详细地介绍了比较器、二极管和三极管以及MOS管的基本概念和工作原理。以下是对您提供的内容的总结和补充,以及一些额外的解释和例子,以帮助读者更好地理解这些电子元件。
1. 比较器比较器是一种能够比较两个输入端电压或电流大小的电路。根据比较结果,输出端会产生一个数字信号(高电平或低电平)。
过零比较器:参考电压Vref设为0,当输入电压Vi+大于0时,输出高电平;当输入电压Vi-小于0时,输出低电平。这种比较器常用于检测信号的零点或极性。
过零比较器就是参考电压Vref=0:
滞回比较器:为了解决简单比较器在输入电压接近时可能产生的振铃效应,滞回比较器引入了滞回特性。当输入电压逐渐增大时,有一个较高的阈值;当输入电压逐渐减小时,有一个较低的阈值。这种特性增强了电路的抗干扰能力。
对于简单比较器,当两个输入端电压极为接近时,由于输入电压的毛刺就会导致输出端产生连续跳变,就是所谓的振铃效应。为了解决这个问题,就出现了滞回比较器。滞回比较器的输入端电压逐渐增大或减小时,有两个不相等的阈值,其传输特性曲线具有滞回曲线的特性,因此具有较强的抗干扰能力。
二极管是一种具有单向导电性的电子元件。
钳位二极管:利用二极管的单向导电性,可以将输入电压钳制在特定的范围内。在双二极管钳位电路中,当输入电压过高时,一个二极管导通,将电压限制在VDD+0.7V;当输入电压过低时,另一个二极管导通,将电压限制在GND-uD。这种电路常用于保护电路中的其他元件免受过高或过低的电压影响。
二极管钳位电路利用二极管的单向导通特性,即当二极管负极电压大于正极时,二极管截止;而当正极电压大于负极并且导通之后,二极管两端电压被钳位在它的管压降上。
常见的双二极管钳位电路:
当Pin点的电位Upin ≥ (VDD+0.7)时,此时D1会导通,D2截止,而将Pin点的电位限制在VDD+0.7;
当Pin点的电位在范围(GND-0.7) < Upin < (VDD+0.7)时,D1截止,D2截止;
当Pin点的电位Upin ≤ (GND-0.7)时,D1截止,D2会导通而将Pin点的电位限制在GND-uD;
综上所述,Pin点的电位范围会被限制在(GND-uD) ≤ Upin ≤ (VDD+uD)
续流二极管:在电感线圈断电时,续流二极管可以提供一个回路,释放电感线圈中的残余电动势。这有助于防止电感线圈产生的瞬时高压损坏电路中的其他元件。
稳压二极管:利用PN结反向击穿时电压基本不变的特性,稳压二极管可以用于稳定电路中的电压。当输入电压波动时,稳压二极管可以保持输出电压的稳定。
三极管是一种流控流型的器件,通过控制基极电流可以控制集电极电流。
NPN型三极管:当发射极正偏、集电极反偏时,三极管处于放大状态;当发射极和集电极都正偏时,三极管处于饱和状态;当发射极和集电极都反偏时,三极管处于截止状态。
对于NPN型三极管,BE极之间相当于一个二极管。在BE极上加一个电源,当电源电压高于0.7V的时候,BE极之间的二极管就导通了;当E极电位高于B极电位时,BE之间的二极管就反向截止了,所以BE之间没有电流流过,也就是说,和二极管一样,BE极之间也是具有单向导电性的。
导通后的三极管,分为两种状态:一种是放大状态,一种是饱和状态。故三极管一共有三种状态,截止状态,饱和导通状态,放大导通状态
当VC>VB>VE时,即发射极正偏,集电极反偏,三极管处于放大状态;
当VB>VC>VE时,即发射极正偏,集电极正偏,三极管处于饱和状态;
当VB<VE<VC时,即发射极反偏,集电极反偏,三极管处于截止状态;
如下是三极管基极和发射极之间的偏置电路,当BE导通时,Vbe就会被钳位在0.7V,此时流过电阻R1的电流为:Ib = (Vin-0.7)/R1,则Ic=βIb。
PNP型三极管:工作原理与NPN型三极管相似,但电流方向和电压极性相反。
对于PNP型三极管,在BE极上加一个反向电源,当Veb高于0.7V的时候,基极和发射极之间导通;当E极电位低于B极电位时,基极和发射极之间反向截止。
当VE>VB>VC时,即发射极正偏,集电极反偏,三极管处于放大状态;
当VE>VC>VB时,即发射极正偏,集电极正偏,三极管处于饱和状态;
当VB>VE>VC时,即发射极反偏,集电极反向,三极管处于截止状态;
三极管在电子电路中有着广泛的应用,放大电路、开关电路和振荡电路等。
MOS管是一种场效应晶体管,由源极、漏极和栅极三个电极组成。
NMOS管:当栅源电压Vgs大于阈值电压Vth时,NMOS管导通;当栅源电压小于阈值电压时,NMOS管截止。NMOS管常用于源极接地的情况。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况。
PMOS管:当栅源电压Vgs小于负阈值电压(通常表示为-Vth)时,PMOS管导通;当栅源电压大于负阈值电压时,PMOS管截止。PMOS管常用于源极接VCC的情况。
NMOS/PMOS的基本驱动电路
如图所示,左边为NMOS基本驱动电路,右边为PMOS基本驱动电路,对于NMOS来说,Ctrl In为低电平时,NMOS不导通,Ctrl In为高电平(高于Vth)时,NMOS导通。对于PMOS来说,Ctrl In为低电平时,PMOS导通,Ctrl In为低电平时,PMOS不导通。
MOS管在数字电路和模拟电路中都有广泛的应用,开关电路、放大电路和模拟开关等。
额外解释和例子
比较器应用:过零比较器可以用于检测交流信号的零点,从而生成方波信号。滞回比较器可以用于消除输入信号中的噪声干扰,提高电路的稳定性。
二极管应用:钳位二极管可以用于保护电路中的其他元件免受过高或过低的电压影响。续流二极管可以用于防止电感线圈断电时产生的瞬时高压损坏电路中的其他元件。稳压二极管可以用于稳定电路中的电压,确保电路的正常工作。
三极管应用:NPN型三极管常用于放大电路和开关电路中。在音频放大电路中,NPN型三极管可以将微弱的音频信号放大到足以驱动扬声器发声的程度。PNP型三极管在某些特定电路中也有应用,互补对称功率放大电路等。
MOS管应用:MOS管在数字电路和模拟电路中都有广泛的应用。在数字电路中,MOS管常用于构成逻辑门电路和存储器等。在模拟电路中,MOS管可以用于构成放大电路、模拟开关和滤波器等。