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2.7 电阻器典型应用电路

重要提示

由于理解一个电路工作原理需要许多的知识来支持,这里讲到的一些电阻器典型应用电路,许多知识点在书的前面还没有展开,所以一些电路分析理解起来有点困难是正常的,随着电路分析的深入,各类知识点的积累,电路分析理解会更加容易和轻松。

2.7.1 直流电压供给电路

电阻可以将直流电压或交流信号电压加到电路中的任何一点,这是电路中最为常见的电路之一。

1.典型电阻直流电压供给电路

运用电阻给电路中的某点加上电压,在电子电路中用得最多的是加上直流电压,为电路提供直流工作电压。图2-81所示是一种典型直流电压供给电路。电路中的R1给三极管VT1基极加上直流工作电压,因为三极管工作在放大状态时需要直流电压,这种电路在三极管放大器中又称为固定式偏置电路。

图2-81 典型直流电压供给电路

电路中的R1连接在直流电压+ V 端与三极管VT1基极之间,这样直流电压+ V 就能加到VT1基极,当然VT1基极电压低于直流电压+ V ,等于+ V 减去电阻R1上的直流电压降(R1两端的电压)。R1上的电压降大小与R1的阻值大小和流过R1的电流大小相关。

理解方法提示

图2-82所示电路可以理解VT1基极电压低于+ V 的原因,电流流动的方向是电压下降的方向,+ V 产生的电流从上而下地流过R1,所以VT1基极电压低于+ V

图2-82 理解电压大小示意图

同类电路提示

图2-83所示是电阻直流电压供给电路的同类电路。图2-83(a)所示电路中,通过R1将直流电压+ V 加到三极管VT1集电极。图2-83(b)所示电路中通过R1将直流电压+ V 加到VT1发射极。

图2-83 电阻直流电压供给电路的同类电路

2.故障检测方法

对于这一电阻电路的故障检测主要有以下两个方法。

(1)测量电阻R1的阻值是否正常。

(2)测量VT1基极直流电压是否正常。

上述两种检测方法中,测量VT1基极直流电压方法更为简便,因为电压测量是并联测量,只要给电路通电,不需要断开电路中的元器件。图2-84是测量VT1基极直流电压时的接线示意图。

图2-84 测量VT1基极直流电压接线示意图

重要提示

如果测量VT1基极电压为0V,再测量直流工作电压+ V ,在+ V 正常时VT1基极无直流电压,说明R1开路。

如果测量到VT1基极有直流电压,可以说明R1没有开路。

如果测量到VT1基极直流电压等于+ V ,这时有两种可能:一是R1短路,二是VT1基极对地端开路。

3.同类电路分析

(1)同类电路分析之一。图2-85所示是一种直流电压供给电路,这一电阻直流电压供给电路的工作原理是:通过R1将直流电压+ V 加到三极管VT1的集电极。

图2-85 直流电压供给电路之一

(2)同类电路分析之二。图2-86所示是另一种直流电压供给电路, 这一电阻直流电压供给电路的工作原理是 :通过R1将直流电压+ V 加到VT1发射极。

图2-86 直流电压供给电路之二

2.7.2 电阻交流信号电压供给电路

1.电路分析

电阻也可以将交流信号电压加到电路中的某一点,图2-87所示是电阻交流信号电压供给电路。

图2-87 电阻交流信号电压供给电路

重要提示

从电路中可以看出,从收音电路输出的交流信号(音频信号),分别通过电阻R1和R2加到左声道电路和右声道电路,这样将一个交流信号分成了两个信号,分别加到两个电路中。图2-88是信号传输示意图,这样左声道电路和右声道电路放大的是同样的信号。

图2-88 信号传输示意图

2.故障检测方法

对于上面电路的故障检测方法说明下列几点。

(1)如果有一个声道没有声音,可另用一只阻值相同的电阻直接并联在原电路上,如果并联后声音正常,说明是原电阻开路故障,如图2-89所示。

图2-89 判断电阻R1开路的检查方法示意图

(2)如果有一个声道声音明显比另一个声道声音响,断电后用万用表电阻挡测量声音响的声道中信号传输电阻是否存在短路故障。

(3)如果左、右声道出现相同的故障现象,如左、右声道无声,那说明与电阻R1和R2无关,故障应该出在左、右声道共同的电路中,即前面的收音电路存在故障。

2.7.3 电阻分流电路

1.典型电阻分流电路

图2-90所示是由电阻构成的分流电路。电路中的R1是分流电阻,如果没有电阻R1,电路中的所有电流都从电阻R2流过,加入R1后,有一部分电流通过了R1,所以在总电流中有流过R1的电流。

图2-90 典型的电阻分流电路

如果有一个总电流 I ,原来只有一路电路提供这一总电流通路,现在再加一只电阻构成通路,使总电流中的一部分由这只电阻提供通路,因此能减少原电路通路中的电流。

重要提示

当某一个元器件因为通过的电流太大而不能安全工作时,可以采用这种电阻分流的方法减小流过该元器件的电流。当然,这样做后会影响一些电路的性能,所分流的电流越大,对电路原性能的影响就越大。

这一电路中各电阻支路中电流计算公式如下:

式中: I 1 为流过电阻R1电流;

I 2 为流过电阻R2电流;

