理

一个含独立源、线性电阻和受控源的二端电路 ,对其两个端子来说都可等效为一个理想电压源串联内阻的模型。其理想电压源的数值为有源二端电路 的两个端子的开路电压 ,串联的内阻为 内部所有独立源等于零时两端子间的等效电阻 。

3、三极管曲线特性

“模拟电路基础问答题总结"

4、描述反馈电路的概念,列举他们的应用。

反馈,就是在电子系统中,把放大电路中的输出量(电流或电压)的一部分或全部,通过一定形式的反馈取样网络并以一定的方式作用到输入回路以影响放大电路输入量的过程。

反馈的类型有:电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。

负反馈对放大器性能有四种影响:

1)提高放大倍数的稳定性,由于外界条件的变化(T℃,Vcc,器件老化等),放大倍数会变化,其相对变化量越小,则稳定性越高。
2)减小非线性失真和噪声。
3)改变了放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro。
4)有效地扩展放大器的通频带。

电压负反馈的特点:电路的输出电压趋向于维持恒定。
电流负反馈的特点:电路的输出电流趋向于维持恒定。

引入负反馈的一般原则为:

1)为了稳定放大电路的静态工作点,应引入直流负反馈;为了改善放大电路的动态性能,应引入交流负反馈(在中频段的极性)。

2)信号源内阻较小或要求提高放大电路的输入电阻时,应引入串联负反馈;信号源内阻较大或要求降低输入电阻时,应引入并联系反馈。

3)根据负载对放大电路输出电量或输出电阻的要求决定是引入电压还是电流负反馈。若负载要求提供稳定的信号电压或输出电阻要小,则应引入电压负反馈;若负载要求提供稳定的信号电流或输出电阻要大,则应引入电流负反馈。

4)在需要进行信号变换时,应根据四种类型的负反馈放大电路的功能选择合适的组态。例如,要求实现电流——电压信号的转换时,应在放大电路中引入电压并联负反馈等。

5、有源滤波器和无源滤波器的区别

无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L和C组成。

有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

6、什么叫差模信号?什么叫共模信号?画出差分电路结构

两个大小相等、极性相反的一对信号称为差模信号。差动放大电路输入差模信号(uil =-ui2)时,称为差模输入。

两个大小相等、极性相同的一对信号称为共模信号。差动放大电路输入共模信号(uil =ui2)时,称为共模输入。

在差动放大器中,有用信号以差模形式输入,干扰信号用共模形式输入,那么干扰信号将被抑制的很小。

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7、场效应和晶体管比较:

a.在环境条件变化大的场合,采用场效应管比较合适。

b.场效应管常用来做前置放大器,以提高仪器设备的输入阻抗,降低噪声等。

c.场效应管放大能力比晶体管低。

d.工艺简单,占用芯片面积小,适宜大规模集成电路。在脉冲数字电路中获得更广泛的应用。

8、基本放大电路的组成原则:

a.发射结正偏,集电结反偏。

b.输入回路的接法应该使输入信号尽量不损失地加载到放大器的输入端。

c.输出回路的接法应该使输出信号尽可能地传送到负载上。

9、实现放大的条件

a.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏,集电结反偏。

b.正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。

c.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。

d.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。

10、功放要求:

a.输出功率尽可能大。
b.高效率
c.非线形失真小
d.晶体管的散热和保护

11、频率补偿

所谓频率补偿,就是指提高或降低某一特定频率的信号的强度,用来弥补信号处理过程中产生的该频率的减弱或增强。常用的有负反馈补偿、发射极电容补偿、电感补偿等。

12、放大电路的频率补偿的目的是什么,有哪些方法?

放大电路中频率补偿的目的有二:

一是改善放大电路的高频特性,

二是克服由于引入负反馈而可能出现自激振荡现象,使放大器能够稳定工作。

在 放大电路中,由于晶体管结电容的存在常常会使放大电路频率响应的高频段不理想,为了解决这一问题,常用的方法就是在电路中引入负反馈。然后,负反馈的引入 又引入了新的问题,那就是负反馈电路会出现自激振荡现象,所以为了使放大电路能够正常稳定工作,必须对放大电路进行频率补偿。
频率补偿的方法可以分为超前补偿和滞后补偿,主要是通过接入一些阻容元件来改变放大电路的开环增益在高频段的相频特性,目前使用最多的就是锁相环。

