如何看懂電路圖2－－電源電路單元

前 面介紹了電路圖中的元器件的作用和符號。一張電路圖通常有幾十乃至幾百個(gè)元器件，它們的連線縱橫交叉，形式變化多端，初學(xué)者往往不知道該從什么地方開始，怎樣才能讀懂它。其實(shí)電子電路本身有很強(qiáng)的規(guī)律性，不管多復(fù)雜的電路，經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，它是由少數(shù)幾個(gè)單元電路組成的。好象孩子們玩的積木，雖然只有十 來種或二三十種塊塊，可是在孩子們手中卻可以搭成幾十乃至幾百種平面圖形或立體模型。同樣道理，再復(fù)雜的電路，經(jīng)過分析就可發(fā)現(xiàn)，它也是由少數(shù)幾個(gè)單元電路組成的。因此初學(xué)者只要先熟悉常用的基本單元電路，再學(xué)會分析和分解電路的本領(lǐng)，看懂一般的電路圖應(yīng)該是不難的。

按單元電路的功能可以把它們分成若干類，每一類又有好多種，全部單元電路大概總有幾百種。下面我們選最常用的基本單元電路來介紹。讓我們從電源電路開始。

一、電源電路的功能和組成

每 個(gè)電子設(shè)備都有一個(gè)供給能量的電源電路。電源電路有整流電源、逆變電源和變頻器三種。常見的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。直流電源的最簡單的供電方法是用電池。但電池有成本高、體積大、需要不時(shí)更換（蓄電池則要經(jīng)常充電）的缺點(diǎn)，因此最經(jīng)濟(jì)可靠而又方便的是使用整流電源。

電 子電路中的電源一般是低壓直流電，所以要想從 220 伏市電變換成直流電，應(yīng)該先把 220 伏交流變成低壓交流電，再用整流電路變成脈動(dòng)的直流電，最后用濾波電路濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分后才能得到直流電。有的電子設(shè)備對電源的質(zhì)量要求很高，所以有時(shí)還需要再增加一個(gè)穩(wěn)壓電路。因此整流電源的組成一般有四大部分，見圖 1 。其中變壓電路其實(shí)就是一個(gè)鐵芯變壓器，需要介紹的只是后面三種單元電路。

二、整流電路

整流電路是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動(dòng)直流電的電路。

（ 1 ）半波整流

半波整流電路只需一個(gè)二極管，見圖 2 （ a ）。在交流電正半周時(shí) VD 導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí) VD 截止，負(fù)載 R 上得到的是脈動(dòng)的直流電

 

（ 2 ）全波整流

全波整流要用兩個(gè)二極管，而且要求變壓器有帶中心抽頭的兩個(gè)圈數(shù)相同的次級線圈，見圖 2 （ b ）。負(fù)載 R L 上得到的是脈動(dòng)的全波整流電流，輸出電壓比半波整流電路高。

（ 3 ）全波橋式整流

用 4 個(gè)二極管組成的橋式整流電路可以使用只有單個(gè)次級線圈的變壓器，見圖 2 （ c ）。負(fù)載上的電流波形和輸出電壓值與全波整流電路相同。

（ 4 ）倍壓整流

用多個(gè)二極管和 電容器可以獲得較高的直流電壓。圖 2 （ d ）是一個(gè)二倍壓整流電路。當(dāng) U2 為負(fù)半周時(shí) VD1 導(dǎo)通， C1 被充電， C1 上最高電壓可接近 1.4U2 ；當(dāng) U2 正半周時(shí) VD2 導(dǎo)通， C1 上的電壓和 U2 疊加在一起對 C2 充電，使 C2 上電壓接近 2.8U2 ，是 C1 上電壓的 2 倍，所以叫倍壓整流電路。

三、濾波電路

整流后得到的是脈動(dòng)直流電，如果加上濾波電路濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，就可得到平滑的直流電。

  （ 1 ）電容濾波

    把電容器和負(fù)載并聯(lián)，如圖 3 （ a ），正半周時(shí)電容被充電，負(fù)半周時(shí)電容放電，就可使負(fù)載上得到平滑的直流電。

    （ 2 ）電感濾波

    把電感和負(fù)載串聯(lián)起來，如圖 3 （ b ），也能濾除脈動(dòng)電流中的交流成分。

    （ 3 ） L 、 C 濾波

    用 1 個(gè)電感和 1 個(gè)電容組成的濾波電路因?yàn)橄笠粋€(gè)倒寫的字母“ L ”，被稱為 L 型，見圖 3 （ c ）。用 1 個(gè)電感和 2 個(gè)電容的濾波電路因?yàn)橄笞帜?SPAN lang=EN-US>“ π ”，被稱為 π 型，見圖 3 （ d ），這是濾波效果較好的電路。

