模擬電路是指用來對模擬信號(指連續變化的電信號)進行傳輸、變換、處理、放大、測量和顯示等工作的電路。它是電子電路的基礎,主要包括放大電路、信號運算和處理電路、振蕩電路、調製和解調電路及電源等。無論是學習硬體設計,還是其中的高速PCB設計,模擬電路都是大家需要掌握的必備知識。
模擬電路概述
模電本身是一個非常複雜的學科,而模電課程只是其中最基礎的東西。模擬電路(Analog Circuit)的含義是處理模擬信號的電子電路。自然界中絕大多數信號都是模擬信號,它們有連續的幅度值,比如說話時的聲音信號。
模擬電路可以對這樣的信號直接處理(當然需要先轉換成電信號),比如功放能放大聲音信號,廣播電臺能將模擬的聲音信號、圖像信號進行發送。甚至可以認為,所有電路的基礎都是模擬電路(即使是數字電路,其底層原理也是基於模擬電路的)。其重要性不言而喻。
由於數字電路、可編程器件的迅速發展,體現了很多優越特性。很多電子設備都慢慢數位化,但始終還是離不開模擬電路。
目前模擬電路中最重要的器件,則非半導體器件莫屬。最基本和常用的半導體器件有二極體、三極體、場效應管和運算放大器。
二極體的作用很多,如普通二極體可用於整流,發光二極體可用於指示燈和照明,穩壓管可進行穩壓,變容二極體可用來進行信號調製等。模電課程中,涉及到二極體的部分相對比較簡單,而場效應管的很多特性類似三極體,所以常以三極體或運放為主體進行講解。
▲結型場效應三極體的結構
模擬電路與數字電路之間的區別
模擬電路是處理模擬信號的電路;數字電路是處理數位訊號的電路。
模擬信號是關於時間的函數,是一個連續變化的量,數位訊號則是離散的量。因為所有的電子系統都是要以具體的電子器件,電子線路為載體的,在一個信號處理中,信號的採集,信號的恢復都是模擬信號,只有中間部分信號的處理是數字處理。具體的說模擬電路主要處理模擬信號,不隨時間變化,時間域和值域上均連續的信號,如語音信號。而數位訊號則相反,是變化的,數位訊號的處理包括信號的採樣,信號的量化,信號的編碼。
舉個簡單的例子:要想從遠方傳過來一段由小變大的聲音,用調幅、模擬信號進行傳輸(相應的應採用模擬電路),那麼在傳輸過程中的信號的幅度就會越來越大,因為它是在用電信號的幅度特性來模擬聲音的強弱特性。
但是如果採用數位訊號傳輸,就要採用一種編碼,每一級聲音大小對應一種編碼,在聲音輸入端,每採一次樣,就將對應的編碼傳輸出去。可見無論把聲音分多少級,無論採樣頻率有多高,對於原始的聲音來說,這種方式還是存在損失。不過,這種損失可以通過加高採樣頻率來彌補,理論上採樣頻率大於原始信號的頻率的兩倍就可以完全還原了。
數字電路的電平都是符合標準的,模擬電路就沒有這樣的要求了。
關於模擬電路的10個小常識
1、高頻電路中,必須考慮PN結電容的影響(正向偏置為擴散電容,反相偏置為勢壘電容)。
2、在高密度的場合下,由於收發信號挨在一起,很容易發生串擾,這在布線時要遵守3W原則,即相鄰PCB走線的中心線間距要大於PCB線寬的3倍。在插卡設備,接插件連接的位置,要有許多接地針,提供良好的射頻迴路。
3、去耦電容:輸出信號電容接地,濾掉信號的高頻雜波。旁路電容:輸入信號電容接地,濾掉信號的高頻雜波。交流信號針對這兩種電容處理為短路。
4、二極體在從正偏轉換到反偏的時候,會出現較大的反向恢復電流從陰極流向陽極,其反向電流先上升到峰值,然後下降到零。
5、差分式放大電路只放大差模信號,抑制共模信號。利用這個特性,可以很好的抑制溫度等外界因素的變化對電路性能的影響。具體的性能指標:共模抑制比Kcmr。
6、放大電路的幹擾:1、將電源遠離放大電路2、輸入級屏蔽3、直流電源電壓波動(採用穩壓電源,輸入和輸出加上濾波電容)。
7、電壓、電流反饋判定方法:輸出短路法,設RL=0,如果反饋信號不存在,為電壓反饋,反之,則為電流反饋。
8、串聯、並聯反饋的判定方法:反饋信號與輸入信號的求和方式,若為電壓形式,則為串聯反饋,若為電流形式,則為並聯反饋。
9、電接口設計中,反射衰減通常在高頻情況下變差,這是因為帶損耗的傳輸線反射同頻率相關,這種情況下,儘量縮短PCB走線就顯得異常重要。
10、負反饋放大電路的四種組態:電壓串聯負反饋(穩定輸出電壓),電壓並聯負反饋,電流串聯負反饋(穩定輸出電流),電流並聯負反饋。
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