电气维修方法论第十五篇（电路的工作原理）

为提高查找故障源的效率，电路需要从工作原理的角度进行分类并掌握其本质特征和规律，有利于判断独立电路好坏（内因）。电路工作原理包含核心元件及主回路状态、伏安特性和电磁变化、控制方式、外部端口等因素。

电路中核心元件及主回路连接线路决定其特征，其伏安特性及各种物理变换决定其规律，共同描述电路工作原理。电路工作原理与电气元件的结构布局无关，相同电路有多种结构布局形式。通常用电气原理图和原理仿真图由整体到细节描述电路工作原理。

电路的本质特征

电路中电气元件分为核心电气元件和辅助电气元件，核心电气元件组成主回路实现主要电气功能，辅助电气元件组成辅助回路为主电路提供工作条件。核心元件和主回路连接线路就是电路本质特征。

电气元件之间连接方式有独立、串联、并联、星状、树状、总线、环形和网状等，不同连接方式产生不同的电气功能。电路按照信号传输方向分为单向电路和双向电路，按照输入和输出信号数量分为单进单出、多进单出、单进多出和多进多出。通电后判断电路是否正常工作，单向电路的判断价值高于双向电路、单输入高于多输入、单输出高于多输出。

电路标准模型通常由工作电源、主回路（包括输入、处理、输出）、控制回路（包括采样、控制、反馈和人机交互）、保护回路和通讯回路组成。工作电源为电路提供电能。主回路输入、处理和输出电信号，实现电路主要功能。控制回路通过采样、控制和反馈电信号保持电路正常状态，实时显示电路状态，方便干涉电路运行。保护回路保护电路避免损坏。通讯回路实现不同电路之间的信息交换。

电路的本质规律

电路分为单元电路和复合电路。单元电路是实现单一电气功能的闭合电路，通用性强和耦合度小（输入输出端口少）。通常用输入输出伏安特性描述单元电路的本质规律。复合电路由多个单元电路组成，能实现电气设备所需要完整电气功能。通常用功能框图描述复合电路的本质规律。

电路主回路的伏安特性和内外部电磁能转换（如电磁运动、机械运动、热运动、光运动和化学运动等）就是电路本质规律。电路分析中的概念和重要定理归纳总结如下：

基尔霍夫定律的基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL）是电路中电压和电流所遵循的基本规律。

KVL：沿着闭合回路所有元件两端的电势差（电压）的代数和等于零，ΣU=0。属于电场是闭合有源场在电路中的具体体现。

KCL：所有进入某节点的电流总和等于所有离开这节点的电流总和，ΣI=0。属于电场能量守恒在电路中的具体体现。

基尔霍夫定律是分析和计算复杂电路的基础，用于系统求解各种电路参数。

电源转换通过电压源和电流源相互变换可以简化和处理复杂的电路。

单独电压源或单独电流源对单独负载如果能提供等值的电压，电流和功率，则这两个电源对此负载是等效的，换言之，即如果两个电源的外特性相同，则对任何外电路它们都是等效的。具有等效条件的电源互为等效电源。在电路中用等效电源互相置换后，不影响外电路的工作状态。

两个电路等效必须使两个电路的对外电特性相同。两个电路内部的几何结构及参量都已发生变化，所以内部并不等效。

多个含电源支路作串联、并联、混联时，就其两端来说可以简化为一个电压源或一个电流源。与电压源相串联的电阻可看作为电压源的内阻；与电流源并联的电阻可看作为电流源的内阻。理想电压源和理想电流源不能互相等效。

叠加原理可以解决多个电源作用一个线性电路的电压、电流参数（不可用于功率叠加）。

对于任意线性电路，由多个独立电源共同作用所引起的响应等于这些独立电源分别单独作用时所引起响应的代数和。不起作用的电流源可视为开路，不起作用的电压源可视为短路。叠加定理是线性电路线性性质的体现。

戴维南和诺顿定理主要解决复杂电路中的一端口参数变化电路。

戴维南定理：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压Uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络的等效电阻。

诺顿定理：含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流Isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。

交流电和直流电是电能的两种形式。直流发电机、化学电池和太阳能电池产生直流电能。交流发电机将旋转机械能转换为交流电能，其幅值大小和方向都随时间而变化。因发电用电设备结构比直流设备简单、传输距离远等优点，交流电是实际生产生活中电能的主要形式。

