電氣自動化畢業(yè)論文

1 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 級電氣自動化專業(yè) 專 業(yè) ： 電氣自動化 題 目： 識讀 電路圖 班 級： 電自 3104 學(xué) 號 1303103187 學(xué)生姓名： 徐沛龍 指導(dǎo)教師： 李 文 日期： 二零一二 年 十一 月 2 目 錄 摘要、關(guān)鍵詞 -3 前言 -4 第一章 電路圖中的基本元器件 -5 1.1 電阻器與電位器 -5 1.2 電容器 -6 1.3 電感器與變壓器 -6 1.4 送話器、拾音器和錄放音磁 -7 1.5 接線元件的符號 -8 1.7 電池及熔斷器 -10 1.8 二極管、三極管 -12 1.9 晶閘管 、單結(jié)晶體管、場效應(yīng)管 -14 第二章 電路圖中的電源電路 -15 2.1 電源電路的功能和組成 -16 2.2 整流電路 -16 2.3 濾波電路 -19 2.4 穩(wěn)壓電路 -20 2.5 放大電路 -22 2.6 集成運(yùn)算放大器 -29 2.7 振蕩電路 -29 2.8 調(diào)幅和檢波電路 -35 2.9 調(diào)頻和鑒頻電路 -36 2.10脈沖電路 -37 2.11數(shù)字邏輯電路 -39 第三章 電路讀圖要點(diǎn)和舉例 -46 3.1 電源電路讀圖要點(diǎn)和舉例 -46 3.2 放大電路讀圖要點(diǎn)和舉例 -49 3.3 數(shù)字邏輯電路讀圖要點(diǎn)和舉例 -50 參考文獻(xiàn) -52 3 摘 要 電子設(shè)備中有各種各樣的圖。能夠說明它們工作原理的是電路圖原理圖，簡稱電路圖。電路圖有兩種，一種是說明模擬電子電路工作原理的。它用各種圖形符號表示電阻器、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。這種圖長期以來就一直被叫做電路圖。另一種是說明數(shù)字電子電路工作原理的。它用各種圖形符號表示門、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，它是用來說明各個(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，就把這種圖叫做邏輯電路圖，簡稱邏輯圖。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，它能簡潔明了地說明電路各部分的關(guān)系和整機(jī)的工作原理。 關(guān)鍵字： 詞 1.識讀 詞 2.基本元器電路原理圖 詞 3.模擬 /數(shù)字電路 4 前 言 用圖形符號并按工作順序排列，詳細(xì)表示電路、設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系，而不考慮其實(shí)際位置的一種簡圖。目的是便于詳細(xì)理解電路的作用原理，分析和計(jì)算電路特性。這樣繪制出的就叫做電路圖 。 電路圖是人們?yōu)榱搜芯亢凸こ痰男枰?，用約定的符號繪制的一種表示電路結(jié)構(gòu)的圖形。通過電路圖可以知道實(shí)際電路的情況。這樣，我們在分析電路時(shí)，就不必把實(shí)物翻來覆去地琢磨，而只要拿著一張圖紙就可以了；在設(shè)計(jì)電路時(shí)，也可以從容地在紙上或電腦上進(jìn)行，確認(rèn)完善后再進(jìn)行實(shí)際安裝，通過調(diào)試、改進(jìn)，直至成 功；而現(xiàn)在，我們更可以應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件來進(jìn)行電路的輔助設(shè)計(jì)，甚至進(jìn)行虛擬的電路實(shí)驗(yàn)，大大提高了工作效率。原理圖 圖，又被叫做 “ 電原理圖 ” 。這種圖，由于它直接體現(xiàn)了電子電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，所以一般用在設(shè)計(jì)、分析電路中。分析電路時(shí)，通過識別圖紙上所畫的各種電路元件符號，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路的實(shí)際工作時(shí) 原理圖就是用來體現(xiàn)電子電路的工作原理的一種電路情況。電路圖主要由元件符號、連線、結(jié)點(diǎn)、注釋四大部分組成。 元件符號表示實(shí)際電路中的元件，它的形狀與實(shí)際的元件不一定相似，甚至完全不一樣。但是 它一般都表示出了元件的特點(diǎn)，而且引腳的數(shù)目都和實(shí)際元件保持一致。 連線表示的是實(shí)際電路中的導(dǎo)線，在原理圖中雖然是一根線，但在常用的印刷電路板中往往不是線而是各種形狀的銅箔塊，就像收音機(jī)原理圖中的許多連線在印刷電路板圖中并不一定都是線形的，也可以是一定形狀的銅膜。 結(jié)點(diǎn)表示幾個(gè)元件引腳或幾條導(dǎo)線之間相互的連接關(guān)系。所有和結(jié)點(diǎn)相連的元件引腳、導(dǎo)線，不論數(shù)目多少，都是導(dǎo)通的。 注釋在電路圖中是十分重要的，電路圖中所有的文字都可以歸入注釋 類。細(xì)看以上各圖就會發(fā)現(xiàn)，在電路圖的各個(gè)地方都有注釋存在，它們被用來說明元件 的型號、名稱等等。 第一章 電路圖中的基本元器件 5 1.1 電阻器與電位器 符號詳見圖 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。電阻器的文字符號是“ R ”，電位器是“ RP ”，即在 R 的后面再加一個(gè)說明它有調(diào)節(jié)功能的字符“ P ”。 在某些電路中，對電阻器的功率有一定要求，可分別用圖 1 中（ e ）、（ f ）、（ g ）、（ h ）所示符號來表示。 還有幾種特殊電阻器的符號，第 1 種是熱敏電阻符號，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 來表示；有的是正溫度系數(shù)的，用 PTC 來表示。它的符號見圖（ i ），用 或 t 來表示溫度。它的文字符號是“ RT ”。第 2 種是光敏電阻器符號，見圖 1 （ j ），有兩個(gè)斜向的箭頭表示光線。它的文字符號是“ RL ”。第 3 種是壓敏電阻器的符號。壓敏電阻阻值是隨電阻器兩端所加的電壓而變化的。符號見圖 1 （ k ），用字符 U 表示電壓。它的文字符號是“ 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6 符號是表示新近出現(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 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。它的圖形符號見圖 1 （ 1 ），文字符號是“ R F ”。 1.2 電容器 詳見圖 2 所示，其中（ a ）表示容量固定的電容器，（ b ）表示有極性電容器，例如各種電解電容器，（ c ）表示容量可調(diào)的可變電容器。（ d ）表示微調(diào)電容器，（ e ）表示一個(gè)雙連可變電容器。電容器的 文字符號是 C 。 1.3 電感器與變壓器 電感線圈在電路圖中的圖形符號見圖 3 。其中（ a ）是電感線圈的一般符號，（ b ）是帶磁芯或鐵芯的線圈，（ c ）是鐵芯有間隙的線圈，（ d ）是帶可調(diào)磁芯的可調(diào)電感，（ e ）是有多個(gè)抽頭的電感線圈。電感線圈的文字符號是“ L ”。 7 變壓器的圖形符號見圖 4 。