图表细说电子工程师速成手册(第2版)
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1.5 初步了解电子电路的分析过程和方法

首次接触电路图的初学者,最好不要立即去盲目分析电路工作原理。首先,掌握一些电子技术的基础知识,这样在电路分析中可以少受挫折,有利于自信心的建立。

初学阶段的自信心建立,对日后电子技术的学习有着举足轻重的影响。所以,掌握一定的基础知识之后,再进行电路分析的学习是科学的。

初学者应该从元器件知识起步,从学习基础知识点开始!通过系统学习,将一个个知识点连成一线,进而成为一片。

1.5.1 初涉电路分析

为了说明电路工作原理分析过程中的基本思路,这里以如图1-44所示生活中常见的手电筒电路为例,介绍一个最简单电路的分析范例,以供初学者进行电路分析时模仿。通过这一模仿熟悉电路分析全过程,学到电路分析的方法和思路。

图1-44 手电筒电路

1.分析的首步是了解电路组成

了解电路组成是电路分析的第一步,通过这一步可以大致了解电路中有哪些主要元器件,从而初步推断电路的功能等。

组成手电筒电路共有三个元器件和导线:S1 是电源开关件,EL 是小电珠,+V 是直流电源(电池)正极端,接地点通过导线与电源(电池)的负极相连。

2.了解电路功能有利于电路分析

提示

在电路分析中,如果能够了解电路的功能,对电路分析具有很好的引导作用,能比较方便地找到电路分析的切入点,有助于电路分析思路的展开。

例如,手电筒电路的功能是控制小电珠的发光,需要小电珠点亮时让它发光,不需要小电珠点亮时让它熄灭。有了这一电路功能的引导作用,对这一电路分析的方向就明确了,即分析电路是如何实现小电珠点亮和熄灭的,根据这一点和结合开关件的基本功能和特性,就可以知道手电筒电路分析的关键元器件是电路中的电源开关。

电路功能方面的信息了解越多,对电路分析越有益。了解电路的名称可以大致知道电路的功能。例如,了解到某一电路是音频放大器电路,这样首先可以知道它是一种放大器电路,其次知道它放大的是音频信号,那么就会运用一些音频放大器的知识和分析方法、技巧,对音频放大器电路的工作原理进行分析。

3.电路是如何分析的

为了分析的方便,再将手电筒电路简画成如图1-45所示的电路。如表1-7所示是这一电路的分析思路和过程解说。

图1-45 电路示意图

表1-7 电路分析思路和过程解说

通过上述分析可知,小电珠EL通过电源开关S1的断开、闭合来实现熄灭和点亮的控制,实现电路功能,这就是这一电路工作原理分析。

提示

在这一电路中,电池是电路中的电源,也就是电路工作的“动力”源;小电珠是电源的负载,也就是电源供电的对象,或是电路服务的中心;电源开关是控制元器件,是实现小电珠点亮与熄灭必不可少的控制元件。这3个元器件的作用通过这一分析也就明确了。

1.5.2 元器件特性对识图的影响举足轻重

从上面的电路分析思路和过程中不难看出,电路工作原理的分析与电路中元器件特性紧密地联系在一起,如果不了解这3个元器件的作用和特性,那对这一电路分析将寸步难行。所以,电路分析中元器件特性起着重要的支持作用,初学者必须掌握好元器件的特性,至少掌握主要特性。

1.电源开关S1特性对电路分析的作用

关于开关件特性对电路分析的作用主要说明如下:

电路中的S1是一种单刀开关,它有两种工作状态:一是开关断开状态,这时它的两个触点之间为开路,两触点间的电阻为无穷大;二是接通状态,这时它的两个触点之间为接通状态,两触点之间的电阻为零。如图1-46所示是单刀开关两种状态示意图。

图1-46 单刀开关两种状态示意图

单刀开关只有两种工作状态。在分析由这种开关参与的电路时,就是假设开关处于断开状态和接通状态两种情况,分别分析这两种状态下开关对电路工作的影响,这就是开关电路的分析思路和方法。由于这一电路中控制元器件只有开关件S1,所以对开关S1电路的分析就是这一电路的分析。

试想

如果不知道开关S1有通与断两种工作状态,如果不知道它在接通、断开两种状态下两触点之间的电阻特性,那这个电路如何分析?

