分类:知识大全时间:2023-02-07 09:34作者:未知编辑:猜谜语
电子设备里有各种图。能说明它们工作原理的是电气原理图,简称电路图。
电路图有两种,一种是解释模仿电子电路的工作原理。它用各种图形符号来表示电阻、电容、开关、晶体管等实物,根据工作原理用线来连接元件和单元电路。这种图长期以来被称为电路图。
另一个是讲解数字电子电路的工作原理。它用各种图形符号来表示门、触发器和各种逻辑元件,并用线按照逻辑关系连接起来。用于解释各种逻辑单元之间的逻辑关系和整机的逻辑功能。为了与模仿电路的电路图相区别,这种图称为逻辑电路图,简称逻辑图。
除了以上两种图,还有常用的框图。它用一个框架来表示电路的一部分,可以简洁明了地说明电路各部分之间的关系和整机的工作原理。
电路图就像一篇文章,各种单元电路就像句子,各种元件就是组成句子的词语。所以要想看懂电路图,就得从——个元器件这个词开始。关于电阻、电容、电感、晶体管等元器件的用途、类别和用法。本文只重复电路图中常常出现的符号,希望初学者认识并记住。
电阻器和电位计
符号如图1所示,其中(a)代表具有固定电阻的通用电阻器,而(b)代表半可调或微调电阻器;(c)代表电位计;(d)表示带有开关的电位计。电阻器的文字符号为“R”,电位器为“RP”,即在R后面加一个字符“P”说明其具有调节功能。
在某些电路中,对电阻的功率有一定的要求,可以分别用图1中(e)、(f)、(g)、(h)所示的符号来表示。
几种特别电阻器的符号:
第一种是热敏电阻的符号,热敏电阻的阻值随外界温度而变化。有的是负温度系数,用NTC表示;有些具有正温度系数,用PTC表示。其符号如图(一),温度用或t表示,其字面符号为“r t”。
第二种是光敏电阻的符号,如图1 (j)所示,两个斜箭头表示光。它的字面符号是“RL”。
第三种是变阻器的符号,变阻器的阻值随电阻两端施加的电压而变化。符号如图1 (k)所示,电压用字符u表示,其字面符号为“RV”。
这三种电阻其实都是半导体器件,但传统上我们还是把它们当成电阻。
第四种特别电阻符号是新近出现的安全电阻,兼有电阻和保险丝的功能。当温度超过500时,电阻层会迅速剥离并熔断,从而切断电路,保护电路。其电阻值很小,目前在彩电中广泛使用。其图形符号如图1 (1)所示,文字符号为“R F”。
电容器的符号
详见图2,其中(a)表示容量固定的电容器,(b)表示极性电容器,如各种电解电容器,(c)表示容量可调的可变电容器。(d)表示微调电容器,( e)表示双可变电容器。电容器的文字符号是c。
电感器和变压器的符号
电路图中电感线圈的图形符号见图3。其中(a)是电感线圈的通用符号,(b)是带有磁芯或铁芯的线圈,(c)是铁芯中带有间隙的线圈,(d)是带有可调磁芯的可调电感,(e)是带有多个抽头的电感线圈。电感线圈的文字符号是“L”。
变压器的图形符号见图4。其中(a)是空心变压器,(b)是有芯或铁芯变压器,(c)是绕组之间有屏蔽层的铁芯变压器,(d)是有次级中央抽头的变压器,(e)是可变耦合的变压器,(f)是自耦变压器,(g)是有可调磁芯的变压器,(h)中的点是变压器极性的符号。
发射机、拾音器和录音/放音头的符号
麦克风的符号如图5 (a)、(b)、(c)所示,其中(a)是一般麦克风的图形符号,(b)是电容式麦克风,(c)是压电晶体麦克风的图形符号。麦克风的字符符号是“BM”。
皮卡俗称电动皮卡。图5 (d)是立体头像的图形符号,其文字符号为“B”。图5 (e)是单声道记录和再现头的图形符号。假如是双声道立体声,在符号上加一个“2”,如图(f)所示。
扬声器和耳机的符号
扬声器和耳机是将电信号转换成声音的换能器元件。耳机符号见图5 (g)。它的字面符号是“B E”。扬声器的符号如图5 (h)所示,其文字符号为“BL”。
接线组件的符号
在电子电路中,常常需要接通、断开或切换电路,然后使用布线元件。接线元件有两种:一种是开关;另一种是连接器。
(1)开关符号
机电开关中至少有一个动触点和一个静触点。当我们用手拉、推或转动开关机构时,可以使动触头和静触头接通或断开,从而达到接通或断开电路的目的。
动触头和静触头的组合一般有三种:动触头(常开),其符号如图6 (a)所示;开(常闭)触点,符号为图6(b);更换(Change)触点,符号如图6 (c)所示。简朴的开关只有一组触点,而复杂的开关有几组触点。
电路图中开关的图形符号见图7。其中(a)代表通用手动开关;(b)代表带有可移动触点的按钮开关;(c)代表带有一组转换触点的推拉开关;在图片中的联系人下方绘制切换按钮表示推拉动作;(d)代表带有三极同步触点的旋转开关;(e)代表推挽式16波段开关;(f)表示旋转16波段开关的符号。开关的字符符号为“S”,控制开关和波段开关可以是“SA”,按钮开关可以是“SB”。
(2)连接器的符号
连接器的图形符号见图8。其中(a)代表插头和插座,(有两种表示法)左边代表插座,右边代表插头。(b)表示已插入插座的插头。(c)代表2极插头插座,也称为2芯插头插座。(d)代表3极插头插座,即常用的3芯立体声耳机插头插座。(e)代表6极插头插座。为简朴起见,也可如图(f)所示,符号上方标有数字6,表示为6极。连接器的字符符号是x,为了区分,可以用“XP”代表插头,“XS”代表插座。
继电器的符号
因为继电器是由线圈和触点组组成的,所以电路图中继电器的图形符号也包括两部分:
一个长盒子代表线圈;一组触点符号表示触点组合。触点少的电路比较简朴时,触点组往往直接画在线圈架的一边,称为集中表示,如图9 (a)所示。当触点较多,每对触点控制的电路不同时,为方便起见,常采用分散表示法。就是画出控制电路中的线圈,根据各自的工作对象画出各个受控电路中的触点。此图有利于简化和分析电路。但这种画法必须在每对触点旁注明继电器号和触点号,并规定所有触点都要按继电器不通电的原始状态绘制。
图9 (b)是一个触摸开关。当人手接触金属片A时,555时基电路输出高电位(3端)使继电器KR1通电,触点闭合,灯亮,铃响。555时基电路是控制部分,它使用6伏低压电。电灯和电铃是受控部件,使用220伏市电。
继电器的文字符号都是“K”。有时候为了区分,交流继电器可以用KA,电磁继电器和簧片继电器可以用KR,时间继电器可以用KT。
电池和保险丝的符号
电池的图形符号见图10。长线代表正极,短线代表负极。有时候短线可以画粗一点,以示强调。图10 (b)示出了电池组。有时候电池组可以简朴的画成电池,但是旁边要标注电压或者电池数量。图10 (c)是光伏电池的图形符号。电池的文字符号为“GB”。熔断器的图形符号如图11所示,其文字符号为“FU”。
二极管和三极管的符号
电路图中半导体二极管的图形符号如图12所示。其中(a)是二极管的符号,箭头所指的方向是电流流动的方向,也就是说,二极管的上端接正电压,下端接负电压,二极管就可以导通。图(b)是齐纳二极管的符号。图(c)是变容二极管的符号,旁边的电容符号表示其结电容随二极管两端的电压而变化。图(d)是热敏二极管的符号。图(e)是发光二极管的符号,由两个对角辐射箭头表示。图(f)是磁敏二极管的符号,它能对外界磁场作出响应,常被制成接近开关用于自动控制。二极管的字符符号是“V”,有时可能用“VD”来表示,以区别于三极管。
由于PNP和NPN三极管在使用时对电源极性的要求不同,所以要能在三极管的图形符号中区分和表达出来。按照图形符号的标准,只要是PNP晶体管,不管是锗的还是硅的,都用图13 (a)表示。同样,只要是NPN晶体管,不管是锗还是硅,都如图13 (b)所示。图13 (c)是光电晶体管的符号。图13 (d)示出了硅NPN型磁敏晶体管。
晶闸管、单结晶体管和场效应晶体管的符号
晶闸管是晶闸管或可控硅整流器的缩写。常用的有单向晶闸管、双向晶闸管和光控晶闸管,其符号分别为图14中的(a)、(b)、(c)。晶闸管的字面符号是“VS”。
单结晶体管的符号如图15所示。
受电场控制的半导体器件称为场效应晶体管,其符号如图16所示,其中(a)代表N沟道结型场效应晶体管,(b)代表N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管,(c)代表P沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管。他们的字面符号也是“VT”。
前面介绍了电路图中元件的功能和符号。一个电路图通常有几十个甚至上百个元件,它们的连接纵横交错,变化多端。初学者往往不知道从哪里入手,怎么读。
事实上,电子电路本身具有很强的规律性。再复杂的电路,通过分析都可以发现,它是由几个单元电路组成的。好像虽然只有十几种、二十几种、三十种积木供孩子玩耍,但却可以在孩子手中建成几十种甚至上百种平面图形或立体模型。
同理,再复杂的电路,经过分析也可以发现,它也是由几个单元电路组成的。所以,初学者只要认识常用的基本单元电路,然后学习分析和分解电路的技巧,理解一般电路图应该不难。
根据单元电路的功能,可以分为几大类,每一类又有很多种,所有的单元电路大概有几百种。下面我们选择最常用的基本单元电路来介绍。先说供电电路。
功能和组成
每个电子设备都有一个用于提供能量的电源电路。电源电路有三种:整流电源、逆变电源、变频器。大多数普通家用电器使用DC电源。给DC供电最简朴的方法是使用电池。但是电池有成本高、体积大、需要常常更换的缺点(电池需要常常充电),所以最经济、可靠、方便的方式就是使用整流电源。
电子电路中的电源一般是低压直流电,所以假如要从220伏市电转换成直流电,首先要将220伏交流电转换成低压交流电,然后用整流电路转换成脉动直流电,最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流分量,得到直流电。有些电子设备对电源质量要求很高,所以有时需要增加稳压电路。因此,整流电源的组成一般有四个部分,如图1所示。其中变压器电路实际上是一个铁芯变压器,只需要介绍后面三个单元电路。
整流电路