其中（ a ）是空芯變壓器，（ b ）是滋芯或鐵芯變壓器，（ c ）是繞組間有屏蔽層的鐵芯變壓器，（ d ）是次級有中心抽頭的變壓器，（ e ）是耦合可變的變壓器，（ f ）是自耦變 壓器，（ g ）是帶可調(diào)磁芯的變壓器，（ h ）中的小圓點(diǎn)是變壓器極性的標(biāo)記。 1.4 送話器、拾音器和錄放音磁 送話器的符號見圖 5 （ a ）（ b ）（ c ），其中（ a ）為一般送話器的圖形符號，（ b ）是電容式送話器，（ c ）是壓電晶體式送話器的圖形符號。送話器的文字符號是“ BM ”。 8 拾音器俗稱電唱頭。圖 5 （ d ）是立體聲唱頭的圖形符號，它的文字符號是“ B ”。圖 5 （ e ）是單聲道錄放音磁頭的圖形符號。如果是雙聲道立體聲的，就在符號上加一個(gè)“ 2 ”字，見 圖（ f ）。 1.5接線元件的符號 電子電路中常常需要進(jìn)行電路的接通、斷開或轉(zhuǎn)換，這時(shí)就要使用接線元件。接線元件有兩大類：一類是開關(guān)；另一類是 接插件 。 （ 1 ）開關(guān)的符號 在機(jī)電式開關(guān)中至少有一個(gè)動觸點(diǎn)和一個(gè)靜觸點(diǎn)。當(dāng)我們用手扳動、推動或是旋轉(zhuǎn)開關(guān)的機(jī)構(gòu)，就可以使動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)接通或者斷開，達(dá)到接通或斷開電路的目的。動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)的組合一般有 3 種： 動合（常開）觸點(diǎn)，符號見圖 6 （ a ）； 動斷（常閉）觸點(diǎn)，符號是圖 6 （ b ）； 動換（轉(zhuǎn)換）觸點(diǎn)，符號見圖 6 （ c ）。一個(gè)最簡單的開關(guān)只有一組觸點(diǎn)，而復(fù)雜的開關(guān)就有好幾組觸點(diǎn)。 9 開關(guān)在電路圖中的圖形符號見圖 7 。其中（ a ）表示一般手動開關(guān)；（ b ）表示按鈕開關(guān)，帶一個(gè)動斷觸點(diǎn)；（ c ）表示推拉式開關(guān)，帶一組轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)；圖中把扳鍵畫在觸點(diǎn)下方表示推拉的動作；（ d ）表示旋轉(zhuǎn)式開關(guān)，帶 3 極同時(shí)動合的觸點(diǎn)；（ e ）表示推拉式 1 6 波段開關(guān)；（ f ）表示旋轉(zhuǎn)式 1 6 波段開關(guān)的符號。開關(guān)的文字符號用“ S ”，對控制開關(guān)、波段開關(guān)可以用“ SA ”，對按鈕式開關(guān)可以用“ SB ”。 （ 2 ） 接插件 的符號 10 接插件的圖形符號見圖 8 。其中（ a ）表示一個(gè)插頭和一個(gè)插座，（有兩種表示方式）左邊表示插座，右邊表示插頭。（ b ）表示一個(gè)已經(jīng)插入插座的插頭。（ c ）表示一個(gè) 2 極插頭座，也稱為 2 芯插頭座。（ d ）表示一個(gè) 3 極插頭座，也就是常用的 3 芯立體聲耳機(jī)插頭座。（ e ）表示一個(gè) 6 極插頭座。為了簡化也可以用圖（ f ）表示，在符號上方標(biāo)上數(shù)字 6 ，表示是 6 極。 接插件 的文字符號是 X 。為了區(qū)分，可以用“ XP ”表示插頭，用“ XS ”表示插座。 1.6 繼電器 因?yàn)槔^電器是由線圈和觸點(diǎn)組兩部分組成的，所以繼電器在電路圖中的圖形符號也包括兩部分：一個(gè)長方框表示線圈；一組觸點(diǎn)符號表示觸點(diǎn)組合。當(dāng)觸點(diǎn)不多電路比較簡單時(shí)，往往把觸點(diǎn)組直接畫在線圈11 框的一側(cè)，這種畫法叫集中表示法，如圖 9 （ a ）。當(dāng)觸點(diǎn)較多而且每對觸點(diǎn)所控制的電路又各不相同時(shí)，為了方便，常常采用分散表示法。就是把線圈畫在控制電路中，把觸點(diǎn)按各自的工作對象分別畫在各個(gè)受控電路里。這種畫法對簡化和分析電路有利。但這種畫法必須在每對觸點(diǎn)旁注上繼電器的編號和該觸點(diǎn)的編號，并且規(guī)定所有的觸點(diǎn)都應(yīng)該按 繼電器不通電的原始狀態(tài)畫出。圖 9 （ b ）是一個(gè)觸摸開關(guān)。當(dāng)人手觸摸到金屬片 A 時(shí)， 555 時(shí)基電路輸出（ 3 端）高電位，使繼電器 KR1 通電，觸點(diǎn)閉合使燈點(diǎn)亮使電鈴發(fā)聲。 555 時(shí)基電路是控制部分，使用的是 6 伏低壓電。電燈和電鈴是受控部分，使用的是 220 伏市電。 12 繼電器的文字符號都是“ K ”。有時(shí)為了區(qū)別，交流繼電器用“ KA ”，電磁繼電器和舌簧繼電器可以用“ KR ”，時(shí)間繼電器可以用“ KT ”。 1.7 電池及熔斷器 電池的圖形符號見圖 10 。長線表示正極 ，短線表示負(fù)極，有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)可以把短線畫得粗一些。圖 10 （ b ）是表示一個(gè)電池組。有時(shí)也可以把電池組簡化地畫成一個(gè)電池，但要在旁邊注上電壓或電池的數(shù)量。圖 10 （ c ）是光電池的圖形符號。電池的文字符號為“ GB ”。熔斷器的圖形符號見圖 11 ，它的文字符號是“ FU ”。 1.8二極管、三極管 13 半導(dǎo)體二極管在電路圖中的圖形符號見圖 12 。其中（ a ）為一段二極管的符號，箭頭所指的方向就是 電流 流動的方向，就是說在這個(gè)二級管上端接正，下端接負(fù)電壓時(shí)它就能導(dǎo)通。圖（ b ）是穩(wěn)壓二極管符號。 圖（ c ）是變?nèi)荻O管符號，旁邊的電容器符號表示它的結(jié)電容是隨著二極管兩端的電壓變化的。圖（ d ）是熱敏二極管符號。圖（ e ）是發(fā)光二極管符號，用兩個(gè)斜向放射的箭頭表示它能發(fā)光。圖（ f ）是磁敏二極管符號，它能對外加磁場作出反應(yīng)，常被制成接近開關(guān)而用在自動控制方面。二極管的文字符號用“ V ”，有時(shí)為了和三極管區(qū)別，也可能用“ VD ”來表示。 由于 PNP 型和 NPN 型三極管在使用時(shí)對電源的極性要求是不同的，所以在三極管的圖形符號中應(yīng)該能夠區(qū)別和表示出來。圖形符號的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：只要是 PNP 型三極管，不管它是用鍺材料的還是用硅材料的，都用圖 13 （ a ）來表示。同樣，只要是 NPN 型三極管，不管它是用鍺材料還是硅材料的，都用圖 13 （ b ）來表示。圖 13 （ c ）是光敏三極管的符號。圖 13 （ d ）表示一個(gè)硅 NPN 型磁敏三極管。 14 1.9晶閘管 、單結(jié)晶體管、場效應(yīng)管 晶閘管是晶體閘流管或 可控硅 整流器的簡稱，常用的有單向晶閘管、雙向晶閘管和光控晶閘管，它們的符號分別為圖 14 中的（ a ）（ b ）（ c ）。晶閘管的文字符號是“ VS ”。 單 結(jié)晶體管的符號見圖 15 。 15 利用電場控制的半導(dǎo)體器件，稱為場效應(yīng)管，它的符號如圖 16 所示，其中（ a ）表示 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管，（ b ）表示 N 溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管，（ c ）表示 P 溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管。它們的文字符號也是“ VT ”。 