详解20个常见的模拟电路

桥式整流电路

二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。其伏安特性曲线，如下图。

理想开关模型和恒压降模型：理想模型指的是在二极管正向偏置时，其管压降为0，而当其反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零，就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后，其管压降为恒定值，硅管为0.7V，锗管0.5V。

桥式整流电流流向过程：当u2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而二极管Vd3和Vd4截止，负载RL的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压。在u2的负半周，u2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压。

电源滤波器

电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。

波形形成过程

输出端接负载RL，当电源供电时，向负载提供电流的同时也向电容C充电，充电时间常数：τ=(Ri∥RL·C)≈Ri·C

一般Ri远小于RL，忽略Ri压降的影响，电容上电压将随u2迅速上升。

当ωt=ωt1时，有u2=u0，此后u2低于u0，所有二极管截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RLC，放电时间慢，u0变化平缓。
当ωt=ωt2时，u2=u0, ωt2后u2又变化到比u0大，又开始充电过程，u0迅速上升。
当ωt=ωt3时，有u2=u0，ωt3后，电容通过RL放电。

如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，RL上的电压波动大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。

滤波电容的容量和耐压值选择

电容滤波整流电路输出电压Uo在√2·U2~0.9·U2之间，输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小。

电容容量RLC≧(3~5)·T/2，其中T为交流电源电压的周期。实际中，经常进一步近似为Uo≈1.2·U2整流管的最大反向峰值电压URM=√2·U2，每个二极管的平均电流是负载电流的一半。

信号滤波器

信号滤波器的作用：把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。

与电源滤波器的区别和相同点

区别：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。

相同点：都是用电路的幅频特性来工作。

LC串联和并联电路的阻抗计算

串联时，电路阻抗为：

Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC)

并联时，电路阻抗为：

考虑到实际中，常有R<<ωL，所以有：

幅频关系和相频关系曲线，如下：

通频带曲线，如下图所示。

微分&积分电路

微分和积分电路，如下图。

微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中，以获取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息，例如提取时基标准信号等。

积分电路使输入方波转换成三角波或者斜波，主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。其主要用途有：

在电子开关中用于延迟；
波形变换；
A/D转换中，将电压量变为时间量；
移相。

共射极放大电路

共射极放大电路如下图。

共射极放大电路的结构简单，具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入和输出电阻适中，但工作点不稳定，一般用在温度变化小，技术要求不高的情况下。

特点：

输入信号和输出信号反相。
有较大的电流和电压增益。
一般用作放大电路的中间级。
共射极放大器的集电极跟零电位点之间是输出端，接负载电阻。

分压偏置式共射极放大电路

分压偏置式共射极放大电路，如下图。

分压偏置式共射极放大电路即基极分压式射极偏置电路，是BJT的放大电路的三种组态之一。三种组态分别为：共射，共集，和共基。

其中共集组态具有电流放大作用。输入电阻最高，输出电阻最小。共基组态具有电压放大作用，输入电阻最小，输出电阻较大。而共射组态既具有电压放大也具有电流放大作用。输入电阻居中，输出电阻较大。

因此，共集组态多用于多级放大电路的输入级或输出级或缓冲级。共基组态常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。而共射组态常用于放大电路的中间级。

共集电极放大电路

共集电极放大电路(射级跟随器)，如下图所示。

共集电极放大电路是从发射极输出信号的，信号波形和相位基本与输入相同，因而又称射极输出器或射极跟随器，简称射随器，常用作缓冲器使用。

共集电极放大电路常作为电流放大器使用，它的特点是高输入阻抗，电流增益大，但是电压输出的帽度几乎没有放大，也就是输出电压接近输入电压，而由于输入阻抗高而输出阻抗低的特性，也常作为阻抗变换器使用。

电路反馈框图

电路反馈框图，如下。

反馈，就是把放大电路的输出量的一部分或全部，通过反馈网络以一定的方式又引回到放大电路的输入回路中去，以影响电路的输入信号作用的过程。

放大电路静态工作点会随温度的变化而上下波动，其放大倍数不稳定，为了稳定放大电路的静态工作点，可采用分压式工作点稳定电路，在电路中引入一个直流电流负反馈。

为了提高输入电阻，降低输出电阻，可采用射极输出器，在射极输出器电路中引入电压串联负反馈。

二极管稳压电路

二极管稳压电路，如下图。

稳压二极管，是指利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。

串联稳压电路

串联稳压电路，如下图。

串联型稳压电路，除了变压、整流、滤波外，稳压部分一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。

当电网电压或负载变动引起输出电压V0变化时，取样电路将输出电压V0的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较。

