非同类可代替器件1
2020-4-5 15:33 750 21 3 分类: 模拟 文集: 低频模拟电路 在电子产品里面，器件替换是很常见的情况。芯片停产、性能提升、成本供货期都会成为替代原有器件的原因。这里不讨论其他原因，只从开发设计的角度来说一说。说到器件替换，最直接最有效的方法无非是龙生龙凤生凤，老鼠生来会打洞，那怕是BJT被MOSFET代替也算是远亲代替紧邻。这里讨论的有些不一样，根本不是一类东西，当然比较夸张的是射频电路里的微带线来代替电感、电容等。今先讨论的是JFET代替电阻的一个例子。 提到FET管最先想到的可定是MOSFET，而同时出现在模拟电路课本上的JFET就显得很尴尬了。我在这行也工作了快10年了，算上大学学习7年，用到的JFET还真不多。当然很多大家肯定不同意，那只怪电子这行业太广，没法面面俱到，想想有时候跟大蛇丸似的，成为了“电子痴”，想学的太多，都还没成家，扯远了，有兴趣的同仁可以看《晶体管电路设计》——大师之作。JFET的另外一个外号——恒流二极管（应该是一个功能的称呼），即Vgs=0时，在不超过功率的情况下，Id为恒定的，就相当于恒流源似的。在一些简单的线性降压电路里，会用稳压管做电平参考，为了限流，稳压管会串接一个电阻。电路图如下。
前面模拟50Hz工频交流信号，经过二极管电桥整流之后经过22uF电容滤波，用NPN作为调整管，5.6V稳压二极管，设计一个简单的线性电源，为什么没有后面的电容，为什么滤波电容不用220uF，就是为了显示JFET比电阻R2好的稳压作用，如果用大电容就看不出来了。从图中可以看出，输出的纹波在5个格左右，输出电压5V，流过R2电容为6.7mA。
下面将R2换为JFET，同时将G与S短接，变成恒流二极管。电路图如下。
可见输出电压还是5V ，流过恒流二极管的电流也是6.5mA，也差不多。但是纹波就变为2格，足足小了一般还多。看来用恒流二极管代替电阻来配合稳压二极管是有效的。
原理也很简单，经过整流的电平依然存在纹波，虽然有稳压二极管对电平进行了稳压，但是电流的变化依然会随着电阻改变调整管Q1的基极，BJT本来就是电流控电流源，基极的变化会影响输出的变化，自然纹波就会大些。而恒流二极管的电流为恒定的（不同的JFET的Id虽然有差异化，但都还是稳定的），对调整管Q1的影响就很小，所以输出就有很小的变化。再就是恒流源阻抗大（恒流源相当于开路），负载影响小，自然会比R2d 300ohm变得稳定许多。如有条件的话，跟稳压二极管搭档可以换成JFET。
多说一句，市面上卖的恒流二极管还真有2脚的，其实也是JFET的变形，原理一样的。
非同类可代替器件2
2020-4-11 13:14 109 0 分类: 模拟 文集: 低频模拟电路 上回书说道，用JFET代替电阻配合稳压管来工作。这次说一说在什么场合下，用什么器件来代替电容。一说电容，应该是最常见的器件，同时也是损坏率最高的器件，没有之一。大家都经历过电容突然炸裂带来的刺激，我也是一样，每次上电做实验都反复检查就怕过压引起电容一阵青烟。以前做实验雷击浪涌发生器的专用电容发生爆炸，吓得我现在心里都有阴影。特别是像本安电路那种，可以说对电容是恨之入骨，能小则小。那有没有能代替电容的东西呢，别说还真有，当然是在一些特别的电路里。直流偏置在放大电路里是不受欢迎的，很讨厌但还一直存在。在交流信号里，自然可以通过前端增加电容来滤除直流分量。下面电路里就是一个简单同相放大器，输入阻抗100K，放大倍数20dB，带宽0.001Hz到100KHz。输入信号为20mV直流偏置的方波信号，1Hz，50%占空比，Vpp=20mV。为什么这么设计，就是为了方便观察。
从示波器的图中可以看到，输入1Hz的时候，蓝色的输出波形没有失真。但是输入的C1为1000uF，这有点太可怕了，先不说这1000uF的体积多大，光是电容额偏差也有个20%以上。而且铝电容对温度敏感，ESR就够喝一壶的。如果做为防爆环境的本安电路，检验部门直接就不让过，想都不要想。那谁能代替C1呢？
运放超级伺服电路（有兴趣的同仁可以参考《测量电子电路设计——模拟篇》——大师之作），大伙会说你这不就是照搬后仿真一下吗？此言差矣，我只是电路的搬运工，再说我也改了，也做对比，有点无耻了。不管怎么样，请看下图
图中把C1的1000uF电容去掉了，换成了U1B和其他电阻电容组成的积分电路，该电路的作用就是去电直流分量。从图中可以看到，波形依然没有变化，带宽也是一直，只是稍微宽一些。电容的总量也有1000uF变为2个100uF，少了800uF，而且体积变小了不少，可也以换成性能特好的钽电容，也不怕不怕热了。检测部门的大老爷们看了电路也微微点头，没有大电容的烦恼。
原理书里都说差不多了，电容隔直很简单，也很好理解。积分器可以简单说一下，交流信号经过积分后就为0了，所以输入信号经过积分电路及保留输入信号里的直流分量，再反馈到原运放的负端，形成负反馈，自然可以去掉直流分量，输出交流信号了。
虽然用积分电路代替电容，看似很麻烦，但是好处是实实在在的。毕竟仿真看来差距不大，但是要做实际电路，1000uF的电容和普通运放比起来，麻烦那可是大大的。特别是防爆环境的本安电路，不信你去问检测主检，不踢死你别来找我。
多说一句，美国人写的电子电路的书，都是一堆数学公式，神乎其神的感觉，抓不到摸不到。日本人写的电子电路的书，都是各种实际电路的图，有图有真相。完全是两种极端，但有相互补充。工程实践和理论学习同样重要，就像内功和招式缺一不可。以后会多些写理论和数学方面的文章，毕竟是本专业也不能忘了本啊。
非同类可代替器件
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）