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跟着大师一起学习模拟电路

作者:时间:2018-11-09来源:网络收藏

  在子类专业中,是一门非常重要,并且不少人觉得很难的一门课。这里我来说一说我对这门课的理解,希望能对大家有所帮助。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201811/394101.htm

  1.工程思想

  如果说到考试成绩,我的考试成绩一般,并非什么高分;但如果说到对的理解和应用,倒是用模拟电路做过一些东西,也参加过一些竞赛。模拟电路是一门工程性质的课程,学习它的重点在于掌握其中的工程思想,同时最好能用于实践,而不只是为了做题考试。

  何为工程思想呢?百度百科的解释是这样的:

  工程是科学和数学的某种应用,通过这一应用,使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程,是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。于是工程的概念就产生了,并且它逐渐发展为一门独立的学科和技艺。

  例如在模拟电路中,有个非常重要的工程思想——近似。中学物理课上,我们学的很多电路都是理想电路,导线电阻始终为0,变压器的效率是100%,理想电压表内阻无穷大,理想电流表内阻为0等。你可以发现,很多时候模拟电路中的计算会常常省略掉一两个比较小的项,而且直接用等号而不是约等号。

  为什么要用近似呢?说白了就是人类科学对自然的理解还不够全面,无法绝对精确的描述自然现象;或者是人的理解力有限,精确描述代价太大。通过近似的手段,不仅对解决问题没有明显的影响,而且大大简化了步骤,节约了时间和精力。运用这种思想,人类科学取得了很多成果,也充分证明了其可靠性。

  2.概要

  模电本身是一个非常复杂的学科,而模电课程只是其中最基础的东西。模拟电路(Analog Circuit)的含义是处理模拟信号的电子电路。自然界中绝大多数信号都是模拟信号,它们有连续的幅度值,比如说话时的声音信号。模拟电路可以对这样的信号直接处理(当然需要先转换成电信号),比如功放能放大声音信号,广播电台能将模拟的声音信号、图像信号进行发送。甚至可以认为,所有电路的基础都是模拟电路(即使是数字电路,其底层原理也是基于模拟电路的)。其重要性不言而喻。

  由于数字电路、可编程器件的迅速发展,体现了很多优越特性。很多电子设备都慢慢数字化,但始终还是离不开模拟电路。

  目前模拟电路中最重要的器件,则非半导体器件莫属。最基本和常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应管和

  二极管的作用很多,如普通二极管可用于整流,发光二极管可用于指示灯和照明,稳压管可进行稳压,变容二极管可用来进行信号调制等。模电课程中,涉及到二极管的部分相对比较简单,而场效应管的很多特性类似三极管,所以常以三极管或运放为主体进行讲解。

3.三极管与放大器

  三极管的基本功能是放大,通过这一特性,三极管构成各种电路,体现出了很多工程思想。

  三极管基本电路就是放大器,例如功放就是一个放大器,输入的声音很小,输出的声音却很大。放大器的输出和输入电压(或电流)之比称为放大倍数,又叫做增益。

  对于一个电压来说,如果以时间为横轴、电压为纵轴作图,这个图形则为这个电压的波形。

  如果一个放大倍数为5的放大器,输入恒定的1V电压(波形如下左图),则输出应该始终是5V(波形如下中图),既不会随时间改变,也不会随温度而变化,输出和输入的电压形状完全一样。但如果放大倍数不稳定,不断变化,原先输入的信号就会变形(如下右图),信号可能由一条水平直线变成了一条曲线。这种波形变化叫做失真。

  一个理想的放大器,希望其放大倍数是恒定值。如果功放的放大倍数不稳定,声音就会忽大忽小,波形变化还会导致声音发生变化,即失真。

  现实总是和理想相违背。很不幸,三极管的特性并不理想,它在放大电路中工作时,放大倍数不仅受输入电压、电源电压影响,而且自身发热导致温度变化,也会影响它的放大倍数。这实在是让很多工程师头疼,如果不能找到有效的方法,减少这一特性带来的影响,三极管很难应用到实际中来。

  4.负反馈

  基本概念

  于是一些非常厉害的人找到了好方法:负反馈。什么是负反馈呢?

  反馈是指将系统的输出又返回到输入端而影响输入,从而对系统整体输出产生作用。反馈可分为正反馈和负反馈。负反馈是使输出起到与输入相反的作用,使系统输出趋于稳定。

  上面的解释不好理解,我举两个例子。

  1.玩倒立摆时,我们用手支撑起一个倒立的木棍,当木棍往某个方向倾斜时,我们通过将手移动到木棍倾斜的方向来抵消这种变化,使得木棍能在手上平衡。

  2.高中的时候经常月考,我发现有些同学有这样的习惯:当一次成绩考得比较差的时候,就会开始好好学习,然后下次成绩就上涨;而考得比较好时,接下来的一个月又会松懈,于是成绩又会降下来,如此周而复始。

  这两个例子都充分说明,负反馈可以让系统更稳定。

  负反馈放大器

  我们忽略具体电路,只画一个简单的框图,来说明三极管放大电路是如何利用负反馈的。

  下面三角形表示一个三极管构成的放大器,放大倍数为 A,输入为 I ,则输出 O=A*I ,由于放大倍数A不稳定,所以输出波形会有失真。

  在电路中添加了一些器件如下。


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