电路创意/电路原理

先决条件

看似种类繁多的电子电路和器件，实际上是基于少数清晰而巧妙的简单基本理念。制定通用电路原理（例如阿列什勒的 40 个原理在机械工程领域）以及特定的电路构建和在层次结构中的排列，不仅可以让我们深入分析电子电路的操作，揭示其相互关系，还可以让我们创建、合成、伪发明，甚至真正发明新的器件。

将损耗转变为增益
- "有害"的磁滞现象变得有用
  - 消除叠加在有用信号上的干扰影响
  - 机械接触去抖
  - 获取存储
    - 将施密特触发器转换为 RS 锁存器
    - 将簧片接触从"按钮"转换为"开关"
- "有害"的阈值电压 VF 变得有用
  - 低阈值电压的"齐纳二极管"
  - 人为提高 LED 的阈值电压，使其能够被另一个 LED"关闭"
- "有害"的阈值电压 VF u VBE 的温度依赖性变得有用
  - 二极管和晶体管充当半导体温度传感器
- "有害"的特性非线性变得有用
  - 通过半导体二极管获得对数和反对数函数
预先故意劣化，以便将来改进
- ...............
用有用的"反量"消除有害量
- 被动破坏（在没有负反馈的电路中）
- 主动破坏（在具有负反馈的电路中）
将器件的功能拆分为多个功能，并将它们分配给不同的器件（在给定时间内只有一个器件处于活动状态）
- 推挽级（具有双极性输出的发射极跟随器）
- 桥式电路

使用电阻器构建无源模拟器件的原理

源于欧姆定律的原理
- 应用于由理想电压源驱动的电路的原理
  - 将电压转换为电流
    - 使用电压源构建电流源
    - 使用电流表构建电压表
    - 晶体管开关中的基极电阻（CB 级）
    - 积分电路
    - 对数电路
  - 将电阻转换为电流
    - 使用电流表构建欧姆表
    - 具有电流输出的电阻传感器
  - 将电压除以电阻
    - 具有电流输出的数字-模拟转换器（R-2R 梯形）
- 应用于由理想电流源驱动的电路的原理
  - 将电流转换为电压
    - 电流-电压转换器
    - 使用电流源构建电压源
    - 使用电压表构建电流表
    - 微分电路
    - 反对数电路
  - 将电阻转换为电压
    - 使用电压表构建欧姆表
    - 具有电压输出的电阻传感器
  - 电流与电阻的乘积
    - 具有电压输出的数字-模拟转换器（R-2R 梯形）
源于实际电源等效电路的原理
- 应用于由实际电压源驱动的电路（根据戴维南定理）
  - 将电压转换为电压
    - 分压器
  - 将电阻转换为电压
    - 电能串联调节：晶体管放大器、串联稳压器
    - 具有"电压"输出的电阻传感器：热敏、光敏、应变等（仅在较小范围内线性输出）
  - 将电阻比转换为电压
    - 具有"电压"输出的电位器电阻传感器（线性输出）
    - 电位器电压调节
  - 将电压乘以电阻比
    - 模拟乘法器
- 应用于由实际电流源驱动的电路（根据诺顿定理）
  - 将电流转换为电流
    - 分流器
    - 分流电阻（在电流表中）
源于基尔霍夫定律的原理
- 源于 KCL 的原理
  - 并联求和、减法和比较电流
    - 并联求和电流
      - 电流求和器
      - 具有并联正反馈的电路
    - 并联减法电流
      - 电流减法器
      - 并联比较电流
      - 电流比较器
      - 具有并联负反馈的电路
  - 通过中间转换为电流，并联求和、减法和比较电压
    - 并联求和电压
      - 电压求和器
      - 将具有单极性正输入的 ADC 转换为双极性 ADC
      - 具有并联正反馈的电路
    - 并联减法电压
      - 电压减法器
      - 将具有单极性正输出的 DAC 转换为双极性 DAC
    - 并联比较电压
      - "虚地"原理
        并联电压比较器（电气"标尺"）
      - "固定虚地"原理（两个输入电压同时相反变化）
        具有并联负反馈的电路
      - "可移动虚地"原理
        "剪刀"原理（改变一个电压）
        
        "断头台"原理（两个电压同时单向变化）
- 源于 KVL 的原理
  - 串联求和、减法和比较电流
    - 串联求和电压
      - 电压求和器
      - 具有串联正反馈的电路
    - 串联减法电压
      - 电压减法器
    - 串联比较电压
      - 电压比较器
      - 具有串联负反馈的电路