I 0 为流过R1和R2并联电路的总电流。

从公式中可以看出, I 1 大小与 R 2 成反比关系, I 2 大小与 R 1 成反比关系。

2.故障检测方法

图2-91是测量电路中流过电阻R1电流的接线示意图。这里设电阻R1和R2工作在直流电路中,在给电路通电情况下进行直流电流测量,将电阻一根引脚与电路断开,如图2-91所示。

图2-91 测量流过电阻R1电流的接线示意图

检测分析提示

根据测量结果可以进行如下判断。

(1)如果测量结果有电流,说明有电流流过R1,可以判断电阻R1没有开路。

(2)如果测量结果没有电流,在电路中直流工作电压正常的情况下说明电阻R1开路。

3.另一种电阻分流电路

图2-92所示是另一种电阻分流电路,整机电路中存在大量的各种各样电阻分流电路。电阻分流电路是采用电阻器与另一个元器件相并联,让一部分电流通过电阻器,以减小流过另一个元器件的电流,减轻这个元器件的负担。电阻分流电路根据参与并联的元器件不同,有许多种电路,这里讲解三极管VT1集电极、发射极电流的分流电路。

图2-92 另一种电阻分流电路

23.从分子层面理解错得很离谱之二

电路中,R1是分流电阻,VT1是一只三极管。电阻R1并联在三极管VT1集电极与发射极之间,这样R1与VT1集电极与发射极之间的内阻构成并联电路。

分流电阻R1加入电路后,电流 I 中的一部分 I 2 流过电阻R1,这样流过三极管VT1的电流 I 1 有所减小,而输出端的总电流 I 并没有减小,总电流 I 为流过三极管VT1和电阻R1电流之和。

显然,接入分流电阻R1后,可以起到保护三极管的作用,这样的电阻R1称为分流电阻。又因为分流电阻具有保护另一只元器件的作用,所以又称为分流保护电阻。

重要提示

电阻分流电路中,电阻器对直流、交流所呈现的阻值特性相同,所以对直流和交流电路的分流工作原理一样,对不同频率的交流信号分流工作原理也是相同的。如果采用其他元器件或电路来构成分流电路,则可能使分流电路特性发生变化。

2.7.4 电阻限流保护电路

电阻限流保护电路在电子电路中应用广泛,它用来限制电路中的电流不能太大,从而保证其他元器件的工作安全。

1.发光二极管电阻限流保护电路

图2-93所示是典型的电阻限流保护电路。在直流电压+ V 大小一定时,电路中加入电阻R1后,流过发光二极管VD1的电流减小,防止因为流过VD1的电流太大而损坏VD1。电阻R1阻值愈大,流过VD1的电流愈小。

图2-93 典型的电阻限流保护电路

电阻R1与VD1串联起来,流过R1的电流等于流过VD1的电流,R1使电路中的电流减小,所以可以起保护VD1的作用。

流过限流保护电阻R1的电流计算公式如下:

式中: I 为流过发光二极管VD1的电流,单位mA;

+ V 为电路直流工作电压,单位V;

V D 为发光二极管导通后的管压降,它远大于普通二极管的管压降,具体数据可以查发光二极管使用手册,单位V;

R 1 为限流保护电阻,单位kΩ。

在电路设计中,计算限流保护电阻R1阻值的公式如下:

直流工作电压+ V 是一个已知数, V D I 可以查发光二极管使用手册,这样可以计算限流保护电阻R1的阻值大小。

注意,流过发光二极管的电流有一范围,在这个范围内电流大,发光二极管发光亮,反之则暗。

2.故障检测方法

图2-94是测量电路中R1两端直流电压接线示意图。对于这一电路检查限流电阻R1的简单方法是测量其两端的直流电压。

图2-94 测量电路中R1两端直流电压接线示意图

检测分析提示

对R1两端测量电压结果分析如下。

(1)测量的R1两端直流电压等于直流工作电压+ V ,说明R1开路。

(2)测量的R1两端电压等于0V,说明VD1与地线之间的回路开路,如果这时VD1发光很亮,则是R1短路。

3.三极管基极电流限制电阻电路

图2-95所示是三极管基极电流限制电阻电路。电路中的VT1是用于放大作用的三极管,三极管有一个特性,当它的静态电流(基极电流)在一定范围内大小变化时,能够改变它的电流放大倍数。在一些放大器中为了调节三极管基极静态电流,将基极偏置电阻设置成可变电阻器,即电路中的RP1。

图2-95 三极管基极电流限制电阻电路

24.从分子层面理解错得很离谱之三

如果电路中没有电阻R1,当RP1的阻值调到最小时,直流工作电压+ V 直接加到三极管VT1基极,会有很大的电流流过VT1基极而烧坏三极管VT1,因为三极管在过流时容易损坏,所以要加入限制电流太大的电路。

重要提示

电阻中的R1防止可变电阻器阻值调到最小时,使三极管VT1基极电压等于+ V 。因为当RP1调到最小时,还有电阻R1串联在直流工作电压+ V 与VT1基极之间,R1限制了三极管VT1基极电流很大的情况发生,起到保护作用。

2.7.5 直流电压电阻降压电路

1.典型直流电压电阻降压电路

图2-96所示是典型的直流电压电阻降压电路。从电路中可以看出,直流工作电压+ V 通过R1和R2后加到三极管VT1集电极,其中通过R1后的直流电压作为VT1放大级的直流工作电压。由于直流电流流过R1,R1两端会有直流电压降,这样R1左端的直流电压比+ V 低,起到了降低直流电压的作用。

