朔州seo网站建设,网站空间备份,厦门网盛网站开发,html5博客网站源码这篇文章用于记录平时设计电路或者在书中遇到的一些电路方面的知识#xff0c;会不定期更新。就先从运算放大器开始#xff0c;对此做个简单的介绍。
运算放大器 说到运算放大器就不得不说两个概念#xff0c;虚短与虚断。
虚短#xff1a; 在理想情况下#xff0c;运算… 这篇文章用于记录平时设计电路或者在书中遇到的一些电路方面的知识会不定期更新。就先从运算放大器开始对此做个简单的介绍。
运算放大器 说到运算放大器就不得不说两个概念虚短与虚断。
虚短 在理想情况下运算放大器的两个输入端的电位相等就好像两个输入端短接在一起但事实上并没有短接。 虚断 在理想情况下流入集成运算放大器输入端电流为零。
注VVV 表示运算放大器同相输入端输入电压V−V-V− 表示运算放大器反相输入端输入电压ViViVi表示信号输入电压VoVoVo表示信号输出电压输入信号VVVi 是峰值为1v1v1v的正弦波用红色曲线表示对应通道BBB输出信号VVVo用绿色曲线表示对应通道AAA。
同相放大器 因为虚短所以VVV VVV - VVVi,因为虚断所以iii iii- 000 , 于是 图中所示令RRR11 10K10K10K , RRR10 10K10K10K,故而VVVo 222VVVi ,仿真波形如下 在正负峰值时采样电压可知成222倍关系。
电压跟随器 在同相放大器中我们知道 电路图如下 仿真波形如下 从波形上看输入电压VVVi与输出电压VVVo同相且相等。
反相放大器 同样因为虚断与虚短所以VVV VVV - 000 , iii iii- 000 , 于是 令RRR11 10K10K10K , RRR10 5K5K5K,故而VVVo −2-2−2VVVi ,仿真波形如下 在峰值时采样输入信号VVVi 与输出信号VVVo 呈−2-2−2倍关系。
加法电路 VVV1 与VVV2 分别为峰值2v2v2v与4v4v4v的正弦波。 同理VVV VVV - 000 , iii iii- 000 , 于是 令RRR11 5K5K5K , RRR10 5K5K5K,RRR12 5K5K5K ,故而VVVo −-−VVV1VVV2 ,仿真波形如下 蓝色曲线代表VVV1红色曲线代表VVV2绿色曲线代表VVVo在峰值处采样可以看出和的关系。
差分放大电路
注VVV 表示运算放大器同相输入端输入电压V−V-V− 表示运算放大器反相输入端输入电压VVV1 与VVV2表示信号输入电压VoVoVo表示信号输出电压输入信号VVV1 用蓝色曲线表示对应通道BBB输入信号VVV2 用红色曲线表示对应通道CCC,输出信号VVVo用绿色曲线表示对应通道AAA。 VVV1 与VVV2 分别为峰值6v6v6v与2v2v2v的正弦波。 同理VVV VVV - , iii iii- 000 , 于是 令RRR10 RRR11 RRR12RRR13 5K5K5K ,故而VVVo VVV1−V-V−V2 ,仿真波形如下 蓝色曲线代表VVV1红色曲线代表VVV2绿色曲线代表VVVo在峰值处采样可以看出差的关系。 令RRR11RRR13 10K10K10K , RRR10 RRR12 5K5K5K ,故而VVVo 2(V2(V2(V1−V-V−V2))) ,仿真波形如下 蓝色曲线代表VVV1红色曲线代表VVV2绿色曲线代表VVVo在峰值处采样可以看出差的222倍关系。
积分电路
注VVV 表示运算放大器同相输入端输入电压V−V-V− 表示运算放大器反相输入端输入电压ViViVi表示信号输入电压用红色曲线表示对应通道BBBVoVoVo表示信号输出电压用绿色曲线表示对应通道AAA。 同理因为虚断和虚短因此VVV VVV - 000, iii iii- 000 ,于是 输入为占空比505050% 的方波幅值为1v1v1v令RRR10 100K100K100K,CCC6 1nf1nf1nf,即 输出波形如下 在176.136us176.136us176.136us时输入的方波信号由1v1v1v跳至−1v-1v−1v有 与上图中输出电压VVVo −1.762v-1.762v−1.762v相吻合。
