3.2 实用单元电路

3.2.1 基本RC电路

RC电路（电阻和电容联合“构建”的电路）是一种由电阻器和电容器按照一定的方式连接并与交流电源组合的一种简单功能电路。下面我们先来了解一下RC电路的结构形式，再结合具体的电路单元弄清楚该电路的功能特点。

根据不同的应用场合和功能，RC电路通常有两种结构形式：一种是RC串联电路；另一种是RC并联电路。

1 RC串联电路的特征

电阻器和电容器串联后“构建”的电路称为RC串联电路，该电路多与交流电源连接，如图3-7所示。

在RC串联电路中的电流引起了电容器和电阻器上的电压降，这些电压降与电路中电流及各自的电阻值或容抗值成比例。电阻器电压U_R和电容器电压U_C用欧姆定律表示为（X_C为容抗）：U_R=IR、U_C=IX_C。

2 RC并联电路的特征

电阻器和电容器并联连接于交流电源的组合称为RC并联电路，如图3-8所示。与所有并联电路相似，在RC并联电路中，电压U直接加在各个支路上，因此各支路的电压相等，都等于电源电压，即U=U_R=U_C，并且三者之间的相位相同。

3.2.2 基本LC电路

LC电路是一种由电感器和电容器按照一定的方式进行连接的一种功能电路。下面我们先来了解一下LC电路的结构形式，再结合具体的电路单元弄清楚该电路的功能特点。

由电容器和电感器组成的串联或并联电路中，感抗和容抗相等时，电路成为谐振状态，该电路称为LC谐振电路。LC谐振电路又可分为LC串联谐振电路和LC并联谐振电路两种。

1 LC串联谐振电路的特点

在串联谐振电路中，当信号接近特定的频率时，电路中的电流达到最大，这个频率称为谐振频率。

图3-9为不同频率信号通过LC串联电路的效果示意图。由图中可知，当输入信号经过LC串联电路时，根据电感器和电容器的特性，信号频率越高电感的阻抗越大，而电容的阻抗则越小，阻抗大对信号的衰减大，频率较高的信号通过电感会衰减很大，而直流信号则无法通过电容器。当输入信号的频率等于LC谐振的频率时，LC串联电路的阻抗最小，此频率的信号很容易通过电容器和电感器输出。由此可看出，LC串联谐振电路可起到选频的作用。

2 LC并联谐振电路的特点

在LC并联谐振电路中，如果线圈中的电流与电容中的电流相等，则电路就达到了并联谐振状态。图3-10为不同频率的信号通过LC并联谐振电路时的状态，当输入信号经过LC并联谐振电路时，根据电感器和电容器的阻抗特性，较高频率的信号则容易通过电容器到达输出端，较低频率的流信号则容易通过电感器到达输出端。由于LC回路在谐振频率处的阻抗最大，谐振频率点的信号不能通过LC并联的振荡电路。

3 RLC电路的特点

RLC电路是由电阻器、电感器和电容器构成的电路单元。由前文可知，在LC电路中，电感器和电容器都有一定的电阻值，如果电阻值相对于电感的感抗或电容的容抗较小时，往往会被忽略；而在某些高频电路中，电感器和电容器的阻值相对较大，就不能忽略，原来的LC电路就变成了RLC电路，如图3-11所示。

3.2.3 基本放大电路

基本放大电路是电子电路中的基本单元电路，为了满足电路中不同元器件对信号幅度以及电流的要求，需要对电路中的信号、电流等进行放大，用来确保设备的正常工作。在这个过程中，完成对信号放大的电路被称为放大电路，而基本放大电路的核心元器件为晶体管。

晶体管主要有NPN型和PNP型两种。由这两种晶体管构成的基本放大电路各有三种，即共射极（e）放大电路、共集电极（c）放大电路和共基极（b）放大电路。

1 共射极放大电路

共射极放大电路是指将晶体管的发射极（e）作为输入信号和输出信号的公共接地端的电路。它最大特色是具有较高的电压增益，但由于输出阻抗比较高，这种电路的带负载能力比较低，不能直接驱动扬声器等器件。

图3-12为典型共射极（e）放大电路的结构，该电路主要由晶体管、电阻器和耦合电容器构成。

图3-12中的晶体管VT是这一电路的核心部件，主要起到对信号放大的作用；电路中偏置电阻Rb1和Rb2通过电源给VT基极（b）供电；电阻Re是给VT发射极（e）供电；两个电容C1、C2都是起到通交流隔直流的作用；电阻RL则是承载输出信号的负载电阻。