图2-96 典型直流电压电阻降压电路

理解方法提示

电流流过电阻时要产生电压降,这样使得电阻两端的电压不等,一端高一端低,这样电阻就能降低电路中某点的电压。

这种电阻降压电路不只是将直流电压降低,通过与滤波电容C1的配合,还可以进一步对直流工作电压+ V 进行滤波,使直流电压中的交流成分更小。

2.故障检测方法

对于直流电压电路,最方便和有效的检测方法是测量电路中的直流电压。图2-97是检查电阻R1供电情况时接线示意图。

图2-97 检查电阻R1供电情况时接线示意图

检测分析提示

关于上面电路故障的检测方法说明下列几点。

(1)测量R1左端直流电压,如果测量结果是该点电压等于直流工作电压+ V ,说明没有电流流过R1,或是R1左端与地端之间电路开路,可在断电状态下用万用表电阻挡测量R1左端对地电阻,如果阻值很大说明是开路故障。

(2)如果测量结果是R1左端直流电压低于直流工作电压+ V ,可以基本说明电阻R1正常。

3.多节直流电压电阻降压电路

图2-98所示是多节直流电压电阻降压电路。电路中,直流电压+ V 通过R2的降压后,再加到R1电路中进行再次降压。

图2-98 多节直流电压电阻降压电路

重要提示

在多节电阻降压电路中,各节电阻降压后的直流电压大小是不同的,愈降愈低,而且通过多节降压后的直流电压其交流成分更小。

2.7.6 电阻隔离电路

如果需要将电路中的两点隔离开,最简单的是采用电阻隔离电路。

1.典型电阻隔离电路

图2-99所示是典型电阻隔离电路。电路中电阻R1将电路中A、B两点隔离,使两点的电压大小不等。

图2-99 典型电阻隔离电路

电路中的A和B两点被电阻R1分开,但是电路A和B点之间电路仍然是通路,只是有了电阻R1,电路中的这种情况称为隔离。

故障检测提示

关于这一电路的故障检测主要是直接测量电阻R1的阻值,在电路断电情况下用万用表电阻挡进行测量。

2.自举电路中电阻隔离电路

图2-100所示是实用电阻隔离电路,这是OTL功率放大器中的自举电路(一种能提高大信号下的半周信号幅度的电路),电路中的R1是隔离电阻。

图2-100 实用电阻隔离电路

电路中,R1用来将B点的直流电压与直流工作电压+ V 隔离,使B点直流电压有可能在某瞬间超过+ V

重要提示

如果没有电阻R1隔离作用(R1短接),则B点直流电压最高为+ V ,而不可能超过+ V ,此时无自举作用,可见设置隔离电阻R1后,大信号时的自举作用更好。

3.信号源电阻隔离电路

图2-101所示是信号源电阻隔离电路。电路中的信号源1放大器通过R1接到后级放大器输入端,信号源2放大器通过R2接到后级放大器输入端,显然这两路信号源放大器输出端通过R1和R2合并成一路。

图2-101 信号源电阻隔离电路

如果电路中没有R1和R2这两只电阻,那么信号源1放大器的输出电阻成了信号源2放大器负载的一部分。同理,信号源2放大器输出电阻成了信号源1放大器负载的一部分。这样两个信号源放大器之间就会相互影响,不利于电路的稳定工作。

电路中加入隔离电阻的目的是防止两个信号源放大器输出端之间相互影响。加了隔离电阻R1和R2后,两个信号源放大器的输出端之间被隔离,这样有害的影响大大降低,实现电路的隔离作用。

重要提示

电路中加入隔离电阻R1和R2后,两个信号源放大器输出的信号电流可以不流入对方的放大器输出端,而更好地流到后级放大器输入端。

图2-102为信号传输过程示意图。信号源2放大器输出的信号通过R2、R1会加到信号源1放大器输出端,加入R1、R2后加到信号源1放大器输出端的信号就会小得多。同理,信号源1放大器的输出信号加到信号源2放大器输出端的信号也会小得多,达到隔离目的。

图2-102 信号传输过程示意图

4.静噪电路中隔离电阻电路

图2-103(a)所示是静噪电路中的隔离电阻电路。电路中,在前级放大器与后级放大器电路之间接有隔离电阻R1和耦合电容C1,VT1是电子开关管。

重要提示

分析这一电路工作原理之前要了解电路中电子开关管的工作原理:当VT1基极电压为0V时,VT1处于截止状态,VT1集电极与发射极之间内阻很大,相当于集电极、发射极之间开路,此时对电路没有影响;当VT1基极加有正电压+ V 时,VT1处于饱和导通状态,此时VT1集电极与发射极之间内阻很小,相当于集电极、发射极之间接通,此时将电阻R1右端接地。图2-103(b)所示为等效电路。

图2-103 静噪电路中的隔离电阻电路及其等效电路

这一电路的分析方法是:假设电子开关管VT1在饱和导通、截止两种状态下,进行电路工作状态的分析。

(1)VT1处于截止状态。 从前级放大器输出的信号通过电容C1和电阻R1加到后级放大器电路的输入端,完成信号从前级电路到后级电路的传输过程。

(2)VT1处于饱和导通状态。 前级放大器输出的信号(实际上此时已不是有用信号而是电路中的噪声)通过R1被处于饱和导通状态下的VT1短路到地,而无法加到后级放大器输入端,这样将前级电路的噪声抑制,达到静噪的目的。在音响电路和视频电路中都有这种静噪电路的运用。

