一周搞定系列之模电全集

一周搞定系列之模电数电 主讲老师 刘志顺 源享科技真诚奉献 本视频适合人群 1 对于初学者 和对硬件有些了解 但对于应用却不知如何入手的人 2 适合一些偏软件的同学 对于硬件电路却不是很清晰的 硬件的重要性 1 搞开发设计不是像搞开发板那样 什么电路都给你搭好了 然后再写程序 去控制它 那么这种能力只能说你能玩好它 2 项目开发是必须需要硬件支持的 如果你连硬件都看不懂 就别说团队合作和软件设计了 一周搞定系列之C语言 一周搞定系列之电路基础 一周搞定系列之模电数电 一周搞定系列之51单片机 一周搞定系列之JAVA基础 一周搞定系列之ARM基础 公司正在推出 更多资源 视频 资料 程序 源享科技会继续推出 更多学习资源发布 1 公司论坛 2 115网盘 掌握基本元器件的一些特性并会使用它们掌握基本电路的组成并会搭建小部分模块电路 了解每个器件在电路中的功能自己会设计一些简单的电路 视频目的 模电数电课程学习 1 要多实践 勤于动手 3 要有敢于去解决问题的恒心 要把问题的出现当作财富 2 要踏实 一个脚印一根钉 不可浮躁 4 要虚心向他人求教 相互多交流 从别人的想法中加深对知识的理解 课程特点 这是一门实践性很强的课程 学习要求 视频特点 1 主要包括理论介绍和应用 2 对于每个知识点都会通过Multism仿真 进行测试为以后的应用打好基础 重点 目录 第一章基本元器件介绍 第二章基本电路的分析与验证 第三章实际电路应用 具体个章内容介绍请看随视频一起下载的模数电大纲 主讲老师 刘志顺 源享科技真诚奉献 一周搞定系列之模电数电 第一章基本元器件介绍 1 二极管 一 什么是二极管 定义 二极管就是半导体材料被封装之后 在PN结两端加上两个正负极引线制作而成 一般二极管符号 二极管实物 特性 单向导通性 伏安特性 怎么用 一 二极管测试 1 电路图 总结 1 电路中二极管导通之后 所分电压值为0 7V 2 发光二极管导通之后为分压值1 2v 电流范围为5 20mA3 二极管反相不导通 但是当所给的电压值超过它的反向击穿电压时 那么二极管也将导通 应用中要注意二极管的反向最大电压值 防止二极管烧坏 4 当正向电压很小时 二极管不导通 当电压至少达到0 5V以上时 二极管才导通 1 2 5稳压二极管 一 什么是稳压二极管 a 符号 DZ 能够稳定一定电压的二极管 二 实行稳压的条件 1 工作在反向击穿状态 2 反向电压应大于稳压电压 稳压电路 基本电路的稳压过程 稳压电路的搭建 需要多大电阻呢 1 稳压的基本电路2 电流范围为4 8mA 总结 1 稳压二极管的使用形式为稳压二极管和电阻进行串联 2 稳压二极管要达到比较好的稳压效果 一定要注意稳压电流的选取 3 在电路应用中一定要注意串联电阻阻值选择 下面两种稳压电路的区别 UZ 3V 整流二极管 1 特点用于把交流电变成脉动直流电2 那什么是交流变脉动直流呢 开关二极管 它是电路上为进行 开 关 作用而特殊设计的二极管 它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短 功能 应用 在电路中主要防止反向电流烧坏一些精密器件起保护作用 2 电容 电容的作用 旁路 去耦 滤波 和储能的作用 什么是电容 它有两个电极板 和中间所夹的介质封装而成 具有特定功能的电子器件 1 旁路的作用 1 使输入电压均匀化 减小噪声对后级的影响 2 进行储能 当外界信号变化过快时 及时进行电压的补偿 2 去耦 退耦 电容作用 1 去耦电容和旁路电容的作用是差不多的 都有滤除干扰信号的作用 只是旁路电容针对的是输入信号 而去耦电容针对的是输出信号 2 去耦电容一般比较大10uF或更大 旁路电容一般根据谐振频率是0 1uF或0 01uF 3 滤波和储能 滤波作用滤除杂波 大电容滤低频 小电容滤高频 储能作用收集电荷应用 例如 给时钟芯片DS1302供电 3 电容在电路中连接问题 注意 耐压值防止短接 铝电解电容 瓷片电容 独石电容 常用电容极性判断 铝电容 长脚为正极 短接为负极 或者电容上标有银色负号的一边为负极 瓷片电容和独石电容无极性 但设备生产中也有工艺要求 电容应用总结 1 电源上的电容作用一般是滤除电源电压的波动 小电容滤高频 大电容滤低频 并且还提供一定的电压储备 以备后续电路的需要 2 对于一些干扰性强的环境 