超声波驱蚊虫器

这是一款极简单的超声波驱蚊、虫、蟑螂电路。
电路由CMOS 4047单稳态触发器构成张弛振荡电路，通过调整4K7，使它的中心频率约在22KHz左右，再由4个晶体管组成的桥式功率输出，去推动3.25 inch Piezo发出超声波信号。

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120db扫频式警声电路

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+5V输入+30V输出升压电路
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TC9153电子音量控制电路

TC9153是东芝公司推出的CMOS高保真音量控制专用集成电路。该电路的特点是功耗低，电流约为1～3mA。失真小，THD≤0.005%。音量衰减范围为0～-60dB，每2dB为一步。以按键控制音量，一改传统电位器使用寿命不长、噪声大等缺点。

电路如上图所示，前级信号从(3)、(14)脚输入，控制后的音量从(6)、(11)脚输出。AN1、AN2分别为音量增减控制，每按动一次变化2dB。制作好后最好将整个电路屏蔽，以防噪声干扰

微波炉的工作原理

概述
        微波能量是由微波发生器产生的，微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的交流电能变成直流电能，为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。
微波管有微波晶体管和微波电子管两大类。微波晶体管输出功率较小，一般用于测量和通讯等领域。微波电子管种类很多，常用的有磁控管、速调管、行波管等。它们的工作原理不同、结构不同、性能各异，在雷达、导航、通讯、电子对抗和加热，科学研究等方面都得到广泛的应用。由于磁控管的结构简单、效率高、工作电压低、电源简单和适应负载变化的能力强，因而特别适用于微波加热和微波能的其他应用。磁控管由于工作状态的不同可分为脉冲磁控管和连续波磁控管两类。微波加热设备主要工作于连续波状态，所以多用连续波磁控管。
磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。
磁控管种类很多，这里主要介绍多腔连续波磁控管。
磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。下面分别介绍各部分的结构及其作用。
1 阳极
阳极是磁控管的主要组成之一，它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下，电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与普通的二极管的阳极一样收集电子外，还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。
阳极由导电良好的金属材料（如无氧铜）制成，并设有多个谐振腔，谐振腔的数目必须是偶数，管子的工作频率越高腔数越多。阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型，阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2C振荡回路。以槽扇型腔为例，可以认为腔的槽部分主要构成振荡回路的电容，而其扇形部分主要构成振荡回路的电感。由微波技术理论可知，谐振腔的谐振频率与腔体的几何尺寸成反比。腔体越大其工作频率越低。于是，我们可以根据腔体的尺寸来估计它的工作频段。磁控管的阳极由许多谐振腔耦合在一起，形成一个复杂的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率，我们也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。
磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用"隔型带"来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。
另外,由于经能量交换后的电子还具有一定的能量,这些电子打上阳极使阳极温度升高,阳极收集的电子越多(即电流越大),或电子的能量越大(能量转换率越低),阳极温度越高,因此,阳极需有良好的散热能力.一般情况下功率管采用强迫风冷,阳极带有散热片.大功率管则多用水冷,阳极上有冷却水套。
2 阴极及其引线
磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。  
阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状，通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。  
此种阴极加热电流大，要求阴极引线要短而粗，连接部分要接触良好。大功率管的阴极引线工作时温度很高，常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压，因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满足真空密封的要求。为防止因电子回轰而使阳极过热，磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。  
3 能量输出器
能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。  
大功率连续波磁控管常用轴向能量输出器，输出天线通过极靴孔洞连接到阳极翼片上。天线一般做成条状或圆棒也可为锥体。整个天线被输出窗密封。  
输出窗常用低损耗特性的玻璃或陶瓷制成。它不须保证微波能量无损耗的通过和具有良好的真空气密性。大功率管的输出窗常用强迫风冷来降低由于介质损耗所产生的热量。  
4 磁路系统  
磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场的装置。磁路系统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管，磁钢与管芯牢固合为一体构成所谓包装式。大功率管多用电磁铁产生磁场，管芯和电磁铁配合使用，管芯内有上、下极靴，以固定磁隙的距离。磁控管工作时，可以很方便的靠改变磁场强度的大小，来调整输出功率和工作频率。另外，还可以将阳极电流馈入电磁线包以提高管子工作的稳定性。  
5 磁控管的正确使用  
磁控管是微波应用设备的心脏，因此，磁控管的正确使用是维护微波设备正常工作的必要条件。磁控管在使用时应注意以下几个问题：  
一、负载要匹配。  
无论什么设备都要求磁控管的输出负载尽可能做到匹配，也就是它的电压驻波比应尽可能的小。驻波大不仅反射功率大，使被处理物料实际得到的功率减少，而且会引起磁控管跳模和阴极过热，严重时会损坏管子。跳模时，阳极电流忽然出现跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外，主要有以下几个方面：  
; （1) 电源内阻太大，空载高而激起非π模式。  
（2）负载严重失配，不利相位的反射减弱了高频场与电子流的相互作用，而不能维持正常的π模振荡。  
（3）灯丝加热不足，引起发射不足，或因管内放气使阴极中毒引起发射不足，不能提供π模振荡所需的管子电流。  
为避免跳模的发生，要求电源内阻不能过大，负载应匹配，灯丝加热电流应符合说明书要求  
二、冷却。  
冷却是保证磁控管正常管工作的条件之一，大功率磁控管的阳极常用水冷，其阴极灯丝引出部分及输出陶瓷窗同时进行强迫风冷，有些电磁铁也用风冷或水冷。冷却不良将使管子过热而不能正常工作，严重时将烧坏管子。应严禁在冷却不足的条件下工作。  
三、合理调整阴极加热功率。  
磁控管起振后，由于不利电子回轰阴极使阴极温度升高而处于过热状态，阴极过热将使材料蒸发加剧，寿命缩短，严重时将烧坏阴极。防止阴极过热的办法是按规定调整降低阴极加热功率。  
五、保存和运输  
磁控管的电极材料为无氧铜、可伐等，在酸、碱湿气中易于氧化。因此，磁控管的保存应防潮、避开酸碱气氛。防止高温氧化。包装式磁控管因带磁钢，应防止磁钢的磁性变化，存在时应在管子周围10厘米内不得有铁磁物质存在。管子运输过程中应放入专用防振包装箱内，以防止受振动撞击而受损坏。

