3.2 實用單元電路

3.2.1 基本RC電路

RC電路（電阻和電容聯合“構建”的電路）是一種由電阻器和電容器按照一定的方式連接并與交流電源組合的一種簡單功能電路。下面我們先來了解一下RC電路的結構形式，再結合具體的電路單元弄清楚該電路的功能特點。

根據不同的應用場合和功能，RC電路通常有兩種結構形式：一種是RC串聯電路；另一種是RC并聯電路。

1 RC串聯電路的特征

電阻器和電容器串聯后“構建”的電路稱為RC串聯電路，該電路多與交流電源連接，如圖3-7所示。

在RC串聯電路中的電流引起了電容器和電阻器上的電壓降，這些電壓降與電路中電流及各自的電阻值或容抗值成比例。電阻器電壓U_R和電容器電壓U_C用歐姆定律表示為（X_C為容抗）：U_R=IR、U_C=IX_C。

2 RC并聯電路的特征

電阻器和電容器并聯連接于交流電源的組合稱為RC并聯電路，如圖3-8所示。與所有并聯電路相似，在RC并聯電路中，電壓U直接加在各個支路上，因此各支路的電壓相等，都等于電源電壓，即U=U_R=U_C，并且三者之間的相位相同。

3.2.2 基本LC電路

LC電路是一種由電感器和電容器按照一定的方式進行連接的一種功能電路。下面我們先來了解一下LC電路的結構形式，再結合具體的電路單元弄清楚該電路的功能特點。

由電容器和電感器組成的串聯或并聯電路中，感抗和容抗相等時，電路成為諧振狀態，該電路稱為LC諧振電路。LC諧振電路又可分為LC串聯諧振電路和LC并聯諧振電路兩種。

1 LC串聯諧振電路的特點

在串聯諧振電路中，當信號接近特定的頻率時，電路中的電流達到最大，這個頻率稱為諧振頻率。

圖3-9為不同頻率信號通過LC串聯電路的效果示意圖。由圖中可知，當輸入信號經過LC串聯電路時，根據電感器和電容器的特性，信號頻率越高電感的阻抗越大，而電容的阻抗則越小，阻抗大對信號的衰減大，頻率較高的信號通過電感會衰減很大，而直流信號則無法通過電容器。當輸入信號的頻率等于LC諧振的頻率時，LC串聯電路的阻抗最小，此頻率的信號很容易通過電容器和電感器輸出。由此可看出，LC串聯諧振電路可起到選頻的作用。

2 LC并聯諧振電路的特點

在LC并聯諧振電路中，如果線圈中的電流與電容中的電流相等，則電路就達到了并聯諧振狀態。圖3-10為不同頻率的信號通過LC并聯諧振電路時的狀態，當輸入信號經過LC并聯諧振電路時，根據電感器和電容器的阻抗特性，較高頻率的信號則容易通過電容器到達輸出端，較低頻率的流信號則容易通過電感器到達輸出端。由于LC回路在諧振頻率處的阻抗最大，諧振頻率點的信號不能通過LC并聯的振蕩電路。

3 RLC電路的特點

RLC電路是由電阻器、電感器和電容器構成的電路單元。由前文可知，在LC電路中，電感器和電容器都有一定的電阻值，如果電阻值相對于電感的感抗或電容的容抗較小時，往往會被忽略；而在某些高頻電路中，電感器和電容器的阻值相對較大，就不能忽略，原來的LC電路就變成了RLC電路，如圖3-11所示。

3.2.3 基本放大電路

基本放大電路是電子電路中的基本單元電路，為了滿足電路中不同元器件對信號幅度以及電流的要求，需要對電路中的信號、電流等進行放大，用來確保設備的正常工作。在這個過程中，完成對信號放大的電路被稱為放大電路，而基本放大電路的核心元器件為晶體管。

