傳感器常見模擬電路基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

傳感器的輸入部分用到很多模擬電路，因此作為一個(gè)傳感器人，這些模擬電路基礎(chǔ)知識(shí)你必須懂!

01基爾霍夫定理的內(nèi)容是什么?

基爾霍夫電流定律：在電路任一節(jié)點(diǎn)，流入、流出該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和為零。

基爾霍夫電壓定律：在電路中的任一閉合電路，電壓的代數(shù)和為零。

02戴維南定理

一個(gè)含獨(dú)立源、線性電阻和受控源的二端電路，對(duì)其兩個(gè)端子來說都可等效為一個(gè)理想電壓源串聯(lián)內(nèi)阻的模型。其理想電壓源的數(shù)值為有源二端電路的兩個(gè)端子的開路電壓，串聯(lián)的內(nèi)阻為內(nèi)部所有獨(dú)立源等于零時(shí)兩端子間的等效電阻。

03三極管曲線特性

04反饋電路的概念及應(yīng)用

反饋，就是在電子系統(tǒng)中，把放大電路中的輸出量(電流或電壓)的一部分或全部，通過一定形式的反饋取樣網(wǎng)絡(luò)并以一定的方式作用到輸入回路以影響放大電路輸入量的過程。反饋的類型有：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋。

負(fù)反饋對(duì)放大器性能有四種影響：提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，由于外界條件的變化(T℃，Vcc，器件老化等)，放大倍數(shù)會(huì)變化，其相對(duì)變化量越小，則穩(wěn)定性越高;減小非線性失真和噪聲;改變了放大器的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro;有效地?cái)U(kuò)展放大器的通頻帶。

電壓負(fù)反饋的特點(diǎn)：電路的輸出電壓趨向于維持恒定。

引入負(fù)反饋的一般原則為：為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入直流負(fù)反饋;為了改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)引入交流負(fù)反饋(在中頻段的極性)。

信號(hào)源內(nèi)阻較小或要求提高放大電路的輸入電阻時(shí)，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋;信號(hào)源內(nèi)阻較大或要求降低輸入電阻時(shí)，應(yīng)引入并聯(lián)系反饋。

根據(jù)負(fù)載對(duì)放大電路輸出電量或輸出電阻的要求決定是引入電壓還是電流負(fù)反饋，若負(fù)載要求提供穩(wěn)定的信號(hào)電壓或輸出電阻要小，則應(yīng)引入電壓負(fù)反饋;若負(fù)載要求提供穩(wěn)定的信號(hào)電流或輸出電阻要大，則應(yīng)引入電流負(fù)反饋。

在需要進(jìn)行信號(hào)變換時(shí)，應(yīng)根據(jù)四種類型的負(fù)反饋放大電路的功能選擇合適的組態(tài)。例如，要求實(shí)現(xiàn)電流——電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)在放大電路中引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋等。

05有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別

無源濾波器：這種電路主要有無源元件R、L和C組成。

有源濾波器：集成運(yùn)放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。

06差模信號(hào)及共模信號(hào)

兩個(gè)大小相等、極性相反的一對(duì)信號(hào)稱為差模信號(hào)，差動(dòng)放大電路輸入差模信號(hào)(uil =-ui2)時(shí)，稱為差模輸入。

兩個(gè)大小相等、極性相同的一對(duì)信號(hào)稱為共模信號(hào)，差動(dòng)放大電路輸入共模信號(hào)(uil =ui2)時(shí)，稱為共模輸入。

在差動(dòng)放大器中，有用信號(hào)以差模形式輸入，干擾信號(hào)用共模形式輸入，那么干擾信號(hào)將被抑制的很小。

07場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管比較

三極管：全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。主要有兩種類型：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(metal-oxide semiconductor FET，簡(jiǎn)稱MOS-FET)。

在環(huán)境條件變化大的場(chǎng)合，采用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適;場(chǎng)效應(yīng)管常用來做前置放大器，以提高儀器設(shè)備的輸入阻抗，降低噪聲等;場(chǎng)效應(yīng)管放大能力比晶體管低; 工藝簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，適宜大規(guī)模集成電路。在脈沖數(shù)字電路中獲得更廣泛的應(yīng)用。

