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R L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Vd2和Vd4导通而Vd1和Vd3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。

3.1计算:Vo,Io,二极管反向电压.Uo=0.9U2, Io=0.9U2/R L,U RM=√2 U 21.1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=ωt1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=ωt2时，u 2=u 0, ωt2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=ωt3时有u 2=u 0，ωt3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≈1.2U2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(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≈2.2幅频关系和相频关系曲线：3.1画出通频带曲线：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：RC3.2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)∫Uidt3.3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≈βIbIb =Ibn-Icbo1.3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2.1元器件的作用：U CC为直流电源（集电极电源），其作用是为整个电路提供能源，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)六.分压偏置式共射极放大电路1.1元器件的作用:C3为旁通电容，交流短路R4。

R B1R B2为基极偏置电阻，作用是为基极提供合适的偏置电流。

1.2电路的用途：既有电压增益，也有电流增益，应用最广，常用作各种放大器的主放大级。

1.3电压放大倍数：输入交流电压Ui=I b r be输出交流电压为Uo= --Ic(R C∥R L)=--βIb(R C∥R L)故得电压放大倍数Au=--β(R C∥R L)/r be=-- βR`L/r be式中R`L= R C∥R L r be=r bbˊ+(1+β)26mV/I EQ1.4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。

1.5交流和直流等效电路图:2.1电流串联负反馈过程分析:负反馈对参数的影响:R4的负反馈使得输出随输入的变化受到抑制，导致Au减小，输入电阻增大。

3.1静态工作点的计算:U B=R B2U CC/(R B1+R B2) I CQ≈I EQ=U B-U BEQ/R E UC EQ=U CC-I CQ(R C+R E)3.2电压放大倍数的计算: Au=--β(R C∥R L)/r be=-- βR`L/r be 源电压放大倍数Aus=AuRi/(Rs+Ri) Ri=R B1∥R B2∥r be4.1 受控源等效电路分析:发射极接电阻时的交流等效电路电流放大倍数Ai 流过RL的电流Io和输入电流Ii分别为Io=IcRc/Rc+R L=βIbRc/Rc+R L Ii=Ib(R B+r be)/R B式中R B=R B1∥R B2，由此可得Ai=Io/Ii=βR B Rc/(R B+r be)(R C+R L)若满足R B>>r be,R L<<Rc,则Ai≈β输入电阻Ri=Ui/Ii=R B∥r be若R B>>r be,则Ri≈rbe输出电阻Ro=Uo/Io│Us=0=Rc源电压放大倍数Aus,定义为输出电压Uo与信号源电压Us的比值，即Aus=AuRi/(Rs+Ri)若满足Ri>>Rs,则Aus≈Au若旁路电容C E开路时的情况，旁路电容C E开路，发射极接有电阻R E，此时直流通路不变，静态点不变，Ui=I b r be+(1+β)IbR E,Uo仍为-βIbR`L,电压放大倍数将变为Au=Uo/Ui=-βR`L/r be+(1+β)R E, 对比知放大倍数减小了，因为R E的自动调节作用，使得输出随输入变化受到抑制，导致Au减小。