電路創意/電路原理

先決條件

看似種類繁多的電子電路和器件，實際上是基於少數清晰而巧妙的簡單基本理念。制定通用電路原理（例如阿列什勒的 40 個原理在機械工程領域）以及特定的電路構建和在層次結構中的排列，不僅可以讓我們深入分析電子電路的操作，揭示其相互關係，還可以讓我們建立、合成、偽發明，甚至真正發明新的器件。

將損耗轉變為增益
- "有害"的磁滯現象變得有用
  - 消除疊加在有用訊號上的干擾影響
  - 機械接觸去抖
  - 獲取儲存
    - 將施密特觸發器轉換為 RS 鎖存器
    - 將簧片接觸從"按鈕"轉換為"開關"
- "有害"的閾值電壓 VF 變得有用
  - 低閾值電壓的"齊納二極體"
  - 人為提高 LED 的閾值電壓，使其能夠被另一個 LED"關閉"
- "有害"的閾值電壓 VF u VBE 的溫度依賴性變得有用
  - 二極體和電晶體充當半導體溫度感測器
- "有害"的特性非線性變得有用
  - 透過半導體二極體獲得對數和反對數函式
預先故意劣化，以便將來改進
- ...............
用有用的"反量"消除有害量
- 被動破壞（在沒有負反饋的電路中）
- 主動破壞（在具有負反饋的電路中）
將器件的功能拆分為多個功能，並將它們分配給不同的器件（在給定時間內只有一個器件處於活動狀態）
- 推輓級（具有雙極性輸出的發射極跟隨器）
- 橋式電路

使用電阻器構建無源模擬器件的原理

源於歐姆定律的原理
- 應用於由理想電壓源驅動的電路的原理
  - 將電壓轉換為電流
    - 使用電壓源構建電流源
    - 使用電流表構建電壓表
    - 電晶體開關中的基極電阻（CB 級）
    - 積分電路
    - 對數電路
  - 將電阻轉換為電流
    - 使用電流表構建歐姆表
    - 具有電流輸出的電阻感測器
  - 將電壓除以電阻
    - 具有電流輸出的數字-模擬轉換器（R-2R 梯形）
- 應用於由理想電流源驅動的電路的原理
  - 將電流轉換為電壓
    - 電流-電壓轉換器
    - 使用電流源構建電壓源
    - 使用電壓表構建電流表
    - 微分電路
    - 反對數電路
  - 將電阻轉換為電壓
    - 使用電壓表構建歐姆表
    - 具有電壓輸出的電阻感測器
  - 電流與電阻的乘積
    - 具有電壓輸出的數字-模擬轉換器（R-2R 梯形）
源於實際電源等效電路的原理
- 應用於由實際電壓源驅動的電路（根據戴維南定理）
  - 將電壓轉換為電壓
    - 分壓器
  - 將電阻轉換為電壓
    - 電能串聯調節：電晶體放大器、串聯穩壓器
    - 具有"電壓"輸出的電阻感測器：熱敏、光敏、應變等（僅在較小範圍內線性輸出）
  - 將電阻比轉換為電壓
    - 具有"電壓"輸出的電位器電阻感測器（線性輸出）
    - 電位器電壓調節
  - 將電壓乘以電阻比
    - 模擬乘法器
- 應用於由實際電流源驅動的電路（根據諾頓定理）
  - 將電流轉換為電流
    - 分流器
    - 分流電阻（在電流表中）
源於基爾霍夫定律的原理
- 源於 KCL 的原理
  - 並聯求和、減法和比較電流
    - 並聯求和電流
      - 電流求和器
      - 具有並聯正反饋的電路
    - 並聯減法電流
      - 電流減法器
      - 並聯比較電流
      - 電流比較器
      - 具有並聯負反饋的電路
  - 透過中間轉換為電流，並聯求和、減法和比較電壓
    - 並聯求和電壓
      - 電壓求和器
      - 將具有單極性正輸入的 ADC 轉換為雙極性 ADC
      - 具有並聯正反饋的電路
    - 並聯減法電壓
      - 電壓減法器
      - 將具有單極性正輸出的 DAC 轉換為雙極性 DAC
    - 並聯比較電壓
      - "虛地"原理
        並聯電壓比較器（電氣"標尺"）
      - "固定虛地"原理（兩個輸入電壓同時相反變化）
        具有並聯負反饋的電路
      - "可移動虛地"原理
        "剪刀"原理（改變一個電壓）
        
        "斷頭臺"原理（兩個電壓同時單向變化）
- 源於 KVL 的原理
  - 串聯求和、減法和比較電流
    - 串聯求和電壓
      - 電壓求和器
      - 具有串聯正反饋的電路
    - 串聯減法電壓
      - 電壓減法器
    - 串聯比較電壓
      - 電壓比較器
      - 具有串聯負反饋的電路