13、基本放大电路种类(电压放大器,电流放大器,互导放大器和互阻放大器),优缺点,特别是广泛采用差分结构的原因。
放大电路的作用:放大电路是电子技术中广泛使用的电路之一,其作用是将微弱的输入信号(电压、电流、功率)不失真地放大到负载所需要的数值。

放大电路种类:
(1)电压放大器:输入信号很小,要求获得不失真的较大的输出压,也称小信号放大器;
(2)功率放大器:输入信号较大,要求放大器输出足够的功率,也称大信号放大器。
差 分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入,这两个信号的差值,为电路有效输入信号,电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设 想这样一种情景,如果存在干扰信号,会对两个输入信号产生相同的干扰,通过二者之差,干扰信号的有效输入为零,这就达到了抗共模干扰的目的。

14、甲类功放,乙类互补对称功放和甲乙类互补对称功放特点和电路图。

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15、试画出锁相环的方框图并简述原理。

锁相:将相位锁住,把频率锁定在一个固定值上。

锁相环:将相位锁定的回路。

锁相环的组成:鉴相器PD + 分频器 + 回路滤波器LPF + 压控振荡器 VCO等。

锁相环的工作原理:

1)压控振荡器的输出经过采集并分频;
2)和基准信号同时输入鉴相器;
3)鉴相器通过比较上述两个信号的频率差,然后输出一个直流脉冲电压;
4)控制VCO,使它的频率改变;
5)这样经过一个很短的时间,VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

基准信号

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鉴相器是一个相位比较电路。输入的基准信号和VCO输出的信号进行相位比较,输出一个代表相位差的误差信号,经过环路滤波器,滤除误差信号中的谐波和杂波成 分,得到误差电压去控制VCO,使压控振荡器的频率朝减小两信号频率差和相位差的方向变化。最终使VCO的输出信号频率等于基准信号的频率。

16、什么是零点漂移?怎样抑制零点漂移?

零点漂移,就是指放大电路的输入端短路时,输出端还有缓慢变化的电压产生,即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。

抑制零点漂移的方法一般有:

a.采用恒温措施;

b.补偿法(采用热敏元件来抵消放大管的变化或采用特性相同的放大管构成差分放大电路);

c.采用直流负反馈稳定静态工作点;

d.在各级之间采用阻容耦合或者采用特殊设计的调制解调式直流放大器等。

17、什么是频率响应,怎么才算是稳定的频率响应,简述改变频率响应曲线的几个方法。

频率响应:通常亦称频率特性,频率响应或频率特性是衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标。

在放大电路中,由于电抗元件(如电容、电感线圈等)及晶体管极间电容的存在,当输入信号的频率过低或过高时,放大电路的放大倍数的数值均会降低,而且还将产 生相位超前或滞后现象。也就是说,放大电路的放大倍数(或者称为增益)和输入信号频率是一种函数关系,我们就把这种函数关系成为放大电路的频率响应或频率 特性。

实质上,频率响应就是指放大器的增益与频率的关系。通常讲一个好的放大器,不但要有足够的放大倍数,而且要有良好的保真性能,即:放大器的非线性失真要小,放大器的频率响应要好。“好”指放大器对不同频率的信号要有同等的放大。

产生频率响应的原因:一是实际放大的信号频率不是单一的;二是放大器具有电抗元件和电抗因素。由于放大电路中存在电抗元件(如管子的极间电容,电路的负载电 容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等),使得放大器可能对不同频率信号分量的放大倍数和相移不同。如放大电路对不同频率信号的幅值放大不同,就会引起 幅度失真;如放大电路对不同频率信号产生的相移不同就会引起相位失真。幅度失真和相位失真总称为频率失真,由于此失真是由电路的线性电抗元件(电阻、电 容、电感等)引起的,故不称为线性失真。为实现信号不失真放大所以要需研究放大器的频率响应。

放大电路的频率响应可以用幅频特性曲线和相频特性曲线来描述,如果一个放大电路的幅频特性曲线是一条平行于x轴的直线(或在关心的频率范围内平行于x轴),而相频特性曲线是一条通过原点的直线(或在关心的频率范围是条通过原点的直线),那么该频率响应就是稳定的。

改变频率响应的方法主要有:

