典型应用电路分析与设计——原理分析、实际测试、故障排除

本书主要对典型应用电路进行工作原理分析、参数计算、仿真验证和实际电路板测试。本书所用电路主要为典型应用电路，为刚开始学习电路设计的工程师提供学习空间。电路理论计算、仿真分析、实际测试相结合，以便读者对电路更加全面、透彻地理解——理论与实践相结合！

“我总是问个不休，电路何时能搞透，可你却总是笑我，学习方法太Low。”

目前很多书籍主要讲解典型应用电路理论分析，涉及仿真和实际测试的书籍非常少，对于一线工程技术人员缺乏亲和力，如果将其应用于实际电路，会产生系统稳定性、精度、量程等方面的问题。而且很多书籍中的电路只停留在原理级，并未与工程实践建立可靠联系，例如半导体器件特性、运放偏置电压和失调电流、电阻电容电感的频率特性、输入和输出杂散参数等都与电路的长期稳定性紧密相连，尤其环境温度变化之后设备指标更是变化莫测。经过广泛调研，我发现以原理为基础、仿真为手段、应用为导向的电子信息类书籍具有较大市场空间。

“大学+研究生+工作”的总时间将近二十年，这期间我详细学习过多本书籍中的典型电路，系统分析过多套实际设备图纸中的应用电路，当时都能够把电路分析透彻——工作原理、环路控制、保护、源效应、负载效应等，但是几年之后再看到原来的资料时，感觉脑袋一片空白，好像没有存储下任何知识一样，长久发展下去可能会“一无所有”。

每当看到复杂的原理推导公式和上百页的设备图纸时，我从内心就有点退缩——如何才能把资料掌握并设计出完美产品？“学会学习”这四个字此时模糊地出现在自己的脑海中，学到知识固然重要，学会学习才是王道！

本书希望通过对典型应用电路的分析与设计，构建起“从整体到局部、由局部到整体”的系统学习框架，使得电路设计人员在“分析电路—理解电路—应用电路”的过程中学会学习； 搭建起“时间连续性和空间连续性并行”的拓展思路，使得工程师能够在举一反三中学以致用； 树立起“器件选型—电路布局—实际测试”的明确目标，使读者在循循引导下完成攻坚克难。

第1章主要以运放和比较器为核心构建应用电路，包括电压比较电路、可编程增益调节电路、滤波器电路和运放电路偏置与去耦。通过频率测量电路分析比较器中的滞环和正反馈作用，使得比较器工作更加稳定可靠。通过频域和时域对比分析运放构成的滤波器电路，同时观测输入和输出信号以便完全理解滤波的含义。只有在特定条件下运放才能完全发挥其功效，所以运放的偏置和去耦非常重要，本章最后讲解运放电路如何实现偏置和去耦及其实际应用。

第2章首先以RC积分电路为例分析测量指标的定义和计算公式，并且通过瞬态和交流测试验证时域和频域的统一； 然后进行速度测量电路系统分析与设计； 最后讲解高级测量技术，包括地线问题、感应噪声、差分测量和浮动与小信号测量，使得测量数据更加精确和稳定。

第3章主要讲解电源应用电路的分析与设计，包括充电器、电压转换、限流源、开关电源和线性电源； 在透彻分析原始电路的基础上进行量程扩展，并对其保护功能、输入源效应和负载效应进行详细测试。

第4章主要讲解线性电源和开关电源的保护和检测，包括保护功能分析、补偿设计、电压和漏电流检测、整机保护测试。对开关电源保护电路进行详细测试，包括市电过流保护电路测试、市电输入过压和欠压保护电路测试、开关器件保护电路测试、反压保护电路测试，并进行实际保护电路设计及其保护性能测试。

第5章对前4章中具有代表性的典型电路进行总结和实际测试——书读百遍，其意自现，如此便可温故而知新，具体选择电路如下： 第1章的带通滤波器、第2章的RC积分电路、第3章的LED台灯电路、第4章的交流电压自动切换电路。每个测试电路包括电路图、电路板和测试结果，读者可将前面对应章节的理论计算和仿真分析与实际测试结果进行对比，以便更加深刻地理解其中含义，建议读者能够自己制板、焊接、调试、故障排除与性能提升——纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！

本书第1章和第2章由张东辉编写，第3~5章由杜海龙编写，全书由张东辉统稿。

全书附带典型应用电路的PSpice仿真程序、电路图、电路板和实际测试波形，读者可通过扫描下方二维码下载学习，更加深刻地理解和掌握电路，理论分析与实际设计相结合，学以致用。

编者

2022年3月

电路图

仿真程序

第1章运放电路设计实例

1．1电压比较电路

1.1.1单限比较电路

1.1.2迟滞比较电路

1.1.3比较器应用——频率测量

1.2可编程增益调节电路

1.2.1PGA207增益调节电路

1.2.2INA111增益调节电路

1.3滤波器电路

1.3.1低通滤波器

1.3.2高通滤波器

1.3.3带通滤波器

1.3.4陷波滤波器

1.3.5滤波器设计实例

1.4运放电路偏置与去耦

1.4.1电阻偏置的常见问题

1.4.2偏置网络与电源去耦

1.4.3齐纳二极管偏置

1.4.4偏置电路仿真测试与对比

1.4.5直流耦合单电源转正负双电源

1.5附录——主要元件模型

第2章测量电路分析与设计

2.1RC积分电路测试

2.1.1上升沿和带宽计算

2.1.2RC电路仿真测试

2.2速度测量电路

2.2.1速度测量电路工作原理分析与仿真验证

2.2.2速度测量电路时域分析

2.2.3速度测量电路交流分析

2.3高级测量技术

2.3.1地线问题

2.3.2感应噪声

2.3.3差分测量

2.3.4浮动与小信号测量

2.4正确选择探头

第3章电源应用电路分析与设计

3.1铅酸蓄电池充电器设计

3.1.1蓄电池充电电路工作原理分析

3.1.2时域分析与测试

3.1.3参数分析与测试

3.2可充电LED台灯电路工作原理仿真分析和实际测试

3.2.1可充电LED台灯工作原理分析

3.2.2开启与关闭过程测试

3.2.3LED充电电路完整功能测试

3.2.4电路性能改进

3.3限流源模型分析与测试

3.3.1有源负载测试

3.3.2无源负载测试

3.4高效降压变换器

3.4.1工作原理分析

3.4.25V/1A功能测试

3.4.35V/2A功能测试

3.5单电源缓冲电路设计

3.5.1瞬态时域分析与测试

3.5.2供电源效应测试

3.5.3输入信号源VIN测试

3.5.4负载效应测试

3.5.5频域稳定性分析

第4章电路保护与检测

4.1线性电源保护

4.1.1整机工作原理分析

4.1.2原始电路测试

4.1.3保护功能分析

4.1.4实际设计与测试

4.2MC34161通用电压监测芯片测试

4.2.1芯片功能测试

4.2.2交流电压自动切换

4.3漏电流检测

4.3.1漏电流检测电路原理分析

4.3.2过流保护测试

4.3.3频域补偿测试

4.3.4时域补偿测试

4.3.5输出电压范围与过流保护

4.3.6整机测试

4.4开关电源保护电路

4.4.1开关电源工作原理分析

4.4.2电流保护电路测试

4.4.3市电输入过压保护电路测试

4.4.4供电过压和欠压保护测试

4.4.5IGBT保护电路测试

4.4.6PWM输入基准电路

4.4.7反压保护电路测试

4.4.8风扇控制电路分析

第5章典型电路测试

5.1带通滤波器

5.2RC积分电路

5.3LED台灯电路

5.4交流电压自动切换电路