第二章電路圖中的常用電路 前面介紹了電路圖中的元器件的作用和符號。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，再復(fù)雜的電路，經(jīng)過分析就可發(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。 16 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介紹。讓我們從電源電路開始。 2.1電源電路 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。常見的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。直流電源的最簡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的直流電，最后用濾波電路濾除脈動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。 2.2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 上得到的是脈動的直流電 17 18 （ 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 同的次級線圈，見圖 2 （ b ）。負(fù)載 R L 上得到的是脈動的全波整流 電流 ，輸出電壓比半波整流電路高。 （ 3 ）全波橋式整流 用 4 個(gè)二極管組成的橋式整流電路可以使用只有單個(gè)次級線圈的變壓器，見圖 2 （ c ）。負(fù)載上的 電流 波形和輸出電壓值與全波整流電路相同。 （ 4 ）倍壓整流 用多個(gè)二極管和 電容器 可以獲得較高的直流電壓。圖 2 （ d ）是一個(gè)二倍壓整流電路。當(dāng) U2 為負(fù)半周時(shí) VD1 導(dǎo)通， C1 被19 充電， C1 上最高電壓可接近 1.4U2 ；當(dāng) U2 正 半周時(shí) VD2 導(dǎo)通， C1 上的電壓和 U2 疊加在一起對 C2 充電，使 C2 上電壓接近 2.8U2 ，是 C1 上電壓的 2 倍，所以叫倍壓整流電路。 2.3濾波電路 整流后得到的是脈動直流電，如果加上濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分，就可得到平滑的直流電。 （ 1 ）電容濾波 把電容器和負(fù)載并聯(lián)，如圖 3 （ a ），正半周時(shí)電容被充電，負(fù)半周時(shí)電容放電，就可使負(fù)載上得到平滑的直流電。 （ 2 ）電感濾波 把電感和負(fù)載串聯(lián)起來，如圖 3 （ b ），也能濾 除脈動 電流 中的交流成分。 （ 3 ） L 、 C 濾波 用 1 個(gè)電感和 1 個(gè)電容組成的濾波電路因?yàn)橄笠粋€(gè)倒寫的字母“ L ”，被稱為 L 型，見圖 3 （ c ）。用 1 個(gè)電感和 2 個(gè)20 電容的濾波電路因?yàn)橄笞帜浮?”，被稱為 型，見圖 3 （ d ），這是濾波效果較好的電路。 （ 4 ） RC 濾波 電感器 的成本高、體積大，所以在 電流 不太大的電子電路中常用電阻 器取代電感器而組成 RC 濾波電路。同樣，它也有 L 型，見圖 3 （ e ）； 型，見圖 3 （ f ）。 2.4穩(wěn)壓電路 交流電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載電流的變化都會使整流電源的輸出電壓和 電流 隨之變動，因此要求較高的電子電路必須使用穩(wěn)壓電源。 (1 ）穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路 用一個(gè)穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)的電路是最簡單的穩(wěn)壓電路，見圖 4 （ a ）。圖中 R 是限流電阻。這個(gè)電路的輸出 電流 很小，它的輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值 V Z 。 (2 ）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 21 有放大和負(fù)反饋?zhàn)饔玫拇?lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的穩(wěn)壓電路。它的電路和框圖見圖 4 （ b ）、（ c ）。它是從取樣電路（ R3 、 R4 ）中檢測出輸出電壓的變動，與基準(zhǔn)電壓（ V Z ）比較并經(jīng)放大器（ VT2 ）放大后加到調(diào)整管（ VT1 ）上，使調(diào)整管兩端的電壓隨著變化。如果輸出電壓下降，就使調(diào)整管管壓降也降低，于是輸出電壓被提升；如果輸出電壓上升，就使調(diào)整管管壓降也上升，于是輸出電壓被壓低，結(jié)果就使輸出電壓基本不變。在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上發(fā)展成很多變型電路或增加一些輔助電路，如用復(fù)合管作調(diào)整管，輸出電壓可調(diào)的電路，用運(yùn)算放大器作比較放大的電路，以及增加輔助電源和過流保護(hù)電路等。 （ 3 ）開關(guān)型穩(wěn)壓電路 近 年來廣泛應(yīng)用的新型穩(wěn)壓電源是開關(guān)型穩(wěn)壓電源。它的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，本身功耗很小，所以有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但電路比較復(fù)雜。 開關(guān)穩(wěn)壓電源從原理上分有很多種。它的基本原理框圖見圖 4 （ d ）。圖中電感 L 和電容 C 是儲能和濾波元件，二極管 VD 是調(diào)整管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)為 L 、 C 濾波器提供 電流 通路的續(xù)流二極管。開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)頻率都很高，一般為幾幾十千赫，所以電感器的體積不很大，輸出電壓中的高次諧波也不多。 它的基本工作原理是 : 從取樣電路（ R3 、 R4 ）中檢測出取 樣電壓經(jīng)比較放大后去控制一個(gè)矩形波發(fā)生器。矩形波發(fā)生器的輸出脈沖是控制調(diào)整管（ VT ）的導(dǎo)通和截止時(shí)間的。如果輸出電壓 U 0 因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓或負(fù)載 電流 的變動而降低，就會使矩形波發(fā)生器的輸出脈沖變寬，于是調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間增大，使 L 、 C 儲能電路得到更多的能量，結(jié)果是使輸出電壓 U 0 被提升，達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。 （ 4 ）集成化穩(wěn)壓電路 近年來已有大量集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品問世，品種很多，結(jié)構(gòu)也各不相同。目前用得較多的有三端集成穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的 CW7800 系列和輸出負(fù)電壓的 CW7900 系列等產(chǎn)品。