使用反应元件构建无源模拟器件的原理

无源电压复制
- RC 耦合 AC 放大器中去耦电容的初始充电
- "采样保持"电路在采样模式下
动态"移位"电压变化（将一个电压"耦合"到另一个电压）
- AC 放大器中的去耦电容（将双极性电压转换为单极性电压，反之亦然）
- 具有人工增加电阻的电路（"自举"）
- 哈特利振荡器中的正反馈电容
动态"硬化" "软"电压
- 滤波电容
- 将实际电压源转换为"理想"电压源
- 由电容并联的电位器
- 平均检测器
"快速充电 - 缓慢放电"
- 峰值和幅度整流器
通过强制电流提高速度（克服寄生电容）
"缓慢充电 - 快速放电"
- 弛豫振荡器
- 闪光灯
- 永久磁体的脉冲磁化
- 电荷计量
- 电容式 ADC
反转电压极性
- 对称多谐振荡器
- 电源
电流强制
- 具有加速电容的晶体管开关
产生线性变化的电压
- CRT 中的扫描电路
- 通过将输入电压与线性变化的电压进行比较来实现的 ADC
产生阶跃变化的电压
提高线圈两端的电压
- DC-DC 转换器

构建没有负反馈的电子模拟器件的原理

动态电阻原理
- RV 型动态电阻
  - 二极管（普通二极管、齐纳二极管、LED 等）
- RI 型动态电阻
  - 晶体管
- 负电阻
  - 隧道二极管放大器
  - 具有人工创建的负阻抗的电路
通过由串联连接的电阻组成的分压器来调节（产生，放大）电压
- 通过改变一个电阻的阻值，同时保持另一个电阻的阻值不变（欧姆电阻）
  - “浮动”调节元件
    - 具有正电源和PNP晶体管的“共射”电路
  - 接地的调节元件
    - 具有正电源和NPN晶体管的“共射”电路
- 通过改变一个电阻的阻值，而另一个电阻“帮助”它试图改变输出电压（RI型非线性电阻）
  - 其中两个元件都是RI型非线性电阻
    - 带动态负载的放大器
- 通过（同时且相反地）改变两个电阻的阻值（电阻重新分配）
  - 互补（推挽）级
    - 其中两个元件都是RI型非线性电阻
通过由并联连接的电阻组成的分流器来调节电流
- 通过改变一个电阻的阻值，同时保持另一个电阻的阻值不变（欧姆电阻）
- 通过改变一个电阻的阻值，而另一个电阻“帮助”它试图改变输出电压（RV型非线性电阻）
  - 其中只有一个元件是RV型非线性电阻
    - 稳压二极管稳压器
  - 其中两个元件都是RV型非线性电阻
    - “关闭”具有不同阈值电压的LED
    - 零电压LED指示灯
    - 开关稳压二极管（具有较低阈值电压的二极管“关闭”具有最高电压的二极管）
- 通过（同时且相反地）改变两个电阻的阻值（电阻重新分配）
  - 差动放大器
电压变化的静态“移动”
- 通过电流源在电阻上产生恒定的电压降
  - 运算放大器的输出级
- 通过具有V型IV曲线的非线性元件
  - 补偿输出放大器级（AB类）偏置电路中的基极-发射极电压VBE
通过“反量”被动补偿有害量
- 用眼镜补偿视力缺陷（近视，远视，散光）
- 通过在第二个二极管上产生的反向电压来补偿二极管整流器（检波器，限幅器）中的正向压降VF
- 补偿推挽级（AB类）中的非线性失真
- 通过在两个输入端插入相同的电阻来补偿运算放大器的输入偏置电流的影响
- 温度补偿
  - 在放大器级的偏置电路中
    - 通过热敏电阻
    - 通过二极管
  - 在产生参考电压的电路中
    - 在恒流源中