利用TL431做大功率可调稳压电源2.5V-24V

精密电压基准IC TL431是T0—92封装如图1所示。其性能是输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达0．1。100mA，动态电阻典型值为0．22欧,输出杂波低。图2是TL431的典型应用，其中③、②脚两端输出电压V=2．5(R2十R3)V／R3。如果改变R2的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。图3是利用它作电压基准和驱动外加场效应管K790作调整管构成的输出电流大(约6A)、电路简单、安全的稳压电源。
　　工作原理
　　如图3所示，220v电压经变压器B降压、D1-D4整流、C1滤波。此外D5、D6、C2、C3组成倍压电路(使得Vdc＝60V)，Rw、R3组成分压电路，T1431、R1组成取样放大电路，9013、R2组成限流保护电路，场效应管K790作调整管(可直接并联使用)以及C5是输出滤波器电路等。稳压过程是：当输出电压降低时，f点电位降低，经T1431内部放大使e点电压增高，经K790调整后，b点电位升高；反之，当输出电压增高时，f点电位升高，e点电位降低，经K790调整后，b点电位降低。从而使输出电压稳定。当输出电流大于6A时，三极管9013处于截止，使输出电流被限制在6A以内，从而达到限流的目的。本电路除电阻R1选用2W、R2选用5W外，其它元件无特殊要求，其元件参数如图3所示。

一款实验晶振调频发射机

许多无线电爱好者都希望制作一台调频发射器，特别是在８７～１０８ＭＨｚ的调频波段，可利用现成的ＦＭ收音机来接收，因而受到大家的青睐。
　　在许多刊物中都介绍有调频发射器的实例，但大多数采用电容三点式电路和克拉泼振荡电路。这种电路虽简单，但它的频率稳定度不高，特别是在业余条件下，稍微动动电路板或天线位置，频率就改变了。在此笔者介绍一款用晶振稳频的调频发射器。
　　电路原理

