一、造成PCB焊接缺陷的原因
电路板孔可焊性不好，将会产生虚焊缺陷，影响电路中元件的参数，导致多层板元器件和内层线导通不稳定，引起整个电路功能失效。
所谓可焊性就是金属表面被熔融焊料润湿的性质，即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜。影响印刷电路板可焊性的因素主要有：
- 焊料的成份和被焊料的性质
焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分，它由含有助焊剂的化学材料组成，常用的低熔点共熔金属为Sn-Pb或Sn-Pb-Ag。其中杂质含量要有一定的分比控制，以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。焊剂的功能是通过传递热量，去除锈蚀来帮助焊料润湿被焊板电路表面。一般采用白松香和异丙醇溶剂。
- 焊接温度和金属板表面清洁程度
焊接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高，则焊料扩散速度加快，此时具有很高的活性，会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化，产生焊接缺陷，电路板表面受污染也会影响可焊性从而产生缺陷，这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等。
翘曲产生的焊接缺陷
电路板和元器件在焊接过程中产生翘曲，由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷。翘曲往往是由于电路板的上下部分温度不平衡造成的。对大的PCB，由于板自身重量下坠也会产生翘曲。
普通的PBGA器件距离印刷电路板约0.5mm，如果电路板上器件较大，随着线路板降温后恢复正常形状，焊点将长时间处于应力作用之下，如果器件抬高0.1mm就足以导致虚焊开路。
电路板的设计影响焊接质量
在布局上，电路板尺寸过大时，虽然焊接较容易控制，但印刷线条长，阻抗增大，抗噪声能力下降，成本增加。
过小时，则散热下降，焊接不易控制，易出现相邻线条相互干扰，如线路板的电磁干扰等情况。
因此，必须优化PCB板设计：
- 缩短高频元件之间的连线、减少EMI干扰。
- 重量大的(如超过20g) 元件，应以支架固定，然后焊接。
- 发热元件应考虑散热问题，防止元件表面有较大的ΔT产生缺陷与返工，热敏元件应远离发热源。
- 元件的排列尽可能平行，这样不但美观而且易焊接，宜进行大批量生产。电路板设计为4∶3的矩形最佳。导线宽度不要突变，以避免布线的不连续性。电路板长时间受热时，铜箔容易发生膨胀和脱落，因此，应避免使用大面积铜箔。
综合上述，为能保证PCB板的整体质量，在制作过程中，要采用优良的焊料、改进PCB板可焊性以及及预防翘曲防止缺陷的产生。
二、从焊接角度谈画PCB时应注意哪些问题
随着电子技术的飞速发展，电子元器件的小型化、微型化、间距为0.3mm~0.5mm高密度的芯片越来越普遍，对电子焊接技术的要求也就越来越高。虽然现在有了更精密的贴片机可以代替人工焊接，但影响焊接质量的因素太多。本文将从贴片焊接的角度，介绍了几点PCB设计时需要注意的要点，根据经验，如果未按照这些要求，很有可能造成焊接质量不高，虚焊和甚至在返修PCB的时候损坏焊盘或电路板。
(1)、影响PCB焊接质量的因素
从PCB设计到所有元件焊接完成为一个质量很高的电路板，需要PCB设计工程师乃至焊接工艺、焊接工人的水平等诸多环节都有着严格的把控。主要有以下因素：PCB图、电路板的质量、器件的质量、器件管脚的氧化程度、 锡膏的质量、锡膏的印刷质量、贴片机的程序编制的精确程度、贴片机的贴装质量、回流焊炉的温度曲线的设定等等因素。
焊接厂本身无法逾越的环节就是PCB画图的环节。由于做电路设计的人往往不焊电路板从而无法获得直接的焊接经验，不知道影响焊接的各种因素;而焊接厂的工人不 懂画板，他们只管完成生产任务，没有心思、更没有能力分析造成不良焊接的原因。由于这两方面的人才各司其职，难以有机结合。
(2)、画PCB图时的建议
下面我就PCB画图的环节给画PCB图的设计布线工程师们提出一些建议，希望在画图的过程中能避免出现影响焊接质量的各种不良画法。将主要以图文的形式介绍。
1、关于定位孔：PCB板的四角要留四个孔(最小孔径 2.5mm)，用于印刷锡膏时定位电路板。要求X轴或Y轴方向圆心在同一轴线上，如下图：
2、关于Mark点：用于贴片机定位。PCB板上要标注Mark点，具体位置：在板的斜对角，可以是圆形，或方形的焊盘，不要跟其它器件的焊盘混在一起。如果双面有器件，双面都要标注。
设计PCB时，请注意以下几点：
a、Mark点的形状如以下图案。(上下对称或左右对称)
b、A的尺寸为2.0mm。
c、从Mark点的外缘离2.0mm的范围内，不应有可能引起错误的识别的形状和颜色变化。(焊盘、焊膏)
d、Mark点的颜色要和周围PCB的颜色有明暗差异。