使用负反馈构建电子模拟器件的原理

“主动复制”原理
- 具有串联比较的“主动复制”
  - 射极跟随器
  - 运算放大器电压跟随器
- 具有并联比较的“主动复制”
  - 运算放大器电压反相器
“受扰主动复制”原理（抑制负反馈系统中的扰动）
- - 抑制加性扰动
    - 消除精密二极管整流器（检波器，限幅器）中的二极管阈值电压VF
    - 消除放置在运算放大器负反馈环路中的射极跟随器中的晶体管阈值电压VBE
    - 通过负反馈稳压器（三线制思想）补偿沿长电源线的电压降
    - 补偿运算放大器输出电阻上的电压降
  - 抑制乘性扰动
    - 补偿运算放大器电压跟随器和电压反相器的Rout-RL分压器中的衰减
“故意受扰主动复制”原理（具有负反馈的故意受扰电压跟随器）
- 通过故意恒定扰动将跟随器系统转换为放大器系统
  - 晶体管放大器级
    - “具有负反馈（“射极退化”）的共射级
    - 相位分离器
  - 具有负反馈的运算放大器放大器
    - 反相放大器
    - 同相放大器
- 故意改变具有负反馈的跟随器系统的扰动（输出信号成为扰动的函数）
  - 乘性扰动
    - 电阻到电压转换器（将热敏，光敏等电阻传感器放置在负反馈网络中）
      - “R1-V”
      - “R2-V”
      - “P-V”
    - 使用R-2R梯子的数模转换器
  - 加性扰动
    - 测量二极管和LED，电池等的电压VF
- 通过“攻击”其输出来故意扰动具有负反馈的跟随器系统（存在冲突；系统对试图改变其输出信号的尝试做出反应）
  - “攻击”电压源
    - 共基级
    - 射极耦合电路
  - “攻击”电流源
    - 具有动态负载的晶体管级
- 通过其输出相互连接的互扰跟随器系统（存在冲突；系统对试图改变其输出信号的尝试做出反应）
  - 两个电压源之间的冲突
    - 差动放大器（两个跟随器系统的互扰）
  - 两个电流源之间的冲突
    - 具有受控动态负载的晶体管级
- 具有负反馈的各种跟随器系统之间相互“帮助”的原理
  - 电压源
  - 电流源
  - 电压源和电流源
    - 差动放大器，其中电流源包含在共模晶体管发射极中
    - 共射级电路 - 电流源通过其输出驱动电压源
- 通过主动复制原理反转模拟器件中的因果关系（交换其输入和输出）
  - 反转的非反相分压器类型1/(1 +R1/R2) - 我们改变分压器的“输出”电压，使得电阻R2上的电压等于输入电压
  - 反转的R2/R1型反相分压器 - 我们改变电阻R2上的“输出”电压，使得电阻R1上的电压等于输入电压（我们改变施加在两个串联连接的电阻上的总电压，使得电阻R1上的电压等于输入电压）
  - 积分器>微分器 - 我们改变积分电路的“输出”电压，使得电容器上的电压等于输入电压
  - 微分器>积分器 - 我们改变微分电路的“输出”电压，使得电阻上的电压等于“输入”电压
  - 反转的频率分频器 - 我们改变“输出”频率，使得在分频后它等于输入（锁相环电路）
- 将被动模拟器件转换为主动模拟器件的原理
  - 主动复制并破坏原始（通过反扰动消除扰动）
    - 不使用副本（我们只破坏有害扰动，为电路正常工作提供理想条件）
      - 通过破坏“扰动”元件上的有害电压降来保持恒定电流
        为可充电电池充电
        
        驱动LED，直流电机，电磁体
        
        “理想”电流表和欧姆表
        
        电压/电阻分压器
      - 通过消除“扰动”元件上的有害电流泄漏来保持恒定电压
    - 使用副本（我们根据“反扰动”判断扰动程度）
      - “理想”电流到电压转换器
        使用真实电压表制成的“理想”电流表
      - “理想”电阻到电压转换器
        使用真实电压表制成的“理想”欧姆表
        
        具有输出电压的“理想”电阻传感器
        
        “理想”电流×电阻乘法器
        
        “理想”并联求和器
        
        “理想”积分器和微分器
        
        “理想”对数和反对数器件
        
        测量二极管正向电压VF
  - 主动复制而不破坏原始
    - 由理想电流源供电的电路中的电流表
    - 使用理想电流源和真实电压表制成的“理想”欧姆表
    - 非反相电阻电压加法器
    - “理想”电流积分器
通过同时操作两个运算放大器输入端来发明模拟器件的原理
- 具有受控增益符号（+1或-1）的跟随器
- 运算放大器差动放大器
通过同时应用负反馈和正反馈来发明模拟器件的原理
- 具有接地负载的电流源（霍兰电流泵）
- 具有负阻抗的电路
电路参数的人工动态变化
- 通过“主动复制”动态增加电阻（跟随负反馈，自举）
  - 增加具有串联负反馈（电压跟随器）的系统的输入电阻
  - 消除晶体管放大器中偏置分压器的旁路效应
  - 在输出晶体管级中人为增加Rc
  - 消除运算放大器输入端和电源轨之间作用的板上泄漏的影响
- 通过“主动复制”动态降低电容
  - 抑制具有串联负反馈的运算放大器电路中的寄生输入电容
  - 抑制通过其将输入信号馈送到运算放大器的屏蔽电缆的电容（跟随屏蔽）
- 通过“反相主动复制”动态降低电阻（并联负反馈）
  - 具有并联负反馈（负面影响）的系统的低输入电阻
- 通过“反相主动复制”动态增加电容（并联负反馈）
  - 共射放大器级中的米勒效应（不希望的）
  - 有源积分器（希望的米勒效应）
- 通过“过量”动态电阻获得“负”电阻

另请参见

如何推导出基本的电路原理提供了对从特定电子电路中推导出一般原理的工具的见解

先决条件

目录

一般原理

使用电阻器构建无源模拟器件的原理

使用反应元件构建无源模拟器件的原理

构建没有负反馈的电子模拟器件的原理

使用负反馈构建电子模拟器件的原理

另请参见