1)改变放大电路的元器件参数;
2)引入新的元器件来改善现有放大电路的频率响应;
3)在原有放大电路上串联新的放大电路构成多级放大电路。

18、晶体管工作在放大区,发射结、集电结怎么偏置

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19、接收机为什么要加AGC电路。

1)接收的信号有强弱变化,悬殊较大,若不加AGC将使输出起伏较大,影响效果。

2)为了能接收微弱信号,接收机的放大量总是做得较大,即灵敏度高,但接收强信号时,若不对通道的放大量进行调控,将产生不良后果。

20、LC正弦波振荡器有哪几种三点式振荡电路,分别画出其原理图。

电感三点式振荡器和电容三点式振荡器

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21、给出一个差分运放,如何进行相位补偿,并画补偿后的波特图。

随 着工作频率的升高,放大器会产生附加相移,可能使负反馈变成正反馈而引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补偿的原理是:在具有高放大倍数的中间 级,利用一小电容C(几十~几百微微法)构成电压并联负反馈电路。可以使用电容校正、RC校正分别对相频特性和幅频特性进行修改。

22、给出一差分电路,已知其输出电压Y+和Y-,求共模分量和差模分量。

设共模分量是Yc,差模分量是Yd,则可知其输出为

Y+=Yc+Yd
Y-=Yc-Yd

23、通常希望放大器的输入电阻及输出电阻是高一些好还是低一些好?为什么?

在放大电路中,通常希望放大电路的输入电阻高,因为这样对信号源的影响小。从放大电路的输出端看进去,放大电路可等效成一个有一定内阻的信号源,信号源的内阻为输出电阻,通常希望其值越小越好,因为这样可以提高放大器带负载的能力。

24、直流稳压电源原理

功能:把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压

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电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。

整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。

滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。

稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。

25、集成运放电路的组成

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偏置电路:为各级放大电路设置合适的静态工作点。多采用恒流源电路。

输入级:常为差分放大电路。要求Ri大, Ad大, Ac小, 输入端耐压高。它有同相和反相两个输入端。

中间级:主放大级,常为共射放大电路,多采用复合管。要求有足够的放大能力。

输出级:功率级,多采用互补功放电路或射极输出器。要求Ro小,最大不失真输出电压尽可能大。

26、有源滤波器

一阶有源低通滤波器和一阶有源高通滤波器。

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27、RC振荡器的构成和工作原理

正弦波振荡电路的组成:

1)放大电路: 放大信号
2)反馈网络: 必须是正反馈,反馈信号即是放大电路的输入信号
3)选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波即使电路只在某一特定频率下满足自己震荡条件
4)稳幅环节: 使电路能从½AuF½ >1 ,过渡到½AuF½ =1,从而达到稳幅振荡。

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围观 36

运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花缭乱。在分析它的工作原理时若没有抓住核心,往往令人头大。

遍观所有模拟电子技术的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然 后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=-Rf*Vi……

最后往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了。偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过 10个人,其它专业毕业的更是可想而知了。

本文分享给大家战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。

虚短和虚断的概念

由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。

由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。

“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性 称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂;也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。

我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多数设计过程中,把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。

好了,让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。

“图一"
图一

运放的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。

流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a

流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b

V- = V+ = 0 ……c

I1 = I2 ……d

求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi

这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。

“”

图二中Vi与V-虚短,则 Vi = V- ……a

因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过R1和R2 的电流相等,设此电流为I,由欧姆定律得:I = Vout/(R1+R2) ……b

Vi等于R2上的分压, 即:Vi = I*R2 ……c

由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。

“”

图三中,由虚短知:V- = V+ = 0 ……a

由虚断及基尔霍夫定律知,通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,故

(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (Vout – V-)/R3 ……b

代入a式,b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3,则上式变为Vout=V1+V2,这就是传说中的加法器了。

(编辑者注)质疑:(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (V- – Vout)/R3 ……b 图三公式中少了个负号?

“”

请看图四。因为虚断,运放同向端没有电流流过,则流过R1和R2的电流相等,同理流过R4和R3的电流也相等。

故 (V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 ……a

(Vout – V-)/R3 = V-/R4 ……b

由虚短知:V+ = V- ……c

如果R1=R2,R3=R4,则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2 也是一个加法器。

“”

图五由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,

故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a

(V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b

如果R1=R2, 则V+ = V2/2 ……c

如果R3=R4, 则V- = (Vout + V1)/2 ……d

由虚短知 V+ = V- ……e

所以 Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。

“”

图六电路中,由虚短知,反向输入端的电压与同向端相等,由虚断知,通过R1的电流与通过C1的电流相等。

通过R1的电流 i=V1/R1

通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt

所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。

若V1为恒定电压U,则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间,则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。

“”