整流电路是利用半导体二极管的单向导电性,将交流电变为单向脉动直流电的电路。
(1)半波整流
半波整流电路只需要一个二极管,如图2 (a)所示。在交流电的正半周,VD导通,负半周,VD关断,在负载r上获得脉动DC
(2)全波整流
两个二极管用于全波整流,要求变压器有两个带中央抽头、匝数相同的次级绕组,如图2 (b)所示。在负载R L上得到的是脉动全波整流电流,输出电压高于半波整流电路。
(3)全波桥式整流器
由四个二极管组成的桥式整流器电路可以使用只有一个次级绕组的变压器,如图2 (c)所示。负载上的电流波形和输出电压与全波整流电路相同。
(4)倍压整流
通过使用多个二极管和电容器可以获得更高的DC电压。图2 (d)是一个倍压整流器电路。U2为负半周时,VD1导通,C1充电,C1上最高电压可接近1.4U2当VD2在U2的正半周导通时,C1和U2上的电压叠加给C2充电,使C2上的电压接近2.8U2,是C1上电压的两倍,所以称为倍压整流电路。
滤波电路
整流后得到的是脉动DC。假如增加一个滤波电路来滤除脉动DC中的交流分量,就可以得到平滑的DC。
(1)电容滤波
将电容与负载并联,如图3 (a)所示。当电容器在正半周充电,在负半周放电时,可以在负载上获得平滑的直流电流。
(2)感应滤波
如图3 (b)所示,串联电感和负载也可以滤除脉动电流中的交流分量。
(3) L和c滤波
由一个电感和一个电容组成的滤波器电路称为L形,因为它看起来像一个倒写的字母“L”,如图3 (c)所示。一个电感两个电容的滤波电路因有字母“”而称为型,如图3 (d)所示,是一种滤波效果较好的电路。
(4) RC滤波
电感价格昂贵,体积庞大,所以在小电流的电子电路中,常常用电阻来代替电感,形成RC滤波电路。同样,它也有L形,如图3 (e)所示;型,如图3 (f)所示。
电压调节器电路
交流电网电压的波动和负载电流的变化会使整流电源的输出电压和电流发生相应的变化,所以要求高的电子电路必须使用稳压电源。
(1)稳压管并联稳压电路
最简朴的稳压电路是用一个稳压管与负载并联,如图4 (a)所示。图中,R是限流电阻。这个电路的输出电流很小,其输出电压等于稳压器的稳定电压值V Z。
(2)串联稳压电路
放大负反馈串联稳压电路是最常用的稳压电路。其电路和框图如图4 (b)和(c)所示。它检测来自采样电路(R3,R4)的输出电压的变化,与参考电压(V Z)比较,经放大器(VT2)放大,然后加到调节管(VT1),使调节管两端的电压随之变化。假如输出电压下降,调节管的压降也降低,因此输出电压升高;假如输出电压上升,调节管压降也上升,所以输出电压被压低,输出电压基本不变。在此电路的基础上发展为许多改型电路或增加一些辅助电路,如用复合管作调整管、输出电压可调的电路、用运算放大器作比较放大的电路、增加辅助电源和过流保护电路等。
(3)开关型稳压电路
近年来广泛使用的一种新型稳压电源是开关稳压电源。它的调节管工作在开关状态,功耗很小,所以具有效率高,体积小的长处,但电路比较复杂。
开关稳压电源原理上有很多种。其基本原理框图如图4 (d)所示。在图中,电感器L和电容器C是能量存储和滤波元件,二极管VD是续流二极管,当调节管处于关断状态时,它为L和C滤波器提供电流路径。开关稳压电源的开关频率很高,一般是几十千赫兹,所以电感的体积不是很大,输出电压中的高次谐波也不多。
其基本工作原理是:将采样电路(R3,R4)检测到的采样电压放大,控制矩形波发生器。矩形波发生器的输出脉冲控制调节管(VT)的开启和关闭时间。假如输出电压U 0因电网电压或负载电流波动而降低,矩形波发生器的输出脉冲会变宽,因此调节管的导通时间会增加,L、C储能电路会得到更多的能量。这样一来,输出电压U 0就会增大,达到稳定输出电压的目的。
(4)集成稳压电路
近年来,出现了大量品种繁多、结构各异的集成调节器产品。目前有三端集成稳压器,正电压输出的CW7800系列和负电压输出的CW7900系列。输出电流0.1a-3a,输出电压5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。
这种集成稳压器只有三个端子,稳压器电路的所有部分,包括大功率稳压器和保护电路,都集成在芯片中。使用时,只需加一个散热片,接在整流滤波电路的后面即可。外围元件少,稳压精度高,运行可靠,一般无需调试。
图4 (e)是三端调节器电路。图中C是主滤波电容,C1和C2是消除寄生振荡的电容,VD是用来防止输入短路烧坏集成块的保护二极管。
电力电路图读图要点及实例
电源电路是电子电路中相对简朴但应用最广泛的电路。当您得到电源电路图时,您应该:
首先将整个电源电路按照“整流-滤波-稳压”的顺序进行分解,逐级分析。
分步分析时,要分清主回路和辅助回路、主元件和二次元件,弄清它们的作用和参数要求。例如,在开关稳压电源中,电感、电容和续流二极管是其要害元件。
由于晶体管有NPN和PNP两种类型,有些集成电路需要双电源供电,一个电源电路往往包括不同极性的不同电压值和几组输出。看图的时候一定要分清每组输出电压的数值和极性。组装和维修时,应仔细区分晶体管和电解电容的极性,以防出错。
(4)认识一些习惯画法和si
图5是电热毯电路。开关在“1”的位置是低温。220伏市电经过二极管后接入电热毯。因为是半波整流,电热毯两端施加的是100伏左右的脉动直流电,热量不高,所以处于保温或低温状态。将开关拨到“2”位置,220伏市电直接接入电热毯,因此处于高温范围。
实施例2高压电子灭蚊蝇器
图6是利用倍压整流原理获得的小电流DC高压灭蚊蝇器。220 V交流电经四倍电压整流后输出电压可达1100 V。将这个DC高压加到平行的金属丝网上。鱼饵放在网下,当苍蝇停在网上时会造成短路。电容器上的高电压通过苍蝇身体的放电杀死苍蝇。飞体坠落后,电容器重新充电,电网恢复高压。这个高压电网的电流很小,所以对人无害。
因为昆虫在晚上有趋光性,假如你在这个电网后面放一个3瓦的日光灯或者一个小黑灯,就可以诱杀蚊子和有害昆虫。
示例3实际的稳定电源
图7是实际的稳压电源。输出电压在3至9伏之间可调,最大输出电流为100 mA。该电路是串联稳压电源电路。需要注重的是:整流桥的画法与图2 (c)不同,实际上是桥式整流电路。此电路使用PNP型锗管,所以输出为负电压,阳极接地。用两个普通二极管代替调压器。任何二极管的正向压降基本恒定,所以可以用二极管代替齐纳二极管。2AP二极管的正向压降约为0.3伏,2CP二极管约为0.7伏,2CZ二极管约为1伏。两个2CZ二极管用作参考电压。采样电阻是一个电位器,所以输出电压可调。
能够放大微弱信号的电路称为放大电路或放大器。例如,助听器中的要害部件是放大器。
放大电路的组成及应用
放大器包括交流放大器和DC放大器。交流放大器按频率可分为低频、中源、高频;输出信号强度分为电压放大、功率放大等。此外,还有以集成运算放大器和特别晶体管为器件的放大器。它是电子电路中最复杂、变化最大的电路。但初学者往往只碰到几个典型的放大电路。
在阅读放大电路图时,仍旧是按照“逐级分解,抓住重点,具体分析,全面综合”的原则和步骤进行的。先将整个放大电路按输入输出逐级分离,再逐级抓住重点分析原理。放大电路有自己的特点:一是有静态和动态两种工作状态,所以有时需要画出其DC路径和交流路径进行分析;第二,电路中常加负反馈,有时在这个层次内,有时从后一个层次到前一个层次,所以我们在分析这个层次时要能“前看后看”。了解了各个阶段的原理后,就可以把整个电路串起来进行综合合成了。
下面介绍几种常见的放大器电路:
低频电压放大器
低频电压放大器是指工作频率在20hz-20k Hz之间的放大器,其输出需要一定的电压值,但不需要很强的电流。
(1)共发射极放大器电路
图1 (a)是共发射极放大器电路。C1是输入电容,C2是输出电容,晶体管VT是放大器件,RB是基极偏置电阻,RC是集电极负载电阻。1和3端子为输入,2和3端子为输出。端子3是公共点,通常接地,也称为“接地”端子。静态DC路径参见图1 (b),动态交流路径参见图1 (c)。该电路的特点是电压放大倍数从十到一百,输出电压的相位与输入电压相反,性能不够稳定,可用于一般场合。
(2)分压偏置共发射极放大器ci
图2比图1多了三个元件。基极电压是通过RB1和RB2的分压得到的,所以称为分压偏置。发射极加一个电阻RE和一个电容CE,CE叫交流旁路电容,短路到交流。RE有DC负反馈。所谓反馈,就是将输出的变化以某种方式作为输入的一部分发送到输入端。假如从原来的输入部分减去反馈部分,就是负反馈。图中基极的实际输入电压是RB2上的电压和re上的电压之差,所以是负反馈。由于以上两项措施,提高了电路的稳定性,是应用最广泛的放大电路。
(3)发射器输出装置
图3 (a)是发射器输出。其输出电压从发射极输出。图3 (b)是其交流路径图,可以看出是共集电极放大器电路。
这张图中,晶体管的真实输入是V i和V o之差,所以这是一个深度交流负反馈的电路。由于深度负反馈,该电路具有电压放大小于1和接近1,输出电压和输入电压同相,输入阻抗高,输出阻抗低,失真小,频带宽,工作稳定等特点。它常用作放大器的输入级、输出级或阻抗匹配。
(4)低频放大器的耦合
一个放大器通常有几个级,级与级之间的连接称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种:RC耦合,如图4 (a)所示。其长处是简朴,成本低。但是性能不是最佳的。变压器耦合,如图4 (b)所示。长处是阻抗匹配好,输出功率大,效率高,但是变压器制造比较麻烦。直接耦合,如图4 (c)所示。长处是频带宽,可作为直流放大器使用,但前后级工作受约束,稳定性差,设计制造比较麻烦。
功率放大器
能够放大输入信号并为负载提供足够功率的放大器称为功率放大器。例如,收音机的末级放大器是功率放大器。
(1)甲类单管功率放大器
图5是单管功率放大器,其中C1是输入电容,T是输出变压器。其集电极负载电阻Ri’由负载电阻r l通过变压器匝数比转换而来:
RC=(N1N2)2rl=n2rl