使用反應元件構建無源模擬器件的原理

無源電壓複製
- RC 耦合 AC 放大器中去耦電容的初始充電
- "取樣保持"電路在取樣模式下
動態"移位"電壓變化（將一個電壓"耦合"到另一個電壓）
- AC 放大器中的去耦電容（將雙極性電壓轉換為單極性電壓，反之亦然）
- 具有人工增加電阻的電路（"自舉"）
- 哈特利振盪器中的正反饋電容
動態"硬化" "軟"電壓
- 濾波電容
- 將實際電壓源轉換為"理想"電壓源
- 由電容並聯的電位器
- 平均檢測器
"快速充電 - 緩慢放電"
- 峰值和幅度整流器
透過強制電流提高速度（克服寄生電容）
"緩慢充電 - 快速放電"
- 弛豫振盪器
- 閃光燈
- 永久磁體的脈衝磁化
- 電荷計量
- 電容式 ADC
反轉電壓極性
- 對稱多諧振盪器
- 電源
電流強制
- 具有加速電容的電晶體開關
產生線性變化的電壓
- CRT 中的掃描電路
- 透過將輸入電壓與線性變化的電壓進行比較來實現的 ADC
產生階躍變化的電壓
提高線圈兩端的電壓
- DC-DC 轉換器

構建沒有負反饋的電子模擬器件的原理

動態電阻原理
- RV 型動態電阻
  - 二極體（普通二極體、齊納二極體、LED 等）
- RI 型動態電阻
  - 電晶體
- 負電阻
  - 隧道二極體放大器
  - 具有人工建立的負阻抗的電路
透過由串聯連線的電阻組成的分壓器來調節（產生，放大）電壓
- 透過改變一個電阻的阻值，同時保持另一個電阻的阻值不變（歐姆電阻）
  - “浮動”調節元件
    - 具有正電源和PNP電晶體的“共射”電路
  - 接地的調節元件
    - 具有正電源和NPN電晶體的“共射”電路
- 透過改變一個電阻的阻值，而另一個電阻“幫助”它試圖改變輸出電壓（RI型非線性電阻）
  - 其中兩個元件都是RI型非線性電阻
    - 帶動態負載的放大器
- 透過（同時且相反地）改變兩個電阻的阻值（電阻重新分配）
  - 互補（推輓）級
    - 其中兩個元件都是RI型非線性電阻
透過由並聯連線的電阻組成的分流器來調節電流
- 透過改變一個電阻的阻值，同時保持另一個電阻的阻值不變（歐姆電阻）
- 透過改變一個電阻的阻值，而另一個電阻“幫助”它試圖改變輸出電壓（RV型非線性電阻）
  - 其中只有一個元件是RV型非線性電阻
    - 穩壓二極體穩壓器
  - 其中兩個元件都是RV型非線性電阻
    - “關閉”具有不同閾值電壓的LED
    - 零電壓LED指示燈
    - 開關穩壓二極體（具有較低閾值電壓的二極體“關閉”具有最高電壓的二極體）
- 透過（同時且相反地）改變兩個電阻的阻值（電阻重新分配）
  - 差動放大器
電壓變化的靜態“移動”
- 透過電流源在電阻上產生恆定的電壓降
  - 運算放大器的輸出級
- 透過具有V型IV曲線的非線性元件
  - 補償輸出放大器級（AB類）偏置電路中的基極-發射極電壓VBE
透過“反量”被動補償有害量
- 用眼鏡補償視力缺陷（近視，遠視，散光）
- 透過在第二個二極體上產生的反向電壓來補償二極體整流器（檢波器，限幅器）中的正向壓降VF
- 補償推輓級（AB類）中的非線性失真
- 透過在兩個輸入端插入相同的電阻來補償運算放大器的輸入偏置電流的影響
- 溫度補償
  - 在放大器級的偏置電路中
    - 透過熱敏電阻
    - 透過二極體
  - 在產生參考電壓的電路中
    - 在恆流源中