08基本放大電路的組成原則

· 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

· 輸入回路的接法應(yīng)該使輸入信號(hào)盡量不損失地加載到放大器的輸入端。

· 輸出回路的接法應(yīng)該使輸出信號(hào)盡可能地傳送到負(fù)載上。

09實(shí)現(xiàn)放大的條件

· 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

· 正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。

· 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。

· 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。

10功放要求

· 輸出功率盡可能大。

· 高效率。

· 非線形失真小。

· 晶體管的散熱和保護(hù)。

11頻率補(bǔ)償

是指提高或降低某一特定頻率的信號(hào)的強(qiáng)度，用來彌補(bǔ)信號(hào)處理過程中產(chǎn)生的該頻率的減弱或增強(qiáng)，常用的有負(fù)反饋補(bǔ)償、發(fā)射極電容補(bǔ)償、電感補(bǔ)償?shù)取?/p>

12放大電路的頻率補(bǔ)償

放大電路中頻率補(bǔ)償?shù)哪康挠卸阂皇歉纳品糯箅娐返母哳l特性;二是克服由于引入負(fù)反饋而可能出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，使放大器能夠穩(wěn)定工作。在放大電路中，由于晶體管結(jié)電容的存在常常會(huì)使放大電路頻率響應(yīng)的高頻段不理想，為了解決這一問題，常用的方法就是在電路中引入負(fù)反饋。然后，負(fù)反饋的引入又引入新的問題，那就是負(fù)反饋電路會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，所以為了使放大電路能夠正常穩(wěn)定工作，必須對(duì)放大電路進(jìn)行頻率補(bǔ)償。頻率補(bǔ)償?shù)姆椒梢苑譃槌把a(bǔ)償和滯后補(bǔ)償，主要是通過接入一些阻容元件來改變放大電路的開環(huán)增益在高頻段的相頻特性，目前使用最多的就是鎖相環(huán)。

13基本放大電路

放大電路的作用：放大電路是電子技術(shù)中廣泛使用的電路之一，其作用是將微弱的輸入信號(hào)(電壓、電流、功率)不失真地放大到負(fù)載所需要的數(shù)值。

放大電路種類：

電壓放大器：輸入信號(hào)很小，要求獲得不失真的較大的輸出壓，也稱小信號(hào)放大器。

功率放大器：輸入信號(hào)較大，要求放大器輸出足夠的功率，也稱大信號(hào)放大器。

差分電路是具有這樣一種功能的電路，該電路的輸入端是兩個(gè)信號(hào)的輸入，這兩個(gè)信號(hào)的差值，為電路有效輸入信號(hào)，電路的輸出是對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號(hào)會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。

14甲類、乙類及甲乙類功放

15鎖相環(huán)的方框圖并簡(jiǎn)述原理

鎖相：將相位鎖住，把頻率鎖定在一個(gè)固定值上。

鎖相環(huán)：將相位鎖定的回路。

鎖相環(huán)的組成：鑒相器PD + 分頻器 + 回路濾波器LPF + 壓控振蕩器 VCO等。

鎖相環(huán)的工作原理：

· 壓控振蕩器的輸出經(jīng)過采集并分頻;

· 和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)輸入鑒相器;

· 鑒相器通過比較上述兩個(gè)信號(hào)的頻率差，然后輸出一個(gè)直流脈沖電壓;

· 控制VCO，使它的頻率改變;

· 這樣經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間，VCO 的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。

基準(zhǔn)信號(hào)

鑒相器是一個(gè)相位比較電路，輸入的基準(zhǔn)信號(hào)和VCO輸出的信號(hào)進(jìn)行相位比較，輸出一個(gè)代表相位差的誤差信號(hào)，經(jīng)過環(huán)路濾波器，濾除誤差信號(hào)中的諧波和雜波成分，得到誤差電壓去控制VCO，使壓控振蕩器的頻率朝減小兩信號(hào)頻率差和相位差的方向變化，最終使VCO的輸出信號(hào)頻率等于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率。

16零點(diǎn)漂移

是指放大電路的輸入端短路時(shí)，輸出端還有緩慢變化的電壓產(chǎn)生，即輸出電壓偏離原來的起始點(diǎn)而上下漂動(dòng)。

抑制零點(diǎn)漂移的方法一般有：

· 采用恒溫措施;

· 補(bǔ)償法，采用熱敏元件來抵消放大管的變化或采用特性相同的放大管構(gòu)成差分放大電路;

· 采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn);

· 在各級(jí)之間采用阻容耦合或者采用特殊設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)式直流放大器等。

17頻率響應(yīng)