e、为了确保识别精度，Mark点的表面上电镀铜或锡来防止表面反射。对形状只有线条的标记，光点不能识别。
如下图所示：
3、关于留5mm边：画PCB时，在长边方向要留不少于3mm的边用于贴片机运送电路板，此范围内贴片机无法贴装器件。此范围内不要放置贴片器件。如图：
双面有器件的电路板应考虑到第二次过回流时会把已焊好的一面靠边的器件蹭掉，严重时会蹭掉焊盘、毁坏电路板。如下图所示：
所以建议芯片少的一面(一般为Bottom面)的长边离边5mm范围内不要放置贴片器件。如果确实由于电路板面积受限，可以在长边加工艺边，参见本文17条“关于拼板的建议及加工艺边”。
4、不要直接在焊盘上过孔：直接在焊盘上过孔的缺陷是在过回流时锡膏熔化后流到过孔内，造成器件焊盘缺锡，从而形成虚焊。如图：
5、关于二极管、钽电容的极性标注：二极管、钽电容的极性标注应符合行规，以免工人凭经验焊错方向。如图：
6、关于丝印和标识：请将器件型号隐藏。尤其是器件密度高的电路板。否则，眼花缭乱影响找到焊接位置。如下图：
也不要只标型号，不标标号。如下图所示，造成贴片机编程时无法进行。
丝印字符的字号不应太小，以至于看不清。字符放置位置应错开过孔，以免误读。
7、关于IC焊盘应延长：SOP、PLCC、QFP等封装的IC画PCB时应延长焊盘，PCB上焊盘长度=IC脚部长度×1.5为适宜，这样便于手工用烙铁焊接时，芯片管脚与PCB焊盘、锡三者熔为一体。如图：
8、关于IC焊盘的宽度：SOP、PLCC、QFP等封装的IC，画PCB时应注意焊盘的宽度，PCB上焊盘a的宽度=IC脚部宽度(即：datasheet中的Nom.值)，请不要增宽，保证b(即两焊盘间)有足够的宽度，以免造成连焊。如图：
9、放置器件不要旋转任意角度：由于贴片机无法旋转任意角度，只能旋转90℃、180℃、270℃、360℃。如下图B 旋转了1℃，贴片机贴装后器件管脚与电路板上的焊盘就会错开1℃的角度，从而影响焊接质量。
10、相邻管脚短接时应注意的问题：下图a的短接方法不利于工人识别该管脚是否应该相连，且焊接后不美观。如果画图时按图b、图c的方法短接并加上阻焊，焊接出来的效果就不一样：只要保证每个管脚都不相连，该芯片就无短路现象，而且外观也美观。
11、关于芯片底下中间有焊盘的问题：芯片底下中间有焊盘的芯片画图时如果按芯片的封装图画中间的焊盘，就容易引起短路现象。建议将中间的焊盘缩小，使它与周围管脚焊盘之间的距离增大，从而减少短路的机会。如下图：
12、厚度较高的两个器件不要紧密排在一起：如下图所示，这样布板会造成贴片机贴装第二个器件时碰到前面已贴的器件，机器会检测到危险，造成机器自动断电。
13、关于BGA：由于BGA封装比较特殊，其焊盘都在芯片底下，外面看不到焊接效果。为了返修方便，建议在PCB板上打两个 Hole Size:30mil 的定位孔，以便返修时定位(用来刮锡膏的)钢网。
温馨提示：定位孔的大小不宜过大或过小，要使针插入后不掉、不晃动、插入时稍微有点紧为宜，否则定位不准。如下图：
而且建议BGA周围一定的范围内要留出空地别放置器件，以便返修时能放得下网板刮锡膏。
14、关于PCB板的颜色：建议不要做成红色。因为红色电路板在贴片机的摄像机的红色光源下呈白色，无法进行编程，不便于贴片机进行焊接。
15、关于大器件下面的小器件：有的人喜欢将小的器件排在同一层的大器件底下，比如：数码管底下有电阻，如下图：
如此排版会给返修造成困难，返修时必须先拆数码管，还有可能造成数码管损坏。建议将数码管底下的电阻排到Bottom面，如下图：
16、关于覆铜与焊盘相连影响熔锡：由于覆铜会吸收大量热量，造成焊锡难以充分熔化，从而形成虚焊。如图所示：
图a中器件焊盘直接与覆铜相连;图b中50Pins连接器虽然没直接与覆铜相连，但由于四层板的中间两层为大面积覆铜，所以图a、图b都会因为覆铜吸收 大量热量而造成锡膏不能充分熔化。图b中50Pins连接器的本体是不耐高温的塑料，若温度设定高了，连接器的本体会熔化或变形，若温度设定低了，覆铜吸 收大量热量而造成锡膏不能充分熔化。因此，建议焊盘与大面积覆铜隔离。如图所示：
17、关于拼板的建议及加工艺边：
(3)、总结
现如今，能用软件进行画图，布线并设计PCB的工程师越来越多，但是一经设计完成，并能很好的提高焊接效率，作者认为需要重点注意以上要素。并且培养良好的画图习惯，能够很好的以加工工厂进行很好的沟通，是每一个工程师都要考虑的。
三、解析桥式整流电路
下面这个桥式整流电路出场率很高，看着一定眼熟。
事实证明，强行灌输的东西总是难以下咽。记得读书那会，第一次看到这个电路时被吓到了，以至于直到这门课结束了也没搞清楚。
本文就来分析一下此电路中电流的走向，进而理解它是如何实现整流的。
分析之前要注意，上图黑框处相交导线不相接。
顺便科普一下电路图中交叉导线的画法：
- 相交不相接导线，不加点的画法
- 相交不相接导线，用弧跨线画法
- 导线相交且相接，常见的一种画法
电流走向
1 变压器u2正半周时电流通路