交流电能包括最大幅值、初相位、频率和波形四要素。如果波形为周期性的正弦波，称为正弦交流电能，表示为i=Imsin（ωt+α）或u= Umsin（ωt+α）。式中i、u为交流电电流、电压的瞬时值，Im、Um为交流电电流、电压的最大值，ω为交流电的角频率，α为交流电的初相位。如果频率为50赫兹，又称为工频正弦交流电能（简称交流电），用相量描述其幅值和初相位，方便进行各种相量运算。

交流电的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。

消耗在电阻等元件上能源不可逆转换的部分功率（如转换为热能、光能或机械能）称为有功功率，用P表示，单位是W，表示电源在单位时间内对外做功能力的大小。 平均功率为一个周期内瞬时功率的平均值。

将电容或电感元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率，用Q表示，单位是Var。电源的能量与电场或磁场能量在进行着可逆的能量转换，没有消耗功率，表示交流电源能量与电场或磁场能量交换的最大速率。

电源所提供的总功率称之为视在功率，等于交流电路中电压与电流的乘积，用S表示。单位为VA，包括有功功率和无功功率。

视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角Ф为功率因数角（也是交流电路中电压与电流之间的相位差），相位差Φ的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，功率因数也等于有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S 。

三相交流电的相线电压、相线电流和三相电功率。

三相交流发电机同时发出三组除相位相差120度外其它都相同的正弦交流电。三相正弦交流电有星形和三角形两种连接方式。星形连接把三相线圈3个尾端连接在一起作为公共端，由3个首端引出3条火线的连接方式，输出电压是相电压为220V，输出相电流和线电流相等。三角形连接把电机三相线圈每一相绕组首尾端依次顺序相接的连接方式，输出电压是线电压为380V，三角形连接相电压和线电压相等，线电流是相电流1.732倍。三相电功率为三组线圈功率之和。

阻抗、容抗、感抗：在包含电阻、电容和电感的电路中，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用复数Z表示，阻抗就是电阻、感抗和容抗的矢量和。交流电通过电容时电容极板上所带电荷对交流电压具有阻碍作用，简称为容抗，常用Xc表示。交流电通过电感时线圈上电动势对交流电流具有阻碍作用，简称为感抗，常用Xl表示。

一阶电路暂态分析三要素法：因为物体具有能量惯性（不能跃变），所以当电路工作状态转换时电容存储的电场能和电感存储的磁场能也不能跃变。

对电路进行简化（如电阻、电容和电感进行串并联合并一个元件）后，只含有一个电容或电感元件（电阻无所谓）的电路叫一阶电路。为了降低求解一阶电路微分方程的难度，把电路分为初始状态和稳定状态，分别用换路定律和基本方法求解电路初始状态下的初始值y（0+）和稳定状态下的稳定值y（∞），再求解时间常数τ=R0*C或τ=L/R0，通过公式y（t）=y（∞）+［y（0+）-y（∞）］*e^（-t/τ）;t≧0+;完成对一阶电路的求解。

工作状态：电路总是处在某个阶段的某些状态下。以人的正常响应时间为参考，状态分为稳定的稳态，短暂的暂态和极端的异态。暂态通常是几种稳态间相互转换时的中间状态。

电路运行过程中有多种不同的阶段，但在同一时间内电路只能处在一种阶段中。通常分为以下几种阶段：

关闭阶段：电路没有获得电能的阶段，属于稳态。

工作阶段：电路获得电能并正在工作的阶段，属于稳态。不同电路有不同的工作阶段。

停止阶段：电路获得电能但停止工作的阶段，属于稳态。

切换阶段：电路在关闭、停止和工作三个阶段之间相互转换的阶段，属于暂态。

设置阶段：控制电路工作于不同工作阶段获得不同输出结果，属于稳态。通常是调整设置电路参数。

极限阶段：电路处在超过极限参数的阶段，属于异态。常见的极限值有电压极限值、电流极限值、频率极限值、温度极限值、机械强度极限值。电路在超过极限的状态下工作容易损坏或缩短寿命，需要保护电路保证其长期稳定工作。

能量变化：电场是有源场，电流从电源的正极沿电阻最小的路径（跟路径长短无关）回到电源的负极。因为绝缘层的电阻远大于导线和电气元件，所以绝大部分电流从电源正极出发通过导线和电气元件返回电源负极形成闭合电路。因为导线电阻几乎为零，所以电能消耗为很低。大部分电能消耗在电气元件上，用以实现其电气功能。如果电信号传输距离过长或分配过多会产生能量衰减，需要中继放大提供电信号的强度。

