嵌入式~PCB专辑25

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一、常用的电路保护器件

 电子电路很容易在过压、过流、浪涌等情况发生的时候损坏，随着技术的发展，电子电路的产品日益多样化和复杂化，而电路保护则变得尤为重要。电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝，变得种类更多，防护性能更优越。

电路保护的意义是什么？

    在各类电子产品中，设置过压保护和过流保护变得越来越重要，那么电路保护的意义到底是什么？

• 由于如今电路板的集成度越来越高，板子的价格也跟着水涨船高，因此我们要加强保护。

• 半导体器件，IC的工作电压有越来越低的趋势，而电路保护的目的则是降低能耗损失，减少发热现象，延长使用寿命。

• 车载设备，由于使用环境的条件比一般电子产品更加恶劣，汽车行驶状况万变，汽车启动时产生很大的瞬间峰值电压等。因此，在为这些电子设备配套产品的电源适配器中，一般要使用过压保护元件。

• 通信设备，通信场所对防雷浪涌有一定的要求，在这些设备中使用过压保护、过流保护元件就变得重要起来，它们是保证用户人身安全和通信正常的关键。

• 大部分电子产品出现的故障，都是电子设备电路中出现的过压或者电路现象造成的，随着我们对电子设备质量的要求越来越高，电子电路保护也变得更加不容忽视。

    那么电路保护如此重要，常用的电路保护元件有哪些？

# 防雷器件

陶瓷气体放电管

    防雷器件中应用最广泛的是陶瓷气体放电管，之所以说陶瓷气体放电管是应用最广泛的防雷器件，是因为无论是直流电源的防雷还是各种信号的防雷，陶瓷气体放电管都能起到很好的防护作用。其最大的特点是通流量大，级间电容小，绝缘电阻高，击穿电压可选范围大。

半导体放电管

    半导体放电管是一种过压保护器件，是利用晶闸管原理制成的，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。其击穿电压的范围，构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。具有精确导通、快速响应（响应时间ns级）、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。

玻璃放电管

    玻璃放电管（强效放电管、防雷管）是20世纪末新推出的防雷器件，它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点：绝缘电阻高（≥10^8Ω）、极间电容小（≤0.8pF）、放电电流较大（最大达3kA）、双向对称性、反应速度快（不存在冲击击穿的滞后现象）、性能稳定可靠、导通后电压较低，此外还有直流击穿电压高（最高达5000V）、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大（±20%）。

# 过压器件

压敏电阻

    压敏电阻也是一种用得最多的限压器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。

贴片压敏电阻的作用

    贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路，防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。

瞬态抑制二极管

    瞬态抑制器TVS二极管广泛应用于半导体及敏感器件的保护，通常用于二级保护。基本都会是用于在陶瓷气体放电管之后的二级保护，也有用户直接将其用于产品的一级保护。其特点为反应速度快（为ps级），体积小，脉冲功率较大，箝位电压低等。其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。

# 过流器件

自恢复保险丝

    自恢复保险丝PPTC就是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。自恢复保险丝（PPTC：高分子自恢复保险丝）是一种正温度系数聚合物热敏电阻，作过流保护用，可代替电流保险丝。电路正常工作时它的阻值很小（压降很小），当电路出现过流使它温度升高时，阻值急剧增大几个数量级，使电路中的电流减小到安全值以下，从而使后面的电路得到保护，过流消失后自动恢复为低阻值。

#静电元件

ESD静电放电二极管

    ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件，是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD静电二极管是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD（静电放电）的影响。可提供非常低的电容，具有优异的传输线脉冲（TLP）测试，以及IEC6100-4-2测试能力，尤其是在多采样数高达1000之后，进而改善对敏感电子元件的保护。

电感的作用

    电磁的关系相信大家都清楚，电感的作用就是在电路刚开始的时候，一切还不稳定的时候，如果电感中有电流通过，就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流。依据法拉第电磁感应定律可知，等到电路运行了一段时间后，一切都稳定了，电流没有什么变化了，电磁感应也就不会产生电流，这时候就稳定了，不会出现突发性的变故，从而保证了电路的安全，就像水车，一开始由于阻力转动的比较慢，后来慢慢趋于平和。

磁珠的作用

    磁珠有很高的电阻率和磁导率，它等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。它比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果，在以太网芯片上用到过。