　　如图１所示，由Ｖ１及相关阻容元件组成一级音频放大电路，为调制级提供足够强度的音频信号。Ｄ１是变容二极管，其等效电容量随着两极所加的反向电压变化而变化，从而使晶振及外围电路组成的振荡器中心频率随之变化，达到调频目的。振荡器输出的信号经Ｖ３倍频、放大，再由调谐变压器完成匹配与滤波后输出。
　　该电路用了调谐变压器，因而在制作完后要调整其磁心，使之匹配。其方法是制作一个简易场强电路（如图２所示），接至变压器的输出端，调整磁心，直到电流表指示值最大为止。电路中所用元器件尽量使用高频特性好的元器件。晶振选用标称值为２９～３６ＭＨｚ之间的晶振，Ｄ１可用ＭＶ２１０５，变压器需自制，可选用电视中周作骨架，去掉屏蔽罩，用∮０．２ｍｍ左右的漆包线在骨架上初级绕３匝，次级绕１匝。天线可用１／４波长的软导线代用。

AD/DA的分类与指标

1. AD转换器的分类

下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

1）积分型（如TLC7135）

积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。

2）逐次比较型（如TLC0831）

逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。

3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）

并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。

串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。

4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705）

Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。

5）电容阵列逐次比较型

电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。

6）压频变换型（如AD650）

压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。

2. AD转换器的主要技术指标

1）分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。

2）转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。

3）量化误差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。

4）偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。

其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。

增益的概念

谈到放大器就必须了解增益所代表的意义，由一个小的信号Level（电平）经过放大电路成为大的信号Level ，也就是说由小变大之间的差异就叫增益，原则上我们采用倍数来计算，不过因为常常会在好几万倍的情形下，所以我们采用了dB这种标示单位。通常放大器在相串的情况下放大倍数是相乘的，dB数是相加的，比如说一部前级的平坦放大器，当输入信号电压为0.1V时，而输出电压为1V这种我们称之10倍放大器，也就是具有20dB的放大能力，如果以0.1V的输入而能有10V 的输出时，此放大器为百倍放大，也就是40dB放大能力。
下表是放大倍数和dB之间的关系及换算
电压放大倍数 │ 1 │ 2│ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │10│
───────┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
电压增益（dB）│ 0│ 6 │10│12│14│16│17│18│19│ 20│
例如60dB的电压增益比
60dB=20dB+20dB+20dB
1000倍=10×10×10
例如50dB的电压增益比
50dB=20dB+20dB+10dB
300倍=10×10×10×3

推挽电路的特点

推挽电路是两不同极性晶体管输出电路无输出变压器（有OTL、OCL等）。是两个参数相同的功率 BJT 管或 MOSFET 管,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小 效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。

如果输出级的有两个三极管，始终处于一个导通、一个截止的状态，也就是两个三级管推挽相连，这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱（Totem-pole）输出电路。当输出低电平时，也就是下级负载门输入低电平时，输出端的电流将是下级门灌入T4；当输出高电平时，也就是下级负载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门从本级电源经 T3、D1 拉出。这样一来，输出高低电平时，T3 一路和 T4 一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使 RC 常数很小，转变速度很快。因此，推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。要实现线与需要用 OC（open collector）门电路。

推挽电路适用于低电压大电流的场合，广泛应用于功放电路和开关电源中。

它的优点是：
结构简单，开关变压器磁芯利用率高，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小。

缺点是：
变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大。 

NPN型线性稳压器的几点说明

NPN稳压器（图1）的内部使用一个 PNP管来驱动 NPN 达林顿管（NPN Darlington pass transistor）。

输入输出之间存在至少1.5V～2.5V的压差（dropout voltage）。这个压差为：

           Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat（NPN 稳压器）

请注意，这里2Vbe是两个NPN管的BE间正向压降，Vsat是PNP管的CE间饱和电压。Vdrop=Vin-Vout，必须Vdrop>=2Vbe+Vsat，这三只晶体管才会工作在线性区，进而再调整输出电压Vout。反之可能是NPN的BE结还在截止状态，或PNP的CE处于饱和状态，都不能线性放大。