全部由无源电气元件组成的电路称为无源电路，无源电路由输入电信号提供工作需要的能量，从输入和输出端口的角度，无源电路可抽象为多路电信号输入输出端口的黑匣子。含有有源电气元件的电路称为有源电路，通常由提供电能的电源回路或电池，再加上无源电路组成。

除了少部分由电池或发电机供电的电路外，有源电路的电能多数来自电气设备的电源模块。电路中输入信号、输出信号、工作电源和控制信号都是电信号，不同子回路间都有自己的公共端，通常将所有子回路公共端连接在一起形成等电位公共端。如果等电位公共端和真实大地直接相连，称这种等电位公共端为接地端，能够屏蔽干扰信号、防静电和防止触电危险。如果等电位公共端不和真实大地直接相连，称这种等电位公共端为参考地，如由电池提供电能的电路、模拟电路和数字电路的等电位公共端。有时不同子回路间因电位或阻抗不匹配、信号干扰等原因，公共端不能连接在一起，需要用光电隔离或电磁耦合办法进行电气隔离。

（一）基础电路类

最简单的经典电路是手电筒电路，由电池、开关、导线和灯泡组成，电池提供电能，灯泡把电能转换为光能，人控制开关接通或断开电路，用导线把所有电气元件串连起来构成闭合电路。

这个电路虽然简单，却包含了电路完整功能：在人的控制（不能被控制的工具对人是没有意义的）下将电能转换为人需要的功能（照明）。

（二）模拟电路类

用幅值变化记录信息的连续信号统称为模拟信号，接收、处理或输出模拟信号的电路称为模拟电路。

放大电路

放大电路本质特征是以三极管和场效应管为核心元件，通过偏置电压使其工作在放大状态。本质规律是能将微弱输入电信号（指电压、电流或功率的幅值）不失真的放大到需要幅值。放大电路常用于放大电信号，是模拟电路的基础电路，很多模拟电路由放大电路演变而来。

三极管或场效应管各引脚不同偏置电压使放大电路处于不同工作状态。通过增加负反馈回路降低放大倍数和缩窄频率范围，能提高放大电路稳定性。

根据输入回路和输出回路公共端的不同，三极管放大电路有共发射极、共集电极、共基极三种电路连接形式，共发放大电路特征是电压增益高，反相放大，输入输出阻抗一般。共集放大电路特征是电压增益高，同相放大，输入阻抗大，输出阻抗小。共基放大电路特征是电压增益高，同相放大，输入阻抗小，输出阻抗大。

场效应管放大电路有共漏极、共源极、共栅极三种电路连接形式，共源放大电路特征是电压增益高，反相放大，输入阻抗大。共漏放大电路特征是电流增益为高，同相放大，输入阻抗大，输出阻抗低（用做阻抗变换）。共栅放大电路特征是电压增益高，同相放大，输入阻抗小。

镜像差动放大电路连接形式由两个镜像对称的共射单管放大电路组成。因为输入电信号从两个电路的输入端输入，输出电信号为两个电路的输出电信号之差，所有输入电信号和输出电信号没有公共端。基本差动放大电路可视为对两个输入电信号差值放大的电路，如果有干扰信号会对两个输入电信号产生相同干扰，通过二者之差把干扰信号抵消为零，达到抗共模干扰目的。

放大电路主要参数是放大倍数、输出电流、输入和输出阻抗，极限参数是最大放大倍数和截止频率（分为低截止和高截至频率）。在电路通电状态下，通常用万用表交流电压档测量放大电路输入端和输出端电压幅值后，通过比较判断其是否正常工作。

开关电路

开关电路本质特征是三极管和场效应管为核心元件，通过偏置电压使其工作在饱和或截止状态。本质规律是核心元件工作在“导通”和“断开”两种状态，输入和输出电信号都是数字信号。开关电路常用于开关电信号，是数字电路的基础电路，通过组合构成各种逻辑门、稳态触发器、存储器等逻辑电路。

三极管输入信号电压高于基极b和发射极e间PN结电压时处于饱和状态。输入信号电压为零时处于截止状态。场效应管栅源电压VGS低于阈值电压Vt时处于截止状态，栅源电压VGS高于阈值电压Vt 但低于源漏电压VDS时，MOS管处于饱和区。因为开关电路饱和状态时电阻很低、截止状态时电流为零，所以发热低、能量转换效率高。