负载电阻是一个低阻抗的扬声器,可以用变压器来转换阻抗,使负载获得更多的功率。
无论有无输入信号,这个电路中的晶体管都是一直导通的,静态电流比较大,所以集电极损耗大,效率不高,只有35%左右。这种工作状态称为A类工作状态。这种电路一般用于功率较小的场合,其输入方式可以是变压器耦合,也可以是RC耦合。
(2)乙类模仿牵引功率放大器
图6是普通B类模仿牵引功率放大器电路。它由两个特性相同的晶体管组成。没有输入信号时,各晶体管处于截止状态,静态电流几乎为零。只有当有信号输入时,晶体管才导通。这种状态称为B类工作状态。当输入信号是正弦波时,在正半周,VT1导通,VT2截止,在负半周,VT2导通,VT1截止。两个管的交流电流在输出变压器中合成,从而在负载上获得纯正弦波。这种两个晶体管交替工作的形式称为推挽电路。
乙类模仿拉式放大器输出功率更大,失真更小,效率更高,一般达到60%。
(3) OTL功率放大器
目前广泛使用的无变压器模仿拉式放大器,简称OTL电路,是一种性能良好的功率放大器。为了便于解释,首先介绍一个有输入变压器而无输出变压器的OTL电路,如图7所示。
这个电路使用两个特性相同的晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态下,流过VT1和VT2的电流很小,电容C被充以对地1 2 E c的DC电压。有输入信号时,正半周VT1导通,VT2关断,集电极电流i c1方向如图,在负载RL上得到放大的正半周输出信号。在负半周,VT1关断,VT2导通,集电极电流i c2的方向如图所示,在RL上得到一个放大的负半周输出信号。这个电路的要害元件是电容C,其电压相称于VT2的电源电压。
基于这种电路,有三极管反相无输入变压器的真实OTL电路,有PNP和NPN晶体管的互补对称OTL电路,还有最新的桥式推挽功率放大器,简称BTL电路等等。
直流放大器
能够放大DC信号或缓慢变化信号的电路称为直流放大器电路或直流放大器。这种放大器常用于测量和控制。
(1)双管直接耦合放大器
直流放大器不能用RC或变压器耦合,只能直接耦合。图8是两级直接耦合放大器。直接耦合方式会导致前后级工作点的相互制约。在电路中,在VT2的发射极增加电阻R E,提高后级的发射极电位,以解决前级和后级的抑制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零漂,是指在没有输入信号时,放大器的静态电位由于工作点的不稳定而缓慢变化,这种变化被逐级放大,导致输出端出现假信号。放大器级数越多,零点漂移越严峻。所以这种双管直耦放大器只能用在要求不高的场合。
(2)差分放大器
零漂移的解决方案是使用差分放大器,图9显示了一种广泛使用的发射极耦合差分放大器。它采用双电源,其中VT1和VT2特性相同,两组电阻值相同,re有负反馈。其实这是一个桥式电路,两个R C和两个管就是四个桥臂,输出电压V 0从桥的对角线上取出。当没有输入信号时,由于RC1=RC2且两个电子管具有相同的特性,电桥平衡,输出为零。因为是桥形连接,零点漂移也很小。
差分放大器具有良好的稳定性,因此应用广泛。
集成运算放大器
集成运算放大器是一种将多级直流放大器制作在集成芯片上,只要外接少量元件就能完成各种功能的器件。因为早期在模仿计算机中用作加法器和乘法器,所以被称为运算放大器。它有十多个引脚,一般用带三个端子的三角形符号表示,如图10所示。它有两个输入和一个输出。上面的输入称为反相输入,用“-”标记。以下称为同相输入端,用""标记。
集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等各种模仿运算,也可以连接交流或直流放大器应用。用作放大器时,有:
(1)带零点调整的同相输出放大器电路
图11是具有置零端子的同相输出运算放大器电路。1、11、12脚是调零端子,调节RP可以使输出端子(8)的输出电压在静止时为零。9、6脚分别接正负电源。输入信号连接到同相输入端子(5),因此输出信号和输入信号同相。放大器的负反馈通过反馈电阻R2连接到反相输入端(4)。同相输入连接的电压放大倍数总是大于1。
(2)反相输出运算放大器电路
也可以从反相输入端获取输入信号,如图12所示。假如对电路要求不高,可以不用调零,然后三个调零端子可以短接。
输入信号连接到反相输入端
放大电路读图要点及实例
放大电路是电子电路中一种复杂多变的电路。当你拿到一张放大的电路图时,首先要逐级分解,然后逐级分析了解其原理,最后综合。
看图时注重:
(1)在逐步分析中区分主要成分和辅助成分。放大器中使用的辅助元件很多,如偏置电路中的温度补偿元件、稳压稳流元件、防振元件和防止自激振荡的去耦元件、保护电路中的保护元件等。
分析中最重要也是最难的是对反馈的分析。需要搞清晰反馈的路径,判定反馈的极性和类型,尤其是多级放大器,往往是从后级加负反馈到前级,需要详细分析。
一般低频放大器常用RC耦合方式;高频放大器往往与LC调谐电路有关,有单调谐的,也有双调谐的,电路中使用的电容容量一般比较小。
注重晶体管和电源的极性。放大器常常采用双电源供电,这是放大器电路的特别性。
示例1助听器电路
图14是助听器电路,实际上是四级低频放大器。VT1和VT2、VT3和VT4直接耦合,而VT2和VT3通过RC耦合。为了提高音质,VT1和VT3的级有并联电压负反馈(R2和R7)。因为使用了高阻抗耳机,所以耳机可以直接接在VT4的集电极回路中。R6和C2是去耦电路,C6是电源滤波电容。
示例2无线电低放大器电路
图15是普通收音机的低放大器电路。该电路由三级组成,第一级(VT1)为前置电压放大级,第二级(VT2)为推挽级,第三级(VT3,VT4)为推挽功率放大器。VT1与VT2直接耦合,VT2与VT3、VT4通过输入变压器(T1)耦合完成反相,最后由输出变压器(T2)输出,使用低阻扬声器。另外,VT1级有并联电压负反馈(R1),T2次级通过串联电压负反馈R3送回VT2。C2在电路中的作用是增强高音区的负反馈,削弱高音以增强低音。R4和C4是去耦电路,C3是电源的滤波电容。整个电路简朴明了。
振荡电路的应用及振荡条件
不需要外部信号就能自动将DC能量转换成一定幅度和频率的交流信号的电路称为振荡电路或振荡器。这种现象也称为自激振荡。换句话说,能够产生交流信号的电路称为振荡电路。
一个振荡器必须包括三个部分:放大器、正反馈电路和选频网络。
放大器可以放大添加到振荡器输入端的输入信号,以将输出信号保持在恒定值。正反馈电路保证提供应振荡器输入端的反馈信号同相,只有这样才能维持振荡。选频网络只答应某个频率f 0通过,使振荡器产生单频输出。
振荡器能否振荡并保持稳定输出取决于以下两个条件:
一个是反馈电压u f和输入电压U i要相等,这是幅度平衡的条件。第二,u f和u i必须同相,这是相位平衡的条件,也就是说必须保证正反馈。一般情况下,幅度平衡的条件往往轻易达到,所以判定一个振荡电路能否振荡,主要看其相位平衡条件是否成立。
振荡器按振荡频率可分为超低频(20 Hz以下)、低频(20 Hz ~ 200 kHz)、高频(200 kHz ~ 30 MHz)和超高频(10 MHz ~ 350 MHz)。按振荡波形可分为正弦波振荡和非正弦波振荡。
正弦波振荡器根据选频所用的元件可分为LC振荡器、RC振荡器和石英晶体振荡器
(1)变压器反馈LC振荡电路
图1 (a)是变压器反馈LC振荡电路。晶体管VT是一个共发射极放大器。变压器T的初级是具有频率选择功能的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。当电源接通时,LC回路中有微弱的瞬态电流,但只有与回路谐振频率f 0相同频率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级L1和L2的耦合送回晶体管V的基极。从图1 (b)可以看出,只要连接没有错误,这个反馈信号电压就和输入信号电压同相,也就是正反馈。因此,电路的振荡迅速加强并最终稳定下来。
变压器反馈LC振荡电路的特点是频率范围宽,轻易振荡,但频率稳定度不高。其振荡频率为:f 0=1/2 LC。它常用来产生几十千赫兹到几十兆赫的正弦波信号。
(2)电感三点式振荡电路
图2 (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组成一个具有选频功能的谐振电路。来自L2的反馈电压被施加到晶体管VT的基极。从图2 (b)可以看出,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满意相位平衡的条件,所以电路可以开始振动。因为晶体管的三极分别接在电感的三个点上,所以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,轻易起振,但输出含有较多的高阶调制,波形较差。其振荡频率为:f 0=1/2 LC,其中L=L1L22M。它通常用于产生数十MHz以下的正弦波信号。
(3)电容三点式振荡电路
另一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,如图3 (a)所示。图中,电感L和电容C1、C2组成具有选频功能的谐振电路,反馈电压取自电容C2,施加于晶体管VT的基极。从图3 (b)可以看出,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满意相位平衡条件,所以电路可以开始振动。因为电路中晶体管的三极分别连接到电容C1和C2的三个点上,所以称为电容三点式振荡电路。
电容式三点式振荡器电路具有频率稳定性高、输出波形好的特点,频率可高达100 MHz以上,但频率调节范围小,适用于定频振荡器。其振荡频率为:f 0=1/2 LC,其中C=C 1 C 2 C 1 C 2。
