#蓝桥杯嵌入式#电路模电基础知识

电路基础

基础概念

• 电路：电流的通路。由多个电气元件（或电器设备）为实现能量的传输，或为实现信息传递和处理而连接成的整体。
• 电压：电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点之间的电压
• 恒定电压/直流电压：大小和方向不随时间变化的电压
• 电功率/功率：单位时间内元件所吸收或发出的电能
• 电阻：反映电能消耗的电路参数
• 电导：电阻的倒数称为电导，用大写字母G表示。单位是西门子(西)
• 电容：通高频，阻低频；通交流，隔直流（可以制成滤波器）
• 复数
  

计算

这里主要是简单记录一下计算方法，具体的还要看题

等效电路

基尔霍夫定律

戴维南定理

换路定律

• 换路时电容上的电压，电感上的电流不能跃变．即
  
  

一阶电路响应方程

单一元件参数电路

• 电阻
  
  
  
• 电感
  
  
• 电容
  
  
• 小结
  

模拟电子

PN结

• N型半导体（电子型半导体）：
  • 在本征半导体中掺入少量的五价元素，如磷或砷
  • 不能移动的正离子，可移动的多子电子和少子空穴
• P型半导体（空穴型半导体）：
  • 在本征半导体中掺入三价元素，如硼或铝、镓
  • 不能移动的负离子，可移动的多子空穴和少子电子
• PN结形成
  • P型半导体和N型半导体交界
  • 由浓度差导致扩散运动，P区的空穴向N区扩散并与电子复合，N区的电子向P区扩散并与空穴复合
  • 由杂质离子形成空间电荷区
  • 空间电荷区形成内电场
  • 内电场促使少子漂移，阻止多子扩散
  • 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡（扩散=漂移）
  • PN结形成
• PN结的反向击穿
  • 加大PN结的反向电压到某一值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结击穿
  • 雪崩击穿：PN结中的中性原子碰撞时，能把价电子从共价建中碰撞出来，产生新的电子空穴对。通常发生在掺杂浓度较低的PN结中
  • 齐纳击穿：反向电压大到一定值时，强电场足以将耗尽区内中性原子的价电子直接拉出共价键
  • 雪崩击穿和齐纳击穿均为电击穿，是可逆的，而热击穿是不可逆的

二极管

• 二极管分类：
  
• 稳压二极管：
  • 工作于反向击穿区
  • 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻，起限流作业
• 整流二极管
  • 二极管的最大反向工作电压就是峰值电压，U_RM=√2U₂
  • 单相桥式整流
    
• 二极管限幅电路
  
• 总之：二极管的用途如下：
  • 整流：将正弦交流信号变为直流信号
  • 检波：将周期非正弦信号变为单向信号
  • 钳位(限幅)：二极管一端与固定电位相连接，另一端 不高于（低于）该电位。不同方向钳位构成限幅电路
  • 开关：用于数字电路
  • 元件保护：二极管反向并联，限制其端电压
  • 温度补偿：利用半导体的温度特性

三极管

• NPN型和PNP型
• 三个区: 发射区、基区和集电区,
• 三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极©
• 两个PN结：发射结，集电结
  
  
• 计算示例
  
  

放大电路

• 计算

集成运放放大器

• 组成：输入级，中间放大机，输出级，偏置电路(作用于各级电路)

• 输入级：差动放大电路

  • 基本形式
    • 两种输入信号：共模输入，差模输入
    • 对共模信号没有放大作用
    • 差模电压放大倍数和单管放大电路的电压放大倍数相同，但抑制了零漂
  • 长尾式(具有射极偏置电阻的差放电路)
    • 差分放大电路对共模信号的抑制
      • 利用了电路参数对称性所起的补偿作用，使两只晶体管的集电极电位变化相等；
      • 利用了发射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化。
    • 长尾电阻Re的接入使共模放大倍数减小，降低了每个管子的零点漂移，但对差模放大倍数没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。
    • Re愈大，抑制零漂的效果愈好
  • 恒流源式
    • 电路产生背景：在长尾式差分放大电路中，RE越大，抑制零漂的能力越强。但RE的增大是有限的
      

• 中间级

  • 主要任务是提供足够大的电压放大倍数
  • 要求中间级本身具有较高的电压增益，同时为了减少对前级的影响，还应具有较高的输入电阻
  • 有时采用复合管的结构形式，这样可以有很高的电流放大系数β，以便提高本级的电压放大倍数，而且能够大大提高本级的输入电阻，特别是在前级采用有源负载时，其效果是提高了集成运放总的电压放大倍数

• 输出级——功率放大电路

  • 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属于功率放大，一般采用互补对称的功率放大电路

• 偏置电路——电流源电路

  • 作用
    • 为各级电路提供稳定的直流偏置电流
    • 取代电阻作为放大电路的有源负载，可提高单级放大器的增益

• 小结

  • 输入级： 减小零漂，提高共模抑制比
  • 中间级：提供很高的电压放大倍数，具有很高的输入电阻
  • 输出级和过载保护：提高运放的输出功率和带负载能力
  • 偏置电路

负反馈放大电路

• 反馈判断
  • 看输入输出之间是否有反馈通路，且要对净输入信号有影响；
  • 采用瞬时极性法判别正负反馈，若是负反馈，需进一步判断反馈的组态；
    • 同端：同号是正反馈，异号是负反馈
    • 不同端：异号是正反馈，同号是负反馈
  • 从输出端，判别电压、电流反馈----反馈信号直接从输出电压取为电压负反馈，否则为电流负反馈；
    • 除公共接地线外，若输出信号与反馈信号从同一点引出，则为电压反馈
    • 若输出信号与反馈信号从不同点引出，则为电流反馈
  • 从输入端，判别串联、并联负反馈—若输入端信号和反馈信号加在放大电路的不同端即信号以电压串联形式叠加的为串联负反馈；若输入端信号和反馈信号加在放大电路的同一端即信号以电流并联形式叠加的并联负反馈。
    • 输入信号和反馈信号分别加在2个输入端上是串联反馈，加个同一个输入端上是并联反馈
• 负反馈对放大器性能的影响
  • 放大倍数下降
  • 提高放大倍数的稳定性
  • 改善非线性失真
  • 展宽频带
  • 改变电阻
    • 输入电阻：串联负反馈增大，并联负反馈减小
    • 输出电阻：电流负反馈增大，电压负反馈减小

信号的运算、处理及波形发生电路

• 理想运放
  • 集成运放的各项技术指标理想化
  • 开环差模电压增益Aod = ∞；
  • 差模输入电阻RId = ∞；
  • 输出电阻Ro = 0；
  • 共模抑制比KCMR = ∞；
  • 上限截止频率fH = ∞；
  • 输入失调电压、失调电流以及它们的零漂均为零。
• 想运放的差模输入电压等于零—虚短
• 理想运放的输入电流等于零–虚断
• 运算电路
  • 反相比例运算电路
    
    • 由于虚断，故i+ = 0，即R2上没有压降，则u+ = 0；
    • 又因虚短，可得 u+=u-= 0，这说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为虚地
  • 同相比例运算电路
    
  • 差分比例运算电路—减法放大器
    
  • 加法运算电路
    
    
    
  • 积分运算电路
    
  • 微分运算电路
    
• 各种滤波器
  
  • 有源带通滤波器
    

直流电源