輸出 電流 從 0.1A 3A ，輸出電壓有 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V 等多種。 22 這種集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子，穩(wěn)壓電路的所有部分包括大功率調(diào)整管以及保護(hù)電路等都已集成在芯片內(nèi)。使用時(shí)只要加上散熱片后接到整流濾波電路后面就行了。外圍元件少，穩(wěn)壓精度高，工作可靠，一般不需調(diào)試。 圖 4 （ e ）是一個(gè)三端穩(wěn)壓器電路。圖中 C 是主濾波電容， C1 、 C2 是消除寄生振蕩的電容 ,VD 是為防止輸入短路燒壞集成塊而使用的保 護(hù)二極管。 2.5放大電路 能夠把微弱的信號放大的電路叫做放大電路或放大器。例如助聽器里的關(guān)鍵部件就是一個(gè)放大器。 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、輸出逐級分開，然后逐級抓住關(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)在本級內(nèi)，有時(shí)是從后級反饋到前級，所以在分析這一級時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來進(jìn)行全面綜合。 下面我們介紹幾種常見的放大電路。 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 23 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)的直流通路見圖 1 （ b ），動態(tài)時(shí)交流通路見圖 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，可用于一般場合。 （ 2 ）射極輸出器 圖 3 （ a ）是一個(gè)射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖 3 （ b ）是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。 24 這個(gè)圖 中，晶體管真正的輸入是 V i 和 V o 的差值，所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋，這個(gè)電路的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于 1 而接近 1 ，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級、輸出級或作阻抗匹配之用。 （ 4 ）低頻放大器的耦合 一個(gè)放大器通常有好幾級，級與級之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級間耦合方式有三種： RC 耦合，見圖 4 （ a ）。優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低。但性能不是最佳。 變壓器耦合，見圖 4 （ b ）。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。 直接耦合，見圖 4 （ c ）。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前后級工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。 25 功率放大器 能把輸入信號放大并向負(fù)載提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音機(jī)的末級放大器就是功率放大器。 （ 1 ）甲類單管功率放大器 圖 5 是單管功率放大器， C1 是輸入電容， T 是輸出變壓器。它的集電極負(fù)載電阻 Ri 是將負(fù)載電阻 R L 通過變壓器匝數(shù)比折算過來的 ： RC = （ N1 N2 ） 2 RL=N 2 RL 負(fù)載電阻是低阻抗的揚(yáng)聲器，用變壓器可以起阻抗變換作用，使負(fù)載得到較大的功率。 這個(gè)電路不管有沒有輸入信號，晶體管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，靜態(tài) 電流 比較大，困此集電極損耗較大，效率不高，大約只有 35 。這種工作狀態(tài)被稱為甲類工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場合，它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是 RC 耦合。 （ 2 ）乙類推挽功率放大器 圖 6 是常用的乙類推挽功率放大電路。它由兩個(gè)特性相同的晶體管組成對稱電路 ，在沒有輸入信號時(shí)，每個(gè)管子都處于截止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)電流幾乎是零，只有在有信號輸入時(shí)管子才導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號是正弦波時(shí)，正半周時(shí) VT1 導(dǎo)通 VT2 截止，負(fù)半周時(shí) VT2 導(dǎo)通 VT1 截止。兩個(gè)管子交替出現(xiàn)的 電流 在輸出變壓器中合成，使負(fù)載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。 26 乙類推挽放大器的輸出功率較大，失真也小，效率也較高，一般可達(dá) 60 。 （ 3 ） OTL 功率放大器 目前廣泛應(yīng)用的無變壓器乙類推挽放大器，簡稱 OTL 電路 ，是一種性能很好的功率放大器。為了 易于說明，先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒有輸出變壓器的 OTL 電路，如圖 7 。 27 這個(gè)電路使用兩個(gè)特性相同的晶體管，兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時(shí)， VT1 、 VT2 流過的電流很小，電容 C 上充有對地為 1 2 E c 的直流電壓。在有輸入信號時(shí)，正半周時(shí) VT1 導(dǎo)通， VT2 截止，集電極電流 i c1 方向如圖所示，負(fù)載 RL 上得到放大了的正半周輸出信號。負(fù)半周時(shí) VT1 截止， VT2 導(dǎo)通，集電極 電流 i c2 的方向如圖所示， RL 上得到放大了的負(fù)半周輸出信號。這個(gè)電路的關(guān)鍵元件是 電容器 C ，它上面的電壓就相當(dāng)于 VT2 的供電電壓。 以這個(gè)電路為基礎(chǔ)，還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正 OTL 電路，用 PNP 管和 NPN 管組成的互補(bǔ)對稱式 OTL 電路，以及最新的橋接推挽功率放大器，簡稱 BTL 電路等等 . 直流放大器 能夠放大直流信號或變化很緩慢的信號的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測量和控制方面常用到這種放大器。 （ 1 ）雙管直耦放大器 直流放大器不能用 RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。 圖 8 是一個(gè)兩級直耦放大器。