图七中由虚断知,通过电容C1和电阻R2的电流是相等的,由虚短知,运放同向端与反向端电压是相等的。

则:Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt

这是一个微分电路。如果V1是一个突然加入的直流电压,则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。

“
图八

由虚短知

Vx = V1 ……a

Vy = V2 ……b

由虚断知,运放输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的, 电流I=(Vx-Vy)/R2 ……c

则:Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ……d

由虚断知,流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7, 则Vw = Vo2/2 ……e

同理若R4=R5,则Vout – Vu = Vu – Vo1,故Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f

由虚短知,Vu = Vw ……g

由efg得 Vout = Vo2 – Vo1 ……h

由dh得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值,此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。

这个电路就是传说中的差分放大电路了。

分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流,电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号,图九就是这样一个典型电路。如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1,在R1上会产生0.4~2V的电压差。

由虚断知,运放输入端没有电流流过,则流过R3和R5的电流相等,流过R2和R4的电流相等。故:

(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a

(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b

由虚短知:Vx = Vy ……c

电流从0~20mA变化,则V1 = V2 + (0.4~2) ……d

由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e

如果R3=R2,R4=R5,则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f

图九中R4/R2=22k/10k=2.2,则f式Vout = -(0.88~4.4)V,即是说,将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压,此电压可以送ADC去处理。

“”

电流可以转换成电压,电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈,而是串联了三极管Q1的发射结,大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路,虚短虚断的规律仍然是符合的。

“”

由虚断知,运放输入端没有电流流过,则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b由虚短知 V1 = V2 ……c如果R2=R6,R4=R5,则由abc式得V3-V4=Vi上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等,则通过R7的电流I=Vi/R7,如果负载RL<<100KΩ,则通过Rl和通过R7的电流基本相同。

图十一是一个三线制PT100前置放大电路。

“”

PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线,接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。

Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用,静态分析时可不予理会,Z1、Z2、Z3可视为短路,D11、D12、D83及各电容可视为开路。

由电阻分压知,

V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ……a

由虚短知,U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等 V4=V3 ……b

由虚断知,U8A第2脚没有电流流过,则流过R18和R19上的电流相等。(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ……c

由虚断知,U8A第3脚没有电流流过, V1=V7 ……d

在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联,PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚, V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) …..e

由虚短知,U8A第3脚和第2脚电压相等,V1=V2 ……f

由abcdef得, (V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得

V5=(102.2*V7-100V3)/2.2 即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11 ……g

上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。

Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22,加至U8C的第10脚,

由虚断知, V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ……a

(V6-V10)/R25=V10/R26 ……b

由虚短知, V10=V5 ……c

由式abc得 V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知,如果测出V5、V6的值,就可算出Rx及R0,知道Rx,查pt100分度表就知道温度的大小了。

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围观 66

1、为了获得具有良好稳定性的反馈电路,通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。

2、积分反馈电路通常需要一个小电阻(约 560 欧)与每个大于 10pF 的积分电容串联。

3、在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制 EMC 的 RF 带宽,而只能使用被动元件(最好为 RC 电路)。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下,积分反馈方法才有效。在更高的频率下,积分电路不能控制频率响应。

4、为了获得一个稳定的线性电路,所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法(如光电隔离)进行保护。

5、使用 EMC 滤波器,并且与 IC 相关的滤波器都应该和本地的 0V 参考平面连接。

6、在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器,任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波,因为存在天线效应。另外,在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。

7、在模拟 IC 的电源和地参考引脚需要高质量的 RF 去耦,这一点与数字 IC 一样。但是模拟 IC 通常需要低频的电源去耦,因为模拟元件的电源噪声抑制比(PSRR)在高于 1KHz 后增加很少。在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用 RC 或 LC 滤波。电源滤波器的拐角频率应该对器件的 PSRR 拐角频率和斜率进行补偿,从而在整个工作频率范围内获得所期望的 PSRR 。

8、对于高速模拟信号,根据其连接长度和通信的最高频率,传输线技术是必需的。即使是低频信号,使用传输线技术也可以改善其抗干扰性,但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应。

9、避免使用高阻抗的输入或输出,它们对于电场是非常敏感的。

10、由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的,并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的,因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收(差分模 式)技术将具有很好的 EMC 效果,而且可以减少串扰。平衡电路(差分电路)驱动不会使用 0V 参考系统作为返回电流回路,因此可以避免大的电流环路,从而减少 RF 辐射。

11、比较器必须具有滞后(正反馈),以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变换,也可以防止在断路点产生振荡。不要使用比需要速度更快的比较器(将 dV/dt 保持在满足要求的范围内,尽可能低)。

12、有些模拟 IC 本身对射频场特别敏感,因此常常需要使用一个安装在 PCB 上,并且与 PCB 的地平面相连接的小金属屏蔽盒,对这样的模拟元件进行屏蔽。注意,要保证其散热条。

来源:网络整理

围观 20

模拟电路怎样才算入门了?请掌握这14点!