微分电路 同理因为虚断和虚短因此VVV VVV - 000, iii iii- 000 ,于是 输入频率为1kHz1kHz1kHz的正弦波幅值为1v1v1v令RRR10 80K80K80K,CCC6 26nf26nf26nf,输出波形如下 选取其中一段如下图所示 蓝线表示从此时开始即输入的正弦波电压为000在黄线处截止共运行121.591us121.591us121.591us,其中红线表示VVVi,绿线表示VVVo,有 通过上述计算基本与示波器显示的−9.553v-9.553v−9.553v相吻合。
三极管放大电路
电压放大倍数AAAv 我们从一个最简单的放大电路开始如下图 先假设该电路工作在理想状态下即静态工作点合理。于是由交流输入电压VVVi引起的IIIe的交流变化为 则VVVc的交流变化为 在三极管放大电路中由于基极电流IIIb很小故而可近似认为集电极电流等于发射级电流即IIIc IIIe所以他们的单位时间的变化量也可近似认为相等即 所以 最终输出的电压VVVo是集电极电压VVVc经过退藕电容CCC5后得到的电压也就是说VVVo就是集电极电压VVVc减去直流分量也就是VVVc变化的部分即 那么该电路的交流电压反相放大倍数AAAv为 故而可以认为电压反相放大倍数是RRR6与RRR9的比值决定的。
设计放大电路 设VccVccVcc 15v15v15v,VVVbe表示三极管基级-发射极电压,VVVbe0.7v0.7v0.7vVVVbmin表示基级最低电压VVVbmax表示基级最高电压VVVimax表示输入信号的最高电压kkk表示电压放大倍数这里取k5k5k5,即设计一个电压反相放大倍数为5倍的放大电路可得如下条件 可得 于是可得到一个输入信号VVVi峰值范围最大的静态工作点VVVb为 可得输入信号VVVi最大峰值VVVimax为 带入参数可得 通过上述计算得到了基级电压那么 RRR7 ::: RRR8 13.1:1.913.1 : 1.913.1:1.9,可使RRR7 131k131k131k,RRR8 19k19k19k,因为k5k5k5,即RRR6 /// RRR9 555可使RRR6 10k10k10k,RRR9 2k2k2k如下图所示 输入信号VVVi为峰值100mv100mv100mv频率1khz1khz1khz的正弦波仿真波形如下 红色曲线表示输入信号VVVi对应通道BBB,绿色曲线表示输出信号VVVo对应通道AAA,在峰值处采样如上图红框中的数据可得出输出信号VVVo被反相放大555倍。
提高放大倍数 在上面的叙述中可知交流信号的放大倍数与集电极电阻和发射极电阻的比值有关如果要改动放大倍数则必须改动静态工作点那么偏置电阻也要改动这就是说要重新设计一个电路这样不符合实际某些要求我们将电路做如下改动 在无信号输入情况下该电路的发射极电阻为RRR9与RRR10的和当有信号输入时电阻RRR10便被电容CCC6给旁路掉此时电路中发射极电阻相当于只有RRR9一个但是静态工作点并没有改变也就是说在不改变静态工作点的情况下不接旁路电容CCC6信号的反相放大倍数为 接上旁路电容CCC6后信号的反相放大倍数为 举个例子上面所设计的反相放大倍数为5倍的放大电路中RRR610k10k10k,RRR92k2k2k,现在我们将这个电路改为反相放大倍数为10倍的放大电路只需将RRR9拆分为两个1k1k1k的电阻CCC6取200uf200uf200uf,在交流电路中电容是存在容抗的其公式为 由公式可知电容越大其容抗越低通常取值100uf100uf100uf以上最好能保证其容抗小于111便可以忽略掉他的容抗。 电路如图所示 示波器波形如下 在峰值处采样通过数据可以认为达到了反向放大10倍的要求。