25.理论学习为主,动手实践为辅之一

隔离电阻R1的作用是: 防止在电子开关管VT1饱和导通时,将前级放大器电路的输出端对地短路,而造成前级放大器电路的损坏。如果没有电阻R1,就相当于将前级放大器的输出端对地短路,这相当于电源短路,会损坏前级放大器。在加入隔离电阻R1后,前级放大器输出端与地线之间接有电阻R1,这时R1是前级放大器的负载电阻,防止了前级放大器输出端的短路。

2.7.7 电流变化转换成电压变化的电阻电路

在电子电路中,为数不少的情况需要电路中电流的变化转换成相同的电压变化,这时可以用电阻电路来完成。

1.三极管的集电极负载电阻电路

图2-104所示是运用电阻将电流变化转换成电压变化的典型电路,这也是三极管的集电极负载电阻电路。

图2-104 运用电阻将电流变化转换成电压变化的典型电路

当电流流过R1时,在R1上产生电压降,使R1的下端(VT1集电极,电路中的A点)发生改变。当电阻R1阻值一定,流过R1的电流增大时,在R1上的电压降增大,VT1集电极电压下降;当流过R1的电流减小时,在R1上的电压降减小,VT1集电极电压升高。

由此可见,通过R1将VT1集电极电流的大小变化转换成电路中A点电压的大小变化。

重要提示

掌握了电阻特性可以更好地理解这一电路的工作原理。当电流流过电阻时,会在电阻两端产生电压降,这是电阻的基本特性。分析上述电路时有两个细节要注意。

(1)“R1上电压”+“A点电压”=+ V ,+ V 是不变的,当“R1上电压”大小变化时,“A点电压”必定大小变化。

(2)无论流过R1的电流是直流电流还是交流电流,也无论是什么类型的交流电流流过R1,R1都能将电流的变化转换成相应的电压变化。

2.故障检测方法

检测这一电路故障采用测量直流电压的方法。图2-105是测量直流电压时接线示意图。

图2-105 测量直流电压接线示意图

检测分析提示

这一直流电压测量可能有下列几种情况。

(1)如果测量VT1集电极有直流电压且低于直流工作电压+ V ,说明电阻R1没有开路。

(2)如果测量VT1集电极直流电压为0V,再测量直流工作电压+ V 正常的话,说明电阻R1开路。

(3)如果测量VT1集电极直流电压等于+ V ,说明VT1集电极与地线之间开路,与电阻R1无关。

3.取样电阻电路

图2-106所示是取样电阻电路,这也是功率放大器中过流保护电路中的取样电路。

图2-106 取样电阻电路

三极管VT1发射极电流流过电阻R1时,在R1上产生电压降,流过R1的电流愈大,在R1上的电压降愈大,这样R1上的电压大小就代表了流过R1的电流大小。

重要提示

流过R1的电流可以是直流电流也可以是交流电流,但是过流保护电路的输入端有一只耦合电容C1,由此可以知道保护电路取样交流信号,而不是流过R1的直流电流。

R1上的电压加到过流保护电路中,作为保护电路的控制信号。当流过R1的交流电流大到一定程度(有危险时),R1上的电压也大到一定值,使过流保护电路动作,电路进入保护状态。

2.7.8 交流信号电阻分压衰减电路和基准电压电阻分级电路

1.交流信号电阻分压衰减电路

图2-107所示是不同电平信号输入插口电路。电路中的R1和R2构成交流信号分压衰减电路。CK1是小信号输入插口,CK2是大信号输入插口。

(1)CK1输入信号分析。 从插口CK1输入的低电平信号直接加到放大器的输入端;从插口CK2输入的高电平信号,由于信号太大,不能直接加到放大器的输入端,否则将引起放大器的大信号堵塞,所以要在CK2电路中加入交流信号分压衰减电路。

图2-107 不同电平信号输入插口电路

(2)CK2输入信号分析。 从CK2输入的信号加到R1和R2构成的分压电路中,其输出信号加到放大器的输入端。从电路中R1和R2的标称阻值可知,分别是100kΩ和1kΩ,这一分压电路对输入信号衰减(为原来的1/100),这样信号幅度大大减小,可以直接输入到放大器的输入端。

26.理论学习为主,动手实践为辅之二

故障检测方法提示

对于这一电路中的R1和R2故障检测比较方便,其有效的方法是在路测量它们的阻值大小。测量时,电阻R1完全不受外电路的影响,而R2受外电路的影响也很小,所以测量结果比较准确。

2.基准电压电阻分级电路

图2-108所示是基准电压电阻分级电路。电路中,R1、R2、R3构成一个变形的分压电路,基准电压加到这一分压电路上。

图2-108 基准电压电阻分级电路

这一电路的功能是: 将一个信号电压(如基准电压)分成几个电压等级的信号电压,加到各自的电路中。

从电路中可以看出,基准电压电路产生的信号电流流过电阻R1、R2、R3,在3个输出端得到3种电压等级的输出电压,具体说明如下。

(1)第一路输出电压为基准电压电路输出电压,即 U o1。 这一路输出电压在3路输出电压中最大,因为没有经过分压衰减。

(2)第二路输出电压从电阻R1和R2的连接点处输出信号,这是经过分压衰减后的电压,所以其输出电压 U o2 比第一路输出电压要小。第二路信号电压的具体大小为 I ×( R 2 + R 3 ),即R2和R3上的电压降。