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很多初学者问,怎么学习模拟电路,我得回答是:看模拟电路的书籍。朋友说,这样说太笼统了,让我仔细说一说。其实我也不知道从何说起。就把我认为该掌握的一些要点列举一下,仅共参考,如有不妥之处,敬请批评指正。

一、桥式整流电路


1、二极管的单向导电性:

伏安特性曲线:

理想开关模型和恒压降模型:

2、桥式整流电流流向过程:

输入输出波形:

3、计算:Vo,Io,二极管反向电压。

二、电源滤波器


1、电源滤波的过程分析:

波形形成过程:

2、计算:

滤波电容的容量和耐压值选择。

三、信号滤波器


1、信号滤波器的作用:与电源滤波器的区别和相同点:

2、LC串联和并联电路的阻抗计算,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。

四、微分和积分电路


1、电路的作用,与滤波器的区别和相同点。

2、微分和积分电路电压变化过程分析,画出电压变化波形图。

3、计算:时间常数,电压变化方程,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、特性曲线、放大条件。

2、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。

六、分压偏置式共射极放大电路


1、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。

2、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响。

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。

4、受控源等效电路分析。

七、共集电极放大电路(射极跟随器)


1、元器件的作用、电路的用途、电压放大倍数、输入和输出的信号电压相位关系、交流和直流等效电路图。电路的输入和输出阻抗特点。

2、电流串联负反馈过程的分析,负反馈对电路参数的影响。

3、静态工作点的计算、电压放大倍数的计算。

八、电路反馈框图


1、反馈的概念,正负反馈及其判断方法、并联反馈和串联反馈及判断方法、电流反馈和电压反馈及其判断方法。

2、带负反馈电路的放大增益。

3、负反馈对电路的放大增益、通频带、增益的稳定性、失真、输入和输出电阻的影响。

九、二极管稳压电路


1、稳压二极管的特性曲线。

2、稳压二极管应用注意事项。

3、稳压过程分析。

十、串联稳压电源


1、串联稳压电源的组成框图。

2、每个元器件的作用;稳压过程分析。

3、输出电压计算。

来源:网络、玩转嵌入式

围观 107

本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面,讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。

工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加,这反映了行业的发展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展,但仍然存在,而且还会 一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处,但要获得更好的结果时,由于其布线策略不同,简单电路布线设计 就不再是最优方案了。本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面,讨论模拟和数字布线的基本相似之处及 差别。

模拟和数字布线策略的相似之处

旁路或去耦电容

在布线时,模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容,都需要靠近其电源引脚连接一个电容,此电容值通常为0.1uF。系统供电电源侧需要另一类电容,通常此电容值大约为10uF。

这些电容的位置如图1所示。电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。但引脚须较短,且要尽量靠近器件(对于0.1uF电容)或供电电源(对于10uF电容)。

在电路板上加旁路或去耦电容,以及这些电容在板上的位置,对于数字和模拟设计来说都属于常识。但有趣的是,其原因却有所不同。在模拟布线设计中,旁路电容通 常用于旁路电源上的高频信号,如果不加旁路电容,这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说,这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信 号的能力。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话,就可能在信号路径上引入噪声,更严重的情况甚至会引起振动。


图1 在模拟和数字PCB设计中,旁路或去耦电容(0.1uF)应尽量靠近器件放置。供电电源去耦电容(10uF)应放置在电路板的电源线入口处。所有情况下,这些电容的引脚都应较短


图2 在此电路板上,使用不同的路线来布电源线和地线,由于这种不恰当的配合,电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大


图3 在此单面板中,到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或约54倍

对于控制器和处理器这样的数字器件,同样需要去耦电容,但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库。在数字电路中,执行门状态的切换通常需要很大 的电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板,有额外的“备用”电荷是有利的。如果执行开关动作时没有足够的电荷,会造成电源电压发生很大变 化。电压变化太大,会导致数字信号电平进入不确定状态,并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化,电路板走 线存在寄生电感,可采用如下公式计算电压的变化:V = LdI/dt

