模拟电路

       模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。模拟信号是指连续变化的电信号。模拟电路是电子电路的基础，它主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源等。

       模拟电路（Analog Circuit）是涉及连续函数形式模拟信号的电子电路，与之相对的是数字电路，后者通常只关注0和1两个逻辑电平。“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源于希腊语词汇ανάλογος，意思是“成比例的”。

特点

       1、函数的取值为无限多个；

       2、当图像信息和声音信息改变时，信号的波形也改变，即模拟信号待传播的信息包含在它的波形之中（信息变化规律直接反映在模拟信号的幅度、频率和相位的变化上）。

       3、初级模拟电路主要解决两个大的方面：1放大、2信号源。

       4、模拟信号具有连续性。

模拟电子技术主要章节

       一.半导体器件

       包括半导体特性，半导体二极管，双极结性三极管，场效应三极管等

       导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。

       二、放大电路的基本原理和分析方法：

       1、原理：单管共发射极放大电路；双极性三极管的三组态---共射 共基 共集；场效应管放大电路－－共源极放大。分压自偏压式共 源极放大，共漏极放大，多级放大，

       2、方法 直流通路与交流通路；静态工作点的分析；微变等效电路法；图解法等等。

       三、放大电路的频率响应

       单管共射放大电路的频响－－下限频率，上限频率和通频带频率失真波特图多级放大电路的频响

       四、功率放大

       互补对称功率放大电路—— OTL（省去输出变压器），OCL（实用电路）

       五、集成放大电路

       放大电路（amplification circuit）能够将一个微弱的交流小信号（叠加在直流工作点上），通过一个装置（核心为三极管、场效应管），得到一个波形相似（不失真），但幅值却大很多的交流大信号的输出。实际的放大电路通常是由信号源、晶体三极管构成的放大器及负载组成。

       偏置电路，差分放大电路，中间级，输出级。

       六、放大电路的反馈

       正反馈和负反馈

       负反馈：四组态——电压串联，电压并联，电流串联，电流并联负反馈。（注意输出电阻和输入电阻的改变）

       负反馈的分析：Af=1/F（深度负反馈时）

       七、模拟信号运算电路

       理想运放的特点（虚短虚地）；

       比例运放（反向比例运放,同向比例运放，差分比例运放）；

       求和电路（反向输入求和，同向输入求和）

       积分电路，微分电路；

       对数电路，指数电路；

       乘法电路，除法电路。

       八、信号处理电路

       有源滤波器（ 低通LPF，高通HPF。带通BPF，带阻BEF）

       电压比较器（过零比较器，单限比较器,滞回比较器，双限比较器）

       九.波形发生电路

       正弦波振荡电路（条件，组成，分析步骤）

       RC正弦波振荡电路（RC串并联网络选频特性）

       LC 正弦波振荡电路 （LC并联网络选频特性电感三点式电容三点式）

       石英晶体振荡器

       非正弦波振荡器（矩形波，三角波，锯齿形发生器）

       十、直流电路

       单相整流电路

       滤波电路（电容滤波，电感滤波 ,复式滤波）

       倍压整流电路（二倍压整流电路，多倍压整压电路）

       串联型直流稳压电路

       是涉及连续函数形式模拟信号的电子电路，与之相对的是数字电路，后者通常只关注0和1两个逻辑电平。“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源于希腊语词汇ανάλογος，意思是“成比例的. 

功能

       （1）放大电路：用于信号的电压、电流或功率放大。

       （2）滤波电路：用于信号的提取、变换或抗干扰。

       （3）运算电路：完成信号的比例、加、减、乘、除、积分、微分、对数、指数等运算。

       （4）信号转换电路：用于将电流信号转换成电压信号或将电压信号转换为电流信号、将直流信号转换为交流信号或将交流信号转换为直流信号、将直流电压转换成与之成正比的频率……