上述三种振荡电路中的放大器都是共发射极电路。共发射极连接的振荡器增益高,轻易起振。振荡电路中的放大器也可以以公共基极电路的形式连接。共基极连接的振荡器振荡频率高,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。
(1) RC相移振荡电路
图4 (a)是RC相移振荡电路。电路中的三个RC网络同时起到选频和正反馈的作用。从图4 (b)中的交流等效电路可以看出,晶体管VT的输出电压U 0与输出电压U 1相差180度,因为它是单级共发射极放大器电路。当输出电压通过RC网络时,它成为反馈电压U f,并被发送到输入端。因为RC网络对某一频率f 0的电压只产生180相移,所以只有频率f 0的信号电压是正反馈,使电路开始振动。可以看出,RC网络不仅是一个选频网络,也是正反馈电路的一部分。
RC移相振荡电路的特点是简朴经济,但稳定性不高,调整不方便。通常,它被用作固定频率操作系统
图5 (a)是普通RC桥式振荡器电路。图中左边R1C1和R2C2的串并联电路就是它的选频网络。这个频率选择网络也是正反馈电路的一部分。这个选频网络对于特定频率f 0的信号电压没有相移(相移为0),其他频率的电压有不同的相移。由于放大器有两级,从V2输出端获得的反馈电压U f与放大器的输入电压同相(两级相差360=0)。因此,当反馈电压通过选频网络送回VT1的输入端时,只有特定频率为f 0的电压才能满意相位平衡条件而振动。可以看出,RC串并联电路同时起到选频和正反馈的作用。
实际上,为了提高振荡器的工作质量,电路中增加了一个由R t和R E1组成的串联电压负反馈电路。其中R t为负温度系数热敏电阻,可以稳定振荡幅度,减少非线性失真。从图5 (b)中的等效电路可以看出,这个振荡电路是一个桥式电路。R1C1、R2C2、R t和Ree1分别是电桥的四个臂,放大器的输入和输出分别接在电桥的两条对角线上,所以称为RC桥式振荡电路。
RC桥式振荡器电路的性能优于RC移相振荡器电路。稳定性高,非线性失真小,频率调节方便。其振荡频率为:当R1=R2=R,C1=C2=C时,F0=1 ^ 2RC。它的频率范围从1赫兹到1兆赫。
幅度调制和检测电路
广播和无线电通信通过调制技术将低频声音信号添加到高频信号中进行传输。接收机中的恢复过程称为解调。其中,低频信号称为调制信号,高频信号称为载波。常见的连续波调制方式有调幅和调频,对应的解调方式称为检波和鉴频。
先介绍一下调幅和检波电路。
(1)调幅电路
调幅是使载波信号的幅度随调制信号的幅度而变化,载波的频率和不变。能够完成调幅功能的电路称为调幅电路或调幅器。
调幅是一个非线性的变频过程,所以它的要害是使用二极管、三极管等非线性器件。根据调制过程是在哪个环路中进行的,晶体管调幅电路可分为集电极调幅、基极调幅和发射极调幅三种。我们以集电极调幅电路为例。
图6是集电极调幅电路。高频载波振荡器产生的恒定幅度载波通过T1施加到晶体管基极。低频调制信号通过T3耦合到集电极。C1、C2和C3是高频旁路电容,R1和R2是偏置电阻。收集器的LC并联环路在载波频率下谐振。假如三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分,则三极管为非线性器件。因为晶体管的集电极电流随调制电压而变化,集电极中的两个信号由于非线性效应而被调幅。因为LC谐振电路被调谐到载波的基频,所以可以在T2的次级获得调幅波输出。
(2)检测电路
检波器电路或检波器的作用是从调幅波中提取低频信号。它的工作过程正好与调幅相反。检测过程也是一个频率转换过程,也使用了非线性元件。常用的是二极管和三极管。另外,为了提取低频有用信号,必须使用滤波器滤除高频成分,所以检测电路通常包括非线性元件和滤波器两部分。让我们以二极管检波器为例来说明它的工作。
图7是二极管检测电路。VD是检测器元件,C和R是低通滤波器。当输入调制信号较大时,二极管VD间歇工作。在正半周
调频是使载波频率随调制信号的幅度而变化,而幅度不变。鉴频是从FM波中解调出原来的低频信号,其过程正好与FM相反。
(1)调频电路
能够完成调频功能的电路称为调频器或调频电路。常用的调频方式是直接调频法,即用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图8显示了它的一般思想,其中可变电抗元件与谐振电路并联。通过低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化来改变载波振荡器的频率。
(2)鉴频电路
能够完成鉴频功能的电路称为鉴频器或鉴频电路,有时也称为鉴频器。鉴频的方法通常分为两步。第一步,将等幅的FM波转换成幅值随频率变化的FM-AM波。在第二步中,振幅变化由通用检测器检测并恢复为低频信号。常用的鉴频器包括鉴相器、比例鉴频器等。
脉冲电路的应用及特点
在电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路由于处理和处理连续变化的模仿信号,所以称为模仿电子电路。数字电子电路,电子电路中的另一大类电路。它处理和处理的对象是不连续的数字信号。数字电子电路可分为脉冲电路和数字逻辑电路,处理不连续的脉冲信号。脉冲电路是专门用来产生电脉冲并对其进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟、电子玩具、电子医疗器械等都使用脉冲电路。
电脉冲有各种外形,如矩形、三角形、锯齿形、钟形、台阶形和尖顶形,最具代表性的是矩形脉冲。矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度Um、脉冲周期t或频率f、脉冲前沿t r、脉冲后沿t f和脉冲宽度t k来表示,假如一个脉冲的宽度t k=1/2T,则为方波。
脉冲电路和放大振荡电路最大的区别,或者说脉冲电路的特点,就是脉冲电路中的晶体管工作在开关状态。在大多数情况下,晶体管工作在特性曲线的饱和区或截止区,所以脉冲电路有时被称为开关电路。从使用的晶体管也可以看出,工作频率高的时候使用专用开关管,如2AK、2CK、DK、3AK,工作频率低的时候才使用普通晶体管。
就拿脉冲电路中最常用的逆变电路(图1)来说,从电路形式上看,它与放大电路中的共发射电路相似。放大电路中,基极电阻R b2接正电源,获得基极偏置;在这个电路中,为了保证电路可靠关断,R b2接负电源,R b1和R b2的值是按照晶体管能可靠进入饱和区或截止区的要求计算的。而且为了使晶体管开关更快,在基极增加了加速电容c,在脉冲前沿产生正向尖脉冲,使晶体管快速导通并饱和;在脉冲的后沿产生一个负的尖脉冲,使晶体管快速进入截止状态。除了发射极输出是特例,脉冲电路中的晶体管都处于开关状态,这是一个特点。
脉冲电路的另一个特点是必须有一个电容(电感较小)作为要害元件,脉冲的产生和波形的变换都离不开电容的充放电。
脉冲多谐振荡器
脉冲有多种用途,如开关电路的控制脉冲、指挥全局的时钟脉冲、计数用的计数脉冲、触发和启动用的触发脉冲等等。不管是什么脉冲,都是由脉冲信号发生器产生的,大部分都是短脉冲或者由矩形脉冲转换而来。由于矩形脉冲含有丰富的谐波,脉冲信号发生器又称为自激多谐振荡器或简称多谐振荡器。假如用门来比喻,多谐振荡器输出端通断的状态可以把多谐振荡器比作酒店里的自动旋转门。它不需要任何人来推,它总是开关门。
(1)集基耦合多谐振荡器
图2是典型的基于分立元件组的耦合多谐振荡器。它由两个晶体管反相器组成,通过RC电路交叉耦合形成正反馈电路。两个电容的交替充放电使两个管交替开关,使电路自动从一种状态转到另一种状态,形成自激振荡。可以从a点或b点得到输出脉冲,当R b1=R b2=R,C b1=C b2=C时,输出是幅值接近e的方波,脉冲周期T=1.4RC,假如两边不对称,则输出是矩形脉冲。
(2) RC环形振荡器
图4是普通的RC环形振荡器。它利用奇数个门首尾相连形成一个闭合环路,环路中有RC延迟电路。在图中,RS是保护电阻,R和C是延迟电路元件,它们的值决定脉冲周期。输出脉冲周期T=2.2RC .假如用电位器代替R,就变成了脉冲频率可调的多谐振荡器。这种电路因为简朴可靠,使用方便,频率范围宽,可以从几赫兹到几兆赫兹不等,所以被广泛使用。
脉冲变换和整形电路
脉冲在工作中有时需要改变波形或幅度,如将矩形脉冲变为三角波或尖脉冲,具有这种功能的电路称为转换电路。脉冲在传输中会造成失真,所以常常需要对波形不好的脉冲进行修整,使其如新。具有这种功能的电路称为整形电路。
(1)差动电路
差分电路是脉冲电路中最常用的波形转换电路,与放大电路中的RC耦合电路非常相似,如图5所示。当电路时间常数=RC时
把图 5 中的 R 和 C 互换,并使 τ=RCt k ,电路就成为积分电路,见图 6 。当输入矩形脉冲时,由于电容器充放电很慢,输出得到的是一串幅度较低的近似三角形的脉冲波。
(3 )限幅器
能限制脉冲幅值的电路称为限幅器或削波器。图 7 是用二极管和电阻组成的上限幅电路。它能把输入的正向脉冲削掉。假如把二极管反接,就成为削掉负脉冲的下限幅电路。
用二极带或三极管等非线性器件可组成各种限幅器,或是变换波形(如把输入脉冲变成方波、梯形波、尖脉冲等),或是对脉冲整形(如把输入高低不平的脉冲系列削平成为整洁的脉冲系列等)。
( 4 )箝位器
能把脉冲电压维持在某个数值上而使波形保持不变的电路称为箝位器。它也是整形电路的一种。例如电视信号在传输过程中会造成失真,为了使脉冲波形恢复原样,接收机里就要用箝位电路把波形顶部箝制在某个固定电平上。
图 8 中反相器输出端上就有一个箝位二极管 VD 。假如没有这个二极管,输出脉冲高电平应该是 12 伏,现在增加了箝位二极管,输出脉冲高电平被箝制在 3 伏上。
此外,象反相器、射极输出器等电路也有“整旧如新”的作用,也可认为是整形电路。
有记忆功能的双稳电路多谐振荡器的输出总是时高时低地变换,所以它也叫无稳态电路。另一种双稳态电路就绝然不同,双稳电路有两个输出端,它们总是处于相反的状态:一个是高电平,另一个必定是低电平。它的特点是假如没有外来的触发,输出状态能一直保持不变。所以常被用作寄存二进制数码的单元电路。