开关电路主要参数是输出功率、输出电流。在电路通电状态下，通常用万用表电压档测量开关电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

运放电路

运放电路本质特征是以集成运放为核心元件。本质规律是近似理想电压放大器、具有“虚短”和“虚断”特性。运放电路常用于电信号比较、放大或计算等电路中，是模拟信号处理电路的基础电路，很多信号处理电路由运放电路演变而来。

运放供电方式分双电源和单电源供电两种。双电源供电运放的输入电压通常在正电源电压和负电源电压之间，输出电压在零电位上下变化，如差动输入电压为零时输出电压也可置零。单电源供电运放，输出电压在电源与地之间变化。运放有反相A和同相B两个输入端，一个输出端O。当A端输入电压Ua时，输出端电压Uo与输入电压Ua反相。当B端输入电压Ub时，输出端电压Uo与输入电压Ub同相。运放的输出电压Uo与两个输入电压Ua和Ub之差成正比，Uo=A（Ua-Ub），其中A是运放在频带范围内的开环增益数。

运放在开环状态下可作为比较器，Ua大于Ub时，Uo为高电平（真），Ua小于Ub时，Uo为低电平（假），实现各种逻辑判断功能。

运放在输出端和输入端间用反馈电阻连接起来形成闭环放大器，连接正相输入端成为正相放大器，连接反相输入端成为反相放大器。两个相同放大器并联成为差分放大器。

运放结合电阻、电容组成反馈电路构成各种模拟信号处理电路，能实现对输入信号的加、减、乘、除、比例放大、微分或积分等数学运算。

利用运放“虚短”和“虚断”特性简化电路分析，运放在线性工作区其输入与输出端满足一定函数关系时，具有“虚短”和“虚断”特性，不在线性区工作就没有。在电路通电状态下，通常用万用表的电阻档和电压档测量运放两输入端电压，如果达到几毫伏以上，可以判断运放没有工作在线性区或未正常工作。

滤波电路

滤波电路本质特征是以滤波电容或电感等电抗元件为核心元件，连接形式有电容式、电感式和复式（LC型、π 型RC和π 型LC）等。本质规律是能够过滤掉或筛选出部分频率范围内的电信号，通常含有电感的滤波电路幅频特性较硬、过载能力强。通常滤波电路为无源电路，要消耗部分输入电信号能量。

滤波电路按功能分为高通、低通、带通或带阻，高通滤波能通过频率较高并阻止频率较低的电信号，常用于获取高频电信号。低通滤波能通过频率较低并阻止频率较高的电信号，能让整流后脉动直流电信号更平滑。带通滤波能通过部分频率范围内电信号，常用于选波电路中。带阻滤波能过滤掉部分频率范围内电信号，常用于陷波电路中。

滤波电路主要参数有通带增益Avp、通带截止频率Fp。在电路通电状态下，通常用万用表交流电压档测量放大电路输入端和输出端电压幅值后，通过比较判断其是否正常工作。

稳压电路

稳压电路本质特征是由调压功率元件（三极管或场效应管）、调压驱动单元、波动电压检测采样和反相处理单元、滤波单元组成。本质规律是在额定负载范围内能够输出不随负载改变而变的恒定电压，电路消耗电能来自输入电能，调压功率元件工作在放大状态。稳压电路常用于为其它电路提供电能的电压源，按工作原理分为串联稳压、并联稳压、三端稳压、TL431稳压和稳压二极管稳压等，其中稳压二极管稳压电路容易受温度变化影响。

稳压电路主要参数是额定输出功率和内阻r。理想稳压电路具有内阻r为零，输出电压不随输出电流、输入电压和环境温度而改变。真实稳压电路内阻r大于零，输出电流存在极限范围，输出电压有波动误差、会随环境温度而改变。在电路通电状态下，通常用万用表直流电压档测量稳压电路输入端和输出端电压幅值，通过比较判断其是否正常工作。

恒流电路

恒流电路本质特征是由恒流功率元件（三极管或场效应管）、调流驱动单元、波动电流检测采样和反相处理单元、滤波单元组成。本质规律是在额定负载范围内能够输出不随负载改变而变的恒定电流，电路消耗电能来自输入电能，恒流功率元件工作在饱和导通状态。恒流电路常用于为其它电路提供电能的电流源。