二、PCB的分类以及制造工艺

  PCB在材料、层数、制程上的多样化以适不同的电子产品及其特殊需求，因此其种类划分比较多。以下就归纳一些通用的区别办法，来简单介绍PCB的分类以及它的制造工艺。那么我们就从它的三个方面来分析一下吧。

材料

有机材料

    ① 酚醛树脂：酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。

    酚醛树脂耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。图片如下：      ② 玻璃纤维：玻璃纤维（英文原名为：glass fiber）是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。

    它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。

    玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。图片如下：   ③ Polyimide：聚酰亚胺树脂简称PI，外观：透明液体，黄色粉末，棕色颗粒，琥珀色颗粒聚酰亚胺树脂液体，聚酰亚胺树脂溶液，聚酰亚胺树脂粉末，聚酰亚胺树脂颗粒，聚酰亚胺树脂料粒，聚酰亚胺树脂粒料，热塑性聚酰亚胺树脂溶液，热塑性聚酰亚胺树脂粉末，热固性聚酰亚胺树脂溶液，热固性聚酰亚胺树脂粉末，热塑性聚酰亚胺纯树脂，热固性聚酰亚胺纯树脂二、聚酰亚胺PI成型方法包括：高温固化、压缩模塑、浸渍、喷涂法、压延法、注塑、挤出、压铸、涂覆、流延、层合、发泡、传递模塑、模压成型，图片如下。  还有我们的环氧树脂和BT等等都是属于有机材料。

无机材料

    ① 铝基板：铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成。

    分别是电路层（铜箔）、绝缘层和金属基层。常见于LED照明产品。有正反两面，白色的一面是焊接LED引脚的，另一面呈现铝本色，一般会涂抹导热凝浆后与导热部分接触。目前还有陶瓷基板等等，如下图。    ② 铜基板：铜基板是金属基板中最贵的一种，导热效果比铝基板和铁基板都好很多倍，适用于高频电路以及高低温变化大的地区及精密通信设备的散热和建筑装饰行业，如下图。 还有陶瓷基板等都是属于无机材料，只要是取其散热功能。

成品软硬板

硬板

    硬板是一种以PVC为原料制成的板材。PVC 硬板是工业中应用较广泛的产品，特别是应用于化工防腐行业。

    PVC 是一种耐酸、碱、盐的树脂，因其良好的化学性能及相对低廉的价格，广泛应用于化工、建材、轻工、机械等各行业，如下图。软板

    软质聚氯乙烯挤出板材由聚氯乙烯树脂加入增塑剂、稳定剂等经挤出成型而制得。

主要用于耐酸、耐碱等防腐蚀设备的衬里，也可以作为一般的电气绝缘以及密封衬垫材料，使用温度为-5至+40℃，可以作为橡胶板的替代产品，用途广泛属于新型环保产品，如下图。软硬结合板

    FPC与PCB的诞生与发展，催生了软硬结合板这一新产品。因此，软硬结合板，就是柔性线路板与硬性线路板，经过压合等工序，按相关工艺要求组合在一起，形成的具有FPC特性与PCB特性的线路板，如下图。PCB板结构

单面板

    单面板就是在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种PCB叫作建和单面板（Single-sided）。

    因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子，如下图。双面板

    双面板是包括Top（顶层）和Bottom（底层）的双面都敷有铜的印制电路板，双面都可以布线焊接，中间为一层绝缘层，为常用的一种印制电路板。

    两面都可以走线，大大降低了布线的难度，因此被广泛采用，如下图。多层板

    多层板的制作方法一般由内层图形先做，然后以印刷蚀刻法做成单面或双面基板，并纳入指定的层间中，再经加热、加压并予以粘合，至于之后的钻孔则和双面板的镀通孔法相同，如下图。 

三、电路中的GND

 问一个简单而又很难回答的电路问题：电路中的地线GND，它的本质是什么？

在PCB Layout布线过程中，工程师都会面临不同的GND处理。

    这是为什么呢？在电路原理设计阶段，为了降低电路之间的互相干扰，工程师一般会引入不同的GND地线，作为不同功能电路的0V参考点，形成不同的电流回路。

GND地线的分类

1 模拟地线AGND

    模拟地线AGND，主要是用在模拟电路部分，如模拟传感器的ADC采集电路，运算放大比例电路等等。

2 数字地线DGND

    之所以设立数字地线DGND，是因为数字电路具有一个共同的特点，都属于离散型的开光量信号，只有数字“0”和数字“1”区分，如下图所示。

3 功率地线PGND

    模拟地线AGND也好，数字地线DGND也罢，它们都是小功率电路。在大功率电路中，如电机驱动电路，电磁阀驱动电路等等，也是存在一个单独的参考地线，这个参考地线叫做功率地线PGND。

