學(xué)習(xí)模電一定要記住的八大概念
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電子工程師入門—模電
雖然對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)門檻比較低，但是也要注意下面幾點(diǎn)，以免走彎路。
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(hào)。
1.反饋
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。
2.耦合
一個(gè)放大器通常有好幾級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級(jí)間耦合方式有三種：
①RC耦合(見圖a):優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低。但性能不是最佳。
②變壓器耦合(見圖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。
③直接耦合(見圖c):優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前后級(jí)工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。
3.功率放大器
能把輸入信號(hào)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(jí)放大器就是功率放大器。
3.1甲類單管功率放大器
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(méi)有輸入信號(hào)，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(chǎng)合，它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是 RC耦合。
3.2乙類推挽功率放大器
下圖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(duì)稱電路，在沒(méi)有輸入信號(hào)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(hào)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(hào)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。
3.3 OTL功率放大器
目前廣泛應(yīng)用的無(wú)變壓器乙類推挽放大器，簡(jiǎn)稱 OTL電路，是一種性能很好的功率放大器。為了易于說(shuō)明，先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒(méi)有輸出變壓器的 OTL電路，如下圖所示。
4.直流放大器
能夠放大直流信號(hào)或變化很緩慢的信號(hào)的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測(cè)量和控制方面常用到這種放大器。
4.1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。下圖是一個(gè)兩級(jí)直耦放大器。
直耦方式會(huì)帶來(lái)前后級(jí)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(jí)發(fā)射極電位來(lái)解決前后級(jí)的牽制。
直流放大器的另一個(gè)更重要的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)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(jí)放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號(hào)。
放大器級(jí)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(chǎng)合。
4.2差分放大器
解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，下圖是應(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?/span>
實(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(duì)角線上取出。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，因為 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。
5.集成運(yùn)算放大器
集成運(yùn)算放大器是一種把多級(jí)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)樗缙谑怯迷谀M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。
6.振蕩器
不需要外加信號(hào)就能自動(dòng)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(hào)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(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f0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Uf和輸入電壓 Ui要相等，這是振幅平衡條件。
二是 Uf和 Ui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 LC振蕩器和 RC振蕩器。
6.1 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(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(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)。
2)電感三點(diǎn)式振蕩電路
圖(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(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 =1/2π 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(hào)。
3)電容三點(diǎn)式振蕩電路
還有一種常用的振蕩電路是電容三點(diǎn)式振蕩電路，見圖(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(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 =1/2π LC，其中 C= 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。
6.2 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
RC相移振蕩電路的特點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)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(chǎng)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 2π 6RC。頻率一般為幾十千赫。
2) RC橋式振蕩電路
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 2πRC。它的頻率范圍從 1赫～ 1兆赫。
7.調(diào)幅和檢波電路
廣播和無(wú)線電通信是利用調(diào)制技術(shù)把低頻聲音信號(hào)加到高頻信號(hào)上發(fā)射出去的。在接收機(jī)中還原的過(guò)程叫解調(diào)。其中低頻信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)，高頻信號(hào)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(duì)應(yīng)的解調(diào)方法就叫檢波和鑒頻。
7.1調(diào)幅電路
調(diào)幅是使載波信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的幅度變化，載波的頻率和相位不變。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(guò)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(guò)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。
上圖是集電極調(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(hào)則通過(guò) 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)回路諧振在載波頻次上。
假如把三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)選在特性曲線的彎曲局部，三極管就是一個(gè)非線性器件。由于晶體管的集電極電流是隨著調(diào)制電壓變化的，所以集電極中的 2調(diào)頻方法是直接調(diào)頻法，也就是用調(diào)制信號(hào)直接變更載波振蕩器頻次的方法。
下圖畫出了它的大意，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(hào)控制可變電抗元件參數(shù)的變化，使載波振蕩器的頻次發(fā)生變化。
8.2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)也叫頻次檢波器。鑒頻的方法通常分二步，第一步先將等幅的調(diào)頻波變成幅度隨頻次變化的調(diào)頻—調(diào)幅波，第二步再用一般的檢波器檢出幅度鄙黌化，復(fù)原成低頻信號(hào)。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等。
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