    （ 4 ） RC 濾波

    電感器的成本高、體積大，所以在電流不太大的電子電路中常用電阻器取代電感器而組成 RC 濾波電路。同樣，它也有 L 型，見圖 3 （ e ）； π 型，見圖 3 （ f ）。

四、穩(wěn)壓電路

    交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化都會使整流電源的輸出電壓和電流隨之變動(dòng)，因此要求較高的電子電路必須使用穩(wěn)壓電源。

    (1 ）穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路

    用一個(gè)穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)的電路是最簡單的穩(wěn)壓電路，見圖 4 （ a ）。圖中 R 是限流電阻。這個(gè)電路的輸出電流很小，它的輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值 V Z 。

    (2 ）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

    有放大和負(fù)反饋?zhàn)饔玫拇?lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的穩(wěn)壓電路。它的電路和框圖見圖 4 （ b ）、（ c ）。它是從取樣電路（ R3 、 R4 ）中檢測出輸出電壓的變動(dòng)，與基準(zhǔn)電壓（ V Z ）比較并經(jīng)放大器（ VT2 ）放大后加到調(diào)整管（ VT1 ）上，使調(diào)整管兩端的電壓隨著變化。如果輸出電壓下降，就使調(diào)整管管壓降也降低，于是輸出電壓被提升；如果輸出電壓上升，就使調(diào)整管管壓降也上升，于是輸出電壓被壓低，結(jié)果就使輸出電壓基本不變。在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上發(fā)展成很多變型電路或增加一些輔助電路，如用復(fù)合管作調(diào)整管，輸出電壓可調(diào)的電路，用運(yùn)算放 大器作比較放大的電路，以及增加輔助電源和過流保護(hù)電路等。

    （ 3 ）開關(guān)型穩(wěn)壓電路

    近年來廣泛應(yīng)用的新型穩(wěn)壓電源是開關(guān)型穩(wěn)壓電源。它的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，本身功耗很小，所以有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但電路比較復(fù)雜。

    開關(guān)穩(wěn)壓電源從原理上分有很多種。它的基本原理框圖見圖 4 （ d ）。圖中電感 L 和電容 C 是儲能和濾波元件，二極管 VD 是調(diào)整管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)為 L 、 C 濾波器提供電流通路的續(xù)流二極管。開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)頻率都很高，一般為幾～幾十千赫，所以電感器的體積不很大，輸出電壓中的高次諧波也不多。

    它的基本工作原理是 : 從取樣電路（ R3 、 R4 ）中檢測出取樣電壓經(jīng)比較放大后去控制一個(gè)矩形波發(fā)生器。矩形波發(fā)生器的輸出脈沖是控制調(diào)整管（ VT ）的導(dǎo)通和截止時(shí)間的。如果輸出電壓 U 0 因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變動(dòng)而降低，就會使矩形波發(fā)生器的輸出脈沖變寬，于是調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間增大，使 L 、 C 儲能電路得到更多的能量，結(jié)果是使輸出電壓 U 0 被提升，達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。

    （ 4 ）集成化穩(wěn)壓電路

    近年來已有大量集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品問世，品種很多，結(jié)構(gòu)也各不相同。目前用得較多的有三端集成穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的 CW7800 系列和輸出負(fù)電壓的 CW7900 系列等產(chǎn)品。輸出電流從 0.1A ～ 3A ，輸出電壓有 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V 等多種。

    這種集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子，穩(wěn)壓電路的所有部分包括大功率調(diào)整管以及保護(hù)電路等都已集成在芯片內(nèi)。使用時(shí)只要加上散熱片后接到整流濾波電路后面就行了。外圍元件少，穩(wěn)壓精度高，工作可靠，一般不需調(diào)試。

    圖 4 （ e ）是一個(gè)三端穩(wěn)壓器電路。圖中 C 是主濾波電容， C1 、 C2 是消除寄生振蕩的電容 ,VD 是為防止輸入短路燒壞集成塊而使用的保護(hù)二極管。

五、電源電路讀圖要點(diǎn)和舉例

    電源電路是電子電路中比較簡單然而卻是應(yīng)用最廣的電路。拿到一張電源電路圖時(shí)，應(yīng)該： ① 先按“整流 — 濾波 — 穩(wěn)壓”的次序把整個(gè)電源電路分解開來，逐級細(xì)細(xì)分析。 ② 逐級分析時(shí)要分清主電路和輔助電路、主要元件和次要元件，弄清它們的作用和參數(shù)要求等。例如開關(guān)穩(wěn)壓電源中，電感電容和續(xù)流二極管就是它的關(guān)鍵元件。 ③ 因?yàn)榫w管有 NPN 和 PNP 型兩類，某些集成電路要求雙電源供電，所以一個(gè)電源電路往往包括有不同極性不同電壓值和好幾組輸出。讀圖時(shí)必須分清各組輸出電壓的數(shù)值和極性。在組裝和維修時(shí)也要仔細(xì)分清晶體管和電解電容的極性，防止出錯(cuò)。 ④ 熟悉某些習(xí)慣畫法和簡化畫法。 ⑤ 最后把整個(gè)電源電路從前到后全面綜合貫通起來。這張電源電路圖也就讀懂了。

