20个经典模拟电路详解与答案解析

简介：
本书深入浅出地讲解了20个经典的模拟电路案例，并提供了详细的解答和分析。适合电子工程专业的学生及爱好者参考学习。 ### 20个经典模拟电路及详细分析 #### 一、桥式整流电路 **1. 二极管的单向导电性** - **定义与特性**：二极管是一种半导体器件，具有单向导电特性，即当二极管的PN结加上正向电压时处于导通状态；而反向偏置时则处于截止状态。 - **伏安特性曲线**：描述了在不同外加电压下通过二极管的电流变化。对于硅制二极管来说，其典型开启电压大约为0.7V；而对于锗材料制成的，则约为0.5V。 - **理想开关模型**：该模型假设当施加正向偏置时，二极管几乎不存在压降，并被视为导通状态；而反向偏置下则认为电阻无限大，电流归零。 - **恒压降模型**：在这一模型中，一旦二极管开启后，其两端的电压保持为一个固定的值。对于硅制器件通常设为0.7V左右，锗制器件则设定为0.5V。 **2. 桥式整流电路电流流向** - **正半周期**：当输入交流电压处于正值时，二极管D1和D2导通；而D3和D4截止。此时的电流从上到下通过负载电阻RL，并使负载得到与u2正向相同的电压。 - **负半周期**：在输入电压为负值期间，其实际表现为下方高电位、上方低电位的情况，导致二极管D3和D4导通而D1和D2截止。此时的电流方向仍保持自上至下通过负载RL，并使输出电压与u2正向一致。 **3. 计算公式** - 输出直流电压 (U_o = 0.9 U_2) - 输出电流 (I_o = \frac{0.9 U_2}{R_L}) - 输入交流峰值电压下的二极管反压 (U_{RM} = \sqrt{2}U_2) #### 二、电源滤波器 **1. 滤波过程分析** - **基本原理**：在负载两端并联一个大容量电容器，利用其特性使输出电压变得平滑。当输入电压升高时，电容充电；下降时则放电。 - **波形形成过程**：周期性地通过充放电来减少电源的波动。 **2. 滤波器中使用的电容器选择** - 容量大小的选择需要保证 (R_LC \geq 3~5T)，其中T为交流电压的一个完整周期。 - 耐压值应当超过输入峰值电压，以确保安全运行。 #### 三、信号滤波器 **1. 滤波器的作用** - 主要功能是让有用频率范围内的信号通过，并衰减不需要的成分。 **2. 与电源滤波的区别和相同点** - **区别**：前者用于特定频段内，而后者主要用于稳定直流输出。 - **共同点**：两者均依赖于电路对不同频率分量的不同响应特性来工作。 **3. LC串联及并联阻抗计算公式** - **串联情况下的阻抗为** (Z = R + j(X_L - X_C)) ，其中 \(X_L = \omega L\)，\(X_C = 1/(\omega C)\)。 - **并联情况下简化后的阻抗大约是** \( Z \approx \sqrt{ (\omega L)^2 + (1/\omega C)^2 } \)，假设电阻相对较小。 **4. 通频带曲线和谐振频率** - 谐振频率为：\( f_0 = 1/(2\pi\sqrt{LC})\)。 #### 四、微分电路与积分电路 **1. 主要作用及应用领域** - **积分电路** 可用于延迟信号，产生时钟或定时功能，并作为低通滤波器使用。此外还能改变输入相位。 - **微分电路** 专门用来提取信号的前沿部分，可用作高通滤波器并调整输入信号的相位。 **2. 输入输出电压变化分析** - 在微分电路中，矩形脉冲会生成尖锐正负脉冲；而在积分电路里，则是将输入的变化转化为斜率变化。前者用于获取边缘信息或特定频率成分增强；后者则常用来产生线性信号或者平滑处理。 **3. 与滤波器的区别和相同点** - **原理相似**：它们都利用不同的频率分量来实现信号的变换。 - **应用不同**：微分电路主要用于快速变化边缘