图1的电路为常见的线性稳压器的内部框图，由于采用NPN 达林顿管作为导通管，所以又称为NPN型LDO，它的压差计算公式满足：Vdrop ＝ 2VBE ＋VSAT，这一类型的压差很大，严格来说不属于低压差线性稳压器LDO，选择是应注意，常见的器件有LM317等。之所以要用达林顿管，基于达林顿管的增益很高，只需很小的电流来驱动负载电流，这样它的地电流Ignd很低，只有几个mA。该类稳压器的最大优点是就是无条件的稳定，甚至不需外部电容。缺点则是效率低，适应性差。

如果线性稳压器的内部导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管，它的Vdrop ＝ Vbe ＋Vsat，介于NPN稳压器和LDO之间，多称为准LDO。当然还有超低VLDO之说了。

所有的稳压器电路都用到了负反馈回路以保持输出电压的稳定，输出电压通过电阻分压进行采样，然后将该信号接入误差放大器的一个输入端，另一输入端连接到一参考电压，误差放大器将调整输出到导通管的电流以维持稳定的电压输出。LDO是线性稳压器，但不是恒流源，随着负载的变化，LDO的输出电流将相应改变。

什么是灌入电流与吸收电流

Sinking and sourcing current
Chip outputs are often said to 'sink' or 'source' current. The terms refer to the direction of the current at the chip's output.
If the chip is sinking current it is flowing into the output. This means that a device connected between the positive supply (+Vs) and the chip output will be switched on when the output is low (0V).

If the chip is sourcing current it is flowing out of the output. This means that a device connected between the chip output and the negative supply (0V) will be switched on when the output is high (+Vs).

对于输入电流的器件而言：
灌入电流和吸收电流都是输入的，
灌入电流是被动的，
吸收电流是主动的。

如果外部电流通过芯片引脚向芯片内‘流入’称为灌电流；
反之如果内部电流通过芯片引脚从芯片内‘流出’称为拉电流。

下面这个图有助于对sinking  current 和 sourcing current 的理解。

单运放构成的单稳延时电路

单稳延时电路由接成电压比较器的单运放构成，电路如附图所示，有电路简单、调节延时方便等特点。

常态时，ＩＣ输出保持低电平，这个状态是稳定的。当负脉冲经Ｃ１输入至反相端时，反相端电位低于同相端电位，输出端由低电平翻转为高电平，这个状态是不稳定的。此高电平经Ｒ１、Ｒ２分压后加至ＩＣ的同相端，使同相端电位高于反相端，从而保持高电平输出。同时，该高电平经Ｒ３和Ｃ２充电，当Ｃ２上电压被充至使反相端电位高于同相端电位时，其输出端又翻转为低电平。此时，同相端电位约为零，而Ｃ２上的电压经ＶＤ１迅速向输出端放电，使电路加速恢复到初始状态。电路稳定后反相端电位仍高于同相端电位，使输出低电平得以保持。
　　该电路的延时时间Ｔ不仅取决于Ｒ３、Ｃ２，而且还取决于Ｒ１、Ｒ２的分压比。所以，调节延时时间十分方便，既可调整Ｃ２、Ｒ３进行延时粗调，又可调整Ｒ２进行细调（分压比若取1/2～2/3，延时精度较高）。但是，该电路在上电时的状态是随机的，要使该电路上电后有唯一的输出状态，有两种方法：一是在电路中增加Ｒ４。这样，在上电时，由于Ｃ１上电压不能突变，电源电压经Ｒ４、Ｃ１加至反相端，即可置输出于低电平；二是在同相端与地之间接一只二极管ＶＤ２和一只开关Ｓ（如虚线所示）。上电时如输出为高电平，虽然这一状态是不稳定的，但如上所述，要经过时间Ｔ输出才为低电平，而实用上往往需要电路上电时即刻复位。为此，可在上电时先将Ｓ接通，若输出为高电平，则Ｃ２充电到０．７Ｖ即可使电路复位，大大缩短了电路上电复位的时间。复位后将Ｓ断开，电路即可正常工作。
　　实际应用中，若取Ｒ１为１００ｋΩ，Ｒ２为２００ｋΩ，则分压比为2/3，触发延时时间约为０．７Ｒ３×Ｃ２。Ｃ１可取０．１μＦ，Ｒ３可取１０ｋΩ以上。ＩＣ可用单电源运放或比较器，如ＬＭ３２４或ＬＭ３３９。

