工程师常用模拟电路设计1

工程师常用模拟电路设计、计算、仿真及制作

湖北民族大学杨庆

概述

模拟电路是电子技术类工程师必须熟练掌握的课程，在模拟电路中有许多基本电路是工程师们在设计电子系统必不可少的。例如，几乎绝大部分的电子系统都需要将交流电源变为直流电源，供电子系统使用，因此整流、滤波、稳压等模拟电路就成为电子工程师必须熟练掌握的电路。又如，各种传感器采集的信号通常都非常微弱，必须放大到一定程度，才能利用计算机处理，因此各种放大电路也就是工程师们必须熟练掌握的电路。但是在实际工作中，模拟电路往往并没有引起工程师们的足够重视。有鉴于此，本书将模拟电路中的常用电路的设计、计算、仿真及制作做一个归纳，供工程师及电子爱好者参考。

第一章二极管及其应用电路

1.1整流二极管及其应用电路

1.1.1二极管半波整流及电容滤波电路

1）二极管半波整流电路

最简单的二极管整流电路是二极管半波整流电路，其电路原理如图1.1所示。半波整流电路的计算参数主要有如下：

V L=0.45V1

V D=V1

I L=V L/R L=0.45V1/R L

2）二极管半波整流电容滤波电路

二极管半波整流电容滤波电路如图1.2所示。半波整流电容滤波电路的计算参数主要有如下：

V L=0.6V2

V D=V2

I L=V L/R L=0.6V2/R L

半波整流电路由于其纹波太大，应用较少，但在对电压要求不高时，由于其电路简单，仍然有一些应用，特别在输入交流电压的频率较高时，应用不少。

电路图1.1和电路图1.2仿真如图1.3及1.4所示。

D1

RL V1XSC1

A

B Ext Trig +

+_

_+_

二极管半波整流电路简单，只要二极管极性注意不接反就行。

1.1.2二极管全波整流电路

1）二极管全波整流电路

常见的二极管全波整流电路如图1.5所示。全波整流电路的计算参数主要有如下：

V L =0.9V 1

V D =2V 1

I L =V L /R L =0.9V 1/R L

全波整流电路需用一个双绕组变压器，通过二极管D1、D2将变压器次级电压V1整流变成两个同向的半波整流电压在RL 上合成为一个全波整流电压，其仿真波形图如图1.7所示。

2）二极管全波整流电容滤波电路

图1.1二极管半波整流电路图1.2二极管半波整流电容滤波电路

图1.3图1.1仿真输出电压波形图1.4图1.2仿真输出电压波形

图1.5全波整流电路

二极管全波整流电容滤波电路如图1.6所示。全波整流电容滤波电路的计算参数主要有如下：

V L ≈1.2V 2（R L ≠∞，若R L =∞，V L =

V 2）

V D =2V 2I L =V L /R L ≈1.2V 2/R L

在全波整流电路负载上并联滤波电容就形成了全波整流电容滤波电路，其负载上电压仿真波形图如图1.8所示。

1.1.3桥式整流电路

1）桥式整流电路

为了克服全波整流电路需用双绕组变压器的缺陷，只用单绕组变压器完成全波整流电路，提出了桥式整流电路，其电路如图1.9所示。其电压仿真波形如图1.10所示，从仿真波形可以看出，桥式整流电路的输出电压与全波整流输出电压波形完全相同。

桥式整流电路的计算参数主要有如下：

图1.6

全波整流电容滤波电路

图1.7全波整流电路仿真波形图1.8全波整流电容滤波电路仿真波形图1.9桥式整流电路

图1.10桥式整流电路仿真波形

V L =0.9V 1

V D =V 1(选取二极管依据）

I L =V L /R L =0.9V 1/R L

I D =1/2I L (选取二极管依据）

2）桥式整流电容滤波电路

桥式整流电容滤波电路如图1.11所示，桥式整流电路的计算参数主要有如下：

V L =1.2V 1（负载RL ≠∞，若RL=∞，V L =1.4V 1）

V D =V 1(选取二极管依据）

I L =V L /R L =1.2V 1/R L

I D =1/2I L (选取二极管依据）

滤波电容C1的选取：

C1≥（3~5）T/2R L 其中，T 为交流电周期，由此可见，在电容滤波电路中，频率越高，周期越小，所需滤波电容越小。此结论在开关电源中的应用非常典型。在我国由于交流电频率为50Hz ，故一般普通桥式整流电路中，T=1/50=0.02秒。例如对负载RL=20Ω，取

C1≥2T/RL=2*0.02/20=0.002(F)=2000(uF)

由此例可以看出，工频整流电容滤波电路中所需的滤波电容容量较大，通常选用大容量电解电容。

桥式整流电容滤波电路是目前电子设备中使用最多的整流滤波电路，也是电子工程师必须熟练掌握的基本电路。在设计制作中应注意以下问题：

（1）整流二极管或整流桥的合理选择，注意两个参数V D 和I D 。

（2）滤波电容的合理选择，同样注意两个参数，一个是电容量的选择，前面已经说明，

图1.12桥式整流电容滤波电路仿真波形

图1.11桥式整流电容滤波电路

注意容量并不是越大越好，满足要求就行。另一个是电容耐压的选择，也不是越大越好，一般大于整流空载电压（如桥式整流大于1.4V1），例如18V 直流选择25耐压的电解电容就可以了，没必要选更高耐压的电容。

1.2齐纳二极管及应用

齐纳二极管又称稳压二极管。其工作原理是利用二极管反向击穿特性工作的一种特殊二极管。齐纳二极管在直流稳压电源中获得广泛应用。最简单的并联式稳压电路如图1.13所示。由于稳压二极管的特性所限，其应用最多的是在线性串联反馈式稳压电路。典型电路如图1.14所示。

稳压二极管在使用时应注意以下问题：

（1）稳压二极管由于其电流变化范围较小，而其本身工作在反向击穿区，流过的电流也较小，因此多数情况下是在线性稳压电路中作为基准器件使用。

（2）稳压二极管的主要参数稳压值在6V 左右最佳。

（3）稳压二极管使用中极易损坏。线性串联反馈式稳压电源输出电压为：)1('2'1R R V V D O +=其中，VD 是稳压管的稳压值，R 1’=R2+R 3上，R 2’=R2+R 3下，R 3上指R3触头之上的部分阻值，R 3下指R3触头之下的部分阻值。因此可以看出，该电路输出的稳定电压是可以调整的，其最大值和最小值分别为：

)1()1(3

21min 231max R R R V V R R R V V D O D O ++=++

=输出电压min max O O O V V V ≤≥。

该电路设计制作时要注意两个问题：

（1）稳压管的稳压值通常选择6V 左右的稳压

管；

（2）电路中的三极管由于要承受总电流，一般采

用大功率管。

1.3光电器件

1.3.1发光二极管（LED ）图1.13并联式稳压电路图1.14线性串联反馈式稳压电路