(3)第三路输出电压 U o3 从电阻R2和R3的连接点处输出信号,这一路输出电压最小,因为这一路输出电压大小为 I × R 3 R 3 < R 2 +R 3

2.7.9 音量调节限制电阻电路

1.音量调节限制电阻电路分析

所谓音量调节就是平时电视机等电子电器中用来调节声音大小的功能,电路中称为音量控制器电路,它使音量能开得最大,也能关得最小(无声状态,俗称关死音量)。

音量调节限制电阻电路的功能是: 这一电路使音量控制的范围受到限制,音量不能开到最大,也不能开到最小。这一电路用在一些特殊的音量控制场合,防止由于音量控制不当造成对其他电路工作状态的影响。

图2-109所示是音量调节限制电阻电路。在分析这一电路工作原理时要明白一点:这一电路的音量限制是相对没有R1、R2时的情况。

(1)RP1调到最上端时音量不能达到最大(比没有R1时的电路),因为电阻R1上存在一些信号电压降,达到限制最大音量的目的。

(2)RP1调到最下端时音量不能达到最小(比没有R2时的电路),因为电阻R2上存在一些信号电压降,而这一信号电压降经RP1动片被送到了后面的放大器,所以电路无法将音量关死,达到限制最小音量的目的。

图2-109 音量调节限制电阻电路

2.故障检测方法

关于这一电路中R1和R2故障检测说明下列几点。

(1)这一电路中的R1和R2外围元器件少,可以在路直接测量R1和R2的阻值来确定这两只电阻器是否有故障。

(2)在检测R1或R2之前,可以先试听检查,以便确定是R1的问题还是R2的问题。从上述电路工作原理可知,音量如果关不完全一定是R2开路了,这时只要测量R2阻值即可,而不必去检查电阻R1。

(3)通过简单的试听检查能将故障范围缩小,这是故障检修中采用的有效方法。

2.7.10 阻尼电阻电路

1.典型电路分析

图2-110所示为阻尼电阻电路。电路中的L1和C1构成LC并联谐振电路,阻尼电阻R1并联在这一电路上。在LC并联谐振电路中时常会用到这种阻尼电阻电路。

图2-110 阻尼电阻电路

L1和C1并联谐振电路中,谐振信号能量损耗愈小,谐振电路的品质因数 Q 值(一种表征谐振特性的参数)愈大。

由于电阻是耗能元件,它对振荡信号存在损耗作用,所以加入阻尼电阻R1后, Q 值会减小。R1阻值愈小,对谐振信号能量损耗愈大, Q 值愈小,反之则愈大。

图2-111所示是不同阻尼电阻下的频率特性曲线。从图中可以看出,阻尼电阻R1阻值大时曲线尖锐,R1阻值小时曲线扁平。

图2-111 不同阻尼电阻下的频率特性曲线

品质因数 Q 1 曲线是阻尼电阻R1的阻值较大时的曲线,因为R1阻值比较大,品质因数 Q 1 较大,对LC并联谐振电路的分流衰减量比较小,所以谐振电路振荡质量比较好,此时频带窄。

品质因数 Q 2 曲线是阻尼电阻R1的阻值较小时的曲线,因为R1阻值比较小,品质因数 Q 2 较小,对LC并联谐振电路的分流衰减量比较大,所以频带比较宽。

通过上述分析可知,为了获得所需要的频带宽度,可以通过调整LC并联电路中的阻尼电阻R1的阻值大小来实现。

理解方法提示

运用信号能量对阻尼电阻作用进行理解比较容易,电阻具有耗能特性,加入阻尼电阻后,谐振电路的信号能量损耗增大,所以降低了 Q 值。

2.故障检测方法

对于这一电路中的阻尼电阻,由于它与电感L1并联,所以不能直接在路测量阻尼电阻R1的阻值,需要将R1脱开电路后进行阻值的测量。

另外,阻尼电阻R1的阻值大小对整个阻尼电路特性影响大,所以必须将R1脱开电路后进行测量。

27.动手能力培养的三个层次之一

2.7.11 电阻消振电路

1.典型电路分析

重要提示

在放大器电路中,如果存在电路设计不合理等因素会出现高频或超高频的啸叫,这种现象称为振荡,消除这种有害振荡的电路称为消振电路。

图2-112所示是电阻消振电路。电路中的R1称为消振电阻,在一些高级的放大器电路中时常采用这种电路,它通常接在放大管基极回路中,或两级放大器电路之间,电阻R1用来消耗可能产生的高频振荡信号能量,即高频振荡信号电压加在R1上而少加到后级放大器中,达到消振目的。

图2-112 电阻消振电路

2.故障检测方法

这一电路中电阻R1的检测方法比较简单,说明以下几点。

(1)如果怀疑R1开路,在通电状态下,可以用万用表的一根表棒线将R1接通,如图2-113所示。如果接通后电路恢复正常信号输出,说明R1的确开路。

(2)如果怀疑电阻R1短路,在断电后可以用万用表电阻挡直接在路测量R1阻值,因为短路测量不受外电路的影响。

图2-113 接通R1示意图

2.7.12 负反馈电阻电路

1.典型电路分析

负反馈电路是一个应用很广、种类很多、分析较困难的电路。图2-114所示是三极管偏置电路中的集电极-基极负反馈电阻电路,这是一个常见的负反馈电路。

当三极管VT1工作在放大状态时,需要给VT1基极加上一个大小合适的直流电压,以便VT1产生一个大小适当的基极电流,电阻R1就能起到这个作用。基极电流回路示意图如图2-114所示。