恒流电路主要参数是额定输出功率和内阻r。理想恒流电路内阻r为无限大，输出电流不随负载、环境温度而改变。真实恒流电路内阻r有限，输出电流存在极限范围，输出电流有波动误差、会随环境温度而改变。在电路通电状态下，通常用万用表直流电流档测量恒流电路输入端和输出端电流幅值，通过比较判断其是否正常工作。

整流电路

整流电路本质规律是以整流二极管或晶闸管为核心元件，按照输出电流方向顺序连接。本质规律是能将交流电能转变为直流电能。为降低输出电压波动性，在输出端增加低通滤波器单元用于抑制或过滤掉直流脉动电流或电压中的交流成分。整流电路分为单相整流和三相整流电路。

单相整流电路把单相交流电转变为直流电，分为半波整流、全波整流和桥式整流三种电路形式，三种整流电路输出脉动直流电特性有所不同，半波整流电路输出电压为半周，脉动直流电频率为50Hz；全波和桥式整流电路相同，输出电压为全周，脉动直流电频率为100Hz。

三相整流电路把三相交流电转变为直流电，分为三相半波整流、三相半控桥式整流和三相全控桥式整流电路三种。三相半波整流时直流脉动频率为150Hz，三相桥式整流时直流脉动频率是300Hz。

整流电路主要参数是输入电压和输出电流。先断电用万用表二极管档测量整流电路中二极管正反阻值，再在电路通电状态下，用交流电压档和直流电压档测量输入端、输出端电压幅值，通过比较判断其是否正常工作。

倍压整流电路

倍压整流电路本质特征是以二极管和电容为核心元件，将多个二极管首尾顺序连接、相邻两个二极管首尾连接电容。本质规律是利用电容两端电压不能突变原理，将低压交流电通过二极管整流后形成脉冲直流电分别贮存到对应电容中，最后按极性相加串接起来，获得高于输入电压的直流高压。倍压整流电路按输出电压是输入电压倍数分为二倍压、三倍压与多倍压等，常用于某些需要高电压、小电流的电路中。

倍压整流电路主要参数是输入电压、放大倍数和输出电流。在电路通电状态下，通常用高压电压表测量输出端电压值，通过比较判断其是否正常工作。

逆变电路

逆变电路本质特征是以成对功率三极管、场效应管或晶闸管为核心元件，按电流方向顺序连接。本质规律能把直流电能转变为交流电能，是整流电路的逆电路。逆变电路用变压器将低压交流电转换为220V交流电并输出，还能隔离交流电中直流成分，应用于把蓄电池、太阳能电池等直流电源转换为交流电源供其它电气设备使用。逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路。

单相逆变电路把直流电转变为单相交流电，工作方式是以相位差180°让同一相上下两支桥臂交替导电，各相导电相位差为120°，依次对外输出单相交流电。根据直流侧储能元件形式的不同分为电流型逆变电路和电压型逆变电路。电流型逆变器给并联负载供电，又称为并联谐振逆变器。电压型逆变器给串联负载供电，又称为串联谐振逆变器。

三相逆变电路把直流电转变为三相交流电，三相电压型桥式逆变电路工作方式是依次以相位差180°让同一相上下两支桥臂交替导电，各相导电相位差为120°，在任一瞬间三个桥臂同时导通，每次换流都在同一相的上下两支桥臂之间进行，依次对外输出三相交流电。

逆变电路按电流波形可分为正弦逆变电路和非正弦逆变电路。前者输出电流为正弦波，开关损耗较大，工作频率较低。后者输出电流为方波，开关损耗较小，工作频率较高。

逆变电路主要参数是输出功率和输出电压。在电路通电状态下，通常用万用表二极管档、交流电压档和直流电压档测量逆变电路二极管、晶闸管和输入端、输出端电压幅值，通过比较判断其是否正常工作。

震荡电路

振荡电路本质特征是以放大单元和带通滤波单元为核心，用带通滤波单元将已放大输出信号的部分频段正反馈至放大单元输出端。本质规律是能够产生幅值和方向呈周期性变化的振荡电信号。震荡电路能产生不同频率的交流电信号，广泛运用在自动控制、无线通讯等电路中，大功率高频振荡还用于涡流金属加工。

理想振荡电路要求电路阻抗Z为零，理想电感L和理想电容C组成的谐振单元只进行电磁能相互转化，不对外辐射电磁波，能量消耗为零。真实震荡电路用带通滤波单元作选频器，震荡过程中能量损耗要用放大单元补充才能维持连续震荡。振荡电路的频率由选频器中电容C和电感L决定，固有频率为f=1/（2*π*sqrt（L*C））谐振单元。按电路结构分为反馈型振荡电路和负阻型振荡电路。