晶體管主要有NPN型和PNP型兩種。由這兩種晶體管構成的基本放大電路各有三種，即共射極（e）放大電路、共集電極（c）放大電路和共基極（b）放大電路。

1 共射極放大電路

共射極放大電路是指將晶體管的發射極（e）作為輸入信號和輸出信號的公共接地端的電路。它最大特色是具有較高的電壓增益，但由于輸出阻抗比較高，這種電路的帶負載能力比較低，不能直接驅動揚聲器等器件。

圖3-12為典型共射極（e）放大電路的結構，該電路主要由晶體管、電阻器和耦合電容器構成。

圖3-12中的晶體管VT是這一電路的核心部件，主要起到對信號放大的作用；電路中偏置電阻Rb1和Rb2通過電源給VT基極（b）供電；電阻Re是給VT發射極（e）供電；兩個電容C1、C2都是起到通交流隔直流的作用；電阻RL則是承載輸出信號的負載電阻。

輸入信號加到晶體管基極（b）和發射極（e）之間，而輸出信號取自晶體管的集電極（c）和發射極（e）之間，由此可見發射極（e）為輸入信號和輸出信號的公共端，因而稱共射極（e）晶體管放大電路。

2 共集電極放大電路

共集電極放大電路是從發射極輸出信號的，信號波形與相位基本與輸入相同，因而又稱射極輸出器或射極跟隨器，簡稱射隨器，常用作緩沖放大器使用。

共集電極放大電路的功能和組成器件與共射極放大電路基本相同，不同之處有兩點：其一是將集電極電阻Rc移到了發射極（用Re表示）；其二是輸出信號不再取自集電極而是取自發射極。

圖3-13為共集電極放大電路的結構。兩個偏置電阻Rb1和Rb2是通過電源給晶體管基極（b）供電；Re是晶體管發射極（e）的負載電阻；兩個電容都是起到通交流隔直流作用的耦合電容；電阻RL則是負載電阻。

由于晶體管放大電路的供電電源的內阻很小，對于交流信號來說正負極間相當于短路。交流地等效于電源，也就是說晶體管集電極（c）相當于接地。輸入信號相當于加載到晶體管基極（b）和集電極（c）之間，輸出信號取自晶體管的發射極（e），也就相當于取自晶體管發射極（e）和集電極（c）之間，因此集電極（c）為輸入信號和輸出信號的公共端。

3 共基極放大電路

在共基極放大電路中，信號由發射極（e）輸入，由晶體管放大后由集電極（c）輸出，輸出信號與輸入信號相位相同。它的最大特點是頻帶寬，常用作晶體管寬頻帶電壓放大器。

共基極放大電路的功能與共射極放大電路基本相同，其結構特點是將輸入信號是加載到晶體管發射極（e）和基極（b）之間，而輸出信號取自晶體管的集電極（c）和基極（b）之間，由此可見基極（b）為輸入信號和輸出信號的公共端，因而該電路稱為共基極（b）放大電路。

圖3-14為共基極放大電路的基本結構。從圖中可以看出，該電路主要是由晶體管VT、電阻器Rb1、Rb2、Rc、RL和耦合電容C1、C2組成的。

電路中的四個電阻都是為了建立靜態工作點而設置的，其中Rc還兼具集電極（c）的負載電阻；電阻RL是負載端的電阻；兩個電容C1和C2都是起到通交流隔直流作用的耦合電容；去耦電容Cb是為了使基極（b）的交流直接接地，起到去耦合的作用，即起消除交流負反饋的作用。

3.2.4 遙控電路

遙控電路是一種遠距離操作控制電路，設置有遙控電路的電子產品就不必近距離操作控制面板，只要使用遙控設備（如遙控器、紅外發射器等）就能對電子產品進行遠距離控制，十分方便。

遙控電路采用無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠、功耗低、成本低、易實現等特點。遙控電路在空調器電路有十分重要的應用，該電路根據功能劃分可分為遙控發射電路和遙控接收電路兩部分。