( 1 )集基耦合双稳电路
图 9 是用分立元件组成的集基耦合双稳电路。它由一对用电阻交叉耦合的反相器组成。它的两个管子总是一管截止一管饱和,例如当 VT1 管饱和时 VT2 管就截止,这时 A 点是低电平 B 点是高电平。假如没有外来的触发信号,它就保持这种状态不变。如把高电平表示数字信号“ 1 ”,低电平表示“ 0 ”,那么这时就可以认为双稳电路已经把数字信号“ 1 ”寄存在 B 端了。
电路的基极分别加有微分电路。假如在 VT1 基极加上一个负脉冲(称为触发脉冲),就会使 VT1 基极电位下降,由于正反馈的作用,使 VT1 很快从饱和转入截止, VT2 从截止转入饱和。于是双稳电路翻转成 A 端为“ 1 ”, B 端为“ 0 ”,并一直保持下去。
( 2 )触发脉冲的触发方式和极性
双稳电路的触发电路形式和触发脉冲极性选择比较复杂。从触发方式看,因为有直流触发(电位触发)和交流触发(边沿触发)的分别,所以触发电路形式各有不同。从脉冲极性看,也是随着晶体管极性、触发脉冲加在哪个管子(饱和管还是截止管)上、哪个极上(基极还是集电极)而变化的。在实际应用中,因为微分电路能轻易地得到尖脉冲,触发效果较好,所以都用交流触发方式。触发脉冲所加的位置多数是加在饱和管的基极上。所以使用 NPN 管的双稳电路所加的是负脉冲,而 PNP 管双稳电路所加的是正脉冲。
( 3 )集成触发器除了用分立元件外,也可以用集成门电路组成双稳电路。但实际上因为目前有大量的集成化双稳触发器产品可供选用,如 R—S 触发器、 D 触发器、 J - K 触发器等等,所以一般不使用门电路搭成的双稳电路而直接选用现成产品。
有延时功能的单稳电路
无稳电路有 2 个暂稳态而没有稳态,双稳电路则有 2 个稳态而没有暂稳态。脉冲电路中常用的第 3 种电路叫单稳电路,它有一个稳态和一个暂稳态。假如也用门来作比喻,单稳电路可以看成是一扇弹簧门,平时它总是关着的,“关”是它的稳态。当有人推它或拉它时门就打开,但由于弹力作用,门很快又自动关上,恢复到原来的状态。所以“开”是它的暂稳态。单稳电路常被用作定时、延时控制以及整形等。
( 1 )集基耦合单稳电路
图 10 是一个典型的集基耦合单稳电路。它也是由两级反相器交叉耦合而成的正反馈电路。它的一半和多谐振荡器相似,另一半和双稳电路相似,再加它也有一个微分触发电路,所以可以想象出它是半个无稳电路和半个双稳电路凑合成的,它应该有一个稳态和一个暂稳态。平时它总是一管( VT1 )饱和,另一管( VT2 )截止,这就是它的稳态。当输入一个触发脉冲后,电路便翻转到另一种状态,但这种状态只能维持不长的时间,很快它又恢复到原来的状态。电路暂稳态的时间是由延时元件 R 和 C 的数值决定的:t t =0.7RC 。
( 2 )集成化单稳电路
用集成门电路也可组成单稳电路。图 11 是微分型单稳电路,它用 2 个与非门交叉连接,门 1 输出到门 2 是用微分电路耦合,门 2 输出到门 1 是直接耦合,触发脉冲加到门 1 的另一个输入端 U I 。它的暂稳态时间即定时时间为:t t = ( 0.7 ~ 1.3 ) RC 。
脉冲电路的读图要点
① 脉冲电路的特点是工作在开关状态,它的输入输出都是脉冲,因此分析时要抓住要害,把主次电路区分开,先认定主电路的功能,再分析辅助电路的作用。
② 从电路结构上抓要害找异同。前面介绍了集基耦合方式的三种基本单元电路,它们都由双管反相器构成正反馈电路,这是它们的相同点。但细分析起来它们还是各有特点的:无稳和双稳电路虽然都有对称形式,但无稳电路是用电容耦合,双稳是用电阻直接耦合(有时并联有加速电容,容量一般都很小);而且双稳电路一般都有触发电路(双端或单端触发);单稳电路就很好认,它是不对称的,兼有双稳和单稳的形式。这样一分析,三种电路就很好区别了。
③ 脉冲电路中,脉冲的生成、变换和整形都和电容器的充、放电有关,电路的时间常数即 R 和 C 的数值对确定电路的性质有极重要的意义,这一点尤为重要。
数字逻辑电路的用途和特点
数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路。把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲,但这些脉冲是用来表示二进制数码的,例如用高电平表示“ 1 ”,低电平表示“ 0 ”。声音图像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲,它们被称为数字信号。能处理数字信号的电路就称为数字电路。
这种电路同时又被叫做逻辑电路,那是因为电路中的“ 1 ”和“ 0 ”还具有逻辑意义,例如逻辑“ 1 ”和逻辑“ 0 ”可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等。电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力,所以才把它叫做逻辑电路。
由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等长处,因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。一般家电产品中,如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。
数字逻辑电路的第一个特点是为了突出“逻辑”两个字,使用的是独特的图形符号。数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路,它们都是以晶体管和电阻等元件组成的,但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们,而不画出它们的详细电路,也不管它们使用多高电压,是 TTL 电路还是 CMOS 电路等等。按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图,它完全不同于一般的放大振荡或脉冲电路图。
数字电路中有关信息是包含在 0 和 1 的数字组合内的,所以只要电路能明显地区分开 0 和 1 , 0 和 1 的组合关系没有破坏就行,脉冲波形的好坏我们是不大理会的。所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能,较少考虑它的电气参数性能等问题。也因为这个原因,数字逻辑电路中使用了一些特别的表达方法如真值表、特征方程等,还使用一些特别的分析工具如逻辑代数、卡诺图等等,这些也都与放大振荡电路不同。
门电路和触发器
( 1 )门电路
门电路可以看成是数字逻辑电路中最简朴的元件。目前有大量集成化产品可供选用。
最基本的门电路有 3 种:非门、与门和或门。非门就是反相器,它把输入的 0 信号变成 1 , 1 变成 0 。这种逻辑功能叫“非”,假如输入是 A ,输出写成 P=A 。与门有 2 个以上输入,它的功能是当输入都是 1 时,输出才是 1 。这种功能也叫逻辑乘,假如输入是 A 、 B ,输出写成 P=A·B 。或门也有 2 个以上输入,它的功能是输入有一个 1 时,输出就是 1 。这种功能也叫逻辑加,输出就写成 P=A + B 。
把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路,如与门加非门成与非门,或门加非门成或非门。图 1 是它们的图形符号和真值表。此外还有与或非门、异或门等等。
数字集成电路有 TTL 、 HTL 、 CMOS 等多种,所用的电源电压和极性也不同,但只要它们有相同的逻辑功能,就用相同的逻辑符号。而且一般都规定高电平为 1 、低电平为 0 。
(2 )触发器
触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路,它的电路和功能都比门电路复杂,它也可看成是数字逻辑电路中的元件。目前也已有集成化产品可供选用。常用的触发器有 D 触发器和 J—K 触发器。
D 触发器有一个输入端 D 和一个时钟信号输入端 CP ,为了区别在 CP 端加有箭头。它有两个输出端,一个是 Q 一个是 Q ,加有小圈的输出端是 Q 端。另外它还有两个预置端 R D 和 S D ,平时正常工作时要 R D 和 S D 端都加高电平 1 ,假如使 R D =0 ( S D 仍为 1 ),则触发器被置成 Q=0 ;假如使 S D =0 ( R D =1 ),则被置成 Q=1 。因此 R D 端称为置 0 端, S D 端称为置 1 端。D 触发器的逻辑符号见图 2 ,图中 Q 、 D 、 SD 端画在同一侧;Q 、R D 画在另一侧。R D 和 S D 都带小圆圈,表示要加上低电平才有效。
D 触发器是受 CP 和 D 端双重控制的, CP 加高电平 1 时,它的输出和 D 的状态相同。如 D=0 , CP 来到后, Q=0 ;如 D=1 , CP 来到后, Q=1 。CP 脉冲起控制开门作用,假如 CP=0 ,则不管 D 是什么状态,触发器都维持原来状态不变。这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表,见图 2 。表中 Q n+1 表示加上触发信号后变成的状态, Qn 是原来的状态。“ X ”表示是 0 或 1 的任意状态。
有的 D 触发器有几个 D 输入端: D 1 、 D 2 … 它们之间是逻辑与的关系,也就是只有当 D 1 、 D 2 … 都是 1 时,输出端 Q 才是 1 。
另一种性能更完善的触发器叫 J - K 触发器。它有两个输入端:J 端和 K 端,一个 CP 端,两个预置端:R D 端和 S D 端,以及两个输出端:Q 和 Q 端。它的逻辑符号见图 3 。J - K 触发器是在 CP 脉冲的下阵沿触发翻转的,所以在 CP 端画一个小圆圈以示区别。图中, J 、 S D 、 Q 画在同一侧, K 、 R D 、 Q 画在另一侧。