    例 1 電熱毯控溫電路

    圖 5 是一個(gè)電熱毯電路。開關(guān)在“ 1 ”的位置是低溫檔。 220 伏市電經(jīng)二極管后接到電熱毯，因?yàn)槭前氩ㄕ?，電熱毯兩端所加的是約 100 伏的脈動(dòng)直流電，發(fā)熱不高，所以是保溫或低溫狀態(tài)。開關(guān)扳到“ 2 ”的位置， 220 伏市電直接接到電熱毯上，所以是高溫檔。

    例 2 高壓電子滅蚊蠅器

    圖 6 是利用倍壓整流原理得到小電流直流高壓電的滅蚊蠅器。 220 伏交流經(jīng)過四倍壓整流后輸出電壓可達(dá) 1100 伏，把這個(gè)直流高壓加到平行的金屬絲網(wǎng)上。網(wǎng)下放誘餌，當(dāng)蒼蠅停在網(wǎng)上時(shí)造成短路，電容器上的高壓通過蒼蠅身體放電把蠅擊斃。蒼蠅尸體落下后，電容器又被充電，電網(wǎng)又恢復(fù)高壓。這個(gè)高壓電網(wǎng)電流很小，因此對人無害。

    由于昆蟲夜間有趨光性，因此如在這電網(wǎng)后面放一個(gè) 3 瓦熒光燈或小型黑光燈，就可以誘殺蚊蟲和有害昆蟲。

    例 3 實(shí)用穩(wěn)壓電源

    圖 7 是一個(gè)實(shí)用的穩(wěn)壓電源。輸出電壓 3 ～ 9 伏可調(diào)，輸出電流最大 100 毫安。這個(gè)電路就是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路。要注意的是 :① 整流橋的畫法和圖 2 （ c ）不同，實(shí)際上它就是橋式整流電路。 ② 這個(gè)電路使用 PNP 型鍺管，所以輸出是負(fù)電壓，正極接地。 ③ 用兩個(gè)普通二極管代替穩(wěn)壓管。任何二極管的正向壓降都是基本不變的，因此可用二極管代替穩(wěn)壓管。 2AP 型二極管的正向壓降約是 0.3 伏， 2CP 型約是 0.7 伏， 2CZ 型約是 1 伏。圖中用了兩個(gè) 2CZ 二極管作基準(zhǔn)電壓。 ④ 取樣電阻是一個(gè)電位器，所以輸出電壓是可調(diào)的。

能夠把微弱的信號放大的電路叫做放大電路或放大器。例如助聽器里的關(guān)鍵部件就是一個(gè)放大器。

     放大電路的用途和組成

     放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按頻率分為低頻、中源和高頻；接輸出信號強(qiáng)弱分成電壓放大、功率放大等。此外還有用集成運(yùn)算放大器和特殊晶體管作器件的放大器。它是電子電路中最復(fù)雜多變的電路。但初學(xué)者經(jīng)常遇到的也只是少數(shù)幾種較為典型的放大電路。

    讀放大電路圖時(shí)也還是按照“逐級分解、抓住關(guān)鍵、細(xì)致分析、全面綜合”的原則和步驟進(jìn)行。首先把整個(gè)放大電路按輸入、輸出逐級分開，然后逐級抓住關(guān)鍵進(jìn)行 分析弄通原理。放大電路有它本身的特點(diǎn)：一是有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài)，所以有時(shí)往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析；二是電路往往加有負(fù)反饋，這種反饋有時(shí)在本級內(nèi)，有時(shí)是從后級反饋到前級，所以在分析這一級時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來進(jìn)行全面綜 合。

    下面我們介紹幾種常見的放大電路。

   低頻電壓放大器

    低頻電壓放大器是指工作頻率在 20 赫～ 20 千赫之間、輸出要求有一定電壓值而不要求很強(qiáng)的電流的放大器。

    （ 1 ）共發(fā)射極放大電路

    圖 1 （ a ）是共發(fā)射極放大電路。 C1 是輸入電容， C2 是輸出電容，三極管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基極偏置電阻 ,RC 是集電極負(fù)載電阻。 1 、 3 端是輸入， 2 、 3 端是輸出。 3 端是公共點(diǎn)，通常是接地的，也稱“地”端。靜態(tài)時(shí)的直流通路見圖 1 （ b ），動(dòng)態(tài)時(shí)交流通路見圖 1 （ c ）。電路的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多，輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的，性能不夠穩(wěn)定，可用于一般場合。