2 变压器u2负半周时电流通路
输出波形
由上面两图可见，在u2正、负半周时，通过负载RL的电流方向是一致的。
整流之后，原先的负半周期波形反转，如下图所示。
总结电路特点
- 画图时要注意4只整流二极管连接方法；
- 电源变压器次级线圈不需要抽头；
- 每一个半周交流输入电压期间内，有2只整流二极管同时串联导通，另2只整流二极管截止；
- 桥式整流电路输出波形是全波波形。
四、4种恒流源电路分析
基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。
这可以采用工作于输出电流饱和状态的双极结型晶体管或者金氧半场效晶体管来实现。为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：
- 其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源。
- 输出晶体管的输出电阻尽量大——输出级需要是恒流源。
四种恒流源电路分析：
在改进型差动放大器中，用恒流源取代射极电阻RE，既为差动放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有了更强的抑制共模信号的能力，且不需要很高的电源电压，所以，恒流源和差动放大电路简直是一对绝配！
恒流源既可以为放大电路提供合适的静态电流，也可以作为有源负载取代高阻值的电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。这种用法在集成运放电路中有非常广泛的应用。
本文将介绍常见的恒流源电路以及作为有源负载的应用。
镜像恒流源电路
如下图所示为镜像恒流源电路，它由两只特性完全相同的管子VT0和VT1构成，由于VT0管的c、b极连接，因此UCE0=UBE0，即VT0处于放大状态，集电极电流IC0=β0*IB0。另外，管子VT0和VT1的b-e分别连接，所以它们的基极电流IB0=IB1=IB。设电流放大系数β0=β1=β，则两管集电极电流IC0=IC1=IC=β*IB。可见，由于电路的这种特殊接法，使两管集电极IC1和IC0呈镜像关系，故称此电路为镜像恒流源（IR为基准电流，IC1为输出电流）。
镜像恒流源电路简单，应用广泛。但是在电源电压一定时，若要求IC1较大，则IR势必增大，电阻R的功耗就增大，这是集成电路中应当避免的；若要求IC1较小，则IR势必也小，电阻R的数值就很大，这在集成电路中很难做到，为此，人们就想到用其他方法解决，这样就衍生出其他电流源电路。
比例恒流源电路
如下图所示为比例恒流源电路，它由两只特性完全相同的管子VT0和VT1构成，两管的发射极分别串入电阻Re0和Re1。比例恒流电路源改变了IC1≈IR的关系，使IC1与IR呈比例关系，从而克服了镜像恒流源电路的缺点。与典型的静态工作点稳定电路一样，Re0和Re1是电流负反馈电阻，因此与镜像恒流源电路相比，比例恒流源的输出电流IC1具有更高的稳定性。
微变恒流源电路
若Re0很小甚至于为零，则Re1只采用较小的电阻就能获得较小的输出电流，这种电路称为微变恒流源，如下图所示。集成运放输入级静态电流很小，往往只有几十微安，甚至更小，因此微变电流源主要应用于集成运放输入级的有源负载。
多路恒流源电路
集成运放是一个多级放大电路，因而需要多路恒流源电路分别给各级提供合适的静态电流。可以利用一个基准电流去获得多个不同的输出电流，以适应各级的需要。下图所示电路是在比例恒流源基础上得到的多路恒流源电路，IR为基准电流，IC1、IC2和IC3为三路输出电流。由于各管的b-e间电压UBE数值大致相等，因此可得近似关系：
IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3
当IE0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可以得到所需的电流。
五、PCB的有趣知识
毫无疑问，印刷电路板（PCB）是人类技术中具有里程碑意义的工具。为什么呢？这是因为当今在每一个电子设备中都隐藏着它的身影。就像其他历史中的伟大发明一样，PCB也是随着历史车轮前进而逐步成熟的，至今已经有130年的发展历史，它是工业革命车轮中最为靓丽的一道风景。
PCB成为优化电子设备生成工艺的手段，曾经那些使用手工制作的电子设备不得不PCB来替代了，这都是因为电路板上将会集成更多的功能。如下图分别是1968年计算器中的电路板和现代计算机主板。
下面就是关于PCB的十个有趣的事实。
颜 色
即使对于一些并不了解PCB是干什么的人来说，也大体知道PCB的样子是什么。它们至少看起来给人一种具有一种传统风格，那就是它的绿色。这个绿色实际是阻焊层玻璃油漆透光的颜色。阻焊层虽然名称是阻焊，但它的主要功能还是保护覆盖的线路免受潮湿、灰尘的侵扰。
至于阻焊层为何选择绿色，主要的原因被认为绿色是军队防护标准，军方设备中PCB最早使用了阻焊层来保护电路在野外的可靠性，绿色是军队里自然保护色。还有人认为最初的阻焊油漆所使用的环氧树脂的颜色本身就呈现绿色，于是一直沿用至今。