输入信号加到晶体管基极（b）和发射极（e）之间，而输出信号取自晶体管的集电极（c）和发射极（e）之间，由此可见发射极（e）为输入信号和输出信号的公共端，因而称共射极（e）晶体管放大电路。

2 共集电极放大电路

共集电极放大电路是从发射极输出信号的，信号波形与相位基本与输入相同，因而又称射极输出器或射极跟随器，简称射随器，常用作缓冲放大器使用。

共集电极放大电路的功能和组成器件与共射极放大电路基本相同，不同之处有两点：其一是将集电极电阻Rc移到了发射极（用Re表示）；其二是输出信号不再取自集电极而是取自发射极。

图3-13为共集电极放大电路的结构。两个偏置电阻Rb1和Rb2是通过电源给晶体管基极（b）供电；Re是晶体管发射极（e）的负载电阻；两个电容都是起到通交流隔直流作用的耦合电容；电阻RL则是负载电阻。

由于晶体管放大电路的供电电源的内阻很小，对于交流信号来说正负极间相当于短路。交流地等效于电源，也就是说晶体管集电极（c）相当于接地。输入信号相当于加载到晶体管基极（b）和集电极（c）之间，输出信号取自晶体管的发射极（e），也就相当于取自晶体管发射极（e）和集电极（c）之间，因此集电极（c）为输入信号和输出信号的公共端。

3 共基极放大电路

在共基极放大电路中，信号由发射极（e）输入，由晶体管放大后由集电极（c）输出，输出信号与输入信号相位相同。它的最大特点是频带宽，常用作晶体管宽频带电压放大器。

共基极放大电路的功能与共射极放大电路基本相同，其结构特点是将输入信号是加载到晶体管发射极（e）和基极（b）之间，而输出信号取自晶体管的集电极（c）和基极（b）之间，由此可见基极（b）为输入信号和输出信号的公共端，因而该电路称为共基极（b）放大电路。

图3-14为共基极放大电路的基本结构。从图中可以看出，该电路主要是由晶体管VT、电阻器Rb1、Rb2、Rc、RL和耦合电容C1、C2组成的。

电路中的四个电阻都是为了建立静态工作点而设置的，其中Rc还兼具集电极（c）的负载电阻；电阻RL是负载端的电阻；两个电容C1和C2都是起到通交流隔直流作用的耦合电容；去耦电容Cb是为了使基极（b）的交流直接接地，起到去耦合的作用，即起消除交流负反馈的作用。

3.2.4 遥控电路

遥控电路是一种远距离操作控制电路，设置有遥控电路的电子产品就不必近距离操作控制面板，只要使用遥控设备（如遥控器、红外发射器等）就能对电子产品进行远距离控制，十分方便。

遥控电路采用无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等特点。遥控电路在空调器电路有十分重要的应用，该电路根据功能划分可分为遥控发射电路和遥控接收电路两部分。

1 遥控发射电路

遥控发射电路（红外发射电路）是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波，其电路结构多种多样，电路工作频率也可根据具体的应用条件而定。遥控信号有两种制式：一种是非编码形式，适用于控制单一的遥控系统中；另一种是编码形式，常应用于多功能遥控系统中。

在电子产品中，常用红外发光二极管来发射红外光信号。常用的红外发光二极管的外形与LED发光二极管相似，但LED发光二极管发射的光是可见的，而红外发光二极管发射的光是不可见光。

图3-15为红外发光二极管基本工作过程，图中的晶体管VT1作为开关管使用，当在晶体管的基极加上驱动信号时，晶体管VT1也随之饱和导通，接在集电极回路上的红外发光二极管VD1也随之导通工作，向外发出红外光（近红外光，其波长约为0.93μm）。红外发光二极管的电压降约为1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，红外发光二极管的回路中常串有限流电阻R2控制其工作电流。

2 遥控接收电路

遥控发射电路发射出的红外光信号，需要特定的电路接收，才能起到信号远距离传输、控制的目的，因此电子产品上必定会设置遥控接收电路，从而组成一个完整的遥控电路系统。遥控接收电路通常由红外接收二极管、放大电路、滤波电路和整形电路等组成，它们将遥控发射电路送来的红外光接收下来，并转换为相应的电信号，再经过放大，滤波、整形后，送到相关控制电路中。

图3-16为典型遥控接收电路。该电路主要是由运算放大器IC1和锁相环集成电路IC2为主构成的。锁相环集成电路外接由R3和C7组成具有固定频率的振荡器，其频率与发射电路的频率相同，C5与C6为滤波电容。