1 遙控發射電路

遙控發射電路（紅外發射電路）是采用紅外發光二極管來發出經過調制的紅外光波，其電路結構多種多樣，電路工作頻率也可根據具體的應用條件而定。遙控信號有兩種制式：一種是非編碼形式，適用于控制單一的遙控系統中；另一種是編碼形式，常應用于多功能遙控系統中。

在電子產品中，常用紅外發光二極管來發射紅外光信號。常用的紅外發光二極管的外形與LED發光二極管相似，但LED發光二極管發射的光是可見的，而紅外發光二極管發射的光是不可見光。

圖3-15為紅外發光二極管基本工作過程，圖中的晶體管VT1作為開關管使用，當在晶體管的基極加上驅動信號時，晶體管VT1也隨之飽和導通，接在集電極回路上的紅外發光二極管VD1也隨之導通工作，向外發出紅外光（近紅外光，其波長約為0.93μm）。紅外發光二極管的電壓降約為1.4V，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，紅外發光二極管的回路中常串有限流電阻R2控制其工作電流。

2 遙控接收電路

遙控發射電路發射出的紅外光信號，需要特定的電路接收，才能起到信號遠距離傳輸、控制的目的，因此電子產品上必定會設置遙控接收電路，從而組成一個完整的遙控電路系統。遙控接收電路通常由紅外接收二極管、放大電路、濾波電路和整形電路等組成，它們將遙控發射電路送來的紅外光接收下來，并轉換為相應的電信號，再經過放大，濾波、整形后，送到相關控制電路中。

圖3-16為典型遙控接收電路。該電路主要是由運算放大器IC1和鎖相環集成電路IC2為主構成的。鎖相環集成電路外接由R3和C7組成具有固定頻率的振蕩器，其頻率與發射電路的頻率相同，C5與C6為濾波電容。

由遙控發射電路發射出的紅外光信號由紅外接收二極管VD01接收，并轉變為電脈沖信號，該信號經IC1集成運算放大器進行放大，輸入到鎖相環電路IC2。由于IC1輸出信號的振蕩頻率與鎖相環電路IC2的振蕩頻率相同，IC2的8腳輸出高電平，此時使晶體管VT01導通，繼電器K1吸合，其觸點可作為開關去控制被控負載。平時沒有紅外光信號發射時，IC2的第8腳為低電平，VT01處于截止狀態，繼電器不會工作。這是一種具有單一功能的遙控電路。

3.2.5 整流電路

整流電路是指將交流電變換成直流電的功能電路。由于二極管具有單向導電性，因此可以利用二極管組成整流電路，將交流電變成單向脈動電壓，即將交流電變成直流電。二極管是整流電路中的關鍵器件。

在常見電子電路中，常見的整流電路有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。

1 半波整流電路

純電阻負載的半波整流電路如圖3-17a所示，圖中T為電源變壓器，VD為整流二極管，RL代表所需直流電源的負載。

在變壓器二次電壓u₂為正（極性如圖所示）的半個周期（稱正半周）內，二極管正向偏置導通。電流經過二極管流向負載，在RL上得到一個極性為上正下負的電壓（如圖所示）。而在u₂為負半周時，二極管反向偏置而截止（斷路），電流基本上等于零。所以在負載電阻RL兩端得到的電壓極性也是單方向的，如圖3-17b所示。

由圖中可見，由于二極管的單向導電作用，使變壓器二次交流電壓變換成負載兩端的單向脈動電壓，從而實現了整流。由于這種電路只在交流電壓的半個周期內才有電流流過負載，故稱為半波整流。

2 全波整流電路的結構和工作原理

全波整流電路是在半波整流電路的基礎上加以改進而得到的。它是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使VD1和VD2在正半周和負半周內輪流導通，而且兩者流過RL的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。