电容的加入可以减少很多电路控制上不必要的麻烦 在使用电容时 还要注意耐压值和反接问题 3 电容使用的取值大小可以参考别人的一些电路 很多都是工程上的一些经验 第一章基本元器件介绍 3 晶体三极管 3 晶体三极管 它是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件 三极管的结构图 什么是晶体三极管 由半导体组成具有三个电极的晶体管 放大状态 模样和结构怎样 PNP 三极管的特点 三种工作状态 饱和状态 截止状态 1 怎么让它工作在放大状态呢 条件 发射结正偏 集电结反偏 UB UE UC UB 2 怎么让它工作在截止状态呢 条件 发射结反偏或两端电压为零 3 怎么让它工作在饱和状态呢 条件 发射结和集电结均为正偏 工作在各个状态有什么特点呢 在电路中怎么去实现呢 三极管各种状态的测试 总结 放大状态 IB 1 IB一定时 IC的大小与UCE无关 饱和状态 特点 IB IC IE 1 IC 截止状态 特点 集电极和发射极之间相当于开路 工作状态 IB 0 IC 0 IE IB IC 0 特点 工作状态 2 IC的大小只受IB控制 IB和IC都很大 IC不受IB的控制 UCE两端电压很小 相当于导线 工程上我们认为硅饱和导通的UCE的压降为0 3V 锗管为0 1V 三极管主要参数 1 共发射极电流放大系数 4 集电极 发射极间反向击穿电压V BR CEO 3 集电极最大允许耗散功率PCM 2 集电极最大允许电流ICM 三极管放大系数一般为10 100 应用中一般取30 80为宜 那么一个实际三极管参数到底什么样呢 第一章基本元器件介绍 4 场效应管 什么是场效应管 它是一种电压控电流的器件 它有三个电极栅极 G 漏极 D 源级 S 绝缘栅型场效应管怎么用 特点 当UDS比较小时 ID随UGS的变化而变化 特点 ID不随UDS变化 只随UGS增大而增大 3 截止区 特点 当UDS增大到一定值时 场效应管被击穿 ID突然增大 如无限流措施 管子将烧坏 在场效应管使用中一定要注意 防止管子击穿 特点 如果长时间工作在此区域 没有很好的散热措施 很可能由于功率较大 造成管子烧坏 所以在使用中也要注意 管子的散热和最大功率 可变电阻区 截止区 击穿区 过损耗区 总结 1 可变电阻区 2 恒流区 特点 UGS小于1 5V ID 0 场效应管不导通 4 击穿区 5 过损耗区 37 三极管特点 电流控制器件 基极电流控制晶体管导电能力 输入阻抗不高 噪声高 场效应管特点 电压控制器件 用电压产生电场来控制器件的导电能力 输入阻抗极高 噪声小 缺点速度慢 三极管和场效应管的比较 反应速度较快 结构分类 第一章基本元器件介绍 5 光耦 什么是光耦 光耦实现了是一种 电 光 电 的转换 光耦实物 光耦结构图 光耦器件怎么用呢 应用要注意什么 光耦测试 第一章基本元器件介绍 6 发声器件 发声器件的作用 作为电子讯响器 运用其发声特性 作为提示或播放等功能 发声器件的介绍 图1 图2 图1为喇叭 无极性器件 没有正负之分 无源蜂鸣器 内部没有振荡源 所以直流不能驱动 需要2KHZ 5KHZ的方波才能使其发出声响 图2为蜂鸣器 有极性 长脚为正 短接为负 有源蜂鸣器 内部含有震荡源 当给予1 5V 15V的电压后 就会发出声响 第一章基本元器件介绍 7 继电器 什么是继电器 它是一种 自动开关 通过低电压 小电流去控制高电压 大电流 1 常开触点 2 常闭触点 继电器术语 用在开关速度要求不高的场合 应用 继电器实物分析 1 2 3 4 5 6 引脚图 实物图 驱动电压5V DC 30V 3AAC 220V 3A 在使用中一定要注意这些参数 既要达到一定的驱动电压 也要防止器件烧毁 1 驱动电压 2 可以承受的控制信号量值 注意 继电器测试电路 第一章基本元器件介绍 8 数码管 什么是数码管 实物图 示意图 共阴结构图 共阳结构图 通过控制不同的LED点亮来显示所需要的字符 如1 F 数码管实验电路 第一章基本元器件介绍 9 瞬态电压抑制器 TVS 什么是瞬态电压抑制器 直插式 贴片式 它具体有什么样的作用呢 1 加在信号和电源线上 能防止微处理器 人体静电 交流浪涌或噪声 导致处理器的失灵 它是一种二极管形式的高效能的保护器件 防止瞬态高能量时冲击时 保护精密器件免受各种浪涌脉冲的损坏 2 