    （ 2 ）分壓式偏置共發(fā)射極放大電路

    圖 2 比圖 1 多用 3 個(gè)元件?；鶚O電壓是由 RB1 和 RB2 分壓取得的，所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻 RE 和電容 CE ， CE 稱交流旁路電容，對交流是短路的； RE 則有直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。所謂反饋是指把輸出的變化通過某種方式送到輸入端，作為輸入的一部分。如果送回部分和原來的輸入部分是相減的，就是負(fù)反饋。圖中基極真正的輸入電壓是 RB2 上電壓和 RE 上電壓的差值，所以是負(fù)反饋。由于采取了上面兩個(gè)措施，使電路工作穩(wěn)定性能提高，是應(yīng)用最廣的放大電路。

（ 3 ）射極輸出器

    圖 3 （ a ）是一個(gè)射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖 3 （ b ）是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。

    這個(gè)圖中，晶體管真正的輸入是 V i 和 V o 的差值，所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋，這個(gè)電路的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于 1 而接近 1 ，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級、輸出級或作阻抗匹配之用。

    （ 4 ）低頻放大器的耦合

    一個(gè)放大器通常有好幾級，級與級之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級間耦合方式有三種： ①RC 耦合，見圖 4 （ a ）。優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低。但性能不是最佳。 ② 變壓器耦合，見圖 4 （ b ）。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。 ③ 直接耦合，見圖 4 （ c ）。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前后級工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。

功率放大器

    能把輸入信號放大并向負(fù)載提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音機(jī)的末級放大器就是功率放大器。

    （ 1 ）甲類單管功率放大器

    圖 5 是單管功率放大器， C1 是輸入電容， T 是輸出變壓器。它的集電極負(fù)載電阻 Ri′ 是將負(fù)載電阻 R L 通過變壓器匝數(shù)比折算過來的：

    RC′= （ N1 N2 ） 2 RL=N 2 RL

    負(fù)載電阻是低阻抗的揚(yáng)聲器，用變壓器可以起阻抗變換作用，使負(fù)載得到較大的功率。

    這個(gè)電路不管有沒有輸入信號，晶體管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，靜態(tài)電流比較大，困此集電極損耗較大，效率不高，大約只有 35 ％。這種工作狀態(tài)被稱為甲類工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場合，它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是 RC 耦合。

（ 2 ）乙類推挽功率放大器

    圖 6 是常用的乙類推挽功率放大電路。它由兩個(gè)特性相同的晶體管組成對稱電路，在沒有輸入信號時(shí)，每個(gè)管子都處于截止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)電流幾乎是零，只有在有信號輸入時(shí)管子才導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號是正弦波時(shí)，正半周時(shí) VT1 導(dǎo)通 VT2 截止，負(fù)半周時(shí) VT2 導(dǎo)通 VT1 截止。兩個(gè)管子交替出現(xiàn)的電流在輸出變壓器中合成，使負(fù)載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。

    乙類推挽放大器的輸出功率較大，失真也小，效率也較高，一般可達(dá) 60 ％。

    （ 3 ） OTL 功率放大器

    目前廣泛應(yīng)用的無變壓器乙類推挽放大器，簡稱 OTL 電路，是一種性能很好的功率放大器。為了

易于說明，先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒有輸出變壓器的 OTL 電路，如圖 7 。

    這個(gè)電路使用兩個(gè)特性相同的晶體管，兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時(shí)， VT1 、 VT2 流過的電流很小，電容 C 上充有對地為 1 2 E c 的直流電壓。在有輸入信號時(shí)，正半周時(shí) VT1 導(dǎo)通， VT2 截止，集電極電流 i c1 方向如圖所示，負(fù)載 RL 上得到放大了的正半周輸出信號。負(fù)半周時(shí) VT1 截止， VT2 導(dǎo)通，集電極電流 i c2 的方向如圖所示， RL 上得到放大了的負(fù)半周輸出信號。這個(gè)電路的關(guān)鍵元件是電容器 C ，它上面的電壓就相當(dāng)于 VT2 的供電電壓。

    以這個(gè)電路為基礎(chǔ)，還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正 OTL 電路，用 PNP 管和 NPN 管組成的互補(bǔ)對稱式 OTL 電路，以及最新的橋接推挽功率放大器，簡稱 BTL 電路等等。

直流放大器

    能夠放大直流信號或變化很緩慢的信號的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測量和控制方面常用到這種放大器。

    （ 1 ）雙管直耦放大器

    直流放大器不能用 RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。圖 8 是一個(gè)兩級直耦放大器。直耦方式會帶來前后級工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在 VT2 的發(fā)射極加電阻 R E 以提高后級發(fā)射極電位來解決前后級的牽制。直流放大器的另一個(gè)更重要的問題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒有輸入信號時(shí)，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號。放大器級數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場合。

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