直耦方式會帶來前后級工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在 VT2 的發(fā)射極加 電阻 R E 以提高后級發(fā)射極電位來解決前后級的牽制。直流放大器的另一個(gè)更重要的問題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒有輸入信號時(shí)，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號。放大器級數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場合。 28 （ 2 ）差分放大器 解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，圖 9 是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它 使用雙電源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同， R E 有負(fù)反饋?zhàn)饔谩?shí)際上這是一個(gè)橋形電路，兩個(gè) R C 和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂，輸出電壓 V 0 從電橋的對角線上取出。沒有輸入信號時(shí)，因?yàn)?RC1=RC2 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。 差分放大器有良好的穩(wěn)定性，因此得到廣泛的應(yīng)用。 29 2.6集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器是一種把多級直流放大器做在一個(gè)集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因?yàn)?它早期是用在模擬計(jì)算機(jī)中做加法器、乘法器用的，所以叫做運(yùn)算放大器。它有十多個(gè)引腳，一般都用有 3 個(gè)端子的三角形符號表示，如圖 10 。它有兩個(gè)輸入端、 1 個(gè)輸出端，上面那個(gè)輸入端叫做反相輸入端，用“ ”作標(biāo)記；下面的叫同相輸入端，用“”作標(biāo)記。 集成運(yùn)算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運(yùn)算，也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。 2.7振蕩電路 不需要外加信號就能自動地把直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號的電路就稱為振蕩電路或振蕩器。這種現(xiàn)象也叫做自激振蕩 ?；蛘哒f，能夠產(chǎn)生交流信號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)。放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大使輸出信號保持恒定的數(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，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。 振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(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30 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 使用。在一般家用電器中，大量使用著各種 L C 振蕩器和 RG 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 的初級是起選頻作用的 LC 諧振電路，變壓器 T 的次級向放大器輸入提供正反饋信號。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)電壓通過變壓器初次級 31 L1 、 L2 的耦合又送回到晶體管 V 的基極。從圖 1 （ b ）看到，只要接法沒有錯誤，這個(gè)反饋信號電壓是和輸入信號電壓相位相同的，也就是說，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。 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 2 LC 。常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號。 （ 2 ）電感三點(diǎn)式振蕩電路 圖 2 （ a ）是另一種常用的電感三點(diǎn)式振蕩電路。圖中電感 L1 、 L2 和電容 C 組成起選頻作用的諧振電路。從 L2 上取出反饋電壓加到晶體管 VT 的基極。從圖 2 （ b ）看到，晶體管的輸入電壓和反饋電壓是同相的，滿足相位平衡條件的，因此電路能起振。由于晶體管的 3 個(gè)極是分別接在電感的 3 個(gè)點(diǎn)上的，因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。 電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是 ：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波，波形較差。它的振蕩頻率是： f 0 =1/2 LC ，其中 L=L1 L2 2M 。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號。 （ 3 ）電容三點(diǎn)式振蕩電路 32 還有一種常用的振蕩電路是電容三點(diǎn)式振蕩電路，見圖 3 （ a ）。圖中電感 L 和電容 C1 、 C2 組成起選頻作用的諧振電路，從電容 C2 上取出反饋電壓加到晶體管 VT 的基極。從圖 3 （ b ）看到，晶體管的輸入電壓和反饋電壓同相，滿足相位平衡條件，因此電路能起振。由于電路中晶 體管的 3 個(gè)極分別接在電容 C1 、 C2 的 3 個(gè)點(diǎn)上，因此被稱為電容三點(diǎn)式振蕩電路。 電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率穩(wěn)定度較高，輸出波形好，頻率可以高達(dá) 100 兆赫以上，但頻率調(diào)節(jié)范圍較小，因此適合于作固定頻率的振蕩器。它的振蕩頻率是： f 0 =1/2 LC ，其中 C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。 上面 3 種振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高，容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高，而且 頻率穩(wěn)定性好。 RC 振蕩器 RC 振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是 RC 電路，它們的振蕩頻率比較低。常用的電路有兩種。 （ 1 ） RC 相移振蕩電路 33 圖 4 （ a ）是 RC 相移振蕩電路。電路中的 3 節(jié) RC 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)起到選頻和正反饋的作用。從圖 4 （ b ）的交流等效電路看到：因?yàn)槭菃渭壒舶l(fā)射極放大電路，晶體管 VT 的輸出電壓 U o 與輸出電壓 U i 在相位上是相差 180 。