       （5）信号发生电路：用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波。

       （6）直流电源：将220V、50Hz交流电转换成不同输出电压和电流的直流电，作为各种电子线路的供电电源。 

分类

       模拟电路可分为标准模拟电路和专用模拟电路(application spacific analog IC)两大类，前者占市场的37%，后者占63%，据ICInsight公司报道，2000年两者合计达310亿美元，比上年大幅增长40%，预计今年将续增23%，达380亿美元。又据WSTS(世界半导体贸易统计协会2012年秋季最新预测，世界模拟电路市场2000年为306.3亿美元，2013年增长20%，达368.8亿美元，1999~2003年间的年均增长率为19.5%。标准模拟电路包括放大器接口电路、数据转换器、比较器、稳压器和基准电路等。2000年共计114亿美元，其中稳压器和基准电路比例最大，占整个模拟电路市场的13%，随后为放大器，占10%，接口电路8%，数据转换器6%，比较器1%。专用模拟电路市场是指在消费类电子产品、计算机、通信、汽车和工业其他部门应用的电路。2000年共计192亿美元在整个模拟电路市场上，通信用专用模拟电路占22%，消费类占16%，汽车用占9%，计算机占8%，工业和其他应用占7%。

       快速发展的原动力

       推动模拟电路快速发展的原动力，首先是产品数字化数字系统的不断发展，必须依靠模拟器件与人类相沟通，促使后者随之扩大。数字产品包括蜂窝电话、PDA、显示器、音响设备、键盘以太网和DSL产品，等等生产厂商有Linear Technology Maxim ST和TI等。在便携式产品等的驱动下，电源管理集成电路增长也很迅速其次，加工工艺日益微细化，电路几何尺寸不断变小，例如，加工工艺从0.35微米缩小到0.25微米再到0.1微米，而优良品质的模拟电路很难集成进去因此，设计人员不得不把模拟电路另做在小封装里牵引分立模拟电路发展。第三，语音和数据通信的融合也对模拟电路产生积极影响。电视电缆语音传送(voice-over-cable)，数字用户线语音传送(voice-over-packetprotocol)等都对模拟和混合信号电路有很大的依赖性。第四，随着设备电源从5V降到3V，有时甚至到1.8V，电源处理变得日益重要，由此推动了AC/DC转换器、DC/DC变换器、电源管理IC等的发展。便携性连接性和电源处理是模拟集成电路生产必须面对的三大技术方向。无源元件集成、性能保持和缩短上市时间则是模拟集成电路厂商生产经营中关注的三大主题。例如，RF模块上无源元件集成就很重要，一不留神，无源元件就可能在板上占有最大的空间。由于功能是集成的，因此在性能上很可能要作一番权衡，上市时间的重要性自不待言。开关电源DC/DC变换器会产生噪声，这是模拟集成电路厂商面临的又一大课题。在通信基础设施方面，厂商还必须满足热插拔，在设备的重新配置和维修中，当一块板替换另一块时，通过热插拔整个系统就不用关掉。世界从事模拟集成电路生产最大的公司依次是TI(1999年的营收为28亿美元，市场占有率13%)，ST(23亿美元，10%);Philips(19亿美元，9%)，Infineon(17亿美元，8%)，ONSemi(15亿美元，7%)，NS(14亿美元，6%)，AD(13亿美元，6%)。这7家公司共占有60%。

基础知识

       1、电接口设计中，反射衰减通常在高频情况下变差，这是因为带损耗的传输线反射同频率相关，这种情况下，尽量缩短PCB走线就显得异常重要。

       2、稳压二极管就是一种稳定电路工作电压的二极管，由于特殊的内部结构特点，适用反向击穿的工作状态，只要限制电流的大小，这种击穿是非破坏性的。

       3、PN结具有一种很好的数学模型：开关模型→二极管诞生了→再来一个PN结，三极管诞生了。

       4、高频电路中，必须考虑PN结电容的影响（正向偏置为扩散电容，反向偏置为势垒电容）。

       5、在高密度的场合下，由于收发信号挨在一起，很容易发生串扰，这在布线时要遵守3W原则，即相邻PCB走线的中心线间距要大于PCB线宽的3倍。在插卡设备，接插件连接的位置，要有许多接地针，提供良好的射频回路。

