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模拟电路需要了解的一些基础知识（部分）

news 来源：原创 2025/8/22 18:36:19

基本的单路元件

1. 电阻；特性：阻碍电流流动，消耗电能并转化为热能（遵循欧姆定律）。是无源元件，应用：限流、分压、发热等；
2. 电容；特性：存储电荷和电场能，隔直通交（直流稳态下相当于开路）。储能元件（不消耗能量，可充放电）。应用：滤波、耦合、时序电路等
3. 电感；特性：存储磁场能，阻交通直（直流稳态下相当于短路），储能元件（不消耗能量，可释放磁场能）。应用：滤波、振荡电路、变压器等。
4. 电压源；特性：提供恒定电压（理想情况下），与实际电流无关。理想电压源：内阻为零，输出电压固定。实际电压源：内阻不为零，输出电压随负载变化。能量特性：有源元件（提供能量）
5. 电流源；特性：提供恒定电流（理想情况下），与实际电压无关。理想电流源：内阻无限大，输出电流固定。能量特性：有源元件（提供能量）。实际电流源：内阻有限，输出电流随负载变化。

电源电路

一、电源电路的核心功能

电压转换（升压/降压/反相）
稳压（抑制输入波动或负载变化）
滤波（减少纹波和噪声）
隔离（如变压器隔离安全电压）
保护（过流、过压、短路保护）

buck电路

Buck 电路用于将较高的输入电压转换为较低的稳定输出电压。其工作基于电感的储能特性和开关管的通断控制。当开关管导通时，输入电压加在电感两端，电感电流线性上升，电感储存能量，同时向负载供电并对电容充电；当开关管截止时，电感产生反向电动势，续流二极管导通，电感释放储存的能量，继续向负载供电。通过控制开关管的导通时间与截止时间的比例（占空比），可以调节输出电压的大小，
电路组成：主要由开关管（如 MOSFET）、电感、续流二极管、电容和控制电路组成。开关管负责控制电流的通断；电感用于储能和调节电流；续流二极管在开关管截止时为电感电流提供通路；电容用于滤波，使输出电压更加平滑；控制电路则根据输出电压的反馈信号，调节开关管的占空比，以维持输出电压的稳定。
优缺点：
优点：效率较高，特别是在降压比较大时，能量损耗相对较小；输出电压纹波较小，能够提供较为稳定的直流电源；电路结构相对简单，成本较低。
缺点：只能实现降压功能，不能将电压升高；输出电压必须低于输入电压。
应用场景
适用于需要将较高电压转换为较低电压的场合，如将电池电压转换为适合微控制器、传感器等芯片工作的电压。例如，在锂电池供电的设备中，将锂电池的 3.7V 或 4.2V 电压转换为 3.3V 或 1.8V 给芯片供电。

Boost 电路

Boost 电路用于将较低的输入电压转换为较高的输出电压。当开关管导通时，输入电压加在电感两端，电感电流线性上升，电感储存能量；当开关管截止时，电感产生的感应电动势与输入电压叠加，通过二极管向负载供电并对电容充电。
电路组成
主要由开关管（如 MOSFET）、电感、二极管、电容和控制电路组成。开关管控制电流通断；电感用于储能；二极管在开关管截止时阻止电容向电感放电，并将电感和输入电压叠加后的电压输送到负载；电容用于滤波；控制电路根据输出电压反馈调节开关管占空比。
优缺点
优点：可以实现升压功能，能将较低的输入电压提升到较高的输出电压；在一些需要高电压的应用中，能够提供合适的电源。
缺点：效率相对 Buck 电路在某些情况下可能较低，特别是在升压比较大时，能量损耗会增加；输出电压纹波相对较大，需要更复杂的滤波电路来降低纹波。
应用场景
适用于需要将较低电压转换为较高电压的场合，如在太阳能电池板供电系统中，将太阳能电池板输出的较低电压转换为较高的电压，以便给电池充电或为其他设备供电；在一些 LED 驱动电路中，将电池的低电压转换为 LED 所需的高电压。

MOS管

MOS 管通过电场效应来控制电流的流动。以 N 沟道 MOS 管为例，它有栅极（G）、源极（S）和漏极（D）三个极。当在栅极和源极之间加上一个正电压（大于开启电压）时，会在栅极下方的半导体表面形成一个导电沟道，使得电子能够从源极流向漏极，从而形成电流。改变栅极电压的大小，可以控制导电沟道的宽窄，进而控制漏极电流的大小。
分类

按沟道类型分类
N 沟道 MOS 管：导电沟道由电子构成，在栅极电压为正时形成导电沟道，常用于负载接地的场合。
P 沟道 MOS 管：导电沟道由空穴构成，在栅极电压为负时形成导电沟道，常用于负载接电源的场合。
按工作模式分类

增强型 MOS 管：在栅极电压为零时，没有导电沟道，只有当栅极电压达到一定值（开启电压）时才会形成导电沟道。
耗尽型 MOS 管：在栅极电压为零时就存在导电沟道，通过改变栅极电压可以使导电沟道变宽或变窄。实际应用中增强型 MOS 管更为常见。

特性
输入阻抗高：MOS 管的栅极与源极之间有一层绝缘的氧化层，使得栅极几乎没有电流流入，输入阻抗非常高，这意味着它对前级电路的影响很小，能够很好地实现信号的隔离和放大。
开关速度快：MOS 管的导通和截止时间很短，能够快速地在导通和截止状态之间切换，适用于高频开关电路。
功耗低：在导通状态下，MOS 管的导通电阻较小，功耗较低；在截止状态下，几乎没有电流通过，功耗也很低。

使用注意事项

防止静电损坏：由于 MOS 管的栅极与源极之间的绝缘氧化层很薄，容易被静电击穿，因此在使用和储存 MOS 管时，要采取防静电措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等。
合理选择参数：在选择 MOS 管时，需要根据具体的应用场景合理选择其耐压、电流、导通电阻等参数。例如，在高电压应用中，要选择耐压值足够高的 MOS 管；在大电流应用中，要选择能够承受大电流的 MOS 管。
驱动电路设计：为了使 MOS 管能够正常工作，需要设计合适的驱动电路来提供足够的栅极电压和驱动电流。驱动电路的设计要考虑 MOS 管的开启电压、输入电容等参数。

常见应用场景

开关电路：MOS 管可以作为电子开关使用，广泛应用于电源开关、电机驱动、继电器驱动等电路中。例如，在电源开关电路中，通过控制 MOS 管的导通和截止，可以实现对电源的通断控制；在电机驱动电路中，利用 MOS 管的快速开关特性，可以实现对电机的调速和正反转控制。
放大电路：由于 MOS 管具有输入阻抗高、噪声低等优点，常用于音频放大器、射频放大器等电路中。在音频放大器中，MOS 管可以对音频信号进行放大，提供足够的功率驱动扬声器；在射频放大器中，MOS 管可以对射频信号进行放大，提高信号的强度和质量。
电源管理：在开关电源中，MOS 管是核心元件之一。Buck 电路、Boost 电路等开关电源拓扑结构都需要使用 MOS 管来实现电压的转换和调节。通过控制 MOS 管的导通和截止时间，可以实现对输出电压的精确控制，提高电源的效率和稳定性。