J - K 触发器的逻辑功能见图 3 。有 CP 脉冲时(即 CP=1 ):J 、 K 都为 0 ,触发器状态不变;Q n + 1 =Qn , J = 0 、 K=1 ,触发器被置 0 :Q n + 1 =0 ;J=1 、 K=0 , Q n+1 =1 ;J=1 、 K=1 ,触发器翻转一下:Q n + 1 =Qn 。假如不加时钟脉冲,即 CP=0 时,不管 J 、 K 端是什么状态,触发器都维持原来状态不变:Q n + 1 =Qn 。有的 J—K 触发器同时有好几个 J 端和 K 端, J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 之间都是逻辑与的关系。有的 J - K 触发器是在 CP 的上升沿触发翻转的,这时它的逻辑符号图的 CP 端就不带小圆圈。也有的时候为了使图更简洁,经常把 R D 和 S D 端省略不画。
能够把数字、字母变换成二进制数码的电路称为编码器。反过来能把二进制数码还原成数字、字母的电路就称为译码器。
( 1 )编码器
图 4 ( a )是一个能把十进制数变成二进制码的编码器。一个十进制数被表示成二进制码必须 4 位,常用的码是使从低到高的每一位二进制码相称于十进制数的 1 、 2 、 4 、 8 ,这种码称为 8 - 4 - 2 - 1 码或简称 BCD 码。所以这种编码器就称为“ 10 线 -4 线编码器”或“ DEC / BCD 编码器”。
从图看到,它是由与非门组成的。有 10 个输入端,用按键控制,平时按键悬空相称于接高电平 1 。它有 4 个输出端 ABCD ,输出 8421 码。假如按下“ 1 ”键,与“ 1 ”键对应的线被接地,等于输入低电平 0 、于是门 D 输出为 1 ,整个输出成 0001 。
如按下“ 7 ”键,则 B 门、 C 门、 D 门输出为 1 ,整个输出成 0111 。假如把这些电路都做在一个集成片内,便得到集成化的 10 线 4 线编码器,它的逻辑符号见图 4 ( b )。左侧有 10 个输入端,带小圆圈表示要用低电平,右侧有 4 个输出端,从上到下按从低到高排列。使用时可以直接选用。
( 2 )译码器
要把二进制码还原成十进制数就要用译码器。它也是由门电路组成的,现在也有集成化产品供选用。图 5 是一个 4 线 —10 线译码器。它的左侧为 4 个二进制码的输入端,右侧有 10 个输出端,从上到下按 0 、 1 、 …9 排列表示 10 个十进制数。输出端带小圆圈表示低电平有效。平时 10 个输出端都是高电平 1 ,如输入为 1001 码,输出“ 9 ”端为低电平 0 ,其余 9 根线仍为高电平 1 ,这表示“ 9 ”线被译中。
假如要想把十进制数显示出来,就要使用数码管。现以共阳极发光二极管( LED )七段数码显示管为例,见图 6 。它有七段发光二极管,如每段都接低电平 0 ,七段都被点亮,显示出数字“ 8 ”;如 b 、 c 段接低电平 0 ,其余都接 1 ,显示的是“ 1 ”。可见要把十进制数用七段显示管显示出来还要经过一次译码。假如使用“ 4 线 —7 线译码器”和显示管配合使用,就很简朴,输入二进制码可直接显示十进制数,见图 6 。译码器左侧有 4 个二进制码的输入端,右侧有 7 个输出可直接和数码管相连。左上侧另有一个灭灯控制端 I B ,正常工作时应加高电平 1 ,如不需要这位数字显示就在 I B 上加低电平 0 ,就可使这位数字熄灭。
寄存器和移位寄存器
( 1 )寄存器
能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器,简称寄存器。图 7 是用 4 个 D 触发器组成的寄存器,它能存贮 4 位二进制数。4 个 CP 端连在一起作为控制端,只有 CP=1 时它才接收和存贮数码。4 个 R D 端连在一起成为整个寄存器的清零端。假如要存贮二进制码 1001 ,只要把它们分别加到触发器 D 端,当 CP 来到后 4 个触发器从高到低分别被置成 1 、 0 、 0 、 1 ,并一直保持到下一次输入数据之前。要想取出这串数码可以从触发器的 Q 端取出。
( 2 )移位寄存器
有移位功能的寄存器叫移位寄存器,它可以是左移的、右移的,也可是双向移位的。
图 8 是一个能把数码逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是:数码是逐位串行输入并加在最低位的 D 端,然后把低位的 Q 端连到高一位的 D 端。这时 CP 称为移位脉冲。
先从 R D 端送低电平清零,使寄存器成 0000 状态。假定要输入的数码是 1001 ,输入的次序是先高后低逐位输入。第 1 个 CP 后, 1 被打入第 1 个触发器,寄存器成 0001 ;第 2 个 CP 后, Qo 的 1 被移入 Q 1 ,新的 0 打入 D 1 ,成为 0010 ;第 3 个 CP 后,成为 0100 ;第 4 个 CP 后,成为 1001 。
可见经过 4 个 CP ,寄存器就寄存了 4 位二进制码 1001 。目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。
计数器和分频器
( 1 )计数器
能对脉冲进行计数的部件叫计数器。计数器品种繁多,有作累加计数的称为加法计数器,有作递减计数的称为减法计数器;按触发器翻转来分又有同步计数器和异步计数器;按数制来分又有二进制计数器、十进制计数器和其它进位制的计数器等等。
现举一个最简朴的加法计数器为例,见图 9 。它是一个 16 进制计数器,最大计数值是 1111 ,相称于十进制数 15 。需要计数的脉冲加到最低位触发器的 CP 端上,所有的 J 、 K 端都接高电平 1 ,各触发器 Q 端接到相邻高一位触发器的 CP 端上。J—K 触发器的特性表告诉我们:当 J=1 、 K=1 时来一个 CP ,触发器便翻转一次。在全部清零后, ① 第 1 个 CP 后沿,触发器 C0 翻转成 Q0=1 ,其余 3 个触发器仍保持 0 态,整个计数器的状态是 0001 。② 第 2 个 CP 后沿,触发器 C0 又翻转成“ Q0=0 , C1 翻转成 Q1=1 ,计数器成 0010 。…… 到第 15 个 CP 后沿,计数器成 1111 。可见这个计数器确实能对 CP 脉冲计数。
( 2 )分频器
计数器的第一个触发器是每隔 2 个 CP 送出一个进位脉冲,所以每个触发器就是一个 2 分频的分频器, 16 进制计数器就是一个 16 分频的分频器。
为了提高电子钟表的精确度,普遍采用的方法是用晶体振荡器产生 32768 赫标准信号脉冲,经过 15 级 2 分频处理得到 1 赫的秒信号。因为晶体振荡器的正确度和稳定度很高,所以得到的秒脉冲信号也是精确可靠的。把它们做到一个集成片上便是电子手表专用集成电路产品,见图 10 。
数字逻辑电路读图要点和举例
数字逻辑电路的读图步骤和其它电路是相同的,只是在进行电路分析时处处要用逻辑分析的方法。读图时要:① 先大致了解电路的用途和性能。② 找出输入端、输出端和要害部件,区分开各种信号并弄清信号的流向。③ 逐级分析输出与输入的逻辑关系,了解各部分的逻辑功能。④ 最后统观全局得出分析结果。
例 1 三路抢答器
图 11 是智力竞赛用的三路抢答器电路。裁判按下开关 SA4 ,触发器全部被置零,进入预备状态。这时 Q1 ~ Q3 均为 1 ,抢答灯不亮;门 1 和门 2 输出为 0 ,门 3 和门 4 组成的音频振荡器不振荡,扬声器无声。
竞赛开始,假定 1 号台抢先按下 SA1 ,触发器 C1 翻转成 Q1=1 、 Q1=0 。于是:① 门 2 输出为 1 ,振荡器振荡,扬声器发声;②HL1 灯点亮;③ 门 1 输出为 1 ,这时 2 号、 3 号台再按开关也不起作用。裁判公布竞赛结果后,再按一下 SA4 ,电路又进入预备状态。
例 2 彩灯追逐电路
图 12 是 4 位移位寄存器控制的彩灯电路。开始时按下 SA ,触发器 C1 ~ C4 被置成 1000 ,彩灯 HL1 被点亮。CP 脉冲来到后,寄存器移 1 位,触发器 C1 ~ C4 成 0100 ,彩灯 HL2 点亮。第 2 个 CP 脉冲点亮 HL3 ,第 3 个点亮 HL4 ,第 4 个 CP 又把触发器 C1 ~ C4 置成 1000 ,又点亮 HL1 。如此循环往复,彩灯不停闪烁。只要增加触发器可使灯数增加,改变 CP 的频率可变化速度。
555 集成时基电路的特点
555 集成电路开始出现时是作定时器应用的,所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。但是后来经过开发,它除了作定时延时控制外,还可以用于调光、调温、调压、调速等多种控制以及计量检测等作用;还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路,作为交流信号源以及完成电源变换、频率变换、脉冲调制等用途。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉,因此目前被广泛用于各种小家电中。
555 集成电路内部有几十个元器件,有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等,电路比较复杂,是模仿电路和数字电路的混合体。它的性能和参数要在非线性模仿集成电路手册中才能查到。
555 集成电路是 8 脚封装,图 1 ( a )是双列直插型封装,按输入输出的排列可画成图 1 ( b )。其中 6 脚称阀值端( TH ),是上比较器的输入。2 脚称触发端(