图2-114 三极管偏置电路中的集电极-基极负反馈电阻电路

电阻R1接在VT1基极与集电极之间,基极是VT1的输入端,集电极是VT1的输出端,VT1工作在放大状态,是一个放大器。当一个元器件(电阻)接在一个放大器输入端与输出端之间时,该元器件就构成了反馈电路,电路中的R1就是反馈电阻。 电阻R1负反馈过程是这样:设某瞬间在VT1管基极上的信号电压增大,用+号表示,如图2-115所示,由于VT1管是NPN型三极管,所以当基极信号电压在增大时其基极电流在增大。另外,由于VT1管接成共发射极放大器,它的反相作用使VT1管集电极输出信号电压在减小,用–号表示,如图2-115所示。

图2-115 负反馈示意图

这一负极性输出信号电压通过电阻R1加到VT1管的基极,造成VT1管基极上的信号电压在减小,使净输入VT1管基极的信号电流减小,所以这是负反馈过程,R1是负反馈电阻。

负反馈电阻R1电路的特征是这样:电阻R1一端接在放大器的输出端(三极管集电极),另一端接在输入端(三极管基极),所以R1构成反馈电路。

由于电阻R1接在VT1管的基极与集电极之间,在R1回路中没有隔直流的元件,这样从VT1管集电极反馈到VT1管基极的电流,可以是直流电流,也可以是交流信号电流,这样上述负反馈过程的分析同时适合于直流和交流,所以R1对直流和交流信号都存在负反馈作用,是一个直流和交流双重负反馈电路。

R1阻值大小对负反馈量的影响是这样:当R1阻值大时,从VT1管集电极加到VT1管基极的负反馈信号就小,如若大到极限情况时R1开路,此时没有负反馈信号加到VT1管的基极,便不存在负反馈。所以在这种负反馈电路中,负反馈电阻R1阻值愈大,负反馈量愈小,放大器的增益愈大。

由于电阻R1对不同频率的交流信号存在相同的阻值,所以对交流信号的频率没有选择特性,这样R1对所有频率的交流信号存在相同的负反馈作用。

2.故障检测方法

关于这一电路中电阻R1故障检测说明下列几点。

(1)对于R1的故障检测最好的方法是测量VT1基极直流电压。图2-116是测量接线示意图。如果没有测量到VT1基极直流电压,在测量直流工作电压+ V 正常的情况下,可以说明R1已经开路。如果测量到VT1基极直流电压,说明R1基本正常。

图2-116 测量接线示意图

(2)对于这个电路,最好不测量R1回路中的直流电流大小,因为这条回路中的电流很小。

2.7.13 恒流录音电阻电路

图2-117所示是恒流录音电阻电路。电路中,R1是恒流录音电阻,HD1为录放磁头,从图中可以看出,它是录音放大器的负载。

图2-117 恒流录音电阻电路

1.设置恒流录音电阻原因

如图2-117(a)所示,录放磁头是录音输出放大器的负载,由于录放磁头是一个电感性负载,当频率升高时它的感抗会增大,这样当录音信号电压一定时,显然流过录放磁头的高频信号电流小于低频信号电流,将造成高频录音信号的损耗。

为此,要求录音电流不能随录音信号频率的高低变化而变化,这由恒流录音电阻电路来完成。

28.动手能力培养的三个层次之二

2.电路分析

如图2-117(b)所示,在录音输出放大器输出回路中串联一只电阻R1,R1称为恒流录音电阻。在加入R1之后,录音输出放大器的负载阻抗 Z 由下式决定:

上述公式说明,总的阻抗为恒流电阻R1的阻值与录放磁头感抗之和。电路设计时,令R1的阻值远大于(5倍以上)录放磁头的最大感抗 X L X L 是最高录音信号频率下的感抗),这样上式可简化为 Z R 1

重要提示

由于恒流录音电阻R1对各种频率录音信号的阻值是相同的,这样各种频率信号录音信号电压相同时,流过录音磁头的录音信号电流相同,达到恒流录音的目的。

显然,在录音信号电压一定时,加入恒流录音电阻后磁头中的录音信号电流减小了,可以适当提高录音放大器的放大倍数,即提高录音信号输出电压来弥补这一不足。

2.7.14 上拉电阻电路和下拉电阻电路

数字电路的应用中,时常会听到上拉电阻、下拉电阻这两个词,上拉电阻、下拉电阻在电路中起着稳定电路工作状态的作用。

1.下拉电阻电路

图2-118所示是下拉电阻电路。这是数字电路中的反相器,输入端 U i 通过下拉电阻R1接地,这样在没有高电平输入时,可以使输入端稳定地处于低电平状态,防止了可能出现的高电平干扰使反相器误动作。

如果没有下拉电阻R1,反相器输入端悬空,为高阻抗,外界的高电平干扰很容易从输入端加入到反相器中,从而引起反相器朝输出低电平方向翻转的误动作。

图2-118 下拉电阻电路

在接入下拉电阻R1后,电源电压为+5V时,下拉电阻R1一般取值在100~470Ω,由于R1阻值很小,所以将输入端的各种高电平干扰短接到地,达到抗干扰的目的。

2.上拉电阻电路

图2-119所示是上拉电阻电路。这是数字电路中的反相器,当反相器输入端 U i 没有输入低电平时,上拉电阻R1可以使反相器输入端稳定地处于高电平状态,防止了可能出现的低电平干扰使反相器出现误动作。