由遥控发射电路发射出的红外光信号由红外接收二极管VD01接收，并转变为电脉冲信号，该信号经IC1集成运算放大器进行放大，输入到锁相环电路IC2。由于IC1输出信号的振荡频率与锁相环电路IC2的振荡频率相同，IC2的8脚输出高电平，此时使晶体管VT01导通，继电器K1吸合，其触点可作为开关去控制被控负载。平时没有红外光信号发射时，IC2的第8脚为低电平，VT01处于截止状态，继电器不会工作。这是一种具有单一功能的遥控电路。

3.2.5 整流电路

整流电路是指将交流电变换成直流电的功能电路。由于二极管具有单向导电性，因此可以利用二极管组成整流电路，将交流电变成单向脉动电压，即将交流电变成直流电。二极管是整流电路中的关键器件。

在常见电子电路中，常见的整流电路有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。

1 半波整流电路

纯电阻负载的半波整流电路如图3-17a所示，图中T为电源变压器，VD为整流二极管，RL代表所需直流电源的负载。

在变压器二次电压u₂为正（极性如图所示）的半个周期（称正半周）内，二极管正向偏置导通。电流经过二极管流向负载，在RL上得到一个极性为上正下负的电压（如图所示）。而在u₂为负半周时，二极管反向偏置而截止（断路），电流基本上等于零。所以在负载电阻RL两端得到的电压极性也是单方向的，如图3-17b所示。

由图中可见，由于二极管的单向导电作用，使变压器二次交流电压变换成负载两端的单向脉动电压，从而实现了整流。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，故称为半波整流。

2 全波整流电路的结构和工作原理

全波整流电路是在半波整流电路的基础上加以改进而得到的。它是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使VD1和VD2在正半周和负半周内轮流导通，而且两者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。

图3-18是具有纯电阻负载的全波整流原理电路。图中变压器T的两个二次电压大小相等，方向如图中所示。当u₂的极性为上正下负（即正半周）时，VD1导通，VD2截止，i_D1流过RL，在负载上得到的输出电压极性为上正下负；为负半周时，u₂的极性与图示相反。此时VD1截止，VD2导通。由图中可以看出，i_D2流过RL时产生的电压极性与正半周时相同，因此在负载RL上便得到一个单方向的脉冲电压。

3 桥式整流电路的结构和工作原理

图3-19是桥式整流电路原理图。由图可见，变压器的二次绕组只有一组线圈。但用四只二极管互相接成桥式形式，故称为桥式整流电路。

在整流时，四个二极管两两轮流导通，正负半周内都有电流流过RL。例如，当u₂为正半周时（如图中所示极性），二极管VD1和VD3因加正向电压而导通，VD2和VD4因加反向电压而截止。电流i₁（如图中实线所示）从变压器端出发流经二极管VD1、负载电阻RL和二极管VD3，最后流入变压器端，并在负载RL上产生电压降u_o′；反之，当u₂为负半周时，二极管VD2、VD4因加正向电压导通，而二极管VD1和VD3因加反向电压而截止，电流i₂（如图中虚线所示）流经VD2、RL和VD4，并同样在RL上产生电压降u_o″。由于i₁和i₂流过RL的电流方向是一致的，所以RL上的电压u_o为两者的和，即u=u_o′+u_o″。

3.2.6 滤波电路

无论哪种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少这种脉动成分，在整流后都要加上滤波电路。所谓滤波就是滤掉输出电压中的脉动成分，使输出接近理想的直流电压。

常用的滤波元件有电容器和电感器。下面分别简单介绍电容滤波电路和电感滤波电路。

1 电容滤波电路

电容器（平滑滤波电容器）应用在直流电源电路中构成平滑滤波电路。图3-20为没有平滑电容器的电源电路。可以看到，交流电压变成直流后电压很不稳定，呈半个正弦波形，波动很大。图3-21为加入平滑滤波电容器的电源电路。由于平滑滤波电容器的加入，特别是由于电容的充放电特性，使电路中原本不稳定、波动比较大的直流电压变得比较稳定、平滑。

2 电感滤波电路

电感滤波电路如图3-22所示。由于电感的直流电阻很小，交流阻抗却很大，有阻碍电流变化的特性，因此直流分量经过电感后基本上没有损失，但对于交流分量，将在L上产生电压降，从而降低输出电压中的脉动成分。显然，L越大，RL越小，滤波效果越好，所以电感滤波适合于负载电流较大的场合。