能释放超过10000V 60A以上的脉冲 并能持续10ms 而一般的TTL器件 遇到30ms的10V脉冲时 便会导致损坏 所以利用TVS是既可以防止器件损坏 也可以防止总线之间开关引起的干扰 3 将TVS放置在信号线和地之间 能避免数据及控制总线受到不必要噪声的影响 典型应用电路 第二章基本电路验证与分析 1 基本放大电路 基本放大器的电路是什么样子呢 各部分有什么作用呢 1 为电路供能2 为电路提供合适的静态工作点 为电路提供合适的静态电流 把放大的电流信号 转换为电压信号 C1和C2为隔直通交作用 2 对于三极管放大电路的设计 基极电阻取值Rb一般为几十到几百千欧 集电极电阻Rc一般为几千到几十千欧 各器件的取值范围怎样呢 1 三极管放大电路是小信号的放大 常用器件最大通过的电流也只有几百毫安 所以输入信号不能太大 3 C1 C2作为隔直通交的电容 取值一般为几微法到几十微法 那么实际应用要注意什么呢 uce为什么会被反相呢 uBE UBEQ ui iB IBQ ib iC ICQ ic uCE Vcc iCRC uCE Vcc ICQ ic RC UCEQ icRC uCE UCEQ uce 分析 总基极电压 总基极电流 总集电极电流 总的uCE 化简 又由 那么 uo uce icRC 出现这些情况的原因是什么呢 交流负载线 t 0 0 交流负载线 t 0 截止失真 饱和失真 饱和区 放大区 截止区 怎么取好Q值 Q值也就是 静态工作点 它与那些因素有关呢 当电路没有加入信号源时 直流电源VCC为电路提供的静态值 它包括IB IC UCE UCE VCC ICRC 要取好IB IC UCE我们要控制好哪些参数呢 条件 与RB的关系 增大RB Q点下移 减小RB Q点上移 问题 UCE VCC ICRC 与VCC的关系 升高VCC 平行右上移 减小VCC 平行左下移 问题 条件 UCE VCC ICRC 改变Rc 保持Rb VCC 不变 直流负载线斜率改变 则Q点向饱和区移近 与RC的关系 条件 问题 增大Rc UCE VCC ICRC 这种电路的不足 如图所示 温度对三极管的影响 交流负载线 0 温度升高前的输出特性曲线和静态工作点 温度升高后的输出特性曲线和静态工作点 ICB0增加 造成ICQ增加 增加 IBQ增加 这种电路虽然结构简单 但是最大的缺点是静态工作点不稳定 当环境温度变化 电源电压波动 或者更换三极管时 都会使原来的静态工作点改变 严重时会使放大器不能工作 总结 1 分压偏置电路 它的静态工作点 与三极管本身的参数无关 它只取决于外接电路的UCC和RB1 RB2 RE 2 射极电容C作为旁路电容 通交隔直 提高输出级的放大倍数的作用 因为在交流电路分析中 如果RE被引入电路是要增加电源的功耗 当加入RE时 输出的信号有一部分消耗到了RE上 现在 加入了C1 那么对于交流电 这完全是被短路了 所以不会影响输出 3 这种电路在工程上经常用到 大家一定要熟练掌握 凡是将放大电路输出端的信号 电压或电流 的一部分或全部引回到输入端 与输入信号叠加 就称为反馈 引回的信号削弱了输入信号 引回的信号增强了输入信号 1 反馈的定义 负反馈 正反馈 负反馈对放大性能的影响 在深度负反馈条件下 即1 AF 1时 此时 闭环放大倍数仅取决于反馈系数F 而与开环放大倍数A无关 通常反馈网络仅由电阻构成 反馈系数F十分稳定 所以 闭环放大倍数必然是相当稳定的 诸如温度变化 参数改变 电源电压波动等明显影响开环放大倍数的因素 都不会对闭环放大倍数产生多大影响 如某放大器的开环放大倍数A 1000 由于外界因素 如温度 电源波动 更换元件等 使其波动变化值为10 若反馈系数F 0 009 则闭环放大倍数 1000 1 1000 0 009 100 此时波动10 变化量只为1 可见放大倍数的稳定性大大提高了 即用降低放大倍数的代价换取提高放大倍数的稳定性 负反馈的作用 稳定静态工作点 稳定放大倍数 改善输入电阻和输出电阻 扩展通频带 改善输出信号波形 负反馈作用举例 无负反馈时产生正半周大负半周小的失真 引入负反馈后 失真了的信号经反馈网络又送回到输入端 与输入信号反相叠加 得到的净输入信号为正半周小而负半周大 这样正好弥补了放大器的缺陷 使输出信号比较接近于正弦波 例二 放大量和反馈量成倒数关系 电路将产生自激 去除信号源也将产生信号的输出 