通常亦稱頻率特性，頻率響應(yīng)或頻率特性是衡量放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)適應(yīng)能力的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。在放大電路中，由于電抗元件(如電容、電感線圈等)及晶體管極間電容的存在，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率過低或過高時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)的數(shù)值均會(huì)降低，而且還將產(chǎn) 生相位超前或滯后現(xiàn)象。也就是說，放大電路的放大倍數(shù)(或者稱為增益)和輸入信號(hào)頻率是一種函數(shù)關(guān)系，我們就把這種函數(shù)關(guān)系稱為放大電路的頻率響應(yīng)或頻率特性。實(shí)質(zhì)上，頻率響應(yīng)就是指放大器的增益與頻率的關(guān)系，通常講一個(gè)好的放大器，不但要有足夠的放大倍數(shù)，而且要有良好的保真性能。即：放大器的非線性失真要小，放大器的頻率響應(yīng)要好，“好”指放大器對(duì)不同頻率的信號(hào)要有同等的放大。

產(chǎn)生頻率響應(yīng)的原因：一是實(shí)際放大的信號(hào)頻率不是單一的;二是放大器具有電抗元件和電抗因素。由于放大電路中存在電抗元件(如管子的極間電容，電路的負(fù)載電容、分布電容、耦合電容、射極旁路電容等)，使得放大器可能對(duì)不同頻率信號(hào)分量的放大倍數(shù)和相移不同。如放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的幅值放大不同，就會(huì)引起幅度失真;如放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)產(chǎn)生的相移不同就會(huì)引起相位失真。幅度失真和相位失真總稱為頻率失真，由于此失真是由電路的線性電抗元件(電阻、電容、電感等)引起的，故不稱為線性失真，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)不失真放大所以要需研究放大器的頻率響應(yīng)。放大電路的頻率響應(yīng)可以用幅頻特性曲線和相頻特性曲線來描述，如果一個(gè)放大電路的幅頻特性曲線是一條平行于x軸的直線(或在關(guān)心的頻率范圍內(nèi)平行于x軸)。而相頻特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線或在關(guān)心的頻率范圍是一條通過原點(diǎn)的直線，那么該頻率響應(yīng)就是穩(wěn)定的。

改變頻率響應(yīng)的方法主要有：

· 改變放大電路的元器件參數(shù);

· 引入新的元器件來改善現(xiàn)有放大電路的頻率響應(yīng);

· 在原有放大電路上串聯(lián)新的放大電路構(gòu)成多級(jí)放大電路。

18晶體管工作在放大區(qū)

19接收機(jī)為什么要加AGC電路

· 接收的信號(hào)有強(qiáng)弱變化，懸殊較大，若不加AGC將使輸出起伏較大，影響效果。

· 為了能接收微弱信號(hào)，接收機(jī)的放大量總是做得較大，即靈敏度高，但接收強(qiáng)信號(hào)時(shí)，若不對(duì)通道的放大量進(jìn)行調(diào)控，將產(chǎn)生不良后果。

20LC正弦波振蕩器

電感三點(diǎn)式振蕩器和電容三點(diǎn)式振蕩器，相關(guān)文章請(qǐng)移步:一看就懂!動(dòng)畫講解LC振蕩器的工作原理。

21差分運(yùn)放進(jìn)行相位補(bǔ)償

隨著工作頻率的升高，放大器會(huì)產(chǎn)生附加相移，可能使負(fù)反饋?zhàn)兂烧答伓鹱约?，進(jìn)行相位補(bǔ)償可以消除高頻自激。相位補(bǔ)償?shù)脑硎牵涸诰哂懈叻糯蟊稊?shù)的中間級(jí)，利用一小電容C(幾十～幾百微微法)構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，可以使用電容校正、RC校正分別對(duì)相頻特性和幅頻特性進(jìn)行修改。

22差分電路求共模分量和差模分量

設(shè)共模分量是Yc，差模分量是Yd，則可知其輸出為：Y+=Yc+Yd

Y-=Yc-Yd23放大器的輸入電阻及輸出電阻在放大電路中，通常希望放大電路的輸入電阻高，因?yàn)檫@樣對(duì)信號(hào)源的影響小。從放大電路的輸出端看進(jìn)去，放大電路可等效成一個(gè)有一定內(nèi)阻的信號(hào)源，信號(hào)源的內(nèi)阻為輸出電阻，通常希望其值越小越好，因?yàn)檫@樣可以提高放大器帶負(fù)載的能力。

23直流穩(wěn)壓電源原理

功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓。