硬件電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)詳解(比較器、二三極管、MOS管)
發(fā)布時(shí)間:2024-10-14作者:admin點(diǎn)擊:393
1.比較器
比較器是能夠?qū)崿F(xiàn)比較兩個(gè)輸入端的電壓或電流的大小功能的電路。它有兩個(gè)輸入端Vi+和Vi-,一個(gè)輸出端Vout。輸入端接的是模擬信號(hào),輸出端輸出的是數(shù)字信號(hào)。
1.1 過零比較器
過零比較器就是參考電壓Vref=0:

1.2 滯回比較器
對(duì)于簡(jiǎn)單比較器,當(dāng)兩個(gè)輸入端電壓極為接近時(shí),由于輸入電壓的毛刺就會(huì)導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生連續(xù)跳變,就是所謂的振鈴效應(yīng)。為了解決這個(gè)問題,就出現(xiàn)了滯回比較器。滯回比較器的輸入端電壓逐漸增大或減小時(shí),有兩個(gè)不相等的閾值,其傳輸特性曲線具有滯回曲線的特性,因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

2.二極管
2.1 鉗位二極管
二極管鉗位電路利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?,即?dāng)二極管負(fù)極電壓大于正極時(shí),二極管截止;而當(dāng)正極電壓大于負(fù)極并且導(dǎo)通之后,二極管兩端電壓被鉗位在它的管壓降上。
常見的雙二極管鉗位電路:

當(dāng)Pin點(diǎn)的電位Upin ≥ (VDD+0.7)時(shí),此時(shí)D1會(huì)導(dǎo)通,D2截止,而將Pin點(diǎn)的電位限制在VDD+0.7;
當(dāng)Pin點(diǎn)的電位在范圍(GND-0.7) < Upin < (VDD+0.7)時(shí),D1截止,D2截止;
當(dāng)Pin點(diǎn)的電位Upin ≤ (GND-0.7)時(shí),D1截止,D2會(huì)導(dǎo)通而將Pin點(diǎn)的電位限制在GND-uD;
綜上所述,Pin點(diǎn)的電位范圍會(huì)被限制在(GND-uD) ≤ Upin ≤ (VDD+uD)
2.2 續(xù)流二極管
續(xù)流二極管在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線圈的兩端,當(dāng)電感線圈斷電時(shí),其兩端的電動(dòng)勢(shì)并不立即消失,正好與二極管形成一個(gè)回路,回路中的電流方向和二極管正向?qū)?,此時(shí)殘余電動(dòng)勢(shì)被釋放。

2.3 穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿時(shí)其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的特性。
穩(wěn)壓管二極管并聯(lián)聯(lián)入電路工作:

3.三極管
三極管分為NPN和PNP兩種類型,是流控流型的器件,它的Ib電流是可以控制Ic電流的,而且Ib是小電流,Ic是大電流,所以三極管是用小電流控制大電流的器件,用公式表示的話,就是Ib*β = Ic。一般情況下,β是在30~300之間,三極管的型號(hào)不同,三極管的放大倍數(shù)也不同,即使是同一個(gè)型號(hào)的三極管,它的放大倍數(shù)也有差異。

3.1 NPN型
對(duì)于NPN型三極管,BE極之間相當(dāng)于一個(gè)二極管。在BE極上加一個(gè)電源,當(dāng)電源電壓高于0.7V的時(shí)候,BE極之間的二極管就導(dǎo)通了;當(dāng)E極電位高于B極電位時(shí),BE之間的二極管就反向截止了,所以BE之間沒有電流流過,也就是說,和二極管一樣,BE極之間也是具有單向?qū)щ娦缘摹?/p>
導(dǎo)通后的三極管,分為兩種狀態(tài):一種是放大狀態(tài),一種是飽和狀態(tài)。故三極管一共有三種狀態(tài),截止?fàn)顟B(tài),飽和導(dǎo)通狀態(tài),放大導(dǎo)通狀態(tài)
當(dāng)VC>VB>VE時(shí),即發(fā)射極正偏,集電極反偏,三極管處于放大狀態(tài);
當(dāng)VB>VC>VE時(shí),即發(fā)射極正偏,集電極正偏,三極管處于飽和狀態(tài);
當(dāng)VB
如下是三極管基極和發(fā)射極之間的偏置電路,當(dāng)BE導(dǎo)通時(shí),Vbe就會(huì)被鉗位在0.7V,此時(shí)流過電阻R1的電流為:Ib = (Vin-0.7)/R1,則Ic=βIb

3.2 PNP型
對(duì)于PNP型三極管,在BE極上加一個(gè)反向電源,當(dāng)Veb高于0.7V的時(shí)候,基極和發(fā)射極之間導(dǎo)通;當(dāng)E極電位低于B極電位時(shí),基極和發(fā)射極之間反向截止。
當(dāng)VE>VB>VC時(shí),即發(fā)射極正偏,集電極反偏,三極管處于放大狀態(tài);
當(dāng)VE>VC>VB時(shí),即發(fā)射極正偏,集電極正偏,三極管處于飽和狀態(tài);
當(dāng)VB>VE>VC時(shí),即發(fā)射極反偏,集電極反向,三極管處于截止?fàn)顟B(tài);

4.MOS管
MOS管由源極、漏極和柵極三個(gè)電極組成。根據(jù)柵極和溝道之間的型別不同,MOS管可分為P型MOS管和N型MOS管,PMOS管中的溝道為P型溝道,而NMOS管中的溝道為N型溝道。

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況。
4.1 NMOS/PMOS的基本驅(qū)動(dòng)電路
如圖所示,左邊為NMOS基本驅(qū)動(dòng)電路,右邊為PMOS基本驅(qū)動(dòng)電路,對(duì)于NMOS來說,Ctrl In為低電平時(shí),NMOS不導(dǎo)通,Ctrl In為高電平(高于Vth)時(shí),NMOS導(dǎo)通。對(duì)于PMOS來說,Ctrl In為低電平時(shí),PMOS導(dǎo)通,Ctrl In為低電平時(shí),PMOS不導(dǎo)通。