正弦波振荡电路分为LC振荡电路、RC振荡电路、石英晶体振荡电路、陶瓷滤波电路和声表面滤波电路等。按信号波形分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路。为方便使用，将震荡电路封装为震荡集成电路，具有体积小、使用方便、工作稳定等特点。震荡电路主要参数是输出频率。在电路通电状态下，通常用万用表频率档测量震荡电路输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

自举电路

自举电路本质特征是以开关单元和倍压整流单元为核心，由二极管、电容和电感组成升压单元。本质规律是利用电容两端电压不能突变原理，利用自举升压二极管向电容充电，再让电容存储电压和电源电压叠加，从而获得高于电源电压的直流电压，广泛运用于需要高于电源电压（如只有单电源甲乙类功放）的电路中。

自举电路充电时开关单元导通后通过二极管（防止电容对地放电）和电感（控制充电速度）向电容充电，完成后开关单元断开将电容端电压和工作电源叠加向负载放电，实现将低压直流电转变为高压直流电的功能，部分自举电路输出电压高于电源电压数倍。自举电路输出电压和功率与电容和电感容量成正比，开关频率和充电电流越大充电时间越短。

自举电路开关分为三极管、场效应管或运放。自举电路主要参数有升压倍数和输出电流。在电路通电状态下，通常用万用表测量自举电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

耦合电路

耦合电路本质特征是以耦合元件为核心元件，分布在不同独立电路之间。本质规律是提高各独立电路之间信息交换的效率。不同独立电路输入输出阻抗不同，需要耦合电路对其进行阻抗匹配，提高电信号单向传输效率、降低噪声干扰。常用耦合电路分为直接耦合、阻容耦合、光电耦合和变压器耦合等。

耦合电路主要参数有耦合效率和非线性度。在电路通电状态下，通常用万用表测量耦合电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

隔离电路

隔离电路本质特征是以隔离元件为核心元件，分布在不同独立电路之间。本质规律是独立电路之间不能直接电气连接，但能交换信息，保护核心电路，避免相互电磁干扰。常用隔离方式有电容、光电（光耦或红外线）、电磁（变压器、磁耦合器、霍尔元件）或机械隔离（接触或继电器）等。

各独立电路公共端之间存在电位差，隔离电路能隔断相互间电气连接，但不影响信息交换。模拟和数字电路采用电容、光电或电磁方式相互隔离后能降低模拟和数字信号间相互干扰，强信号和弱信号采用电容、光电或电磁方式相互隔离能减少强信号对弱信号干扰，高压电路和低压电路采用电磁或机械方式相互隔离能提高用电安全等级，交流电路和直流电路采用电磁或机械方式相互隔离能保证电路运行稳定。

隔离电路主要参数有最大安全电压和隔离度。在电路通电状态下，通常用万用表测量隔离电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

（三）数字电路类

逻辑代数中用“0”和“1”组成二进制数表示数据，其它数值（如十进制数、十六进制数）转换为等值二进制数后能进行算术、逻辑和比较等运算。各种字母、汉字、运算符号、命令和控制代码等信息通过编码转换成二进制代码方便保存。数字电路用离散电信号“低”和“高”代替“0”和“1”进行编码形成数字信号，方便处理和存储数据。当输入信号组合符合逻辑关系后数字电路才能输出正确信号。不需要时钟同步就能实现其逻辑功能的数字电路称为组合逻辑电路，其基础单元是门电路。需要时钟同步才能实现其逻辑功能的数字电路称为时序逻辑电路，其基础单元是触发器。数字电路是计算机系统硬件的基础，现代数字电路已集成化和标准化（如40、45、74等系列数字电路）。

门电路

门电路本质特征是：以开关电路反相功能为基础形成非门，多个并联二极管阴极合并形成或门，多个并联二极管阳极合并形成与门，门电路属于多端输入单端输出电路。本质规律是能对离散电信号实现与、或和非等基本逻辑运算，输出值由本次输入值决定。基本门电路（与、或和非门）通过组合形成与非门、或非门、异或门、异或非门、加减法器、编译码器和锁存器等组合逻辑电路。