三极管恒流电路 恒流源可用在一些高精度的采样电路中例如使用PT−100PT-100PT−100或PT−1000PT-1000PT−1000的四线制测温。 该电路主要运用电压跟随器的原理RRR4在有限范围内变化时都能使VVVb始终稳定在VVVa电位处故RRR3用于控制输出电流。在运放的输出端接了由两个三极管组成的达林顿管用于增强输出电流如果单个三极管输出电流可以达到要求可以只使用单个三极管。总结如下 故上述电路VVVbVVVa5v5v5v,输出电流为20mA20mA20mA查看示波器 电流近似20mA20mA20mA该电路可达到要求。如果需要得到大电流可用MOSMOSMOS管代替三极管。
三极管开关电路
提高三极管开关速度 在三极管的基级电阻RRR2上并联一个电容CCC1因为电容具有通高频阻低频的特性在三极管导通的瞬间RRR2被电容CCC1旁路掉大量电流涌入使三极管迅速从截止区变化到饱和区同理三极管在关断的瞬间大量电流从集电极流出也加快了其关断速度。取CCC1200pf200pf200pf基级电流如下图 放大导通瞬间波形如下 探针为1mv/mA1mv/mA1mv/mA示波器中此时112.081mv112.081mv112.081mv即为112.081mA112.081mA112.081mA当电容CCC1进入稳态后电流降至22.541mA22.541mA22.541mA并稳在此值。在关断瞬间如下图
三级管推挽电路 三级管推挽电路是一个npnnpnnpn的射极跟随器和一个pnppnppnp的射极跟随器相连而成该电路的驱动电流很大且输入信号与输出信号同相但输出信号幅值受输入信号限制VVVi为高电平时VVVi−V-V−Vo0.7v0.7v0.7v,VVVi为低电平时VVVo−V-V−Vi0.7v0.7v0.7v。三级管推挽电路常用作输出级例如功放电路驱动喇叭也可用作MOSMOSMOS管驱动。
NE555NE555NE555方波发生电路 该电路可在0−100%0-100\%0−100%占空比可调电容CCC1由RRR1和DDD1充电由RRR2和DDD2放电公式如下 当RRR1RRR27.2k,C7.2k,C7.2k,C10.01uf0.01uf0.01uf可输出频率10kHz10kHz10kHz,占空比50%50\%50%的方波。
简单MOSMOSMOS管驱动电路 以IRF3205IRF3205IRF3205为例这是一个N−MOSN-MOSN−MOS根据VVVGS–IIID曲线图 可知VVVGS越大(max(∣V(max(| V(max(∣VGS∣)20v)I|)20v)I∣)20v)ID越大即MOSMOSMOS管内阻越小。MOSMOSMOS管是压控器件但同样受电流影响如果驱动电流过小则MOSMOSMOS管导通速度降低不利于高频响应同时也会增加开关损耗故可用上述的推挽电路来驱动MOSMOSMOS管。 电源电压为12v12v12v就令VVVGS12v12v12v来驱动MOSMOSMOS管导通控制信号是频率1kHz1kHz1kHz占空比50%50\%50%,幅值5v5v5v的PWMPWMPWM波这个控制信号可由NE555NE555NE555提供也可由单片机提供由示波器2 可知控制信号与MOSMOSMOS管GGG极信号同相GGG极信号约为0−12v0-12v0−12v的PWMPWMPWM波。根据示波器444查看驱动电流 由图可知驱动电流达到了上百毫安再看看MOSMOSMOS管DDD极波形 这个波形几乎没有失真驱动效果达到要求。