放大量过大 输出信号将不断增加 如果无及时的限制措施 信号将出现严重失真 此时反馈量过大 信号将不断衰减 直到消失 下面对AF进行讨论 正反馈 当 AF 1时 当 AF 1时 当 AF 1时 第二章基本电路验证与分析 2 电源电路 集成稳压电源设计 它个各部分组成是什么 1 整流二极管的选择UZMAX 2UO 这里的Uo为变压器副线圈输出的有效值 选择应该是反相电压大于UZMAX的为整流管 2 电容C1的选择选择耐压值大于1 1 2UO大约为1 55倍的UO 3 变压器的选择 应该选择变压电压大于稳压块电压 电流大于需要的输出电流的变压器 对于器件的选择我们再总结一下 经过电容输出的电压为1 2UO 73 4 C3作为旁路电容 滤除输入线上窜入的干扰信号 防止自激 选择电容大小一般是0 3uF C2和C4作为耦合电容 滤除输出线上的干扰 和自激 以及对输出线上电压的突变 提供储能的作用 5 稳压块 1 LM7805的引脚及功能 Input 电压输入端 其输瑞入电压范围为7 35V Ground 电源地端 Output 电压输出端 典型值为5V 最大电流 1 5A 74 Ground 电源地端 Input 电压输入端 其输人电压范围为 14 5 35V Output 电压输出端 典型值为 12V 最大电流 1 5A Adjust 调节端 Output 电压输出端 可输出1 25 37V可调的电压 Input 电压输入端 其输人电压最大值为40V 78 79系列的基本应用电路 2 LM7912的引脚及功能 3 LM317的引脚及功能 最大电流 1 5A 75 设计一个输出 3 12正负可调电源 题目 76 1 正常工作时 输出端和调整端间的电压VREF固定为1 25V 对于调节范围为3 12V的LM317的连接问题 2 要使稳压块正常工作 必须保证输出端和调整端间的电流大于3 5mA 所以 如果取电流为6mA 那么R1MAX 1 25V 6mA 208 因此 Rl可选用200 的普通碳膜电阻 3 若输出电压取12V 根据公式VO 1 25 1 R2 R1 V R2 1720 因此 R2可选用2k 的精密绕线电位器 77 上述电路分析总结 1 在电路应用中要注意器件的选择问题 2 电路中的地 不是0V 是公共端 电压的输出是压差决定的 所以要注意共地问题 UXX 为W78XX固定输出电压UO UXX UZ 扩压的电路 IO I2 IC 扩流的电路 当IO较小时 UR较小 T截止 IC 0 当IO IOM时 UR较大 T导通 IO IOM IC R可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定 即R UBE IOM 提高输出电压和扩流电路 79 扩流扩压电路测试 扩流电路 扩压电路 80 开关电源 特点 由于稳压调整管工作在线性区 因此管耗很大 电源效率为原来的 40 60 而开关管让稳压调整管工作在开关状态 所以电源效率高 80 90 稳压宽 滤波效果好 在电子设备产品中被广泛应用 81 原理分析 第二章基本电路验证与分析 3 集成运算放大器 什么是集成运算放大器 集成运算放大器的特点 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路 是发展最早 应用最广泛的一种模拟集成电路 高增益 Auo高 80dB 140dBrid高 105 1011 ro低 几十 几百 KCMRR高 70dB 130dB 这些优点怎样表现在参数上 高可靠性 低成本 小尺寸 运算放大器的特点介绍 工作在线性区 1 理想运放两输入端电位相等 虚短 uo Audui Aud uP uN uP uN uo Aud 0 uP uN 2 理想运放输入电流等于零 虚断 理想的Rid iP iN 0 工作在非线性区的特点 输出只有两种可能 Uo sat 或 Uo sat 当u u 时 uo Uo sat u u 时 uo Uo sat 1 反相比例运算原理 3 电压放大倍数的计算 由于i1 if 联立公式得 2 满足虚短 1 由于反馈电阻的存在工作在线性区 i i 0 输入电阻无穷大 u u 0 那么 满足虚断 结论 1 通过式子我们可以看到 反相比例运算放大器的电压输出与原方向相反 输入电压为正时 输出为负压 输入为负时 输出为正 2 