圖3-18是具有純電阻負載的全波整流原理電路。圖中變壓器T的兩個二次電壓大小相等，方向如圖中所示。當u₂的極性為上正下負（即正半周）時，VD1導通，VD2截止，i_D1流過RL，在負載上得到的輸出電壓極性為上正下負；為負半周時，u₂的極性與圖示相反。此時VD1截止，VD2導通。由圖中可以看出，i_D2流過RL時產生的電壓極性與正半周時相同，因此在負載RL上便得到一個單方向的脈沖電壓。

3 橋式整流電路的結構和工作原理

圖3-19是橋式整流電路原理圖。由圖可見，變壓器的二次繞組只有一組線圈。但用四只二極管互相接成橋式形式，故稱為橋式整流電路。

在整流時，四個二極管兩兩輪流導通，正負半周內都有電流流過RL。例如，當u₂為正半周時（如圖中所示極性），二極管VD1和VD3因加正向電壓而導通，VD2和VD4因加反向電壓而截止。電流i₁（如圖中實線所示）從變壓器端出發流經二極管VD1、負載電阻RL和二極管VD3，最后流入變壓器端，并在負載RL上產生電壓降u_o′；反之，當u₂為負半周時，二極管VD2、VD4因加正向電壓導通，而二極管VD1和VD3因加反向電壓而截止，電流i₂（如圖中虛線所示）流經VD2、RL和VD4，并同樣在RL上產生電壓降u_o″。由于i₁和i₂流過RL的電流方向是一致的，所以RL上的電壓u_o為兩者的和，即u=u_o′+u_o″。

3.2.6 濾波電路

無論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少這種脈動成分，在整流后都要加上濾波電路。所謂濾波就是濾掉輸出電壓中的脈動成分，使輸出接近理想的直流電壓。

常用的濾波元件有電容器和電感器。下面分別簡單介紹電容濾波電路和電感濾波電路。

1 電容濾波電路

電容器（平滑濾波電容器）應用在直流電源電路中構成平滑濾波電路。圖3-20為沒有平滑電容器的電源電路。可以看到，交流電壓變成直流后電壓很不穩定，呈半個正弦波形，波動很大。圖3-21為加入平滑濾波電容器的電源電路。由于平滑濾波電容器的加入，特別是由于電容的充放電特性，使電路中原本不穩定、波動比較大的直流電壓變得比較穩定、平滑。

2 電感濾波電路

電感濾波電路如圖3-22所示。由于電感的直流電阻很小，交流阻抗卻很大，有阻礙電流變化的特性，因此直流分量經過電感后基本上沒有損失，但對于交流分量，將在L上產生電壓降，從而降低輸出電壓中的脈動成分。顯然，L越大，RL越小，濾波效果越好，所以電感濾波適合于負載電流較大的場合。

3 LC濾波電路

為了進一步改善濾波效果，可采用LC濾波電路，即在電感濾波的基礎上，再在負載電阻RL上并聯一個電容器，LC濾波電路如圖3-23所示。

在圖3-23所示的濾波電路中，由于RL上并聯了一個電容器，增強了平滑濾波的作用，使RL并聯部分的交流阻抗進一步減少。電容值越大，輸出電壓中的脈動成分越小，但直流分量同沒有加電容器時一樣大。

3.2.7 穩壓電路

穩壓電路是指將直流電源變得更加穩定的電路。在采用變壓器降壓，然后再整流濾波形成低壓直流的電源電路中，整流濾波電路的輸出電壓不夠穩定，波紋較大。主要存在兩方面的問題：一是由于變壓器二次電壓直接與電網電壓有關，當電網電壓波動時必然引起二次電壓波動，進而使整流濾波電路的輸出不穩定；二是由于整流濾波電路總存在內阻，當負載電流發生變化時，在內阻上的電壓也發生變化，因而使負載得到的電壓（即輸出電壓）不穩定。為了提供更加穩定的直流電源，需要在整流濾波后面加上一個穩壓電路。