现在阻焊层的颜色已经是多种多样的，有黑色、红色、黄色等等。毕竟绿色并不是工业标准。如下图中五颜六色的PCB。
谁先发明了PCB
如果问谁发明了印刷术，这个殊荣当属中国北宋年间的毕昇。但最早的印刷电路板则需要追踪到奥地利工程师 Charles Ducas在1920年提出了使用墨水导电（在底板上打印黄铜电线）的概念。他借助于电镀技术制作在绝缘体表面直接生成导线，制作出PCB的原型。
最初电路板上的金属导线是黄铜，一种铜和锌的合金。这种颠覆性的发明消除了电子线路的复杂连线工艺，并保证电路性能的可靠性。这个工艺直到第二次世界大战结束才开始进入实际应用阶段。下图是Charles Ducas和他的印刷电路板专利。
标 记
在绿色电路板还存在着大量白色标记。很多年来，人们弄不明白为何这些白色印刷标记被叫做“丝网层”。它们主要是用来标识电路板上元器件的信息，以及其他与电路板相关的内容。
这些信息最早是通过丝网印刷的方式打印在电路板上，所以被称为丝网层，现在则使用特殊的喷墨打印机来完成。这些信息可以帮助电路工程师来检查电路板中是否存在故障。
元器件
电路板的功能主要通过将元器件按照原理图有效连接起来完成的。每一个元器件都有它们独特的功能。即使在电路板上紧密相邻的两个器件都有可能千差万别。器件的种类基本上包括有电阻、二极管、晶体管、电容、继电器、电池、变压器以及其它的林林总总（比如保险丝、电感、电位器等等）。
无处不在
毫不夸张的说，PCB无处不在。从计算机到数字钟表、从微波炉到电视机以及立体音响系统。只要是电子物品和设备，超过99%的可能性其中包含有PCB。所以我们有可能想当然认为，如果没有PCB可能任何电子设备就无法运行。
美国航空航天局(NASA)
在美国国家航空航天管理局（NASA）的很多项目中就使用了一些石破天惊的技术，其中在上个世纪60年代，NASA就在阿波罗11号火箭上使用了PCB，这是因为基于PCB的电子设备重量轻、耗电小。那可是人类最伟大的时刻，第一次将宇航员送到了月球上。这其中就有PCB的功劳。
表面封装焊接技术(SMT)
表面安装焊接技术使得PCB走进了现代化。相比于以前插孔安装方式，这种表面安装焊接技术则先使用特殊胶水将器件粘贴在PCB上，然后在通过特殊的回流焊将器件与电路板进行电气连接。
快速成型PCB
在对电路进行局部实验过程中，可以借助于面包板、洞洞板以及其他的通用电路板进行测试。随着表面封装元器件增多，也有新型的快速PCB成型技术出现，比如热转印PCB、3D打印多层电路板等。下图是3D打印电路板。
柔软PCB
PCB并不都是平直坚硬的，还有很多柔软的PCB工作在很多紧密电子设备中，它们往往构成了很多活动关节中的应用电路，或者组成多层立体电路。下图是透明柔软的PCB。
世界上最大的PCB
世界上最大的一块PCB来自于英国Johnson电子公司的这条应用在无人太阳能飞机上的柔性多层电路板。它长约28米。是由柔软聚酰亚胺作为基地制作的电路板有着更好的散热、更高的导电密度。这么长的的电路板是通过特殊的生产工艺分段进行腐蚀制作的。最长的柔性电路板如下图所示。
六、单片机中常用的负电压是怎样产生的？
负电压的产生电路图原理
在电子电路中我们常常需要使用负电压，比如说我们在使用运放的时候常常需要建立一个负电压。下面就简单的以正5V电压到负电压5V为例说一下它的电路。
通常需要使用负电压时一般会选择使用专用的负压产生芯片，但这些芯片都比较贵，比如ICL7600，LT1054等。差点忘了MC34063了，这个芯片使用的最多了，关于34063的负压产生电路这里不说了，在datasheet中有的。下面请看我们在单片机电子电路中常用的两种负电压产生电路。
现在的单片机有很多都带有了PWM输出，在使用单片机的时候PWM很多时候是没有用到的，用它辅助产生负压是不错的选择。
上面的电路是一个最简单的负压产生电路了。使用的原件是最少的了，只需要给它提供1kHz左右的方波就可以了，相当简单。这里需要注意这个电路的带负载能力是很弱的，同时在加上负载后电压的降落也比较大。
由于上面的原因产生了下面的这个电路：
负电压产生电路分析
电压的定义：电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
说白了就是：某个点的电压就是相对于一个参考点的电势之间的差值。V某=E某-E参。一般把供电电源负极当作参考点。电源电压就是Vcc=E电源正-E电源负。
想产生负电压，就让它相对于电源负极的电势更低即可。要想更低，必须有另一个电源的介入，根本原理都是利用两个电源的串联。电源2正极串联在参考电源1的负极后，电源2负极就是负电压了。
一个负电压产生电路：利用电容充电等效出一个新电源，电容串联在GND后，等效为电源2，则产生负电压。
1、电容充电：当PWM为低电平时，Q2打开，Q1关闭，VCC通过Q2给C1充电，充电回路是VCC-Q2-C1-D2-GND，C1上左正右负。