3 LC滤波电路

为了进一步改善滤波效果，可采用LC滤波电路，即在电感滤波的基础上，再在负载电阻RL上并联一个电容器，LC滤波电路如图3-23所示。

在图3-23所示的滤波电路中，由于RL上并联了一个电容器，增强了平滑滤波的作用，使RL并联部分的交流阻抗进一步减少。电容值越大，输出电压中的脉动成分越小，但直流分量同没有加电容器时一样大。

3.2.7 稳压电路

稳压电路是指将直流电源变得更加稳定的电路。在采用变压器降压，然后再整流滤波形成低压直流的电源电路中，整流滤波电路的输出电压不够稳定，波纹较大。主要存在两方面的问题：一是由于变压器二次电压直接与电网电压有关，当电网电压波动时必然引起二次电压波动，进而使整流滤波电路的输出不稳定；二是由于整流滤波电路总存在内阻，当负载电流发生变化时，在内阻上的电压也发生变化，因而使负载得到的电压（即输出电压）不稳定。为了提供更加稳定的直流电源，需要在整流滤波后面加上一个稳压电路。

常用的稳压电路主要有稳压管稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压电路。

1 稳压管稳压电路

最简单的稳压电路是稳压管稳压电路，如图3-24所示。图中U_i为整流滤波后所得到的直流电压，稳压管VD与负载RL并联。这种二极管当两端所加的反向电压达到一定的值时，二极管会出现反向击穿，且保持一个恒定的压降，稳压管正式利用这种特性进行工作的，值得说明的是，该二极管反向击穿时，并不会损坏。由于稳压二极管承担稳压工作时，应反向连接，因此稳压管的正极应接到输入电压的负端。

但是，这种稳压电路存在两个突出缺点：其一是当电网电压和负载电流的变化过大时，电路不能适应；其二是输出电压U_o不能调节。为了改进以上缺点，可以采用串联型稳压电路。

2 串联型稳压电路

（1）串联型稳压电路的基本形式

所谓串联型稳压电路，就是在输入直流电压和负载之间串入一个晶体管。其作用就是当U_i或RL发生变化引起输出电压U_o变化时，通过某种反馈形式使晶体管的U_ce也随之变化。从而调整输出电压U_o，以保持输出电压基本稳定。由于串入的晶体管是起调整作用的，故称为调整管。

图3-25a所示为基本的调整管稳压电路，图中的晶体管VT为调整管。为了分析其稳压原理，将图3-25a的电路改画成图3-25b的形式，这时我们可清楚地看到，它实质上是在图3-24的基础上再加上射极跟随器而成的。根据电路的特点可知，U_o和U_z是跟随关系，因此只要稳压管的电压U_z保持稳定，则当U_i和I_L在一定的范围内变化时，U_o也能基本稳定。与图3-24电路相比，加了跟随器后的突出特点是带负载的能力加强了。

（2）具有放大环节的串联型稳压电路

图3-26为具有放大环节的串联型稳压电路。图中VT1为调整管，VT2为误差放大管，RC2是VT2的集电极负载电阻。放大管的作用是将稳压电路的输出电压的变化量先放大，然后再送到调整管的基极。这样只要输出电压有一点微小的变化，就能引起调整管的电压降产生比较大的变化，因此提高了输出电压的稳定性。放大管的放大倍数越大，则输出电压的稳定性越好。而R1、R2和R3组成分压器，用于对输出电压进行取样，故称为取样电阻。其中R2是可调电阻。稳压管VDZ提供基准电压。从R2取出的取样电压加到VT2的基极，VT2的发射极接到稳压管VDZ上，VDZ为发射极提供一个稳定的基准电压。当基极电压变化时，其集电极的电流也会随之变化，从而使调整管VT1基极电压发生变化，自动稳定发射极的输出电压，起到稳压的作用。电阻R的作用是保证VD2有一个合适的工作电流，使VDZ处于稳压工作状态。

3 集成稳压电路（三端稳压器）

所谓集成稳压器是指把调整管、比较放大器和基准电源等做在一块硅片内构成的稳压器件。集成稳压器型号种类很多，有多引出端可调式和三引出端式。常用的有7800系列（输出正电压）和7900系列（输出负电压），输出固定电压有±5V、±8V、±12V、±18V、±20V、±24V等。

如图3-27所示，采用集成稳压器构成的稳压电路具有很多优点，如电路简单、稳定性度高、输出电流大、保护电路完善等，在实际电路中得到了非常广泛的应用。

由图中可知，电路中的集成稳压器为7800系列，该系列的稳压器主要型号有μPC7805AHF、μPC7808AHF、μPC7893AHF、μPC7812AHF等。电容Cin为输入端滤波电容，Cout为输出端滤波电容。