门电路按输出电路结构分为TTL门、COMS门、OC集电极（或漏极）开路门和TS三态（空闲为高阻）门。通常用真值表描述或分析组合逻辑电路功能（真值表是描述逻辑函数各个输入变量取值组合和函数值对应关系的表格）｡在电路通电状态下，通常用逻辑分析仪测量门电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

触发器电路

触发器电路本质特征是RS触发器由两个或非门按正反馈方式闭合而成。本质规律是触发后能记忆当前电信号值，每次输出值由本次和前次输入值共同决定。RS触发器是D、JK和T触发器的基础，和门电路组合形成计数器、寄存器等时序逻辑电路，通常用于触发、存储、寄存等需要记忆功能的逻辑运算中。

触发器按触发方式分为电平、边沿和脉冲触发器，按电路结构分为基本RS和钟控触发器，按数据存储原理分为静态和动态触发器。通常用特性表、特性方程式、状态转换图和电压波形图描述和分析触发器逻辑功能。在电路通电状态下，用逻辑分析仪测量触发电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

存储电路

存储电路本质特征是以大量存储单元（字节）组成阵列（单元地址用十六进制数编码）为核心，加上地址译码、读写控制和I/O接口单元组成。本质规律是能够高速保存或读写大量数据和代码，而触发器只能保存一位信息。在数字电路中用于保存各种数字信息。

按使用类型存储器可分为只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）。存储器中数据按地址顺序排列，通常用数组结构描述和分析存储器。在电路通电状态下，用逻辑分析仪测量存储器的输入和输出信号，通过比较判断其好坏。

可编程逻辑电路

可编程逻辑电路本质特征是以可编程集成电路为核心元件，装入不同代码能让硬件实现不同逻辑功能。本质规律是不能象软件一样在运行过程中修改其逻辑功能，方便电路设计和硬件加密。

可编程逻辑电路从简单可编程逻辑元件（如可擦除存储器EPROM、可编程与或阵列PLA、可编程与阵列PLA、通用阵列逻辑GAL等）到复杂可编程逻辑CPLD和现场可编程门阵列FPGA，适用于不同运用。CPLD由可编程的宏阵列（MCA）、互联矩阵和IO单元组成，用VHDL/Verilog语言描述硬件逻辑，代码编译后载入芯片后实现其逻辑功能，断电后能保存其逻辑功能。FPGA由可编程的逻辑块、互联开关和I/O单元组成，用SRAM保存逻辑真值表实现其逻辑功能，断电后不能保存其逻辑功能。在电路通电状态下，用逻辑分析仪测量可编程逻辑电路的输入和输出信号，通过比较推测其是否正常工作。

（四）数模混合电路类

Ｄ/Ａ转换电路

Ｄ/Ａ转换电路本质特征是以T型电阻解码网络、多位开关和求和放大器为核心单元，分布在数字和模拟电路之间。本质规律是将数字信号转换为对应数值的模拟信号，如数字音频解码后通过Ｄ/Ａ电路转换为模拟信号，再经放大电路驱动扬声器发声。现代Ｄ/Ａ电路大多已封装为Ｄ/Ａ集成电路。

Ｄ/Ａ电路分为电压输出型和电流输出型。T型电阻解码网络中每一路电阻值依次倍减，数字信号按位数对应每一路的多位开关，控制某一路是否有通过电流，最后获得与输入信号数值成正比的模拟电压或电流信号。Ｄ/Ａ电路主要参数有输入位数、输出精度和转换速度。在电路通电状态下，通常用示波器测量Ｄ/Ａ电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

Ａ/Ｄ转换电路

Ａ/Ｄ转换电路本质特征是在Ｄ/Ａ电路基础上，以比较器、计数器、输出寄存器为核心元件，分布在模拟和数字电路之间。本质规律是将模拟信号转换为对应数值的数字信号。如采样信号（如温度、湿度、亮度、压力和流量等）对应是模拟电压或电流信号，再通过Ａ/Ｄ电路转换为对应数值的数字信号。现代Ａ/Ｄ电路大多已封装为 Ａ/Ｄ集成电路

Ａ/Ｄ电路按工作原理分为积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型和压频变换型。A/D电路主要参数有分辩率、输出位数和转换速率。在电路通电状态下，通常用示波器测量A/D电路的输入和输出信号，通过比较判断其是否正常工作。

（作者：罗清；地址：四川省攀枝花市东区；电话：[phone]；微信：pzhLQ564200811；QQ：564200811）

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