2、电容C1充满电。
3、电容C1作为电源，C1高电势极串联在参考点。C1放电，从C2续流，产生负电压。
当PWM为低电平时，Q2关闭，Q1打开，C1开始放电，放电回路是C1-C2-D1，这实际上也是对C2进行充电的过程。C2充好电后，下正上负，如果VCC的电势为5点几伏，就可以输出-5V的电压了。
产生负电压（-5V）的方案
7660和MAX232输出能力有限，做示波器带高速运放很吃力，所以也得用4片并联的方式扩流。第一版是7660两片并联的。
用普通的DC/DC芯片都可以产生负电压，且电压精确度同正电压一样，驱动能力也很强，可以达到300mA以上。
一般的开关电源芯片都能产生负电压，实在不行用开关电源输出的PWM去推电荷泵，也可以产生较大的电流，成本也很低，不知纹波要求多少，电荷泵用LC滤波之后纹波相当小的。7660是电荷泵，所以电流很小。
整个示波器的设计，数字电源的+5V和模拟电源的+５V是分开供电的，但是数字地和模拟地应该怎么处理呢？
数字地和模拟地是一定要连在一起的，不然电路没法工作。
数字部分的地返回电流不能流过模拟部分地，两个地应该在稳定的地参考点连在一起。
负电压的意义
1、人为规定。
例如电话系统里是用-48V来供电的，这样可以避免电话线被电化学腐蚀。当然了，反着接电话也是可以工作的，无非是电压参考点变动而已。
2、通讯接口需要。
例如RS232接口，就必须用到负电压。-3V～-15V表示1，+3～+15V表示0。这个是当初设计通讯接口时的协议，只能遵守咯。PS:MAX232之类的接口芯片自带电荷泵，可以自己产生负电压。串口文章推荐：STM32串口通信基本原理。
3、为（非轨到轨）运放提供电源轨。
老式的运放是没有轨到轨输入/输出能力的，例如OP07，输入电压范围总是比电源电压范围分别小1V，输出分别小2V。这样如果VEE用0V，那么输入端电压必须超过1V，输出电压不会低于2V。这样的话可能会不满足某些电路的设计要求。为了能在接近0V的输入/输出条件下工作，就需要给运放提供负电压，例如-5V，这样才能使运放在0V附近正常工作。不过随着轨到轨运放的普及，这种情况也越来越少见了。
4、这个比较有中国特色，自毁电路。
一般来说芯片内部的保护电路对于负电压是不设防的，所以只要有电流稍大，电压不用很高的负电压加到芯片上，就能成功摧毁芯片。
七、20个工程师需要掌握的模拟电路
桥式整流电路
二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。其伏安特性曲线，如下图。
理想开关模型和恒压降模型：理想模型指的是在二极管正向偏置时，其管压降为0，而当其反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零，就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后，其管压降为恒定值，硅管为0.7V，锗管0.5V。
桥式整流电流流向过程：当u2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而二极管Vd3和Vd4截止，负载RL的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压。在u2的负半周，u2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周期相同的电压。
电源滤波器
电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。
- 波形形成过程
输出端接负载RL，当电源供电时，向负载提供电流的同时也向电容C充电，充电时间常数：τ=(Ri∥RL·C)≈Ri·C
一般Ri远小于RL，忽略Ri压降的影响，电容上电压将随u2迅速上升。
- 当ωt=ωt1时，有u2=u0，此后u2低于u0，所有二极管截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RLC，放电时间慢，u0变化平缓。
- 当ωt=ωt2时，u2=u0, ωt2后u2又变化到比u0大，又开始充电过程，u0迅速上升。
- 当ωt=ωt3时，有u2=u0，ωt3后，电容通过RL放电。
如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，RL上的电压波动大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。
- 滤波电容的容量和耐压值选择
电容滤波整流电路输出电压Uo在√2·U2~0.9·U2之间，输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小。
电容容量RLC≧(3~5)·T/2，其中T为交流电源电压的周期。实际中，经常进一步近似为Uo≈1.2·U2整流管的最大反向峰值电压URM=√2·U2，每个二极管的平均电流是负载电流的一半。