4 电源地线GND

    模拟地线AGND，和数字地线DGND以及功率地线PGND，都被归类为直流地线GND。这些不同种类的地线，最后都要汇集在一起，作为整个电路的0V参考地线，这个地线叫做电源地线GND。

5 交流地线CGND

    交流地线CGND，一般是存在于含有交流电源的电路项目中，如AC-DC交流转直流电源电路。

6 大地地线EGND

    为了增强电路的安全系数，工程师一般在高压大电流的项目中使用大地的地线EGND，例如在家用电器电风扇、电冰箱、电视机等电路中。具有大地地线EGND保护功能的插座，如下图所示。

细究GND的原理

    工程师可能会问，一个地线GND怎么会有这么多区分，简单的电路问题怎么弄得这么复杂？

    为什么需要引入这么多细分的GND地线功能呢？

    工程师一般针对这类GND地线设计问题，都简单的统一命名为GND，在原理图设计过程中没有加以区分，导致在PCB布线的时候很难有效识别不同电路功能的GND地线，直接简单地将所有GND地线连接在一起。

    虽然这样操作简便，但这将导致一系列问题：

1 信号串扰

    假如将不同功能的地线GND直接连接在一起，大功率电路通过地线GND，会影响小功率电路的0V参考点GND，这样就产生了不同电路信号之间的串扰。相关推荐:认识地弹（地噪声）。

2 信号精度

    模拟电路，它的考核核心指标就是信号的精度。失去精度，模拟电路也就失去了原本的功能意义。

    交流电源的地线CGND由于是正弦波，是周期性的上下波动变化，它的电压也是上下波动，不是像直流地线GND一样始终维持在一个0V上不变。

    将不同电路的地线GND连接在一起，周期性变化的交流地线CGND会带动模拟电路的地线AGND变化，这样就影响了模拟信号的电压精度值了。

3 EMC实验

    信号越弱，对外的电磁辐射EMC也就越弱；信号越强，对外的电磁辐射EMC也就越强。

    假如将不同电路的地线GND连接在一起，信号强电路的地线GND，直接干扰了信号弱电路的地线GND。其后果是原本信号弱的电磁辐射EMC，也成为了对外电磁辐射强的信号源，增加了电路处理EMC实验的难度。

4 电路可靠性

    电路系统之间，信号连接的部分越少，电路独立运行的能力越强；信号连接的部分越多，电路独立运行的能力就越弱。

    试想，如果两个电路系统A和电路系统B，没有任何的交集，电路系统A的功能好坏显然是不能影响电路系统B的正常工作，同样电路系统B的功能好坏也是不能影响电路系统A的正常工作。

    这就好比一对陌生男女，在没有成为恋人之前，女生的情绪变化是不会影响这个男生的心情的，因为他们没有任何交集。

    假如在电路系统中，将不同功能的电路地线连接在一起，就相当于增加了电路之间干扰的一个联系纽带，也即降低了电路运行的可靠性。

四、DC-DC 的Layout 要点

在开关电源的设计中，PCB布局设计与电路设计同样重要。合理的布局可以避免电源电路引起的各种问题。不合理的布局可能导致输出和开关信号叠加引起噪声增加、调节性能恶化、稳定性欠佳等。采用恰当的布局可以避免这些问题的发生。

1.DC-DC的环流图1：开关元件Q1导通时的电流路径

如图1的红色线表示开关元件Q1导通时流过的主要电流和路径以及方向。

Cbypass是高频用去耦电容器，CIN是大容量电容器。开关元件Q1导通的瞬间，流过急剧的电流，其大部分由Cbypass提供，其次由CIN提供，缓慢变化的电流则由输入电源提供。图2：开关元件Q1关断时的电流路径

图2的红色线表示开关元件Q1关断时的电流路径。续流二极管D1导通，电感器L中蓄积的能量会释放到输出侧。因为降压转换器的输出拓扑结构中串联了电感，所以输出电容器的电流虽然上下波动，但比较平滑。图3：电流差分、布局方面的重要路径

图3的红色线表示图1和图2的差分。开关元件Q1从关断到开通，从开通到关断切换时，红色线部分的电流都会急剧变化。由于这个变化很快，所以会出现含有较多高次谐波的波形。该差分系统在PCB布局时是重要之处，需要给予最大限度的重视。