當(dāng)輸出電壓經(jīng)過 RC 網(wǎng)絡(luò)后，變成反饋電壓 U f 又送到輸入端時(shí)，由于 RC 網(wǎng)絡(luò) 只對某個(gè)特定頻率 f 0 的電壓產(chǎn)生 180 的相移，所以只有頻率為 f 0 的信號電壓才是正反饋而使電路起振?？梢?RC 網(wǎng)絡(luò)既是選頻網(wǎng)絡(luò)，又是正反饋電路的一部分。 RC 相移振蕩電路的特點(diǎn)是：電路簡單、經(jīng)濟(jì)，但穩(wěn)定性不高，而且調(diào)節(jié)不方便。一般都用作固定頻率振蕩器和要求不太高的場合。它的振蕩頻率是：當(dāng) 3 節(jié) RC 網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)相同時(shí)： f 0 = 1 2 6RC 。頻率一般為幾十千赫。 （ 2 ） RC 橋式振蕩電路 34 圖 5 （ a ）是一種常見的 RC 橋式振蕩電路。圖 中左側(cè)的 R1C1 和 R2C2 串并聯(lián)電路就是它的選頻網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路的一部分。這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)對某個(gè)特定頻率為 f 0 的信號電壓沒有相移（相移為 0 ），其它頻率的電壓都有大小不等的相移。由于放大器有 2 級，從 V2 輸出端取出的反饋電壓 U f 是和放大器輸入電壓同相的（ 2 級相移 360 =0 ）。因此反饋電壓經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)送回到 VT1 的輸入端時(shí)，只有某個(gè)特定頻率為 f 0 的電壓才能滿足相位平衡條件而起振?？梢?RC 串并聯(lián)電路同時(shí)起到了選頻和正反饋的作用。 實(shí)際上為 了提高振蕩器的工作質(zhì)量，電路中還加有由 R t 和 R E1 組成的串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路。其中 R t 是一個(gè)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏 電阻 ，它對電路能起到穩(wěn)定振蕩幅度和減小非線性失真的作用。從圖 5 （ b ）的等效電路看到，這個(gè)振蕩電路是一個(gè)橋形電路。 R1C1 、 R2C2 、 R t 和 R E1 分別是電橋的 4 個(gè)臂，放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個(gè)對角線上，所以被稱為 RC 橋式振蕩電路。 35 RC 橋式振蕩電路的性能比 RC 相移振蕩電路好。它的穩(wěn)定性高、非線性失真小，頻率調(diào)節(jié)方便。它的振蕩 頻率是：當(dāng) R1=R2=R 、 C1=C2=C 時(shí) f 0 = 1 2 RC 。它的頻率范圍從 1 赫 1 兆赫。 2.8調(diào)幅和檢波電路 廣播和無線電通信是利用調(diào)制技術(shù)把低頻聲音信號加到高頻信號上發(fā)射出去的。在接收機(jī)中還原的過程叫解調(diào)。其中低頻信號叫做調(diào)制信號，高頻信號則叫載波。常見的連續(xù)波調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種，對應(yīng)的解調(diào)方法就叫檢波和鑒頻。 下面我們先介紹調(diào)幅和檢波電路。 （ 1 ）調(diào)幅電路 調(diào)幅是使載波信號的幅度隨著調(diào)制信號的幅度變化，載波的頻率和相應(yīng)不變。能夠完成調(diào)幅功能 的電路就叫調(diào)幅電路或調(diào)幅器。 調(diào)幅是一個(gè)非線性頻率變換過程，所以它的關(guān)鍵是必須使用 二極管 、 三極管 等非線性器件。根據(jù)調(diào)制過程在哪個(gè)回路里進(jìn)行可以把三極管調(diào)幅電路分成集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅和發(fā)射極調(diào)幅 3 種。下面舉集電極調(diào)幅電路為例。 圖 6 是集電極調(diào)幅電路，由高頻載波振蕩器產(chǎn)生的等幅載波經(jīng) T1 加到晶體管基極。低頻調(diào)制信號則通過 T3 耦合到集電極中。 C1 、 C2 、 C3 是高頻旁路電容， R1 、 R2 是偏置電阻。集電極的 LC 并聯(lián)回路諧振在載波頻率上。如果把三極管的靜態(tài)工作 點(diǎn)選在特性曲線的彎曲部分，三極管就是一個(gè)非線性器件。因?yàn)榫w管的集36 電極 電流 是隨著調(diào)制電壓變化的，所以集電極中的 2 個(gè)信號就因非線性作用而實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅。由于 LC 諧振回路是調(diào)諧在載波的基頻上，因此在 T2 的次級就可得到調(diào)幅波輸出。 （ 2 ）檢波電路 檢波電路或檢波器的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號。它的工作過程正好和調(diào)幅相反。檢波過程也是一個(gè)頻率變換過程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩 部分。下面舉二極管檢波器為例說明它的工作。 圖 7 是一個(gè)二極管檢波電路。 VD 是檢波元件， C 和 R 是低通濾波器。當(dāng)輸入的已調(diào)波信號較大時(shí)，二極管 VD 是斷續(xù)工作的。正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，對 C 充電；負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí)，二極管截止， C 對 R 放電。在 R 兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過電容 C 濾除了高頻部分，再經(jīng)過隔直流電容 C 0 的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號。 2.9調(diào)頻和鑒頻電路 調(diào)頻是使載波頻率隨調(diào)制信號的幅度變化，而振幅則保持不變。鑒頻則是從調(diào)頻波中解調(diào)出原來的低頻信號，它的過程和調(diào)頻正好相反。 （ 1 ）調(diào)頻電路 能夠完成調(diào)頻功能的電路就叫調(diào)頻器或調(diào)頻電路。常用的調(diào)頻方法是直接調(diào)頻法，也就是用調(diào)制信號直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖 8 畫出了它的大意，圖中用一個(gè)可變電抗元件并聯(lián)在諧振回路上。用低頻調(diào)制信號控制可變電抗元件參數(shù)的變化，使載波振蕩器的頻率發(fā)生變化。 37 （ 2 ）鑒頻電路 能夠完成鑒頻功能的電路叫鑒頻器或鑒頻電路，有時(shí)也叫頻率檢波器。鑒頻的方法通常分二步，第一步先將等幅的調(diào)頻波變成幅度隨頻率 變化的調(diào)頻 調(diào)幅波，第二步再用一般的檢波器檢出幅度變化，還原成低頻信號。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等。 2.10脈沖電路 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。