傳感器常見模擬電路基礎知識總結

傳感器的輸入部分用到很多模擬電路，因此作為一個傳感器人，這些模擬電路基礎知識你必須懂!

01基爾霍夫定理的內容是什么?

基爾霍夫電流定律：在電路任一節點，流入、流出該節點電流的代數和為零。

基爾霍夫電壓定律：在電路中的任一閉合電路，電壓的代數和為零。

02戴維南定理

一個含獨立源、線性電阻和受控源的二端電路，對其兩個端子來說都可等效為一個理想電壓源串聯內阻的模型。其理想電壓源的數值為有源二端電路的兩個端子的開路電壓，串聯的內阻為內部所有獨立源等于零時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用

反饋，就是在電子系統中，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絡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：電壓串聯負反饋、電流串聯負反饋、電壓并聯負反饋、電流并聯負反饋。

負反饋對放大器性能有四種影響：提高放大倍數的穩定性，由于外界條件的變化(T℃，Vcc，器件老化等)，放大倍數會變化，其相對變化量越小，則穩定性越高;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;有效地擴展放大器的通頻帶。

電壓負反饋的特點：電路的輸出電壓趨向于維持恒定。

引入負反饋的一般原則為：為了穩定放大電路的靜態工作點，應引入直流負反饋;為了改善放大電路的動態性能，應引入交流負反饋(在中頻段的極性)。

信號源內阻較小或要求提高放大電路的輸入電阻時，應引入串聯負反饋;信號源內阻較大或要求降低輸入電阻時，應引入并聯系反饋。

根據負載對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反饋，若負載要求提供穩定的信號電壓或輸出電阻要小，則應引入電壓負反饋;若負載要求提供穩定的信號電流或輸出電阻要大，則應引入電流負反饋。

在需要進行信號變換時，應根據四種類型的負反饋放大電路的功能選擇合適的組態。例如，要求實現電流——電壓信號的轉換時，應在放大電路中引入電壓并聯負反饋等。

05有源濾波器和無源濾波器的區別

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：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優點。

集成運放的開環電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構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差模信號及共模信號

兩個大小相等、極性相反的一對信號稱為差模信號，差動放大電路輸入差模信號(uil =-ui2)時，稱為差模輸入。

兩個大小相等、極性相同的一對信號稱為共模信號，差動放大電路輸入共模信號(uil =ui2)時，稱為共模輸入。

在差動放大器中，有用信號以差模形式輸入，干擾信號用共模形式輸入，那么干擾信號將被抑制的很小。

07場效應管和晶體管比較

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

場效應晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應管。主要有兩種類型：結型場效應管(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導體場效應管(metal-oxide semiconductor FET，簡稱MOS-FET)。

在環境條件變化大的場合，采用場效應管比較合適;場效應管常用來做前置放大器，以提高儀器設備的輸入阻抗，降低噪聲等;場效應管放大能力比晶體管低; 工藝簡單，占用芯片面積小，適宜大規模集成電路。在脈沖數字電路中獲得更廣泛的應用。

08基本放大電路的組成原則

· 發射結正偏，集電結反偏。

· 輸入回路的接法應該使輸入信號盡量不損失地加載到放大器的輸入端。

· 輸出回路的接法應該使輸出信號盡可能地傳送到負載上。

09實現放大的條件

· 晶體管必須偏置在放大區。發射結正偏，集電結反偏。

· 正確設置靜態工作點，使整個波形處于放大區。

· 輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。

· 輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的集電極電壓，經電容濾波只輸出交流信號。

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。

11頻率補償

是指提高或降低某一特定頻率的信號的強度，用來彌補信號處理過程中產生的該頻率的減弱或增強，常用的有負反饋補償、發射極電容補償、電感補償等。

12放大電路的頻率補償

放大電路中頻率補償的目的有二：一是改善放大電路的高頻特性;二是克服由于引入負反饋而可能出現自激振蕩現象，使放大器能夠穩定工作。在放大電路中，由于晶體管結電容的存在常常會使放大電路頻率響應的高頻段不理想，為了解決這一問題，常用的方法就是在電路中引入負反饋。然后，負反饋的引入又引入新的問題，那就是負反饋電路會出現自激振蕩現象，所以為了使放大電路能夠正常穩定工作，必須對放大電路進行頻率補償。頻率補償的方法可以分為超前補償和滯后補償，主要是通過接入一些阻容元件來改變放大電路的開環增益在高頻段的相頻特性，目前使用最多的就是鎖相環。

13基本放大電路

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

放大電路種類：

電壓放大器：輸入信號很小，要求獲得不失真的較大的輸出壓，也稱小信號放大器。

功率放大器：輸入信號較大，要求放大器輸出足夠的功率，也稱大信號放大器。

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信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設想這樣一種情景，如果存在干擾信號會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。

14甲類、乙類及甲乙類功放

15鎖相環的方框圖并簡述原理

鎖相：將相位鎖住，把頻率鎖定在一個固定值上。

鎖相環：將相位鎖定的回路。

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

鎖相環的工作原理：

· 壓控振蕩器的輸出經過采集并分頻;

· 和基準信號同時輸入鑒相器;

· 鑒相器通過比較上述兩個信號的頻率差，然后輸出一個直流脈沖電壓;

· 控制VCO，使它的頻率改變;

· 這樣經過一個很短的時間，VCO 的輸出就會穩定于某一期望值。

基準信號

鑒相器是一個相位比較電路，輸入的基準信號和VCO輸出的信號進行相位比較，輸出一個代表相位差的誤差信號，經過環路濾波器，濾除誤差信號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頻率差和相位差的方向變化，最終使VCO的輸出信號頻率等于基準信號的頻率。

16零點漂移

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

抑制零點漂移的方法一般有：

· 采用恒溫措施;

· 補償法，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成差分放大電路;

· 采用直流負反饋穩定靜態工作點;

· 在各級之間采用阻容耦合或者采用特殊設計的調制解調式直流放大器等。

17頻率響應

通常亦稱頻率特性，頻率響應或頻率特性是衡量放大電路對不同頻率輸入信號適應能力的一項技術指標。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，當輸入信號的頻率過低或過高時，放大電路的放大倍數的數值均會降低，而且還將產生相位超前或滯后現象。也就是說，放大電路的放大倍數(或者稱為增益)和輸入信號頻率是一種函數關系，我們就把這種函數關系稱為放大電路的頻率響應或頻率特性。實質上，頻率響應就是指放大器的增益與頻率的關系，通常講一個好的放大器，不但要有足夠的放大倍數，而且要有良好的保真性能。即：放大器的非線性失真要小，放大器的頻率響應要好，“好”指放大器對不同頻率的信號要有同等的放大。

產生頻率響應的原因：一是實際放大的信號頻率不是單一的;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)，使得放大器可能對不同頻率信號分量的放大倍數和相移不同。如放大電路對不同頻率信號的幅值放大不同，就會引起幅度失真;如放大電路對不同頻率信號產生的相移不同就會引起相位失真。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，為實現信號不失真放大所以要需研究放大器的頻率響應。放大電路的頻率響應可以用幅頻特性曲線和相頻特性曲線來描述，如果一個放大電路的幅頻特性曲線是一條平行于x軸的直線(或在關心的頻率范圍內平行于x軸)。而相頻特性曲線是一條通過原點的直線或在關心的頻率范圍是一條通過原點的直線，那么該頻率響應就是穩定的。

改變頻率響應的方法主要有：

· 改變放大電路的元器件參數;

· 引入新的元器件來改善現有放大電路的頻率響應;

· 在原有放大電路上串聯新的放大電路構成多級放大電路。

18晶體管工作在放大區