图2-119 上拉电阻电路

如果没有上拉电阻R1,反相器输入端悬空,外界的低电平干扰很容易从输入端加入到反相器中,从而引起反相器朝输出高电平方向翻转的误动作。

在接入上拉电阻R1后,电源电压为+5V时,上拉电阻R1一般取值在4.7~10kΩ,上拉电阻R1使输入端为高电平状态,没有足够的低电平触发,反相器不会翻转,达到抗干扰的目的。

2.7.15 泄放电阻电路

电路中,在储能元件(如电容器、电感器、工作于开关状态的MOS管等)两端并联一只电阻器(对于电感器可并联一只二极管),给储能元件提供一个消耗能量的通路,使电路安全,这个电阻叫泄放电阻。

1.泄放电阻基本电路

泄放电阻电路的基本形态是一只电容器两端并联一只阻值比较大(通常为数百千欧)的电阻器,如图2-120所示,电路中的电阻R1就是泄放电阻。

图2-120 泄放电阻基本电路

当电路通电后正常工作时,泄放电阻基本不起作用,它只在电路断电后的很短时间起快速泄放电容C1中残留电荷的作用,这是泄放电阻的工作特点。

图2-121所示是电阻R1构成C1放电回路示意图。泄放电阻R1的工作原理是:在电路断电后,电容C1内部由于各种原因还存留有电荷,这样电容C1两端就存在电压,这一残留电压有可能造成多种危害,或是对电路安全工作造成某种危害而损坏电路元器件,或是对人身构成电击危险。有了泄放电阻R1后,电路断电后迅速将C1内部的残留电荷通过电阻R1构成的回路被放掉。

图2-121 电阻R1构成C1放电回路示意图

2.电容降压电路中泄放电阻电路

图2-122所示是电容降压电路中泄放电阻电路,这是一个电容降压桥式整流电路。电路中,R1是限流电阻,R2是电容C1的泄放电阻,C1是降压电容,VD1~VD4是桥式整流二极管,RL是整流电路的负载电阻。

图2-122 电容降压电路中泄放电阻电路

在电路通电时,由于R2的阻值远大于降压电容C2的容抗(为50Hz交流电容抗),所以R2相当于开路,在电路中不起作用。

在电路断电后,C2中的残留电荷通过R2所构成的回路放掉,达到泄放C2残留电荷的目的。

3.电路设计中的泄放电阻大小要求

泄放电阻的大小决定了RC电路放电时间常数和电源的消耗。泄放电阻小,放电时间常数小,放电迅速,泄放效果好,但是对电源的消耗大,反之则相反。所以,泄放电阻回路的时间常数要根据具体要求来决定。

有的电路根据放电时间常数大小来决定泄放电阻的阻值,例如开关电源中的泄放电阻电路,要求在拔掉电源插头后2s内放电完毕,以保证人身安全,这时根据公式 τ = RC 来决定 R ,即 R = τ / C C 的单位是μF(微法), R 的单位是MΩ(兆欧),时间常数 τ 的单位就是s。

有的电路是根据流过泄放电阻电流的大小来决定泄放电阻的阻值,泄放电阻上流过的电流一般不大于5m A,很多在2m A以下。流过泄放电阻的电流大,对电源的损耗大,对电容的电荷泄放就快,反之则相反。例如,有一个直流工作电压为350V的电路,泄放电阻使用270kΩ电阻,流过该泄放电阻的电流为1.3m A。

4.滤波电容两端的泄放电阻电路

图2-123所示是电子管放大器电源滤波电容两端的泄放电阻电路。电路中C1是电子管放大器电源滤波电容,整流电路输出的直流工作电压达300V以上,R1是电容C1的泄放电阻。

图2-123 电子管放大器电源滤波电容两端的泄放电阻电路

电路在通电状态时,R1不起作用,只是消耗一部分电能。在电路断电后,电容C1存储的电荷通过电阻R1回路放电,迅速放掉C1内部的电荷,使整机电路不带电,以方便电路的检修和调试。

如果没有电路中的泄放电阻R1,在断电后的较长一段时间内电容C1内部存储有电荷,如果这时进行电路的检修或调试,将会被电击。

这一电路中的泄放电阻还有一个作用,即能够提高整流滤波电路直流输出电压的稳定性。整流滤波电路输出端的电压会随着负载的大小变化而变化,加入泄放电阻就可以使其变化量减小。

假设整流滤波电路输出的直流电压升高,使负载两端的直流电压升高,这时泄放电阻R1两端的电压升高,流过R1的电流增大,使整机电流增大,导致在电源内阻上的压降增大,这样使整流滤波电路输出端的直流电压下降,反之则相反。

29.动手能力培养的三个层次之三

显然加入了泄放电阻R1,对稳定直流输出电压有一定的益处,但是当需要稳定的直流工作电压时,仅是利用泄放电阻来稳定输出电压是远远不够的。

5.电源电路中X电容的泄放电阻电路

图2-124所示是电源电路中X电容的泄放电阻电路。电路中的C1是X电容器,用来抑制高频差模干扰成分;R1则是泄放电阻;F1是熔丝;L1和L2是差模电感,用来抑制高频差模干扰成分。