2.PCB布局要点

PCB布局要点大致如下：

1：将输入电容器，续流二极管和IC芯片放置在PCB的同一个面上，并尽可能靠近IC芯片放置。

2：为改善散热条件可以考虑加入散热过孔阵列。

3：电感可使来自开关节点的辐射噪声最小化，重要程度仅次于输入电容，需要放置在IC的附近处，电感布线的铜箔面积不要过大。

4：输出电容器尽量靠近电感器放置。

5：反馈路径的布线尽量远离电感器、续流二极管等噪音源。

3.输入电容器的布局

设计布局时，首先应放置最重要的部件：输入电容器和续流二极管。在设计电流较小的电源（Iout≤1A）时，需要的输入电容也比较小，有时一个陶瓷电容器可以同时作为CIN和Cbypass来使用。这是因为陶瓷电容器的电容值越小，频率特性越好。但是，由于不同陶瓷电容器的频率特性不同，使用前确认好实际使用产品的频率特性。图4：陶瓷电容的频率特性

CIN:1µF 50V X5R 10µF 50V X5R

CBY:0.1µF 50V X7R 0.47µF 50V X7R

如图4所示，当使用大容量电容器作为CIN时，一般而言其频率特性并不好，所以通常需要与CIN并联配置一颗频率特性优异的高频去耦电容器Cbypass，Cbypass通常使用表面贴装型的叠层陶瓷电容器（MLCC），一般选择X5R或X7R型，容值为0.1μF～0.47μF的电容。图5：理想的输入电容器的布局

如果Cbypass、IC的VIN引脚与GND引脚的距离较远，受布线寄生感抗的影响会产生电压噪声/振铃，所以尽量缩短二者之间的布线距离。降压转换器的应用中，即使将Cbypass放置在离IC最近的位置，CIN的地上也存在着数百MHz的高频。因此建议CIN的接地和输出电容器Cout的接地要距离1cm～2cm进行布局。图6：CBYPASS放在与IC相同面的最近处时

CIN放置在距离2cm处也不会有太大的问题。图7：将CIN放在IC的背面纹波电压可能会增大图8：不理想的输入电容布局受过孔和电感的影响噪声会增加

4.续流二极管的布局

二极管D1要放置在与IC同一层且最靠近IC引脚的位置，图24-9是Cbypass、CIN及二极管D1的理想布局。如果IC引脚到二极管的距离过长，由布线的寄生电感引起的噪音毛刺会叠加到输出上。续流二极管要使用最短且较宽的布线，直接连接到IC的开关引脚和GND引脚。如果借助过孔和底层连接，受过孔寄生电感的影响，毛刺噪声将增加，因此续流二极管的布线绝对不能借助过孔。图9：理想的续流二极管布局

图10还展示了其他不合理的布局，续流二极管与IC的开关引脚及GND引脚距离较远，这会导致布线上的寄生电感增加从而导致噪音毛刺变大。为了改善布局不当产生的毛刺噪声，有时可能会追加RC缓冲电路作为应急处理。图10：不理想的续流二极管布局

如图11所示缓冲电路需要放置在IC的开关引脚和GND引脚的近处。即使放置在二极管的两端，也不能吸收由于布线的寄生电感产生的毛刺噪声（图12）。图11：理想的缓冲电路布局图12：不理想的缓冲电路布局

5.热焊盘

PCB的铜箔虽然有助于散热，但因为厚度不够，超过一定面积就无法得到与面积相当的散热效果。利用基板散热是通过基板的板材实现的，使用散热过孔，能够有效地将热传递到基板的另一面并大幅降低热阻。

五、模拟电路分析，八大基础电路开始

 在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。

1 反馈

    反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。

2 耦合

    一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种：

①RC 耦合(见图a): 优点是简单、成本低。但性能不是最佳。

② 变压器耦合(见图b):优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。

③ 直接耦合(见图c): 优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。3 功率放大器

    能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

3.1 甲类单管功率放大器

  负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得到较大的功率。

    这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有 35 %。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

3.2 乙类推挽功率放大器

    下图是常用的乙类推挽功率放大电路。

它由两个特性相同的晶体管组成对称电路，在没有输入信号时，每个管子都处于截止状态，静态电流几乎是零，只有在有信号输入时管子才导通，这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时，正半周时 VT1 导通 VT2 截止，负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成，使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

3.3 OTL 功率放大器

    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称 OTL 电路，是一种性能很好的功率放大器。为了易于说明，先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路，如下图所示。