其中,V = 电压的变化;L = 电路板走线感抗;dI = 流经走线的电流变化;dt =电流变化的时间。

因此,基于多种原因,在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是较好的做法。

电源线和地线要布在一起

电源线和地线的位置良好配合,可以降低电磁干扰的可能性。如果电源线和地线配合不当,会设计出系统环路,并很可能会产生噪声。电源线和地线配合不当的PCB设计示例如图2所示。

此电路板上,设计出的环路面积为697cm2。采用图3所示的方法,电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。

模拟和数字领域布线策略的不同之处

地平面是个难题

电路板布线的基本知识既适用于模拟电路,也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面,这一常识降低了数字电路中的dI/dt(电流随时间的 变化)效应,这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同,但有一点除外。对于模拟电路,还有另外一点需要注意,就 是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现:将模拟地平面单独连接到系统地连接端,或者将模拟电路放置在电路板的 最远端,也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做,数字电路可容忍地平面上的大量噪声,而不会出现问题。


图4 (左)将数字开关动作和模拟电路隔离,将电路的数字和模拟部分分开。 (右) 要尽可能将高频和低频分开,高频元件要靠近电路板的接插件


图5 在PCB上布两条靠近的走线,很容易形成寄生电容。由于这种电容的存在,在一条走线上的快速电压变化,可在另一条走线上产生电流信号


图6 如果不注意走线的放置,PCB中的走线可能产生线路感抗和互感。这种寄生电感对于包含数字开关电路的电路运行是非常有害的

元件的位置

如上所述,在每个PCB设计中,电路的噪声部分和“安静”部分(非噪声部分)要分隔开。一般来说,数字电路“富含”噪声,而且对噪声不敏感(因为数字电路有 较大的电压噪声容限);相反,模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中,模拟电路对开关噪声最为敏感。在混合信号系统的布线中,这两种电路要分隔开,如 图4所示。

PCB设计产生的寄生元件

PCB设计中很容易形成可能产生问题的两种基本寄生元件:寄生电容和寄生电感。设计 电路板时,放置两条彼此靠近的走线就会产生寄生电容。可以这样做:在不同的两层,将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层,将一条走线放置在另一 条走线的旁边,如图5所示。在这两种走线配置中,一条走线上电压随时间的变化(dV/dt)可能在另一条走线上产生电流。如果另一条走线是高阻抗的,电场 产生的电流将转化为电压。

快速电压瞬变最常发生在模拟信号设计的数字侧。如果发生快速电压瞬变的走线靠近高阻抗模拟走线,这种误差将严重影响模拟电路的精度。在这种环境中,模拟电路有两个不利的方面:其噪声容限比数字电路低得多;高阻抗走线比较常见。

采用下述两种技术之一可以减少这种现象。最常用的技术是根据电容的方程,改变走线之间的尺寸。要改变的最有效尺寸是两条走线之间的距离。应该注意,变量d在 电容方程的分母中,d增加,容抗会降低。可改变的另一个变量是两条走线的长度。在这种情况下,长度L降低,两条走线之间的容抗也会降低。

另一种技术是在这两条走线之间布地线。地线是低阻抗的,而且添加这样的另外一条走线将削弱产生干扰的电场,如图5所示。

电路板中寄生电感产生的原理与寄生电容形成的原理类似。也是布两条走线,在不同的两层,将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层,将一条走线放置在 另一条的旁边,如图6所示。在这两种走线配置中,一条走线上电流随时间的变化(dI/dt),由于这条走线的感抗,会在同一条走线上产生电压;并由于互感 的存在,会在另一条走线上产生成比例的电流。如果在第一条走线上的电压变化足够大,干扰可能会降低数字电路的电压容限而产生误差。并不只是在数字电路中才 会发生这种现象,但这种现象在数字电路中比较常见,因为数字电路中存在较大的瞬时开关电流。

为消除电磁干扰源的潜在噪声,最好将“安静”的模拟线路和噪声I/O端口分开。要设法实现低阻抗的电源和地网络,应尽量减小数字电路导线的感抗,尽量降低模拟电路的电容耦合。

结语

数字和模拟范围确定后,谨慎地布线对获得成功的PCB至关重要。布线策略通常作为经验准则向大家介绍,因为很难在实验室环境中测试出产品的最终成功与否。因此,尽管数字和模拟电路的布线策略存在相似之处,还是要认识到并认真对待其布线策略的差别。

来源:ittbank

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