使用負反饋構建電子模擬器件的原理

“主動複製”原理
- 具有串聯比較的“主動複製”
  - 射極跟隨器
  - 運算放大器電壓跟隨器
- 具有並聯比較的“主動複製”
  - 運算放大器電壓反相器
“受擾主動複製”原理（抑制負反饋系統中的擾動）
- - 抑制加性擾動
    - 消除精密二極體整流器（檢波器，限幅器）中的二極體閾值電壓VF
    - 消除放置在運算放大器負反饋環路中的射極跟隨器中的電晶體閾值電壓VBE
    - 透過負反饋穩壓器（三線制思想）補償沿長電源線的電壓降
    - 補償運算放大器輸出電阻上的電壓降
  - 抑制乘性擾動
    - 補償運算放大器電壓跟隨器和電壓反相器的Rout-RL分壓器中的衰減
“故意受擾主動複製”原理（具有負反饋的故意受擾電壓跟隨器）
- 透過故意恆定擾動將跟隨器系統轉換為放大器系統
  - 電晶體放大器級
    - “具有負反饋（“射極退化”）的共射級
    - 相位分離器
  - 具有負反饋的運算放大器放大器
    - 反相放大器
    - 同相放大器
- 故意改變具有負反饋的跟隨器系統的擾動（輸出訊號成為擾動的函式）
  - 乘性擾動
    - 電阻到電壓轉換器（將熱敏，光敏等電阻感測器放置在負反饋網路中）
      - “R1-V”
      - “R2-V”
      - “P-V”
    - 使用R-2R梯子的數模轉換器
  - 加性擾動
    - 測量二極體和LED，電池等的電壓VF
- 透過“攻擊”其輸出來故意擾動具有負反饋的跟隨器系統（存在衝突；系統對試圖改變其輸出訊號的嘗試做出反應）
  - “攻擊”電壓源
    - 共基級
    - 射極耦合電路
  - “攻擊”電流源
    - 具有動態負載的電晶體級
- 透過其輸出相互連線的互擾跟隨器系統（存在衝突；系統對試圖改變其輸出訊號的嘗試做出反應）
  - 兩個電壓源之間的衝突
    - 差動放大器（兩個跟隨器系統的互擾）
  - 兩個電流源之間的衝突
    - 具有受控動態負載的電晶體級
- 具有負反饋的各種跟隨器系統之間相互“幫助”的原理
  - 電壓源
  - 電流源
  - 電壓源和電流源
    - 差動放大器，其中電流源包含在共模電晶體發射極中
    - 共射級電路 - 電流源透過其輸出驅動電壓源
- 透過主動複製原理反轉模擬器件中的因果關係（交換其輸入和輸出）
  - 反轉的非反相分壓器型別1/(1 +R1/R2) - 我們改變分壓器的“輸出”電壓，使得電阻R2上的電壓等於輸入電壓
  - 反轉的R2/R1型反相分壓器 - 我們改變電阻R2上的“輸出”電壓，使得電阻R1上的電壓等於輸入電壓（我們改變施加在兩個串聯連線的電阻上的總電壓，使得電阻R1上的電壓等於輸入電壓）
  - 積分器>微分器 - 我們改變積分電路的“輸出”電壓，使得電容器上的電壓等於輸入電壓
  - 微分器>積分器 - 我們改變微分電路的“輸出”電壓，使得電阻上的電壓等於“輸入”電壓
  - 反轉的頻率分頻器 - 我們改變“輸出”頻率，使得在分頻後它等於輸入（鎖相環電路）
- 將被動模擬器件轉換為主動模擬器件的原理
  - 主動複製並破壞原始（透過反擾動消除擾動）
    - 不使用副本（我們只破壞有害擾動，為電路正常工作提供理想條件）
      - 透過破壞“擾動”元件上的有害電壓降來保持恆定電流
        為可充電電池充電
        
        驅動LED，直流電機，電磁體
        
        “理想”電流表和歐姆表
        
        電壓/電阻分壓器
      - 透過消除“擾動”元件上的有害電流洩漏來保持恆定電壓
    - 使用副本（我們根據“反擾動”判斷擾動程度）
      - “理想”電流到電壓轉換器
        使用真實電壓表製成的“理想”電流表
      - “理想”電阻到電壓轉換器
        使用真實電壓表製成的“理想”歐姆表
        
        具有輸出電壓的“理想”電阻感測器
        
        “理想”電流×電阻乘法器
        
        “理想”並聯求和器
        
        “理想”積分器和微分器
        
        “理想”對數和反對數器件
        
        測量二極體正向電壓VF
  - 主動複製而不破壞原始
    - 由理想電流源供電的電路中的電流表
    - 使用理想電流源和真實電壓表製成的“理想”歐姆表
    - 非反相電阻電壓加法器
    - “理想”電流積分器
透過同時操作兩個運算放大器輸入端來發明模擬器件的原理
- 具有受控增益符號（+1或-1）的跟隨器
- 運算放大器差動放大器
透過同時應用負反饋和正反饋來發明模擬器件的原理
- 具有接地負載的電流源（霍蘭電流泵）
- 具有負阻抗的電路
電路引數的人工動態變化
- 透過“主動複製”動態增加電阻（跟隨負反饋，自舉）
  - 增加具有串聯負反饋（電壓跟隨器）的系統的輸入電阻
  - 消除電晶體放大器中偏置分壓器的旁路效應
  - 在輸出電晶體級中人為增加Rc
  - 消除運算放大器輸入端和電源軌之間作用的板上洩漏的影響
- 透過“主動複製”動態降低電容
  - 抑制具有串聯負反饋的運算放大器電路中的寄生輸入電容
  - 抑制透過其將輸入訊號饋送到運算放大器的遮蔽電纜的電容（跟隨遮蔽）
- 透過“反相主動複製”動態降低電阻（並聯負反饋）
  - 具有並聯負反饋（負面影響）的系統的低輸入電阻
- 透過“反相主動複製”動態增加電容（並聯負反饋）
  - 共射放大器級中的米勒效應（不希望的）
  - 有源積分器（希望的米勒效應）
- 透過“過量”動態電阻獲得“負”電阻

另請參見

如何推匯出基本的電路原理提供了對從特定電子電路中推匯出一般原理的工具的見解

先決條件

目錄

一般原理

使用電阻器構建無源模擬器件的原理

使用反應元件構建無源模擬器件的原理

構建沒有負反饋的電子模擬器件的原理

使用負反饋構建電子模擬器件的原理

另請參見