电子线路

电子线路分析ElectronicCircuitAnalysis通常的双管脉冲电路，总是一只管导通，另一只管截止。但是互补管脉冲电路不同，它具有如下特点：（1）两管同时导通或同时截止。（2）一端输出波形为陡上升慢下降，另一端输出波形为陡下降慢上升，因此，两端输出通过微分后，就获得一对极性要相反而又十分陡直的尖脉冲。注意：这种电路引起电源功率波动较大，因为当两管从截止转至导通时，电流从零增至某数值。一、互补管双稳态电路互补管双稳态电路见图1（a）。当接通电源后，若无触发信号作用，由于集极电流极小，Rc1、Rc2的端电压[供电给两管的偏流]也很小，故两管都截止，电路处于一种稳定状态。图1、互补管双稳态电路互补管脉冲电路当触发脉冲作用下，设BG1由截止转入放大，并产生下述的雪崩式正反馈过程很快地使两管饱和导通，处于另一稳定状态，电容C1是加速电容，由图1（b）可见，uc1从Ec陡直地下降至零，而Uc2却从零陡直地上升至Ec。要使状态回到原来的稳态，必须供给BG1或BG2的基极一个负尖脉冲，正反馈的翻转过程与上述类似，电路图1（C）是单端输出电路，图2是另一类互补双稳电路，它直接从普通的双稳电路转变过来。互补管脉冲电路二、互补管多谐振荡电路互补管多谐振荡电路见图3。该电路仍然由两级集基阻容耦合的倒相器组成，当电路接通电源时，两管不能马上导通，因为CA、CB的充电路径是：Ec→R2→CA→Rc1；CB的充电路径是：Ec→Rc2→CB→R1.当CA和CB充电到一定数值后，UCA、UCB作为两管基极回路的正向偏置电压，使Ib1、Ib2增加，由于正反馈的作用，很快地使BG1、BG2饱和，这是一种暂稳态饱和一开始，CA经Rb2、BG2的发射结构及电阻Rc1放电（CA放完电后，双被Uc1反向对CA充电，这时，UcA为左正右负）而CB通过Rc2、BG1的的发射结及Rb1放电，随着CA、CB放电过程，Ube1不断增加，而Ube2不断减小，直至两管由饱和退至放大状态，从而引起下列“雪崩”式的正反馈：互补管脉冲电路结果使BG1、BG2截止，接着CA、CB又进行充电，如此重复。就可获得如图3（b）的输出脉冲波，设电路对称，即CA=CB=C，Rb1=Rb2=Rb,R1=R2=R,Rc1=Rc2=Rc脉冲宽度为：t1=c(Rb+rbe)In{Ec/[Ubes+(Ec/Rb)Rc]}t2≈0.7Rc选择晶体管的β应满足Rb＜βRc，根据图3（a）电路的参数可算出t1=10毫秒，t2=750毫秒，占空比(t1/t2)=75.三、其他的互补管脉冲电路其他的互补管脉冲电路有以下三种。1、互补管单稳态电路图4示出两种形式的互补管单稳态电路，图4（b）为常态时两管饱和的互补管单稳态电路。当满足条件，R2＜β1、R1及R3＜β2、R4时电路处于两管饱和的稳态，当负脉冲作用于BG1基极，BG1退出饱和，且引起反应Uc1↑→Ub2↑→Uc2↓→Ub1↓。正反馈连锁反应的结果，使BG1、BG2均截止，此为暂稳态。此时C通过R2、R4及电源放电，放电完后又进入两管饱和的稳定状态。二极管D是防止C的电压击穿BG1的基-射结，脉冲宽度为：tr=0.7(R2+R4)C图4（b）为常态时两管截止的互补单稳态电路图4、互补管单稳态电路互补管脉冲电路2、互补管施密特触发器图5为互补管施密特触发器，本电路是依靠直流电位触发的施密特电路，在工作过程中。两管同时饱和或同时截止。当ui处于低电平时，由ui和-Eb所引起的ub1为负值，BG1截止，又因R3无电源，所以BG2也截止，处于一种稳定状态。当ui上升到高电平时，ub1达到BG1的导通阀电压，BG1开始导通，经过BG1、BG2的连锁正反馈作用。最后使BG1、BG2同时导通，这是另一种稳定状态。R5与电路因差的大小有关，R5越大，回差就越小。图5、互补管施密特触发器图6、互补管的锯齿波电路3、互补管的锯齿波电路图6为互补管的锯齿波电路，这是自激式互补的锯齿波电路，其中由BG1、BG2组成开关器，以控制定时电容C的充放电，BG3为恒流管。