4 直流放大器

    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

4.1 双管直耦放大器

    直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合，只能用直接耦合方式。下图是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制，电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。

    直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时，由于工作点不稳定引起静 态电位缓慢地变化，这种变化被逐级放大，使输出端产生虚假信号。放大器级数越多，零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

4.2 差分放大器

    解决零点漂移的办法是采用差分放大器，下图是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，两组电阻数值也相同， R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路，两个 R C 和两个管子是四个桥臂，输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时，因为 RC1=RC2 和两管特性相同，所以电桥是平衡的，输出是零。由于是接成桥形，零点漂移也很小。差分放大器有良好的稳定性，因此得到广泛的应用。

5 集成运算放大器

    集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的，所以叫做运算放大器。

6 振荡器

    不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。

    一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

    振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的;一个是反馈电压Uf和输入电压 Ui要相等，这是振幅平衡条件。二是 Uf 和 Ui 必须相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。

    振荡器按振荡频率的高低可分成超低频( 20赫以下)、低频( 20赫～ 200千赫)、高频(200千赫～ 30兆赫)和超高频( 10兆赫～ 350兆赫)等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

    正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度，只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中，大量使用着各种 LC振荡器和 RC 振荡器。

6.1 LC振荡器

    LC 振荡器的选频网络是LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高，常见电路有 3 种。

1) 变压器反馈 LC 振荡电路  图(a)是变压器反馈 LC 振荡电路。晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路，变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时， LC 回路中出现微弱的瞬变电流，但是只有频率和回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压，这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图(b)看到，只要接法没有错误，这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的，也就是说，它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

    变压器反馈 LC 振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但频率稳定度不高。它的振荡频率是：f 0 =1/2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

2) 电感三点式振荡电路  图(a)是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到，晶体管的输入电压和反馈电压是同相的，满足相位平衡条件的，因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的，因此被称为电感三点式振荡电路。

    电感三点式振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，波形较差。它的振荡频率是：f 0 =1/2π LC ，其中 L=L1 + L2 + 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

3) 电容三点式振荡电路  还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路，见图(a)。图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路，从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到，晶体管的输入电压和反馈电压同相，满足相位平衡条件，因此电路能起振。由于电路中晶体管的 3 个极分别接在电容 C1 、 C2 的 3 个点上，因此被称为电容三点式振荡电路。

    电容三点式振荡电路的特点是：频率稳定度较高，输出波形好，频率可以高达 100 兆赫以上，但频率调节范围较小，因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是：f 0 =1/2π LC ，其中 C= C 1 +C 2 。

    上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高，容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高，而且频率稳定性好。

6.2 RC 振荡器

    RC 振荡器的选频网络是 RC 电路，它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种。

1) RC 相移振荡电路  RC 相移振荡电路的特点是：电路简单、经济，但稳定性不高，而且调节不方便。一般都用作固定频率振荡器和要求不太高的场合。它的振荡频率是：当 3 节 RC 网络的参数相同时：f 0 = 1 2π 6RC 。频率一般为几十千赫。

2) RC 桥式振荡电路 RC 桥式振荡电路的性能比 RC 相移振荡电路好。它的稳定性高、非线性失真小，频率调节方便。它的振荡频率是：当 R1=R2=R 、 C1=C2=C 时 f 0 = 1 2πRC 。它的频率范围从 1 赫～ 1 兆赫。

7 调幅和检波电路

    广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号，高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种，对应的解调方法就叫检波和鉴频。

7.1 调幅电路

    调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化，载波的频率和相位不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。

    调幅是一个非线性频率变换过程，所以它的关键是必须使用二极管、三极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。 上图是集电极调幅电路，由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极。低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容， R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分，三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的， 所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上，因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。

7.2 检波电路

    检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工作原理。

上图是一个二极管检波电路。VD 是检波元件， C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时，二极管 VD 是断续工作的。正半周时，二极管导通，对 C 充电;负半周和输入电压较小时，二极管截止， C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容 C 滤除了高频部分，再经过隔直流电容 C0 的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。

8 调频和鉴频电路

    调频是使载波频率随调制信号的幅度变化，而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号，它的过程和调频正好相反。

8.1 调频电路

    能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法，也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。下图画出了它的大意，图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化，使载波振荡器的频率发生变化。 

8.2 鉴频电路

    能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路，有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步，第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波，第二步再用一般的检波器检出幅度变化，还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。