开关件的种类很多。它们共同的特性是能够实现开关的通与断。但是不同类型的开关还有它们的个性,如图1-47所示是开关元器件中的一种双刀三掷开关。所以在分析这些开关件参与的电路的工作原理时,要先搞懂这些开关件的个性,即它们的特性。

图1-47 双刀三掷开关外形图

好方法

电路分析中的联想理解是一种好方法,例如对电路中开关S1的接通、断开工作过程难于理解时,可以联想到家庭中所用的电灯开关,它的开关过程与上述电路中的开关 S1的开、关控制过程一样。

2.负载小电珠特性对电路分析的影响

在手电筒电路中,小电珠EL是整个电路服务中的中心元器件,如图1-48所示,如果不了解小电珠的特性,那么电路分析就没有目的性。

图1-48 小电珠示意图

众所周知,当小电珠通入电流时,它会发光,如果不了解这一点就不知道这个电路用来控制小电珠的什么,就有可能闹出控制小电珠发热的笑话来。

电路分析中,搞清楚负载的特性比搞清楚电路中其他元器件更为重要。

这里举一例进一步说明:如果放大器的负载是扬声器,如图1-49所示,说明这个电路最终是给扬声器输入音频信号电流,从而使扬声器发出声音的,不了解扬声器能将电信号转换成声音的特性,就无法得到正确的电路分析结果。

图1-49 可变电阻器调整电路示意图

图1-49 举例电路示意图

3.关键元器件与辅助元器件的区别

一个实用电路中,有许多元器件,其中有一部分是关键元器件,也有许多是辅助元器件,这些辅助元器件是为关键元器件服务或是用来完善、扩展电路功能的。电路分析中要学会分清关键和辅助元器件,抓住关键元器件。

笔者有件事情记忆犹新。入门初期装配单管直放式收音机,装响之后有位老师从收音机中拆下好几个元器件,奇怪的是收音机仍然在响,当时感觉电子世界太奇妙了,好长时间内一直搞不懂这是为什么。

抓住电路中的关键元器件不是一件简单的事情,在初学阶段甚至是非常困难的,下列几点可供参考:

(1)二极管、三极管和集成电路等有源器件是电路中的关键元器件,围绕着它们的电阻器、电容器是为这些有源元器件服务的元件。

(2)电路图中远离有源元器件的电阻器、电容器通常是实现一些辅助功能的元件。关键元器件不能少,否则电路不能工作。辅助元器件少了,电路工作性能下降。

1.5.3 解说负载与负载识别方法

前面的电路分析中已经知道负载在电路分析中的重要“地位”。手电筒电路中的小电珠是电源(电池)的负载,又如家庭中使用的灯泡、洗衣机等用电器都是电源的负载。

1.负载的中心地位

电路中,负载是整个电路服务的重心,电路所实现的功能都是为了负载,所有电路中的元器件都是为了负载这个中心而设置的。

例如,小电珠是手电筒电路中的负载,电池就要给小电珠供电;音频功率放大器的负载是扬声器,音频功率放大器就要给扬声器提供音频功率信号。

2.了解负载的种类

负载可以是一个元器件,例如,小电珠、扬声器、电机等,也可以是一个具体的电路。负载电路的种类很多,例如接在电源电路输出端的整机电路就是电源电路的负载,电机是电机控制电路的负载,如图1-50所示。后一级放大器是前一级放大器的负载,如图1-51所示。

图1-50 电机控制电路方框图

图1-51 负载电路示意图

负载或负载电路的概念不只是在整机电路中,在局部电路中也存在,例如三极管放大器电路中的集电极负载电阻。如图1-52所示。

图1-52 三极管集电极负载电阻示意图

提示

负载或负载电路既存在于整机电路中,也存在于局部电路中,负载的概念在电路中处处存在。

3.找出负载对电路分析有着举足轻重影响

电路分析中,能够识别电路中的负载或负载电路,对电路分析有益,因为负载或负载电路是整个电路的服务重心,抓住重心就是抓住了重点,可以引导电路分析思路的展开,做到有的放矢。前面对手电筒电路的分析就是一个很好的证明,务必重点阅读这一电路分析过程。