其产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管集—射极间的电压，补偿V0的变化，从而维持输出电压基本不变。

差分放大电路

差分放大电路，如下图。

差分放大电路具有电路对称性的特点，此特点可以起到稳定工作点的作用，被广泛用于直接耦合电路和测量电路的输入级。

差分放大电路有差模和共模两种基本输入信号，由于其电路的对称性，当两输入端所接信号大小相等、极性相反时，称为差模输入信号；当两输入端所接信号大小相等、极性相同时，称为共模信号。通常我们将要放大的信号作为差模信号进行输入，而将由温度等环境因素对电路产生的影响作为共模信号进行输入，因此我们最终的目的，是要放大差模信号，抑制共模信号。

差分放大电路是直接耦合放大电路的基本组成单元，该电路对于不同的输入信号有不同的作用，对于共模信号起到很强的抑制作用，而对差模信号起到放大作用，并且电路的放大能力与输出方式有关。

场效应管放大电路

场效应管放大电路，如下图。

场效应管与晶体管一样，也具有放大作用，但与普通晶体管是电流控制型器件相反，场效应管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。

场效应管的3个电极，即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极。

MOS管能工作在放大区，而且很常见。做镜像电流源、运放、反馈控制等，都是利用MOS管工作在放大区。由于MOS管的特性，当沟道处于似通非通时，栅极电压直接影响沟道的导电能力，呈现一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离，因此其输入阻抗可视为无穷大，当然，随频率增加阻抗就越来越小，一定频率时，就变得不可忽视。这个高阻抗特点被广泛用于运放，运放分析的虚连、虚断两个重要原则就是基于这个特点。这是三极管不可比拟的。

选频(带通)放大电路

选频(带通)放大电路，如下图。

选频放大电路通常位于接收系统的前端，放大的信号幅度小、频率高，亦称高频小信号谐振放大器或带通放大器。

运算放大电路

运算放大电路如下图。

电路中的运算放大器，有同相输入端和反相输入端，输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器，而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。

同相输入的输入阻抗高，反相输入的输入阻抗低。同相输入的输入阻抗基本上由同相端并联的偏置电阻决定，这个电阻可以用得很大；反相输入时，由于有反馈电阻并联于反相端与输出端之间，这个反馈电阻不可能用得很大，所以反相输入的输入阻抗比较低。

差分输入运算放大电路

差分输入运算放大电路，如下图。

输出电压与运放两端的输入电压差成比例，能实现减法运算。常用作减法运算以及测量放大器。

电压比较器

电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。

电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。

RC振荡电路

采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。电路由放大电路、选频网络、正反馈网络，稳幅环节四部分构成。主要优点是结构简单，经济方便。根据RC选频网络的不同形式，可以将RC振荡电路分为RC超前（或滞后）相移振荡电路和文氏电路振荡电路。

LC振荡电路

LC电路，也称为谐振电路、槽路或调谐电路，是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容（用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以用作电谐振器（音叉的一种电学模拟），储存电路共振时振荡的能量。

LC电路既用于产生特定频率的信号，也用于从更复杂的信号中分离出特定频率的信号。它们是许多电子设备中的关键部件，特别是无线电设备，用于振荡器、滤波器、调谐器和混频器电路中。

石英晶体振荡电路

石英晶体是石英晶体谐振器的简称，将二氧化硅结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层，并作为两个极引出管脚，加以封装，就构成石英晶体谐振器。它具有非常稳定的固有频率。

石英晶体的形状呈六角形柱体，需切割成适当尺寸之后才能使用。为得到不同振荡频率的石英晶体，加工时需采用不同的切割方法。将一个切割的石英晶体夹在一对金属片中间就构成了石英晶振，它具有压电效应，即在晶片两极外加电压，晶振就会产生变形：反之如果外力使晶片变形，则在两极金属片上又会产生电压，若加适当的交变电压，石英晶体便会产生谐振。当所加的交变电压频率恰为石英晶体自然谐振频率时，其振幅最大。