),是下比较器的输入。3 脚是输出端( V O ),它有 0 和 1 两种状态,它的状态是由输入端所加的电平决定的。7 脚的放电端( DIS ),它是内部放电管的输出,它也有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定的。4 脚是复位端(
),加上低电砰( 0.3 伏)时可使输出成低电平。5 脚称控制电压端( V C ),可以用它改变上下触发电平值。8 脚是电源, 1 脚为地端。
对于初学者来说,可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R - S 触发器,如图 2 ( a )。这个特别的触发器有两个输入端;阈值端( TH )可看成是置零端 R ,要求高电平;触发端(
)可看成是置位端
,低电平有效。它只有 1 个输出端 V O , V O 可等效成触发器的 Q 端。放电端( DIS )可看成由内部的放电开关控制的一个接点,放电开关由触发器的 Q 端控制:
=1 时 DIS 端接地;
=0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端
,控制电压端 V C ,电源端 V DD 和地端 GND 。
这个特别的 R - S 触发器有 2 个特点:( 1 )两个输入端的触发电平要求一高一低:置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平,而置低端
S 即触发端
则要求低电平。( 2 )两个输入端的触发电平,也就是使它们翻转的阈值电压值也不同,当 V C 端不接控制电压时,对 TH ( R )端来讲, 2 /3 V DD 是高电平 1 , 2 /3 V DD 是低电平 0 ;而对
(
)端来讲, 1/ 3 V DD 是高电平 1 , 1 /3 V DD 是低电平 0 。假如在控制端( V C )加上控制电压 V C ,这时上触发电平就变成 V C 值,而下触发电平则变成 1 /2 V C 。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
经过简化, 555 电路可以等效成一个触发器,它的功能表见图 2 ( b )。
555 集成电路有双极型和 CMOS 型两种。CMOS 型的长处是功耗低、电源电压低、输入阻抗高,但输出功率较小,输出驱动电流只有几毫安。双极型的长处是输出功率大,驱动电流达 200 毫安,其它指标则不如 CMOS 型的。
此外还有一种 556 双时基电路, 14 脚封装,内部包含有两个相同的时基电路单元。555 的应用电路很多,大体上可分为 555 单稳、 555 双稳和 555 无稳三类。555 单稳电路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态。555 的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的,因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容,常见的 555 单稳电路有两种。
( 1 )人工启动型单稳
将 555 电路的 6 、 2 端并接起来接在 RC 定时电路上,在定时电容 C T 两端接按钮开关 SB ,就成为人工启动型 555 单稳电路,见图 3 ( a )。用等效触发器替代 555 ,并略去与单稳工作无关的部分后画成等效图 3 ( b )。下面分析它的工作:
① 稳态:接上电源后,电容 C T 很快充到 V DD ,从图 3 ( b )看到,触发器输入 R=1 ,
=1 ,从功能表查到输出 V o =0 ,这是它的稳态。
② 暂稳态:按下开关 SB , C T 上电荷很快放到零,相称于触发器输入 R=0 ,
=0 ,输出立即翻转成 V o =1 ,暂稳态开始。开关放开后,电源又向 C T 充电,经时间 t d 后, C T 上电压升到 2 /3 V DD 时,输出又翻转成 V =0 ,暂稳态结束。t d 就是单稳电路的定时时间或延时时间,它和定时电阻 R T 和定时电容 C T 的值有关;t d=1.1R T C T 。
( 2 )脉冲启动型单稳
把 555 电路的 6 、 7 端并接起来接到定时电容 C T 上,用 2 端作输入就成为脉冲启动型单稳电路,见图 4 ( a )。电路的 2 端平时接高电平,当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路。用等效触发器替代 555 电路后可画成图 4 ( b )。这个电路利用放电端使定时电容能快速放电。下面分析它的工作状态:
① 稳态:通电后, R=1 ,
=1 ,输出 V o =0 , DIS 端接地, C T 上电压为 0 即 R=0 ,输出仍保持 V o =0 ,这是它的稳态。
② 暂稳态:输入负脉冲后,输入
=0 ,输出翻转成 V o =1 , DIS 端开路,电源通过 R T 向 C T 充电,暂稳态开始。经过 t d 后, C T 上电压升到 2 /3 V DD ,这时负脉冲已经消失,输入又成为 R=1 ,
=1 ,输出又翻转成 V o =0 ,暂稳态结束。这时内部放电开关接通, DIS 端接地, C T 上电荷很快放到零,为下一次定时控制作预备。电路的定时时间 t d =1.1R T C T 。
这两种单稳电路常用作定时延时控制。
555 双稳电路
常见的 555 双稳电路有两种。
( 1 ) R-S 触发器型双稳
把 555 电路的 6 、 2 端作为两个控制输入端, 7 端不用,就成为一个 R - S 触发器。要注重的是两个输入端的电平要求和阈值电压都不同,见图 5 ( a )。有时可能只有一个控制端,这时另一个控制端要设法接死,根据电路要求可以把 R 端接到电源端,见图 5 ( b ),也可以把 S 端接地,用 R 端作输入。
有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途,有一个输入端的双稳电路常作为单端比较器用作各种检测电路。
( 2 )施密特触发器型双稳
把 555 电路的 6 、 2 端并接起来成为只有一个输入端的触发器,见图 6 ( a )。这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形,见图 6 ( b ),所以被称为施密特触发器。从曲线看到,当输入 V i =0 时输出 V o =1 。当输入电压从 0 上升时,要升到 2/ 3 V DD 以后, V o 才翻转成 0 。而当输入电压从最高值下降时,要降到 1 /3 V DD 以后, V o 才翻转成 1 。所以输出电压和输入电压之间是一个回线形曲线。由于它的输入有两个不同的阈值电压,所以这种电路被用作电子开关,各种控制电路,波形变换和整形的用途。
555 无稳电路
无稳电路有 2 个暂稳态,它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态,它的输出是一串矩形脉冲,所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。555 的无稳电路有多种,这里介绍常用的 3 种。
( 1 )直接反馈型 555 无稳
利用 555 施密特触发器的回滞特性,在它的输入端接电容 C ,再在输出 V 0 与输入之间接一个反馈电阻 R f ,就能组成直接反馈型多谐振荡器,见图 7 ( a )。用等效触发器替代 555 电路后可画成图 7 ( b )。现在来看看它的振荡工作原理:
刚接通电源时, C 上电压为零,输出 V 0 =1 。通电后电源经内部电阻、 V 0 端、 R f 向 C 充电,当 C 上电压升到 2 /3 V DD 时,触发器翻转 V 0 =0 ,于是 C 上电荷通过 R f 和 V 0 放电入地。当 C 上电压降到 1 /3 V DD 时,触发器又翻转成 V 0 =1 。电源又向 C 充电,不断重复上述过程。由于施密特触发器有 2 个不同的阀值电压,因此 C 就在这 2 个阀值电压之间交替地充电和放电,输出得到的是一串连续的矩形脉冲,见图 7 ( c )。脉冲频率约为 f=0.722 / R f C 。
( 2 )间接反馈型无稳
另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上,如图 8 ( a ),这样做使振荡电路和输出电路分开,可以使负载能力加大,频率更稳定。这是目前使用最多的 555 振荡电路。
这个电路在刚通电时, V 0 =1 , DIS 端开路, C 的充电路径是:电源 →R A →DIS→R B →C ,当 C 上电压上升到 2 /3 V DD 时, V 0 =1 , DIS 端接地, C 放电, C 放电的路径是:C→R B →DIS→ 地。可以看到充电和放电时间常数不等,输出不是方波。t 1 =0.693 ( R A + B B ) C 、 t 2 =0.693R B C ,脉冲频率 f=1.443 /( R A + 2R ) C
( 3 ) 555 方波振荡电路
要想得到方波输出,可以用图 9 的电路。它是在图 8 的电路基础上在 R B 两端并联一个二极管 VD 组成的。当 R A =R B 时, C 的充放电时间常数相等,输出就得到方波。方波的频率为 f=0.722 / R A C ( R A =R B )
在这个电路的基础上,在 R A 和 R B 回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉冲振荡电路。
555 脉冲振荡电路常被用作交流信号源,它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。因为电路简朴可靠,所以使用极广。
555 电路读图要点及举例
555 集成电路经多年的开发,实用电路多达几十种,几乎遍及各个技术领域。但对初学者来讲,常见的电路也不过是上述几种,因此在读图时,只要抓住要害,识别它们是不难的。