       6、双极型管是电流控制器件，通过基极较小的电流控制较大的集电极电流；MOS管是电压控制器件，通过栅极电压控制源漏间导通电阻。

       7、三极管是靠载流子的运动来工作的，以NPN管射极跟随器为例，当基极加不加电压时，基区和发射区组成的PN结为阻止多子（基区为空穴，发射区为电子）的扩散运动，在此PN结处会感应出由发射区指向基区的静电场（即内建电场）。

       8、肖特基二极管适用于高频开关电路，正向压降和反向压降都很低（0.2V）但是反向击穿电压较低，漏电流也较大。

       9、抖动特性绝大部分取决于输出芯片的特性，不过，如果PCB布线不当，电源滤波不够充分，时钟参考源太冲太大也会增加抖动成分。信号线的匹配对抖动产生直接的影响，特别是芯片中含有倍频功能，本身相位噪声较大。

       10、极型选择是指BJT是用PNP还是NPN管，这应该在确定电源形式时同时考虑。有些三极管的外壳与某个电极相连，对于硅管来说往往是集电极，在需要某极接地时应考虑这个因素。

       11、场效应晶体管与BJT在工作过程中有很大的区别：BJT中的电荷载体是空穴或被击出的少量的“少子”，FET中的电荷则是数目相对多几个数量级的自由电子，“多子”。

       12、发射极正偏，集电极反偏是让BJT工作在放大工作状态下的前提条件。三种连接方式：共基极，共发射极（用的最多，因为电流电压、功率均可以放大），共集电极。判别三种组态的方法：共发射极，由基极输入，集电极输出；共集电极，由基极输入，发射极输出；共基极，由发射极输入，集电极输出。

       13、三极管主要参数：电流放大系数β，极间反向电流，集电极最大允许电流，集电极最大允许耗散功率，反向击穿电压=3个重要极限参数决定BJT工作在安全区域。

       14、因J-FET的Rgs很高，在使用时首先应注意无静电操作，否则很容易发生栅极击穿。另外就是在设计电路时应仔细考虑各极限参数，不能超出范围。将J-FET当做可变电阻使用时应保证器件有正确的偏置，不能使之进入恒流区。

       15、射极偏置电路：用于消除温度对静态工作点的影响（双电源更好）。

       16、三种BJT放大电路比较：共射级放大电路，电流、电压均可以放大。共集电极放大电路：只放大电流，跟随电压，输入R大，输出R小，用作输入级，输出级。共基极放大电路：只放大电压，跟随电流，高频特性好。

       17、去耦电容：输出信号电容接地，滤掉信号的高频杂波。旁路电容：输入信号电容接地，滤掉信号的高频杂波。交流信号针对这两种电容处理为短路。

       18、MOS-FET在使用中除了正确选择参数以及正确的计算外，最值得强调的仍然是防静电操作问题，在电路调试、焊接、安装过程中，一定要严格按照防静电程序操作。

       19、主流是从发射极到集电极的IC，偏流就是从发射极到基极的Ib，相对与主电路而言，为基极提供电流的电路就是所谓的偏置电路。

       20、场效应管三个铝电极：栅极g、源极s、漏极d，分别对应三极管的基极b，发射极e，集电极c。源极需要发射东西，所以对应发射极e，栅极的英文名称是gate，门一样的存在，和基极的作用差不多，其中P型衬底一般与栅极g相连。

       21、增强型FET必须依靠栅源电压Vgs才能起作用（开启电压Vt），耗尽型FET则不需要栅源电压，在正的Vds作用下，就有较大的漏极电流流向源极（如果加负的Vgs，那么可能出现夹断，此时的电压成为夹断电压Vp。重要特性：可以在正负的栅源电压下工作）

       22、N沟道的MOS管需要正的Vds（相当于三极管加在集电极的Vcc）和正的Vt（相当于三极管基极和发射极的Vbe），而P沟道的MOS管需要负的Vds和负的Vt。