当R1 RF时 电压的放大倍数为 1 如果电路要检测负压 可以通过此电路完成 2 同相比例原理 那么 虚断 i i 0 虚短 u u ui i1 if 1 由于反馈电阻的存在工作在线性区 由此可得 反相加法电路原理 虚短u u 0 平衡电阻 R2 Ri1 Ri2 RF 虚断 i 0 ii1 ii2 if 减法运算电路原理 由虚短可得 由虚断可得 当R1 R2 R3 RF 当R1 R2 R3 RF 常用做测量放大电路 当R1 R3 R2 RF 1 双极性电压变单极性电路 分析 1 第一级采用电压跟谁器形式 那么它对前一级和后一级影响小 带入公式可得 2 单极性电压变双极性电路 仪表放大器电路 积分运算电路 由虚短及虚断性质可得 若输入信号电压为直流 那么 i1 if 三角波发生器 微分运算电路 i1 if 由虚短及虚断性质可得 分为低通滤波 高通滤波 带通滤波 带阻滤波 滤波器的理想特性和实际滤波器特性 有源滤波电路 模拟开关 采样存储电容 控制信号 模拟输入信号 电压跟随器 1 电路 采样保持电路 采样保持电路 多用于模一数转换电路 A D 之前 由于A D转换需要一定的时间 所以在进行A D转换前必须对模拟量进行瞬间采样 并把采样值保存一段时间 以满足A D转换电路的需要 信号测试电路 1 二极管的作用 2 观察二极管正接时输出波形 当二极管反接时的输出波形 电压比较器 理想运放工作在非线性区的特点 当u u 时 uo Uo sat u u 时 uo Uo sat 饱和区 条件 没有负反馈回路 电压比较器电路设计 1 此电路为过零比较器 因为和负向端比较是零电位 如果负相端是其他电压查看输出波形情况 文氏桥震荡电路 1 特点 1 当R1 R2 C1 C2时 正反馈量最大为原来的1 3 所以 起振条件为 A为放大 倍数 由同相比例放大器公式 所以起振时 RF 2R1 当电路稳定后 需要RF 2R1 否则 幅值将不断增加 2 震荡频率为 文氏桥电路设计测试 1 题目设计一个1KHZ的正弦波信号 分析 1 输出电压较小时 由于没达到二极管的启动电压 所以二极管不导通 电压放大很快 2 当达到二极管的启动电压时 R5不再起作用 所以 R5的大小决定了启动速度 3 R3决定了输出的幅值 它会在R3和R5以及二极管之间 寻找到一个平衡点 使信号达到稳定 功率放大器 第二章基本电路验证与分析 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路 特点 输出信号电压大 输出信号电流大 放大电路的输出电阻与负载匹配 电压放大器与功率放大器的区别 电压放大 不失真地提高输入信号的幅度 以驱动后面的功率放大级 通常工作在小信号状态 功率放大 信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率 通常工作在大信号状态 那么什么是功率放大器 功率放大电路中三极管的三种工作模式 甲类 Q点适中 信号在整个周期内都能通过 效率 50 甲乙类 Q点接近截止区 导通大于半个周期 效率介于甲类和乙类之间 乙类 Q点在截止区 半个周期导通 效率 78 那么为什么甲类工作效率低乙类工作效率高 甲类工作电路 乙类工作电路 功率放大器内部的两种结构电路 OTL电路 OCL电路 LM386集成功率放大器的应用 输出电容 OTL 频率补偿 抵消电感高频的不良影响防止自激等 调节电压放大倍数 第二章基本电路验证与分析 555定时器及应用 低电平触发端 高电平触发端 电压控制端 复位端低电平有效 放电端 4 5 16V 它是一种应用方便的中规模集成电路 广泛用于信号的产生 变换 控制与检测 因为它是3个5K 电阻分压 所以被叫做555定时器 什么是555定时器 0 0 1 555定时器的工作原理 2VCC 3 VCC 3 0 0 0 1 1 2VCC 3 VCC 3 1 0 0 1 1 1 1 0 2VCC 3 VCC 3 1 1 1 0 0 由555定时器构成的多谐振荡器 Uo 0 Uo 1 保持区 TH TR GND DIS VO VCC RD VCO 滤除高频干扰信号 第一个暂稳态的脉冲宽度tp1 即uc从VCC 3充电上升到2VCC 3所需的时间 第二个暂稳态的脉冲宽度tp2 即uc从2VCC 3放电下降到VCC 3所需的时间 Uo 0 Uo 1 保持区