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如何系统的看懂电路图-运放与振荡

2015-03-10 09:28 来源:电源网综合 编辑:铃铛

电路图是一切电源设计的基础,如果能够更好地理解电路图,就意味着对电路原理理解的更加透彻。所以在初学阶段掌握牢牢掌握电路图的识别是非常有好处的,本系列文章几乎囊括了电路图中所有的图形符号,并将对其进行分类和讲解。

在上一篇文章当中,小编为大家带来了通过划分单元电路的方法来对电路进行快速的解读。在本篇文章中,则要着重讲解电路图中的运放、振荡电路。

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图1

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器。它有十多个引脚,一般都用有3个端子的三角形符号表示,如图1。它有两个输入端、1个输出端,上面那个输入端叫做反相输入端,用“—”作标记;下面的叫同相输入端,用“+”作标记。

集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算,也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有:

带调零的同相输出放大电路

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图2

图2是带调零端的同相输出运放电路。引脚1、11、12是调零端,调整RP可使输出端(8)在静态时输出电压为零。9、6两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端(5),因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻R2接到反相输入端(4)。同相输入接法的电压放大倍数总是大于1的。

反相输出运放电路

也可以使输入信号从反相输入端接入,如图12。如对电路要求不高,可以不用调零,这时可以把3个调零端短路。

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图3

输入信号从耦合电容C1经R1接入反相输入端,而同相输入端通过电阻R3接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于1、等于1或小于1。

同相输出高输入阻抗运放电路

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图4

图4中没有接入R1,相当于R1阻值无穷大,这时电路的电压放大倍数等于1,输入阻抗可达几百千欧。


放大电路读图要点和举例

放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时,首先要把它逐级分解开,然后一级一级分析弄懂它的原理,最后再全面综合。读图时要注意:①在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多,如偏置电路中的温度补偿元件,稳压稳流元器件,防止自激振荡的防振元件、去耦元件,保护电路中的保护元件等。②在分析中最主要和困难的是反馈的分析,要能找出反馈通路,判断反馈的极性和类型,特别是多级放大器,往往以后级将负反馈加到前级,因此更要细致分析。③一般低频放大器常用RC耦合方式;高频放大器则常常是和LC调谐电路有关的,或是用单调谐或是用双调谐电路,而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。④注意晶体管和电源的极性,放大器中常常使用双电源,这是放大电路的特殊性。

例1助听器电路

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图5

图5是一个助听器电路,实际上是一个4级低频放大器。VT1、VT2之间和VT3、VT4之间采用直接耦合方式,VT2和VT3之间则用RC耦合。为了改善音质,VT1和VT3的本级有并联电压负反馈(R2和R7)。由于使用高阻抗的耳机,所以可以把耳机直接接在VT4的集电极回路内。R6、C2是去耦电路,C6是电源滤波电容。

例2收音机低放电路

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图6

图6是普及型收音机的低放电路。电路共3级,第1级(VT1)前置电压放大,第2级(VT2)是推动级,第3级(VT3、VT4)是推挽功放。VT1和VT2之间采用直接耦合,VT2和VT3、VT4之间用输入变压器(T1)耦合并完成倒相,最后用输出变压器(T2)输出,使用低阻扬声器。此外,VT1本级有并联电压负反馈(R1),T2次级经R3送回到VT2有串联电压负反馈。电路中C2的作用是增强高音区的负反馈,减弱高音以增强低音。R4、C4为去耦电路,C3为电源的滤波电容,整个电路简单明了。

振荡电路的用途和振荡条件

不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。

一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过,使振荡器产生单一频率的输出。

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的:一个是反馈电压uf和输入电压Ui要相等,这是振幅平衡条件。二是uf和ui必须相位相同,这是相位平衡条件,也就是说必须保证是正反馈。一般情况下,振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡,主要是看它的相位平衡条件是否成立。

振荡器按振荡频率的高低可分成超低频(20赫以下)、低频(20赫~200千赫)、高频(200千赫~30兆赫)和超高频(10兆赫~350兆赫)等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成LC振荡器、RC振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度,只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中,大量使用着各种LC振荡器和RG振荡器。