模拟开关的关键技术特性和应用实例分析

近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。

尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。

模拟开关的模拟特性

许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：

1. 导通电阻(Ron)随输入信号(VIN)变化而变化

图1a是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N沟道MOSFET与P沟道MOSFET构成，可使信号双向传输，如果将不同VIN值所对应的P沟道MOSFET与N沟道MOSFET的导通电阻并联，可得到图1b并联结构下Ron随输入电压(VIN)的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，Ron随Vin呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。此外，Ron也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。

图1：a. 模拟开关原理图；b. 模拟开关导通电阻与输入电压关系

2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围

由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定的范围。

3. 注入电荷

应用机械开关我们当然希望Ron越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。然而对于模拟开关而言，低Ron并非适用于所有的应用，较低的Ron需要占据较大的芯片面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电流。时间常数t=RC，充电时间取决于负载电阻(R)和电容(C)，一般持续几十纳秒。这说明低Ron具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡Ron和注入电荷。

4. 开关断开时仍会有感应信号漏出

这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。通常信号的频率越高，信号泄漏的程度越严重。

5. 传输电流比较小

模拟开关不同于机械开关，它通常只能传输小电流，目前CMOS工艺的模拟开关允许连续传输的电流大多小于500mA。

6. 逻辑控制端驱动电流极小

机械开关逻辑控制端的驱动电流往往都是毫安级，有时单纯靠数字I/O很难驱动。而模拟开关的逻辑控制端驱动电流极小，一般低于纳安级。因此，它完全可以由数字I/O直接驱动，从而达到降低功耗、简化电路的目的。

模拟开关的开关特性

既然称之为模拟开关，自然它还具有开关性，具体表现如下：

1. 信号可双向传输

有些人习惯于把模拟开关的两个常开常闭端称之为输入端，公共端称之为输出端，其实这只是根据模拟开关的具体应用给予的临时定义。模拟开关大多可以使信号双向传输，如果忽略这一点，就很容易使电路生成问题，比如将电压反向偏置、电流倒灌等。

2. 开关断开后漏电流极小

模拟开关在断开(OFF)时会呈现高阻状态，两传输端间的漏电流极小，一般只有纳安级以下，如SGM3001、SGM3002和SGM3005系列模拟开关，其断开后的漏电流均为1nA。这么微弱的电流在应用中可忽略不计，模拟开关此时可被认为是理想断开的。

总之，模拟开关是具有开关功能的半导体器件，在应用过程中既要充分利用它的开关功能，又要考虑它的半导体特性，否则可能会出现意想不到的麻烦。

模拟开关应用实例分析

图2是一音响设备前端放大及信号选通部分电路，其中选用了SGM324(四通道运算放大器)和SGM3002(双通道模拟开关)。

图2：音响前端放大及信号选通电路

该方案设计本意是当Input=0时，Line_outL和Line_outR音频信号选通；当Input=1时，Phone_outL和Phone_outR音频信号选通。然而当实验机做出后，设计者发现当Input=1时，Line_outL和Line_outR通道有相当一部分信号分别漏到D1和D2端。应用网络分析仪HP/Agilent 3589A测试SGM3002的关断隔离度，当输入信号为10kHz时，SGM3002的关断隔离度仅为-120dB，因此芯片应该没有问题。