当BG1、BG2均截时，恒流Ic3对C充电（极性如图6所示）输出电压uo随时间线性下降，这是扫描电压的正程，当电容电压Uc下降到BG2的导通阀电压时，BG2开始导通，BG1、BG2经过正反馈连锁反应时到达了饱和状态，此时C经过BG1、BG2一直停留在饱和状态而不返回到截止状态。互补管脉冲电路这里介绍的光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管组合起来的器件，发光二极管是把输入边的电信号变换成相同规律变化的光，而光脉敏三极管是把光又重新变换成变化规律相同的电信号，因此，光起着媒介的作用。由于光电耦合器抗干扰能力强，容易完成电平匹配和转移，又不受信号源是否接地的限制。所以应用日益广泛。一、用光电耦合器组成的多谐振荡电路用光电耦合器组成的多谐振荡电路见图1。当图1（a）刚接通电源Ec时，由于UF随C充电而增加，直到UF≈1伏时，发光二极管达到饱和，接着三极管也饱和，输出Uo≈Ec。三极管饱和后，C放电（由C→F→E1→Er和由C→RF→+Ec→Re两条路径放电），uo减小，二极管在C放电到一定程度后就截止，而三极管把储存电荷全部移走后，接着也截止，uo为零。三极管截止后，电源Ec又对C充电，重复上述过程，得出图示的尖峰输出波形，其周期，为（当RF》Re时）：T=C（RF+Re）In2图1（b）是原理相同的另一种形式电路。图1、用光电耦合的多谐振荡器光电耦合器脉冲电路二、用光电耦合器组成的双稳态电路用光电耦合器组砀双稳态电路如图2所示。电路接通电源后的稳态是BG截止，输出高电位。在触发正脉冲作用下，ib增加使BG进入放大状态，形成ib↑→if↑→ib↑↑,结果BG截止，这种电路比普通的触发顺具有更高的抗干扰能力。若设BG的极限电流Ic=6毫安，则R2=取为：R2≥(13-1)/(6×10)=24欧限流电阻R1可按下式计算R1≥(E-IbmRce2min)/Ibm式中：Ibm是晶体管的最大基极电流，Rce2min是光敏三极管集射间的最小电阻值。图2、用光电耦合的双稳态电路三、用光电耦合器组成的整形电路由于用光电耦合器组成的脉冲耦合电路，其前后沿时间都比较大，因此在耦合器后面接一级晶体管的整形放大电路。见表一列出几种整形电路的应用实例。光电耦合器脉冲电路光电耦合器脉冲电路四、用光电耦合器组成的斩波电路用光电耦合器组成的斩皮电路见表二光电耦合器脉冲电路在电子工程中，常常到正弦信号，作为信号的源的振荡电路，主要的要求是频率准确度高、频率稳定性好、波形失真小和振幅稳定度高等，但对高频能源的振荡电路有以下几种：（1）LC振荡电路：它适用于几十千赫至几百兆赫的频率范围（高频率和超高频）（2）RC振荡电路：适用于声频和超声频范围（从几赫至1赫）（3）晶体振荡电路：用于生产频率稳定度较高的振荡电路，频率低于3千赫时常用音叉振荡电路代替，而频率高于几十兆赫时常用泛音晶体振荡电路，随着集成化技术的发展，已有多种晶体振荡器的集成电路，如国产的ZWB-1和ZWB-2型等。相位和振幅平衡条件：反馈式的振荡电路主要是由基本放大器和反馈网络组成，如图91所示，因此，振荡电路实际上是一个闭环的正反馈电路，其闭环增益为：Kf=Uf/Ui=KF=要使电路产生振荡，则必须反馈电压Uf和输入电压Ui同相，所以本位平衡条件为Φk+Φf=2nπ------------------------------------式一（n=0,1,2,........而且，要求|Uf|≥|Ui|,所以振幅平衡条件为：KF≥1-------------------------------------------式二如果满足了这两个平衡条件，则电路产生振荡，由于振荡器的晶体管工作在非线性区域，所以包含了丰富的谐波成分，而只有某一频率才能满足上述的两个平衡条件，从而产生了单一频率的正弦振荡。