電子電路中另一大類電路的數(shù)字電子電路。它加工和處理的對象是不連續(xù)變化的數(shù)字信號。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。脈沖電路是專門用來產(chǎn)生電脈沖和對電脈沖進(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，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。 38 就拿脈沖電路中最常用的反相器電路（圖 1 ）來說，從電路形式上看，它和放大電路中的共發(fā)射 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。 產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器 脈沖有各種各樣的用途，有對電路起開關(guān)作用的控制脈沖，有起統(tǒng)帥全局作用的時(shí)鐘脈沖，有做計(jì)數(shù)用的計(jì)數(shù) 脈沖，有起觸發(fā)啟動作用的觸發(fā)脈沖等等。不管是什么脈沖，都是由脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的，而且大多是短形脈沖或以矩形脈沖為原型變換成的。因?yàn)榫匦蚊}沖含有豐富的諧波，所以脈沖信號發(fā)生器也叫自激多諧振蕩器或簡稱多諧振蕩器。如果用門來作比喻，多諧振蕩器輸出端時(shí)開時(shí)閉的狀39 態(tài)可以把多諧振蕩器比作賓館的自動旋轉(zhuǎn)門，它不需要人去推動，總是不停地開門和關(guān)門。 2.11數(shù)字邏輯電路 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。能處理數(shù)字信號的電路就稱為數(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)、自動控制、通信、測量等領(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。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)簡化了的圖形符號去表示它們，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組合起來畫成的圖就是 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)系沒有破壞就行，脈沖波形的好壞我們是不大理會的。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。 40 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。而且一般都規(guī)定高電平為 1 、低電平為 0 。 （ 2 ）觸發(fā)器 41 觸發(fā)器實(shí)際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路，它的電路和功能都比門電路復(fù)雜，它也可看成是數(shù)字邏輯電路中的 元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有 D 觸發(fā)器和 J K 觸發(fā)器。 D 觸發(fā)器有一個(gè)輸入端 D 和一個(gè)時(shí)鐘信號輸入端 CP ，為了區(qū)別在 CP 端加有箭頭。它有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是 Q 一個(gè)是 Q ，加有小圈的輸出端是 Q 端。另外它還有兩個(gè)預(yù)置端 R D 和 S D ，平時(shí)正常工作時(shí)要 R D 和 S D 端都加高電平 1 ，如果使 R D =0 （ S D 仍為 1 ），則觸發(fā)器被置成 Q=0 ；如果使 S D =0 （ R D =1 ），則被置成 Q=1 。因此 R D 端稱為 置 0 端， S D 端稱為置 1 端。 D 觸發(fā)器的邏輯符號見圖 2 ，圖中 Q 、 D 、 SD 端畫在同一側(cè)； Q 、R D 畫在另一側(cè)。 R D 和 S D 都帶小圓圈，表示要加上低電平才有效。 D 觸發(fā)器是受 CP 和 D 端雙重控制的， CP 加高電平 1 時(shí)，它的輸出和 D 的狀態(tài)相同。如 D=0 ， CP 來到后， Q=0 ；如 D=1 ， CP 來到后， Q=1 。 CP 脈沖起控制開門作用，如果 CP=0 ，則不管 D 是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變。這樣的邏輯功能畫成 表格就稱為功能表或特性表，見圖 2 。表中 Q n+1 表示加上觸發(fā)信號后變成的狀態(tài)， Qn 是原來的狀態(tài)。“ X ”表示是 0 或 1 的任意狀態(tài)。 有的 D 觸發(fā)器有幾個(gè) D 輸入端： D 1 、 D 2 它們之間是邏輯與的關(guān)系，也就是只有當(dāng) D 1 、 D 2 都是 1 時(shí)，輸出端 Q 才是 1 。 另一種性能更完善的觸發(fā)器叫 J K 觸發(fā)器。它有兩個(gè)輸入端： J 端和 K 端，一個(gè) CP 端，兩個(gè)預(yù)置端： R D 端和 S D 端，以及兩個(gè)輸出端： Q 和 Q 端。它的邏 輯符號見圖 3 。 J K 觸發(fā)器是在 CP 脈沖的下陣沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，所以在 CP 端畫一個(gè)小圓圈42 以示區(qū)別。圖中， J 、 S D 、 Q 畫在同一側(cè)， K 、 R D 、 Q 畫在另一側(cè)。 J K 觸發(fā)器的邏輯功能見圖 3 。有 CP 脈沖時(shí)（即 CP=1 ）： J 、 K 都為 0 ，觸發(fā)器狀態(tài)不變； Q n 1 =Qn ， J 0 、 K=1 ，觸發(fā)器被置 0 ： Q n 1 =0 ； J=1 、 K=0 ， Q n+1 =1 ； J=1 、 K=1 ，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下： Q n 1 =Qn 。如果不加時(shí)鐘脈沖，即 CP=0 時(shí)，不管 J 、 K 端是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變： Q n 1 =Qn 。有的 J K 觸發(fā)器同時(shí)有好幾個(gè) J 端和 K 端， J 1 、 J 2 和 K 1 、 K 2 之間都是邏輯與的關(guān)系。有的 J K 觸發(fā)器是在 CP 的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，這時(shí)它的邏輯符號圖的 CP 端就不帶小圓圈。也有的時(shí)候?yàn)榱耸箞D更簡潔，常常把 R D 和 S D 端省略不畫。 編碼器和譯碼器 能夠把數(shù)字、字母變換成二進(jìn)制數(shù)碼的電路稱 為編碼器。反過來能把二進(jìn)制數(shù)碼還原成數(shù)字、字母的電路就稱為譯碼器。 （ 1 ）編碼器 圖 4 （ a ）是一個(gè)能把十進(jìn)制數(shù)變成二進(jìn)制碼的編碼器。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)被表示成二進(jìn)制碼必須 4 位，常用的碼是使從低到高的每一位二進(jìn)制碼相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的 1 、 2 、 4 、 8 ，這種碼稱為 8 4 2 1 碼或簡稱 BCD 碼。