事实上，该电路在模拟开关应用上存在下面两处错误：

1. 模拟开关的输入信号缺少一个直流偏置

图2中模拟开关部分电路可以等效成图3，本文第一部分曾经提到模拟开关输入信号输入不能为负。

图3：模拟开关等效电路

通常来讲，CMOS工艺的模拟开关输入信号最小只能到-0.3V，如果再低于这个值，芯片将不能正常工作，甚至会损坏。图2中模拟开关输入信号没有直流偏置，所以输入信号有一部分处于负值区，模拟开关自然无法正常工作。

解决办法：将电容C2、C3均去掉，模拟开关输入信号便有了1/2VDC的直流偏置信号，此时模拟开关便可以轨到轨工作。此外，由于模拟开关公共端后面加了电容，所以直流信号依然可以被有效地隔离。

2. 在D1和D2端缺少耦合电阻

当模拟开关在断开的情况下，其输入与输出端等效串联了一个电容C，如果再假设在模拟开关输出端到地之间有一个等效电阻R，则模拟开关在断开时的等效电路如图4所示。

图4：模拟开关断开时的等效电路

此时的模拟开关其实等效为一个RC滤波电路，由此不难得出以下公式：

其中，uout为模拟开关输出信号；uin为模拟开关输入信号；R为模拟开关输出端电阻负载；C为模拟开关断开时等效电容；f为输入信号频率。

由于模拟开关等效电容C会设计成很小，所以当输入信号f处于音频区时，增益A由R和f同时决定。当R取值较小时，f起主导作用，此时A<<1，信号被有效隔离。当R取值较大时，此时R起主导作用，此时A—>1，信号几乎被完全泄漏过来。所以当输出端悬空时，其输出端与地之间电阻R—>+∞，此时模拟开关完全导通。

修正以上两个错误后，该音频应用电路便可以正常工作了。由以上实例可以看出，充分理解模拟开关的基本概念是正确应用模拟开关的基础。

关于锁相环 PLL 的概念

锁相，顾名思义，就是将相位锁住，把频率锁定在一个固定值上。锁相环，就是将相位锁定回路。锁相环由相位检测器 PD + 分频器 + 回路滤波器 + 压控振荡器 VCO，等组成。

锁相环的工作原理：

1、压控振荡器的输出经过采集并分频；

2、和基准信号同时输入鉴相器；

3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；

4、控制VCO，使它的频率改变；

5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。

应从SI和数字电路抗干扰的角度看时钟问题。时钟的基本要求就是在整个数字系统工作期间其时钟信号的每一相位都在规范的要求以内。锁相环只是实现的技术手段之一。因为频率的改变会引起新好相位的改变，因此可以通过鉴相器确定信号频率的改变。

现代的数字系统从 CPU 到 DSP 都是同步操作的，系统中所有的寄存器都是在统一的时钟边沿上同步翻转，去完成数据和指令的传递。从理想的系统结构来看， 似乎只要提高时钟的频率就可以提高运算和处理的速度， 但实际上在相同的时钟频率下，速度的瓶颈在于到达每一个寄存器的时钟边沿的偏差。因为数字系统的规模非常庞大，一个芯片内部经常有数千到数以十万计的寄存器，其时钟边沿的偏差决定了芯片的运行速度。由多芯片组成的系统中，芯片之间时钟频率经常是整倍数的关系，而用锁相环的方法使各个时钟的相位 (实际上是边沿) 一致，以保证系统同步操作。

数字系统时钟锁相的电路原理来源于通信和高频等领域广义的锁相环。

为什么需要锁相环？
导线和各个 Buffer 都会有延迟，在超大规模集成电路上很难保证时钟边沿到达各处的时间相同；在电路板层次上，各芯片接受到的时钟边沿也不能保证完全同步；如果用在远程通信上，参与通信的各终端使用不同的时钟源，几乎肯定是不同步的。在这些情况下，都需要用锁相环来实现同频率同相位的时钟输出。