从电路结构上分析,三类 555 电路的区别或者说它们的结构特点主要在输入端。因此当我们拿到一张 555 电路图时,在大致了解电路的用途之后,先看一下电路是 CMOS 型还是双极型,再看复位端(
)和控制电压端( V c )的接法,假如复位端(
)是接高电平、控制电压端( V c )是接一个抗干扰电容的,那就可以按以下的次序先从输入端开始进行分析:
( 1 ) 6 、 2 端是分开的
①7 端悬空不用的一定是双稳电路。如有两个输入的则是双限比较器;如只有一个输入的则是单端比较器。这类电路一般都是作电子开关、控制和检测电路的用途。
②7 、 6 端短接并接有电阻电容、取 2 端作输入的一定是单稳电路。它的输入可以用开关人工启动,也可以用输入脉冲启动,甚至为了取得较好的启动效果在输入端带有 RC 微分电路。这类电路一般用作定时延时控制和检测的用途。
( 2 ) 6 、 2 端短接的
① 输入没有电容的是施密特触发器电路。这类电路常用作电子开关、告警、检测和整形的用途。
② 输入端有电阻电容而 7 端悬空的,这时要看电阻电容的接法:( a ) R 和 C 串联接在电源和地之间的是单稳电路, R 和 C 就是它的定时电阻和定时电容。( b ) R 在上 C 在下, R 的一端接在 V 0 端上的是直接反馈型无稳电路,这时 R 和 C 就是决定振荡频率的元件。
③7 端也接在输入端,成“ R A - 7 - R B - 6 、 2—C ”的形式的就是最常用的无稳电路。这时 R A 和 R B 及 C 就是决定振荡频率的元件。这类电路可以有很多种变型:如省去 R A ,把 7 端接在 V 0 上;或者在 R B 两端并联二极管 VD 以获得方波输出,或者用电阻和电位器组成 R A 和 R B ,而且在 R A 和 R B 两端并联有二极管以获得占空比可调的脉冲波等等。这类电路是用途最广的,常用于脉冲振荡、音响告警、家电控制、电子玩具、医疗电器以及电源变换等用途。
( 3 )假如控制电压( V c )端接有直流电压,则只是改变了上下两个阀值电压的数值,其它分析方法仍和上面的相同。
只要按上述步骤细心分析核对,一定能很快地识别 555 电路的类别和了解它的工作原理。下面的问题就比较好办了,例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算。
例 1 相片曝光定时器
图 10 是用 555 电路制成的相片曝光定时器。从图看到,输入端 6 、 2 并接在 RC 串联电路中,所以这是一个单稳电路, R1 和 RP 是定时电阻, C1 是定时电容。
电路在通电后, C1 上电压被充到 6 伏,输出 V 0 =0 ,继电器 KA 不吸动,常开接点是打开的,曝光灯 HL 不亮。这是它的稳态。
按下 SB 后, C1 快速放电到零,输出 V 0 =1 ,继电器 KA 吸动,点亮曝光灯 HL ,暂稳态开始。SB 放开后电源向 C1 充电,当 C1 上电压升到 4 伏时,暂稳态结束,定时时间到,电路恢复到稳态。输出翻转成 V 0 =0 ,继电器 KA 释放,曝光灯熄灭。电路定时时间是可调的,大约是 1 秒~ 2 分钟。
例 2 光电告警电路
图 11 是 555 光电告警电路。它使用 556 双时基集成电路,有两个独立的 555 电路。前一个接成施密特触发器,后一个是间接反馈型无稳电路。图中引脚号码是 556 的引脚号码。
图中 R1 是光敏电阻,无光照时阻值为几~几十兆欧,所以 555a 的输入相称于 R=0 、 S=0 ,输出 V 0 =1 ,三极管 VT 导通, VT 的集电极电压只有 0.3 伏,加在 555b 的复位端( MR ),使 555b 处于复位状态,即无振荡输出。
当 R1 受光照后,阻值忽然下降到只有几~几十千欧,于是 555a 的输入电压升到上阀值电压以上,输出翻转成 V 0 =0 , VT 截止, VT 集电极电压升高, 555b 被解除复位状态而振荡,于是扬声器 BL 发声告警。555b 的振荡频率大约是 1 千赫。
假如把整个装置放入公文包内,那么当打开公文包时,这个装置会发声告警而成为防盗告警装置。
单元电路图识图方法
单元电路是指某一级控制器电路,或某一级放大器电路,或某一个振荡器电路、变频器电路等,它是能够完成某一电路功能的最小电路单位。从广义角度上讲,一个集成电路的应用电路也是一个单元电路。
单元电路图是学习整机电子电路工作原理过程中,首先碰到具有完整功能的电路图,这一电路图概念的提出完全是为了方便电路工作原理分析之需要。
1.单元电路图功能
单元电路图具有下列一些功能:
①单元电路图主要用来讲述电路的工作原理。
②它能够完整地表达某一级电路的结构和工作原理,有时还全部标出电路中各元器件的参数,如标称阻值、标称容量和三极管型号等。
③它对深入理解电路的工作原理和记忆电路的结构、组成很有帮助。
2.单元电路图的特点
单元电路图具有下列一些特点:
①单元电路图主要是为了分析某个单元电路工作原理的方便而单独将这部分电路画出的电路,所以在图中已省去了与该单元电路无关的其他元器件和有关的连线、符号,这样单元电路图就显得比较简洁、清晰,识图时没有其他电路的干扰。单元电路图中对电源、输入端和输出端已经加以简化,如图1-6所示。
电路图中,用+v表示直流工作电压(其中正号表示采用正极性直流电压给电路供电,地端接电源的负极);vi表示输入信号,是这一单元电路所要放大或处理的信号;vo表示输出信号,是经过这一单元电路放大或处理后的信号。通过单元电路图中的这样标注可方便地找出电源端、输入端和输出端,而在实际电路中,这三个端点的电路均与整机电路中的其他电路相连,没有+v、vi、vo的标注,给初学者识图造成了一定的困难。
例如:见到vi可以知道信号是通过电容c2加到三极管vt1基极的;见到vo可以知道信号是从三极管vt1集电极输出的,这相称于在电路图中标出了放大器的输入端和输出端,无疑大大方便了电路工作原理的分析。
②单元电路图采用习惯画法,一看就明白,例如元器件采用习惯画法,各元器件之间采用最短的连线,而在实际的整机电路图中,由于受电路中其他单元电路中元器件的制约,有关元器件画得比较乱,有的在画法上不是常见的画法,有的个别元器件画得与该单元电路相距较远,这样电路中的连线很长且弯弯曲曲,造成识图和电路工作原理理解的不便。
③单元电路图只出现在讲解电路工作原理的书刊中,实用电路图中是不出现的。对单元电路的学习是学好电子电路工作原理的要害。只有把握了单元电路的工作原理,才能去分析整机电路。
3.单元电路图的识图方法
单元电路的种类繁多,而各种单元电路的详细识图方法有所不同,这里只对共同性的问题说明几点:
(1)有源电路识图方法
所谓有源电路就是需要直流电压才能工作的电路,例如放大器电路。对有源电路的识图首先分析直流电压供应电路,此时将电路图中的所有电容器看成开路(因为电容器具有隔直特性),将所有电感器看成短路(电感器详细通直的特性)。直流电路的识图方向一般是先从右向左,再从上向下。
(2)信号传输过程分析
信号传输过程分析就是信号在该单元电路中如何从输入端传输到输出端,信号在这一传输过程中受到了怎样的处理(如放大、衰减、控制等)。信号传输的识图方向一般是从左向右进行。
(3)元器件作用分析
元器件作用分析就是电路中各元器件起什么作用,主要从直流和交流两个角度去分析。
(4)电路故障分析
电路故障分析就是当电路中元器件出现开路、短路、性能变劣后,对整个电路工作会造成什么样的不良影响,使输出信号出现什么故障现象(如没有输出信号、输出信号小、信号失真、出现噪声等)。在搞懂电路工作原理之后,元器件的故障分析才会变得比较简朴。
整机电路中的各种功能单元电路繁多,许多单元电路的工作原理十分复杂,若在整机电路中直接进行分析就显得比较困难,通过单元电路图分析之后再去分析整机电路就显得比较简朴,所以单元电路图的识图也是为整机电路分析服务的。
不管强电、弱电、模仿、数字,首先要明白各单位元器件的符号。新、旧国标都要熟记;纯熟把握各种单位元器件的工作原理和特性以及作用;纯熟把握各种基本单元电路的工作原理,分析方法。
初学者不宜先看整机电路图,应该循序渐进 整机电路图由于有许多单元电路的存在,有的单元电路中的元器件就比较散乱,或者离本单元较远,初学者识图时,很有难度。
从方框图开始-单元电路图、等效电路图-整机电路图 电路图包含很广,要想迅速看懂一张整机电路,需要长期的积累,这里是讲不清的。循序渐进的学习非常重要,电气理论基础非常重要 俗话说,专业好学,基础难打 一开始的急功近利,不久就会碰到瓶颈 假如你已有初步的电气基础 推荐先学习 高等教育出版社的《电工学》 数字电路是电路图中的一个难点,我轻微讲一下要学数字电路以下知识必不可少,可按顺序逐步学习:
1、二进制和二进制编码,以及和十进制的转换关系
2、脉冲电路(脉冲信号的产生、整形、交变。包括,微分电路、积分电路、限幅电路、多谐振振荡电路、单稳态和双稳态电路等)
3、逻辑门电路(与、或、非、与非、或非门)
4、触发器电路(RS触发器、JK触发器、D和T触发器是必学的)
5、组合逻辑电路(基本运算器、比较器、判奇偶电路、编码、译码器、数据选择器)
6、时序逻辑电路(在组合逻辑电路的基础上又加了寄存器)比如计数器、节拍发生器什么的
7、单片机
8、模仿量与数字量之间的转换 数字电路的很多功能是通过软件来实现的,这已经超出了电子技术分析的范畴,识图中,虽然不需要对软件相称认识,但必须了解软件处理信号的过程、目的、处理结果 单片机也是其中一个难点,具备系统的数字电路基本知识后,必须加以认识 数字电路的信号由于是各种脉冲串的数码信号,这些数据流信号的波形不可能像模仿电路那样,对电路的理解有太多帮助,这点要有心理预备。
原文标题:太牛了!电路图符号超强科普,不懂物理也能轻松看懂电路图!(推荐收藏)
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