常用的穩壓電路主要有穩壓管穩壓電路、串聯型穩壓電路和集成穩壓電路。

1 穩壓管穩壓電路

最簡單的穩壓電路是穩壓管穩壓電路，如圖3-24所示。圖中U_i為整流濾波后所得到的直流電壓，穩壓管VD與負載RL并聯。這種二極管當兩端所加的反向電壓達到一定的值時，二極管會出現反向擊穿，且保持一個恒定的壓降，穩壓管正式利用這種特性進行工作的，值得說明的是，該二極管反向擊穿時，并不會損壞。由于穩壓二極管承擔穩壓工作時，應反向連接，因此穩壓管的正極應接到輸入電壓的負端。

但是，這種穩壓電路存在兩個突出缺點：其一是當電網電壓和負載電流的變化過大時，電路不能適應；其二是輸出電壓U_o不能調節。為了改進以上缺點，可以采用串聯型穩壓電路。

2 串聯型穩壓電路

（1）串聯型穩壓電路的基本形式

所謂串聯型穩壓電路，就是在輸入直流電壓和負載之間串入一個晶體管。其作用就是當U_i或RL發生變化引起輸出電壓U_o變化時，通過某種反饋形式使晶體管的U_ce也隨之變化。從而調整輸出電壓U_o，以保持輸出電壓基本穩定。由于串入的晶體管是起調整作用的，故稱為調整管。

圖3-25a所示為基本的調整管穩壓電路，圖中的晶體管VT為調整管。為了分析其穩壓原理，將圖3-25a的電路改畫成圖3-25b的形式，這時我們可清楚地看到，它實質上是在圖3-24的基礎上再加上射極跟隨器而成的。根據電路的特點可知，U_o和U_z是跟隨關系，因此只要穩壓管的電壓U_z保持穩定，則當U_i和I_L在一定的范圍內變化時，U_o也能基本穩定。與圖3-24電路相比，加了跟隨器后的突出特點是帶負載的能力加強了。

（2）具有放大環節的串聯型穩壓電路

圖3-26為具有放大環節的串聯型穩壓電路。圖中VT1為調整管，VT2為誤差放大管，RC2是VT2的集電極負載電阻。放大管的作用是將穩壓電路的輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調整管的基極。這樣只要輸出電壓有一點微小的變化，就能引起調整管的電壓降產生比較大的變化，因此提高了輸出電壓的穩定性。放大管的放大倍數越大，則輸出電壓的穩定性越好。而R1、R2和R3組成分壓器，用于對輸出電壓進行取樣，故稱為取樣電阻。其中R2是可調電阻。穩壓管VDZ提供基準電壓。從R2取出的取樣電壓加到VT2的基極，VT2的發射極接到穩壓管VDZ上，VDZ為發射極提供一個穩定的基準電壓。當基極電壓變化時，其集電極的電流也會隨之變化，從而使調整管VT1基極電壓發生變化，自動穩定發射極的輸出電壓，起到穩壓的作用。電阻R的作用是保證VD2有一個合適的工作電流，使VDZ處于穩壓工作狀態。

3 集成穩壓電路（三端穩壓器）

所謂集成穩壓器是指把調整管、比較放大器和基準電源等做在一塊硅片內構成的穩壓器件。集成穩壓器型號種類很多，有多引出端可調式和三引出端式。常用的有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負電壓），輸出固定電壓有±5V、±8V、±12V、±18V、±20V、±24V等。

如圖3-27所示，采用集成穩壓器構成的穩壓電路具有很多優點，如電路簡單、穩定性度高、輸出電流大、保護電路完善等，在實際電路中得到了非常廣泛的應用。

由圖中可知，電路中的集成穩壓器為7800系列，該系列的穩壓器主要型號有μPC7805AHF、μPC7808AHF、μPC7893AHF、μPC7812AHF等。電容Cin為輸入端濾波電容，Cout為輸出端濾波電容。