正弦振荡电路图1图2一、变压器反馈式振荡电路图2（a)为变压器反馈振荡电路，其正反馈过程是：若输入Ui为上正下负，对于振荡频率，回路谐振的并联阻抗为电阻性，所以输出电压Uo与Ui反相，即Uo为上负下正，由于同名端决定了Uf为上正下负，Uf正好与Ui同相，只要晶体管的β足够大和变压器的匝数比合适，电路一定能够振荡，还可以证明电路的起振条件和振荡频率分别为：β≥rbeRC/M------------------------式3f≈1/2π----------------------式4式中：rbe为基极与射极度之间的交流等效电阻，R为次级折算到初级的等效电阻，M为互感系数。二、三点式振荡电路1、三点式电路相位条件的判别法正弦振荡电路二、三点式振荡电路1、三点式电路相位条件的判别法图3（a）为三点式振荡器的交流等效电路，从相平衡条件可以推论出：凡与晶体管发射极相接的电抗Xbe、Xce应性质相同，而不与发射极连接的另一电抗元件，Xcb的性质应与前两者相反。可以从相量图来检查上述结论的正确性，设Xbe、Xce为容性，Xcb为感性；因振荡时回路谐振于振荡频率，回路呈电阻性：所以Uo、Ui反相及Ic、IL反相；又因Xbe、Xce为容性，故IC比UO超前90度。因Xcb为感性，所以Uf比IL滞后90度，其相量图如图3（b）示，从图可见，Uf与Ui同相，上述结果得到证明。图3图42、电容三点振荡电路（考毕兹电路）图4（a)为三点振荡电路及其交流等效电路，从图4（b）看出，与发射极相接为电容，集极度与基极之间接电感，服从于共射三点振荡电路对电抗性的要求，故能振荡，该电路的起振条件和振荡频率为：β≥C2/C1----------------------------------式5正弦振荡电路f≈-（1）/式6一般反馈系数F=C1/C2取0.5-0.01之间，由于该电路的输入端接电容，而容抗又随频率增加而减小，所以输入电压中的高次谐波分量将明显地受到抑制，使输出波形良好，该电路的缺点是：用调节电容来改变频率时，会使反馈系数改变，所以通常用改进型的电容三点振荡电路。正弦振荡电路一、自激间歇振荡电路图一（a）为自激间歇振荡电路，当电路接通电源时，（t=to），电流经变压器初级流向集电集，产生了感应电压ui及次级感应u2（u1为上正下负，u2为下正上负）u2使ub和ui增加，从而引起了“雪崩”式的正反馈：结果使BG饱和，ic随时间线性增加，u2对C充电，ub不断减小，一直减小到BG退出饱和时（t-t1），又开始另一“雪崩”式的正反馈：结果使BG截止，ic=0oC入放电，ub电压增加，又引起正反馈，如此正反馈，如此下去，BG间歇地工作，各种波形的变化如图一（b）示，图1、自激式间歇振荡电路间歇振荡电路二、他激间歇振荡电路图2为他激间歇振荡电路，由于偏置压力为零，所以要靠外触发才能工作，无触发作用时，BG截止，负触发脉冲经C及D1送到BG的集电极，其反馈过程与上述同，图2、它激间歇振荡电路间歇振荡电路图1是（a）是恒流源锯齿波电路，BG1是开关管，由输入矩形脉冲控制其饱和与截止，BG2是共基恒流管，因此，当BG1截止时，BG2以恒定电流i对C充电，电压uc线性地增长；当BG1饱和时，C通过BG1快速地放电，从而产生锯齿波如图1（b）示。图1、恒流源锯齿波电路图2(a)是一种自举式锯齿波电路，BG1是开关管，C、R分别为定时电容和电阻，BG4共基恒流源，BG2和BG3组成复合管跟随器，当输入ui是负形波时，BG1截止，电容C充电（由Ec→R1→BG4→R→C），B点电位上升，由于射随器（BG2、BG3）作用，使A点电位也上升，称为自举。由于A、B两点的电位差不变，流过R的电流也不变，使C以恒流充电，当输入负矩形脉冲结束后，BG1饱和，C通过它迅速地放电，输出波形如图2(b）示。锯齿波电路图2、自举据齿波电路图3为改进电路，使BG2、BG3的放大系数K大于1，调节电位器Rw，可得波形失真的最佳补偿。图3、K＞1的自举锯齿波电路锯齿波电路