信号滤波器
信号滤波器的作用：把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。
- 与电源滤波器的区别和相同点
区别：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。
相同点：都是用电路的幅频特性来工作。
- LC串联和并联电路的阻抗计算
串联时，电路阻抗为：
Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC)
并联时，电路阻抗为：
考虑到实际中，常有R<<ωL，所以有：
幅频关系和相频关系曲线，如下：
通频带曲线，如下图所示。
微分&积分电路
微分和积分电路，如下图。
微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中，以获取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息，例如提取时基标准信号等。
积分电路使输入方波转换成三角波或者斜波，主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。其主要用途有：
- 在电子开关中用于延迟；
- 波形变换；
- A/D转换中，将电压量变为时间量；
- 移相。
共射极放大电路
共射极放大电路如下图。
共射极放大电路的结构简单，具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入和输出电阻适中，但工作点不稳定，一般用在温度变化小，技术要求不高的情况下。
特点：
- 输入信号和输出信号反相。
- 有较大的电流和电压增益。
- 一般用作放大电路的中间级。
- 共射极放大器的集电极跟零电位点之间是输出端，接负载电阻。
分压偏置式共射极放大电路
分压偏置式共射极放大电路，如下图。
分压偏置式共射极放大电路即基极分压式射极偏置电路，是BJT的放大电路的三种组态之一。三种组态分别为：共射，共集，和共基。
其中共集组态具有电流放大作用。输入电阻最高，输出电阻最小。共基组态具有电压放大作用，输入电阻最小，输出电阻较大。而共射组态既具有电压放大也具有电流放大作用。输入电阻居中，输出电阻较大。
因此，共集组态多用于多级放大电路的输入级或输出级或缓冲级。共基组态常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。而共射组态常用于放大电路的中间级。
共集电极放大电路
共集电极放大电路(射级跟随器)，如下图所示。
共集电极放大电路是从发射极输出信号的，信号波形和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，常用作缓冲器使用。
共集电极放大电路常作为电流放大器使用，它的特点是高输入阻抗，电流增益大，但是电压输出的帽度几乎没有放大，也就是输出电压接近输入电压，而由于输入阻抗高而输出阻抗低的特性，也常作为阻抗变换器使用。
电路反馈框图
电路反馈框图，如下。
反馈，就是把放大电路的输出量的一部分或全部，通过反馈网络以一定的方式又引回到放大电路的输入回路中去，以影响电路的输入信号作用的过程。
放大电路静态工作点会随温度的变化而上下波动，其放大倍数不稳定，为了稳定放大电路的静态工作点，可采用分压式工作点稳定电路，在电路中引入一个直流电流负反馈。
为了提高输入电阻，降低输出电阻，可采用射极输出器，在射极输出器电路中引入电压串联负反馈。
二极管稳压电路
二极管稳压电路，如下图。
稳压二极管，是指利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。
稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。
串联稳压电路
串联稳压电路，如下图。
串联型稳压电路，除了变压、整流、滤波外，稳压部分一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。推荐阅读：解析桥式整流电路。
当电网电压或负载变动引起输出电压V0变化时，取样电路将输出电压V0的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较。
其产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管集—射极间的电压，补偿V0的变化，从而维持输出电压基本不变。
差分放大电路
差分放大电路，如下图。
差分放大电路具有电路对称性的特点，此特点可以起到稳定工作点的作用，被广泛用于直接耦合电路和测量电路的输入级。
差分放大电路有差模和共模两种基本输入信号，由于其电路的对称性，当两输入端所接信号大小相等、极性相反时，称为差模输入信号；当两输入端所接信号大小相等、极性相同时，称为共模信号。通常我们将要放大的信号作为差模信号进行输入，而将由温度等环境因素对电路产生的影响作为共模信号进行输入，因此我们最终的目的，是要放大差模信号，抑制共模信号。