所以這種編碼器就稱為“ 10 線 -4 線編碼器”或“ DEC BCD 編碼器”。 43 從圖看到，它是由與非門組成的。有 10 個(gè)輸入端，用按鍵控制 ，平時(shí)按鍵懸空相當(dāng)于接高電平 1 。它有 4 個(gè)輸出端 ABCD ，輸出 8421 碼。如果按下“ 1 ”鍵，與“ 1 ”鍵對應(yīng)的線被接地，等于輸入低電平 0 、于是門 D 輸出為 1 ，整個(gè)輸出成 0001 。 如按下“ 7 ”鍵，則 B 門、 C 門、 D 門輸出為 1 ，整個(gè)輸出成 0111 。如果把這些電路都做在一個(gè)集成片內(nèi)，便得到集成化的 10 線 4 線編碼器，它的邏輯符號見圖 4 （ b ）。左側(cè)有 10 個(gè)輸入端，帶小圓圈表示要用低電平，右側(cè)有 4 個(gè)輸出端，從上到下按從低到高排列。 使用時(shí)可以直接選用。 （ 2 ）譯碼器 要把二進(jìn)制碼還原成十進(jìn)制數(shù)就要用譯碼器。它也是由門電路組成的，現(xiàn)在也有集成化產(chǎn)品供選用。圖 5 是一個(gè) 4 線 10 線譯碼器。它的左側(cè)為 4 個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端，右側(cè)有 10 個(gè)輸出端，從上到下按 0 、 1 、 9 排列表示 10 個(gè)十進(jìn)制數(shù)。輸出端帶小圓圈表示低電平有效。平時(shí) 10 個(gè)輸出端都是高電平 1 ，如輸入為 44 1001 碼，輸出“ 9 ”端為低電平 0 ，其余 9 根線仍為高電平 1 ，這表示“ 9 ”線被譯中。 如果要想 把十進(jìn)制數(shù)顯示出來，就要使用數(shù)碼管?，F(xiàn)以共陽極發(fā)光 二極管 （ LED ）七段數(shù)碼顯示管為例，見圖 6 。它有七段發(fā)光二極管，如每段都接低電平 0 ，七段都被點(diǎn)亮，顯示出數(shù)字“ 8 ”；如 b 、 c 段接低電平 0 ，其余都接 1 ，顯示的是“ 1 ”。可見要把十進(jìn)制數(shù)用七段顯示管顯示出來還要經(jīng)過一次譯碼。如果使用“ 4 線 7 線譯碼器”和顯示管配合使用，就很簡單，輸入二進(jìn)制碼可直接顯示十進(jìn)制數(shù)，見圖 6 。譯碼器左側(cè)有 4 個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端，右側(cè)有 7 個(gè)輸出可直接和數(shù)碼管相連。左上側(cè)另有一個(gè)滅燈控制 端 I B ，正常工作時(shí)應(yīng)加高電平 1 ，如不需要這位數(shù)字顯示就在 I B 上加低電平 0 ，就可使這位數(shù)字熄滅。 寄存器和移位寄存器 （ 1 ）寄存器 45 能夠把二進(jìn)制數(shù)碼存貯起來的的部件叫數(shù)碼寄存器，簡稱寄存器。圖 7 是用 4 個(gè) D 觸發(fā)器組成的寄存器，它能存貯 4 位二進(jìn)制數(shù)。 4 個(gè) CP 端連在一起作為控制端，只有 CP=1 時(shí)它才接收和存貯數(shù)碼。 4 個(gè) R D 端連在一起成為整個(gè)寄存器的清零端。如果要存貯二進(jìn)制碼 1001 ，只要把它們分別加到觸發(fā)器 D 端，當(dāng) CP 來到 后 4 個(gè)觸發(fā)器從高到低分別被置成 1 、 0 、 0 、 1 ，并一直保持到下一次輸入數(shù)據(jù)之前。要想取出這串?dāng)?shù)碼可以從觸發(fā)器的 Q 端取出。 （ 2 ）移位寄存器 有移位功能的寄存器叫移位寄存器，它可以是左移的、右移的，也可是雙向移位的。 圖 8 是一個(gè)能把數(shù)碼逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是：數(shù)碼是逐位串行輸入并加在最低位的 D 端，然后把低位的 Q 端連到高一位的 D 端。這時(shí) CP 稱為移位脈沖。 先從 R D 端送低電平清零，使寄存器成 0000 狀 態(tài)。假定要輸入的數(shù)碼是 1001 ，輸入的次序是先高后低逐位輸入。第 1 個(gè) CP 后， 1 被打入第 1 個(gè)觸發(fā)器，寄存器成 0001 ；第 2 個(gè) CP 后， Qo 的 1 被移入 Q 1 ，新的 0 打入 D 1 ，成為 0010 ；第 3 個(gè) CP 后，成為 0100 ；第 4 個(gè) CP 后，成為 1001 。 46 可見經(jīng)過 4 個(gè) CP ，寄存器就寄存了 4 位二進(jìn)制碼 1001 。目前已有品種繁多的集成化寄存器供選用。 計(jì)數(shù)器和分頻器 計(jì)數(shù)器 能對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的部件叫計(jì)數(shù)器。計(jì) 數(shù)器品種繁多，有作累加計(jì)數(shù)的稱為加法計(jì)數(shù)器，有作遞減計(jì)數(shù)的稱為減法計(jì)數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來分又有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按數(shù)制來分又有二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和其它進(jìn)位制的計(jì)數(shù)器等等。 現(xiàn)舉一個(gè)最簡單的加法計(jì)數(shù)器為例，見圖 9 。它是一個(gè) 16 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值是 1111 ，相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù) 15 。需要計(jì)數(shù)的脈沖加到最低位觸發(fā)器的 CP 端上，所有的 J 、 K 端都接高電平 1 ，各觸發(fā)器 Q 端接到相鄰高一位觸發(fā)器的 CP 端上。 J K 觸發(fā)器的特性表告訴我們：當(dāng) J=1 、 K=1 時(shí)來一個(gè) CP ，觸發(fā)器便翻轉(zhuǎn)一次。在全部清零后， 第 1 個(gè) CP 后沿，觸發(fā)器 C0 翻轉(zhuǎn)成 Q0=1 ，其余 3 個(gè)觸發(fā)器仍保持 0 態(tài)，整個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是 0001 。 第 2 個(gè) CP 后沿，觸發(fā)器 C0 又翻轉(zhuǎn)成“ Q0=0 ， C1 翻轉(zhuǎn)成 Q1=1 ，計(jì)數(shù)器成 0010 。 到第 15 個(gè) CP 后沿，計(jì)數(shù)器成 1111 。可見這個(gè)計(jì)數(shù)器確實(shí)能對 CP 脈沖計(jì)數(shù)。 第三章電路圖讀圖要點(diǎn)和舉例 3.1 電源電路讀圖要點(diǎn)和舉例 電源電路是電子電路中比較簡單然而卻是應(yīng)用最廣的電路 。拿到一張電源電路圖時(shí)，應(yīng)該： 先按“整流 濾波 穩(wěn)壓”的次序把47 整個(gè)電源電路分解開來，逐級細(xì)細(xì)分析。 逐級分析時(shí)要分清主電路和輔助電路、主要元件和次要元件，弄清它們的作用和參數(shù)要求等。例如開關(guān)穩(wěn)壓電源中，電感電容和續(xù)流二極管就是它的關(guān)鍵元件。 因?yàn)榫w管有 NPN 和 PNP 型兩類，某些集成電路要求雙電源供