电荷泵升压电路 电荷泵升压电路常用于高压小功率情景例如运放电源驱动信号等电路图如下 电荷泵电路升压的原理是利用电容电压不能突变的原理三极管通断由高频PWMPWMPWM控制当三极管导通时aaa点电位被拉低电容C3C3C3通过二极管D1D1D1充电当三极管关断时aaa点电压变为12v12v12v,bbb点电位被抬高VVVbVVVaVVVc312vV12vV12vVc3,这个过程是需要时间的直到电容电压达到12v12v12v在经过电容CCC4滤波最终输出电压即CCC4电压达到2Vcc2Vcc2Vcc也就是24v24v24v。输出电压曲线如图所示 输出电压最终达到了23.7v23.7v23.7v近似24v24v24v。当不需要这么高的电压时可降低aaa点电位达到减小输出电压的效果。如图 在三极管关断时aaa点电位为6v6v6v那么最终输出电压即电容CCC4电压为12v6v18v12v6v18v12v6v18v响应曲线如下 输出电压可近似为18v18v18v。
N−MOSN-MOSN−MOS上管驱动 N−MOSN-MOSN−MOS在市场上型号多价格便宜而且导通速度高内阻小所以在很多场景都使用N−MOSN-MOSN−MOSN−MOSN-MOSN−MOS一般是用作下管即SSS极接地在某些场合例如HHH桥buckbuckbuck电路中N−MOSN-MOSN−MOS也用作上管即SSS极接负载等效图如下 尽管GGG极电位达到了12v12v12v可MOSMOSMOS管并没有完全导通电阻RRR10两端电压只有8.2v8.2v8.2v。
电荷泵驱动 MOSMOSMOS管导通程度由GGG极和SSS极电位差决定所以需要提高GGG极电位来增强导通程度故而使用上述的电荷泵升压可解决这个问题。如图 响应曲线如下 从上图可知经过几毫秒后MOSMOSMOS管几乎完全导通SSS极电位达到了12v12v12v且GSGSGS极电位差也达到了12v12v12v。在看看PWMPWMPWM控制电路中的效果 示波器111的曲线 从上图可知MOSMOSMOS管几乎完全导通。再看看示波器333的响应曲线 可见电荷泵电路并未升压至预期电压因为电荷泵电路只能用在小功率场景三极管的推挽电路输出电流较大故而电荷泵升压受限再看看MOSMOSMOS的驱动电流 驱动电流相比于12v12v12v电源供电时相当满足驱动MOSMOSMOS管的要求。
自举升压 自举升压同样也是利用电容电压不能突变的原理MOSMOSMOS管关断时电容CCC7通过DDD1、RRR1、RRR11充电MOSMOSMOS管导通时aaa处电位被抬高由于电容电压不能突变于是bbb处电位就等于VVVaVVVc7,即24v24v24v那么最终在MOSMOSMOS管GGG极电位最高也会达到24v24v24vGGG极与SSS极电位差VVVGS为12v12v12v。查看示波器 可见,MOSMOSMOS管GGG极信号为幅值24v24v24v的PWMPWMPWM信号SSS极峰值电压为12v12v12vGSGSGS极电位差最大为12v12v12v可知MOSMOSMOS管几乎完全导通。自举升压电路结构简单成本低但PWMPWMPWM控制信号占空比不能超过95%95\%95%以上因为MOSMOSMOS管关断时自举电容CCC7才会充电所以要给电容留足充电时间。
校正器电路
阻抗法计算传递函数 在实际电路中使用阻抗求传递函数的方法与前面的计算方法一致例如 那么他的传递函数如下
PD校正器 后级是一个反向放大器前级ZZZ1是电阻RRR2ZZZ2是电容CCC1和电阻RRR1并联于是 根据PDPDPD校正器的传递函数可得
PI校正器 后级同样是个反向放大器前级ZZZ1是电容CCC2和电阻RRR2串联ZZZ2是电阻RRR1于是 根据PIPIPI校正器的传递函数可得
PID校正器 前级ZZZ1是电容CCC2和电阻RRR2串联ZZZ2是电容CCC1和电阻RRR1并联于是 根据PIDPIDPID校正器的传递函数可得
超前或滞后校正器 前级ZZZ1是电容CCC2和电阻RRR2并联ZZZ2是电容CCC1和电阻RRR1并联于是 根据超前或滞后校正器的传递函数可得 当a1a1a1时表示超前校正器当a1a1a1时表示滞后校正器。
滞后超前校正器 前级ZZZ1是电容CCC2和电阻RRR2串联后与电阻RRR4并联ZZZ2是电容CCC1和电阻RRR1串联后与电阻RRR3并联于是 根据滞后超前校正器的传递函数可得