差分放大电路是直接耦合放大电路的基本组成单元，该电路对于不同的输入信号有不同的作用，对于共模信号起到很强的抑制作用，而对差模信号起到放大作用，并且电路的放大能力与输出方式有关。
场效应管放大电路
场效应管放大电路，如下图。
场效应管与晶体管一样，也具有放大作用，但与普通晶体管是电流控制型器件相反，场效应管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。
场效应管的3个电极，即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极。
MOS管能工作在放大区，而且很常见。做镜像电流源、运放、反馈控制等，都是利用MOS管工作在放大区。由于MOS管的特性，当沟道处于似通非通时，栅极电压直接影响沟道的导电能力，呈现一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离，因此其输入阻抗可视为无穷大，当然，随频率增加阻抗就越来越小，一定频率时，就变得不可忽视。这个高阻抗特点被广泛用于运放，运放分析的虚连、虚断两个重要原则就是基于这个特点。这是三极管不可比拟的。
选频(带通)放大电路
选频(带通)放大电路，如下图。
选频放大电路通常位于接收系统的前端，放大的信号幅度小、频率高，亦称高频小信号谐振放大器或带通放大器。
运算放大电路
运算放大电路如下图。
电路中的运算放大器，有同相输入端和反相输入端，输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器，而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。推荐阅读：看懂运算放大器原理。
同相输入的输入阻抗高，反相输入的输入阻抗低。同相输入的输入阻抗基本上由同相端并联的偏置电阻决定，这个电阻可以用得很大 ；反相输入时，由于有反馈电阻并联于反相端与输出端之间，这个反馈电阻不可能用得很大，所以反相输入的输入阻抗比较低。
差分输入运算放大电路
差分输入运算放大电路，如下图。
输出电压与运放两端的输入电压差成比例，能实现减法运算。常用作减法运算以及测量放大器。
电压比较器
电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。
电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
RC振荡电路
采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。电路由放大电路、选频网络、正反馈网络，稳幅环节四部分构成。主要优点是结构简单，经济方便。根据RC选频网络的不同形式，可以将RC振荡电路分为RC超前（或滞后）相移振荡电路和文氏电路振荡电路。
LC振荡电路
LC电路，也称为谐振电路、槽路或调谐电路，是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容（用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以用作电谐振器（音叉的一种电学模拟），储存电路共振时振荡的能量。
LC电路既用于产生特定频率的信号，也用于从更复杂的信号中分离出特定频率的信号。它们是许多电子设备中的关键部件，特别是无线电设备，用于振荡器、滤波器、调谐器和混频器电路中。
石英晶体振荡电路
石英晶体是石英晶体谐振器的简称，将二氧化硅结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层，并作为两个极引出管脚，加以封装，就构成石英晶体谐振器。它具有非常稳定的固有频率。
石英晶体的形状呈六角形柱体，需切割成适当尺寸之后才能使用。为得到不同振荡频率的石英晶体，加工时需采用不同的切割方法。将一个切割的石英晶体夹在一对金属片中间就构成了石英晶振，它具有压电效应，即在晶片两极外加电压，晶振就会产生变形：反之如果外力使晶片变形，则在两极金属片上又会产生电压，若加适当的交变电压，石英晶体便会产生谐振。当所加的交变电压频率恰为石英晶体自然谐振频率时，其振幅最大。
功率放大电路
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带载能力要强。功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。
八、三极管放大电路设计技巧
放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多，我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大电路要掌握些什么内容?