初学电子知识2

电源是一个可以维持两个测试点之间电压的装置，它可以是市电，可以是电池，可以是线圈，可以是电容等。

　　电池提供电能的电压极性是长期固定不变的，我们称为直流电。常用的干电池的额定电压每节是1.5V。

　　市电供应的电能是交流电，正极和负极在时刻交替的变换着。那是因为发电机线圈是在周而复始的和磁场做相对运动，如果安装电流换向器，就可以发出直流电。

　　交流电是没有正负极之分的，市电中的零线和火线在正负极性、电压高低等各方面的表现是一样的，是完全对称的。

　　市电的电压是220V50Hz，意思是说有效电压为220V，每秒中正负极要变换50次。注意：多少Hz就会变换多少次。

　　建议初学者多采用12V以下的电子制作，这样成本比较低，电压比较低，万一有插接错电子元件，烧坏元件的可能性也要小。电压越低越安全（少损坏电子元件）

　　在一些大型的电子系统中往往真的有一根很粗的导线接入了大地。但是，电子技术中常说的接地并不是真的要求用导线去接到大地。

　电子技术中常说的接地或者地线往往和大地一点关系都没有。电子线路中的地线是指直流电、交流电或者各种电信号共用的一部分电流回路。

　　说某一座山的海拔多少，就是以海平面为公共参考点。说某一点的电压有多高，就必需找一个相当于海平面的参考点，这就是电子电路图中的地线。

　　现在大多数情况，电源负极是各种信号共用得最多的一部分电流回路，一般以电源的负极作为地线。这时，如果某元件的脚接电源负极，那么就说那只元件脚接地。

地是我们假定的、公用的一个电压参考点。在比较复杂的电路中，往往可能会有多组电源，同时也可能会选择多个参考点，那么就可能会有几个地，这些地也不一定会连通。

　　耦合、旁路、退耦三个词都是传输信号、给信号提供通路的意思。其中耦合是指前后级之间传递，旁路、退耦则是指需要在对地之间提供信号通路（每级内部用）。

　　提供信号通路也就是构成电流回路。没有电流回路就不会有电流，任何电路分析都是建立电流回路上分析的。

　　等效电路图就是效果相同的电路图。我们分析电路图时，需要把原来复杂的电路图简化，这样有助于展开思路，问题简化。

　　等效电路图是省略在某一条件下，一些没有影响的电子元件。例如某条件下：分析直流时，电容看成开路；分析交流时，电容看成是短路。电感和电容刚好相反。

　　电容和电感对不同频率的交流电（直流电当成0Hz的交流电）有不同的阻碍作用，在某条件下，可以当成电阻看待，并可以计算出阻抗值。

　　生活中的反馈是指将某件事的结果取回来，再决定某件事。例如，客户反馈电视机耗电大，厂家就加以改良。电子技术中的反馈是将输出端的信号取出来又送到输入端。

　　正反馈是指输出信号如果变大的话，反馈到输入端后，让输出信号变更大；输出信号如果变小的话，反馈到输入端后，让输出端信号变更小。

　　负反馈则刚好相反，输出信号如果变大的话，反馈到输入端后，让输出信号变小；输出信号如果变小的话，反馈到输入端后，让输出端信号变大。

　正反馈一般用来产生振荡信号，负反馈一般用于稳定直流工作点。在特殊情况下（放大倍数足够），正反馈可以不振荡，负反馈反而会振荡。

　　正温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而增大，负温度系数是指阻值随温度的升高而减小。有点象正负反馈，通过输入温度信号来决定电阻值。