图2-124 电源电路中X电容的泄放电阻电路

电路中,在电路断电后,C1中残留的电荷通过电阻R1放电,以保证拔掉电源插头的1~2s后不带电。

6.MOS开关管栅极泄放电阻电路

图2-125所示是MOS开关管栅极泄放电阻电路。电路中的R2为泄放电阻,它接在MOS开关管VT3的栅极与源极之间。

图2-125 MOS开关管栅极泄放电阻电路

电路中的MOS管VT3工作在开关状态下,VT1和VT2管轮流导通,使得MOS管VT3的栅极等效电容处于充电、放电的交替状态。如果电路断电时正好是MOS管VT3栅极等效电容为充满电状态,由于电路已断电,这样VT1和VT2管截止,VT3管栅极等效电容所充电荷没有放电回路,使VT3管栅极电场仍然能够保持较长时间(因为MOS管输入阻抗相当大),如果这时再次开机通电,由于VT1和VT2管正常的激励信号还没有建立起来,而MOS管VT3漏极工作电压却迅速得到,这样会使VT3管产生巨大的不受控制的漏极电流,会烧坏MOS管VT3。

在MOS管VT3栅极与源极之间接入一只泄放电阻R2之后,VT3管栅极等效电容内部存储的电荷通过R2回路迅速放电,避免了上述现象的出现,达到了防止烧坏MOS管VT3的目的。

泄放电阻R2通常取5kΩ至几十千欧,如果阻值太大很难起到迅速泄放MOS管栅极等效电容中电荷的作用。

MOS管这种泄放电阻电路只运用于开关电路中,当MOS管线性运用时不必设置这种泄放电阻电路。

2.7.16 启动电阻电路

图2-126所示是采用复合管构成的串联调整管稳压电路。电路中的R1为启动电阻;电路中的VT1和VT2构成复合调整管,其中VT1是激励管,VT2是调整管,VT3是比较放大管;VZ1是稳压二极管;RT1是热敏电阻器;RP1是输出电压微调可变电阻器;C1和C2是滤波电容;+ V 是整流、滤波电路输出的未稳定的直流电压; U o 是经过稳压后的直流输出电压。

图2-126 采用复合管构成的串联调整管稳压电路

开机瞬间或这一电源电路保护之后,稳压电路输出端没有直流工作电压 U o ,这时VT3管基极无直流工作电压,VT3管处于截止状态,VT3管的截止也使VT1和VT2管截止,3只三极管均处于截止状态。

启动电阻电路的工作原理是:未稳定的直流电压+ V 经熔丝F1,由R1从VT2管集电极加到发射极上,即加到输出端,给VT3管基极建立直流工作电压,使VT3导通,VT1和VT2随之导通,这样使整个稳压电路进入工作状态,即R1使稳压电路启动。

如果电路中没有启动电阻R1,在开机后稳压电路的输出端没有直流电压,VT2将处于截止状态,整个电路无法工作,也就没有直流输出电压 U o 。可见R1用来启动电路,启动电阻由此得名。

2.7.17 取样电阻电路

1.直流稳压电路中取样电阻电路

图2-127所示是典型串联调整型稳压电路。电路中,可变电阻器RP1和电阻器R3、R4构成取样电路;VT1是调整管,它构成电压调整电路;VZ1是稳压二极管,它构成基准电压电路;VT2是比较放大管,它构成电压比较放大器电路;+ V 是整流、滤波电路输出的未稳定直流电压; U o 是经过稳压后的直流输出电压。

图2-127 典型串联调整型稳压电路

1.快速认识-电阻类元器件1

电路中,R3、RP1、R4构成分压电路,RP1动片输出电压为VT2管基极提供正向偏置电压,这一电压的大小决定了VT2管导通的程度,也就决定了VT1管导通的程度,从而就决定了直流输出电压 U o 的大小。

当输出直流电压 U o 大小变化时,RP1和R3、R4这一取样电路上的电压也随之大小波动,显然RP1和R3、R4电路取出了输出电压 U o 的变化量,这一大小波动变化量通过RP1动片加到VT2管基极。

2.功率放大器过载保护电路中取样电阻电路

图2-128所示是一种功率放大器限流式过载保护电路。电路中,R8和R9为取样电阻,阻值很小;VT3~VT6构成复合互补对称式功放输出级电路;VT1、VT2、VD1和VD2等构成过载保护电路。

图2-128 功率放大器限流式过载保护电路

电路中,功放输出管VT5发射极电流流过取样电阻R8,功放输出管VT6集电极电流流过取样电阻R9,显然VT5、VT6管的电流大小就决定了取样电阻R8、R9上的压降大小。功放输出管电流大时,在R8、R9上的压降就大,反之就小。

电路正常工作时,VT5、VT6管电流流过取样电阻R8、R9电流不是很大,在R8和R9上压降不大,R6、R7将这一压降分别加到VT1、VT2管基极,不足以使VT1、VT2管导通,这样VD1和VT1、VT2和VD2处于截止状态,对功率放大器工作无影响,即保护电路没有进入保护工作状态。

负载短路或其他原因导致VT5、VT6管工作电流很大时,R8和R9上的压降就很大。由于R8上压降很大,这一很大的压降通过电阻R6加到VT1管基极,使VT1管导通,这样使VD1也导通,输入信号 U i1 被导通的VD1和VT1分流到地,而输入VT3和VT5的信号电流大幅减小,达到过载保护的目的。当取样电阻R9上压降很大时,VD2和VT2导通而进入保护状态。

显然,通过取样电阻R8和R9,将功放输出管VT5、VT6工作电流的变化转换成R8、R9两端的电压变化,这就是取样电路的基本任务。 Rm/m9AGnpJSl9Bt15FPIbV5e7Xmo+zs6/lNG/L5K9Qv087Cj0Wj+HNNNz8h4j+7X

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