- 分析电路中各元件的作用；
- 解放大电路的放大原理；
- 能分析计算电路的静态工作点；
- 理解静态工作点的设置目的和方法。
以上四项中，最后一项较为重要。
共射的基本放大电路实例解析
图1中，C1、C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变。在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻。什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定。所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就像是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三种工作 状态：“载止、饱和、放大”就由直流偏置决定。在图1中，也就是由R1、R2来决定了。
首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态。简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC。则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小(大约为零)，所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCC。
若Uce接近于0V，则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说：Ic电流达到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。
以上两种状态我们一般称为开关状态。除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC，则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V，则三极管趋向于饱和状态。
理解静态工作点的设置目的和方法
放大电路：就是将输入信号放大后输出，(一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这讨论内)。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半，为什么?
这是为了使信号正负能有对称的变化空间，在没有信号输入的时候，即信号输入为0。假设Uce为电源电压的一半，我们当它为一水平线，作为一个参考点。当输入信号增大时，则Ib增大，Ic电流增大，则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之增大，Uce=VCC-U2会变小。U2最大理论上能达到等于VCC，则Uce最小会达到0V。这是说，在输入信增加时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V。
同理，当输入信号减小时，则Ib减小，Ic电流减小。则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之减小，Uce=VCC-U2，会变大。在输入信减小时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样，在输入信号一定范围内发生正负变化时，Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围，所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。
要把Uce设计成接近于电源电压的一半，这是我们的目的，但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半？这就是看我们的手段了。
这里要先知道几个东西,第一个是我们常说的Ic、Ib，它们是三极管的集电极电流和基极电流，它们有一个关系是Ic=β×Ib。但我们初学的时候，老师很明显的没有告诉我们，Ic、Ib是多大才合适？这个问题比较难答，因为牵涉的东西比较的多。但一般来说，对于小功率管，一般设Ic在零点几毫安到几毫安中功率管则在几毫安到几十毫安，大功率管则在几十毫安到几安。
在图1中，设Ic为2mA，则电阻R2的阻值就可以由R=U/I来计算。VCC为12V，则1/2VCC为6V，R2的阻值为6V/2mA，为3KΩ。Ic设定为2毫安，则Ib可由Ib=Ic/β推出，关健是β的取值了。β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，则R1=(VCC-0.7V)/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ。但实际上，小功率管的β值远不止100，在150到400之间，或者更高。所以若按上面计算来做，电路是有可能处于饱和状态的。
所以有时我们不明白，计算没错，但实际不能用。这是因为还少了一点实际的指导，指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大，每个人计算一样时，但做出来的结果不一定相同。也就是说，这种电路的稳定性差，实际应用较少。但如果改为图2的分压式偏置电路，电路的分析计算和实际电路测量较为接近。
在图2的分压式偏置电路中，同样的我们假设Ic为2mA，Uce设计成1/2VCC为6V。则R1、R2、R3、R4该如何取值呢。计算公式如下：因为Uce设计成1/2VCC为6V，则Ic×(R3+R4)=6V;Ic≈Ie。可以算出R3+R4=3KΩ，这样，R3、R4各是多少?
一般R4取100Ω，R3为2.9KΩ，实际上R3我们一般直取2.7KΩ，因为E24系列电阻中没有2.9KΩ，取值2.7KΩ与2.9KΩ没什么大的区别。因为R2两端的电压等于Ube+UR4，即0.7V+100Ω×2mA=0.9V。
我们设Ic为2mA，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，这里有一个电流要估算的，就是流过R1的电流了,一般取值为Ib的10倍左右，取IR1200#A。
则R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V(/200-20)#A=5KΩ
考虑到实际上的β值可能远大于100，所以R2的实际取值为4.7KΩ。这样，R1、R2、R3、R4的取值分别为56KΩ、4.7KΩ、2.7KΩ、100Ω，Uce为6.4V。
在上面的分析计算中，多次提出假设什么的，这在实际应用中是必要的，很多时候需要一个参考值来给我们计算。但往往却没有，这里面一是我们对各种器件不熟悉，二是忘记了一件事，我们自己才是用电路的人，一些数据可以自己设定，这样可以少走弯路。
