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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
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RL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RL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/RL,URM=√2 U 2
电源滤波器
1.1电源滤波的过程分析:电源滤波是在负载RL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RL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∥RLC)≈RiC,一般Ri〈〈RL,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RL放电,放电时间常数为RLC,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RL放电。如此反复,周期性充放电。由于电容C的储能作用,RL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RLC≧(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URM=√2U 2,每个二极管的平均电流是负载电流的一半。
信号滤波器
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RωL,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t0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ui与uO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
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