       23、VMOSFET有高输入阻抗、低驱动电流；开关速度快、高频特性好；负电流温度系数、无热恶性循环，热稳定性优良的优点。

       24、运算放大器应用时，一般应用负反馈电流。

       25、差分式放大电路：差模信号：两输入信号之差。共模信号：两输入信号之和除以2。由此：用差模与共模的定义表示两输入信号可得到一个重要的数学模型：任意一个输入信号=共模信号±差模信号/2。

       26、差分式放大电路只放大差模信号，抑制共模信号。利用这个特性，可以很好的抑制温度等外界因素的变化对电路性能的影响。具体的性能指标：共模抑制比Kcmr。

       27、二极管在从正偏转换到反偏的时候，会出现较大的反向恢复电流从阴极流向阳极，其反向电流先上升到峰值，然后下降到零。

       28、在理想的情况下，若推挽电路的两只晶体管电流、电压波完全对称，则输出电流中将没有偶次谐波成分，及推挽电路由已知偶次谐波的作用。实际上由于两管特性总有差异，电路也不可能完全对称，因此输出电流还会有偶次谐波成分，为了减少非线性失真，因尽量精选配对管子。

       29、为了获得大的输出功率，加在功率晶体管上的电压、电流就很大，晶体管工作在大信号状态下。这样晶体管的安全工作就成为功率放大器的一个重要问题，一般不以超过管子的极限参数（Icm、BVceo、Pcm）为限度。

       30、放大电路的干扰：1）将电源远离放大电路；2）输入级屏蔽；3）直流电源电压波动（采用稳压电源，输入和输出加上滤波电容）。

       31、负反馈放大电路的四种组态：电压串联负反馈（稳定输出电压），电压并联负反馈，电流串联负反馈（稳定输出电流），电流并联负反馈。

       32、电压、电流反馈判定方法：输出短路法，设RL=0，如果反馈信号不存在，为电压反馈，反之，则为电流反馈。

       33、串联、并联反馈的判定方法：反馈信号与输入信号的求和方式，若为电压形式，则为串联反馈，若为电流形式，则为并联反馈。

       34、对于NPN电路，对于共射组态，可以粗略理解为把VE当作“固定”参考点，通过控制VB来控制VBE（VBE=VB-VE），从而控制IB，并进一步控制IC（从电位更高的地方流进C极，你也可以把C极看作朝上的进水的漏斗）。

       35、对于数字电路来说，VCC是电路的供电电压，VDD是芯片的工作电压（通常Vcc》Vdd），VSS是接地点；在场效应管（或COMS器件）中，VDD为漏极，VSS为源极，VDD和VSS指的是元件引脚，而不表示供电电压。

       36、示波器探头有一条地线和一条信号线，地线就是和示波器输入端子外壳通的那一条，一般是夹子状的，信号线一般带有一个探头钩，连接的话你把示波器地线接到你设备的地，把信号线端子接到你的信号端，注意如果要测量的信号和市电没有隔离，则不能直接测量。

       37、驱动能力不足有两种情况：一是器件的输入电阻太小，输出波形会变形，如TTL电平驱动不了继电器；二是器件输入电阻够大，但是达不到器件的功率，如小功率的功放，驱动大功率的喇叭，喇叭能响，但音量很小，其实是输出的电压不够大。

       38、滤波电路：利用电抗元件的储能作用，可以起到很好的滤波作用。电感（串联，大功率）和电容（并联，小功率）均可以起到平波的作用。

       39、开关稳压电源与线性电源：线性电源效率低、发热强、但是输出很稳定。开关电源效率高、发热一般、但输出纹波大，需要平波。

       40、由电路内因引发的故障类型有：晶体管、电容、电阻等电子元件性能发生改变引发的故障；电子电路中有关线路接触不良引发的故障等。由外因引起的电子电路故障类型有：技术人员使用电子电路时未按照说明要求进行操作；维修技术人员维修程序不规范不科学等。