　　在电子电路中，可以用指定范围界限的正负电压代表日常生活中的有无、亮灭、开关等相对的二值，这些正负电压就是高电平和低电平。

　　数字电路的输入和输出都是高电平和低电平，数字电路是可以根据一些二值关系进行逻辑判断从而得到新的二值结果；二进制是用0和1两个数字来表示所有的数量。

　数字电路就是专门来处这些数字信号的电路或者电路系统。学习数字电路建议先理解二进制数。

　二进制数用0和1代表了数字电路中的二值（低电平和高电平），用0和1代替了所有的信号。

初学电子知识1

初学电子知识，请先把“电”当做“水”，“电路”就等于“水路”；接着了解一些常用名词术语，对照实物认识几种常用的电子元件及其功能；最后动手做一些实验。

　　任何电子产品都是电子元件组成的，学习电子技术就要先学电子元件。

　　电子元件的组合就成了电子电路，这也是基础知识。有了电子元件、电子电路的知识，电子工具也会用了，你就应该多动手进行产品实战了。

　　学电子最能尽快受益的莫过于自装音响和功放了。欣赏音乐本身是一种美的享受，可是能用自己的成果来享受则更是达到一种新的境界。

　　懂电子的朋友学电脑比不懂电子朋友学电脑要快要容易。懂电子的朋友用电脑是由电脑内部学到外部，不懂电子的朋友则是从电脑外部学到电脑内部。

　　什么是“场”？运动场常指大家可以做运动的一个范围，电场是指电产生作用力的一个范围，磁场是指磁产生作用力的一个范围，其它类同。

　　导体，电比较容易通过的物体。绝缘体，电比较难通过的物体。导体和绝缘体并没有明显的介限，导体和绝缘体是导电能力相差很多很多倍的两个物体相对而言的。

　　有很多物体，它们在常见的不同的物理情况（温度、电场、磁场、光照、掺杂等等）下呈现出不同的导电状态。我们称这类物体为半导体。

　　有了导体、绝缘体和半导体，就可以生产出各种各样的电子元件，我们就可以方便简单的检测和利用电能了。

　　开关实际上是一个短路器和开路器，是一个电阻在零欧姆和无穷大两个阻值上变换的元件，这跟自来水开关的效果和原理是一样的。

　　任何时候，只要有电流流过，就必定有一个闭合的通路。这个通路就是电流回路。不考虑电源内部的情况下，电流一定是从正极流向负极。

　　电源相当于一个特殊的电子元件，有闭合的通路才能产生电流。没有导体以及其它电子元件连接成闭合的通路就不会产生电流。

　　没有回路就一定没有电流，有电流就一定有回路。（交流电流并不需要物理上的通路，真空、空气也能形成电流回路。）

　两个不同的水位线存在一个水差，就是水压。水压之间有一根水管的话，水就会流动，水流动就会受到阻力。水管越细，阻力越大，水流越小；水压越高，水流越大。电压是指两个物体之间的电势差，就是电压。如果电压之间有一个导电通路的话，这个通路里面就会产生电流。电阻越大，电流越小；电压越高，电流越大。

　　水压、水流、水阻。水流动的方向是从高处流向低处（不算抽水机在内）；对应电的比喻：电压、电流、电阻。电流动的方向是从正极流向负极（不算电源在内）。

　　两个水位之间的水位差等于水压；两个电极之间的电势差等于电压。高水位相当于正电极，低水位相当于负电极。

　　电阻、电容、二极管等电子元件有两个引脚，这些元件在使用过程中，必须按照某种规律将引脚连接起来。

　　三极管相当于一个阻值可以受控制的电阻器，就是将三极管的集电极和发射极这两个脚等效成一个电阻，基极起控制作用。

　　所有的电子元件有两种基本的连接方法，并联：并联电路两端的电压是相等的。串联：串联电路中的电流是相等的。

　　并联和串联是最基本的电路连接，不论多复杂的电路都可以分解成基本的并联和串联，所有的电子元件也都是因为并联和串联的接法才形成电流回路。

　　电阻的阻值是越并越小，相当于水管变多，通路变宽，水流的阻力变小；电阻的阻值是越串越大，相当于水管变长，通路变长，水流的阻力变大。

　测量电压时一定是要把电压表并联在需要测试的两端上，电压表存在内阻会消耗小小的电流让指针偏转。一般来说，电压表内阻较大可以忽略不计。

　　测量电流时一定是要把电流表串联在需要测试的回路（需要先断开回路）上，电流表会对电流起小小的阻碍作用。一般来说，电流表内阻较小可以忽略不计。