LC振荡器

LC振荡器的选频网络是LC谐振电路。它们的振荡频率都比较高,常见电路有3种。

变压器反馈LC振荡电路

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图7

图7(a)是变压器反馈LC振荡电路。晶体管VT是共发射极放大器。变压器T的初级是起选频作用的LC谐振电路,变压器T的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时,LC回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率和回路谐振频率f0相同的电流才能在回路两端产生较高的电压,这个电压通过变压器初次级L1、L2的耦合又送回到晶体管V的基极。从图7(b)看到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的,也就是说,它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

变压器反馈LC振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但频率稳定度不高。它的振荡频率是:f0=1/2πLC。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

电感三点式振荡电路

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图8

图8(a)是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感L1、L2和电容C组成起选频作用的谐振电路。从L2上取出反馈电压加到晶体管VT的基极。从图8(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的,满足相位平衡条件的,因此电路能起振。由于晶体管的3个极是分别接在电感的3个点上的,因此被称为电感三点式振荡电路。

电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波,波形较差。它的振荡频率是:f0=1/2πLC,其中L=L1+L2+2M。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。


电容三点式振荡电路

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图9

还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图9(a)。图中电感L和电容C1、C2组成起选频作用的谐振电路,从电容C2上取出反馈电压加到晶体管VT的基极。从图9(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。由于电路中晶体管的3个极分别接在电容C1、C2的3个点上,因此被称为电容三点式振荡电路。

电容三点式振荡电路的特点是:频率稳定度较高,输出波形好,频率可以高达100兆赫以上,但频率调节范围较小,因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是:f0=1/2πLC,其中C=C1C2C1+C2。

上面3种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高,容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。

RC振荡器

RC振荡器的选频网络是RC电路,它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种。

RC相移振荡电路

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图10

图10(a)是RC相移振荡电路。电路中的3节RC网络同时起到选频和正反馈的作用。从图10(b)的交流等效电路看到:因为是单级共发射极放大电路,晶体管VT的输出电压Uo与输出电压Ui在相位上是相差180°。当输出电压经过RC网络后,变成反馈电压Uf又送到输入端时,由于RC网络只对某个特定频率f0的电压产生180°的相移,所以只有频率为f0的信号电压才是正反馈而使电路起振。可见RC网络既是选频网络,又是正反馈电路的一部分。

RC相移振荡电路的特点是:电路简单、经济,但稳定性不高,而且调节不方便。一般都用作固定频率振荡器和要求不太高的场合。它的振荡频率是:当3节RC网络的参数相同时:f0=12π6RC。频率一般为几十千赫。


RC桥式振荡电路

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图11

图11(a)是一种常见的RC桥式振荡电路。图中左侧的R1C1和R2C2串并联电路就是它的选频网络。这个选频网络又是正反馈电路的一部分。这个选频网络对某个特定频率为f0的信号电压没有相移(相移为0°),其它频率的电压都有大小不等的相移。由于放大器有2级,从V2输出端取出的反馈电压Uf是和放大器输入电压同相的(2级相移360°=0°)。因此反馈电压经选频网络送回到VT1的输入端时,只有某个特定频率为f0的电压才能满足相位平衡条件而起振。可见RC串并联电路同时起到了选频和正反馈的作用。

实际上为了提高振荡器的工作质量,电路中还加有由Rt和RE1组成的串联电压负反馈电路。其中Rt是一个有负温度系数的热敏电阻,它对电路能起到稳定振荡幅度和减小非线性失真的作用。从图11(b)的等效电路看到,这个振荡电路是一个桥形电路。R1C1、R2C2、Rt和RE1分别是电桥的4个臂,放大器的输入和输出分别接在电桥的两个对角线上,所以被称为RC桥式振荡电路。

RC桥式振荡电路的性能比RC相移振荡电路好。它的稳定性高、非线性失真小,频率调节方便。它的振荡频率是:当R1=R2=R、C1=C2=C时f0=12πRC。它的频率范围从1赫~1兆赫。

本节的内容较多也较为复杂,希望大家能够认真阅读并进一步的理解吃透。在下一节当中,将继续为大家带来电路图的解读中关于限幅、检波、延时的部分。

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