电路

A、电压源正负端接了一个电容(与电路并联),用于整流电路时,具有很好的滤波作用,当电压交变时,由于电容的充电作用,两端的电压不能突变,就保证了电压的平稳。
当用于电池电源时,具有交流通路的作用,这样就等于把电池的交流信号短路,避免了由于电池电压下降,电池内阻变大,电路产生寄生震荡。

B、比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别?
在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同.各级的直流工作偏值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作!利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得!

C、基本放大电路中的两个耦合电容,电容+极和直流+极相接,起到通交隔直的作用,接反的话会怎么样,会不会也起到通交隔直的作用,为什么要那接呀!
接反的话电解电容会漏电,改变了电路的直流工作点,使放大电路异常或不能工作

D、阻容耦合放大电路中,电容的作用是什么??
隔离直流信号,使得相邻放大电路的静态工作点相互独立,互不影响。

E、模拟电路放大器不用耦合电容行么,照样可以放大啊?书上放大器在变压器副线圈和三极管之间加个耦合电容,解释是通交流阻直流,将前一级输出变成下一级输入,使前后级不影响,前一级是交流电,后一级也是交流电,怎么会相互影响啊,我实在想不通加个电容不是多此一举啊。你犯了个错误。前一级确实是交流电,但后一级是交流叠加直流。三极管是需要直流偏置的。如果没有电容隔直,则变压器的线圈会把三极管的直流偏置给旁路掉(因为电感是通直流的)

F、基本放大电路耦合电容,其中耦合电容可以用无极性的吗
在基本放大电路中,耦合电容要视频率而定,当频率较高时,需用无极电容,特点是比较稳定,耐压可以做得比较高,体积相对小,但容量做不大。其最大的用途是可以通过交流电,隔断直流电,广泛用于高频交流通路、旁路、谐振等电路。(简单理解为高频通路)
当频率较低时,无极电容因为容量较低,容抗相对增大,就要用有极性的电解电容了,由于其内部加有电解液,可以把容量做得很大,让低频交流电通过,隔断直流 电。但由于内部两极中间是有机介质的,所以耐压受限,多用于低频交流通路、滤波、退耦、旁路等电路。(简单理解为低频通路)

G、请电路高手告知耦合电容起什么作用
在放大电路中,利用耦合电容通交隔直的作用,使高频交流信号可以顺利通过电路,被一级一级地放大,而直流量被阻断在每一级的内部.

H、请问用电池供电的电路中,电容为什么会充放电,起到延时的作用?
电容是聚集电荷的,你可把它想象成个水杯,充放电就是充放水。在充电过程中,电压是慢慢的上升的,放电反之。你只需检测电容两端电压就能实现延时。如充电,开始时,电容两端电压为零,随着充电时间延长,电压逐渐上升到你设定的电压就能控制电路的开关。当然,也可反过来利用放电。延时时间与电容容量、电容漏 电,充电电阻,及电压有关,有时还要把负载电阻考虑进去。

I、阻容耦合,是利用电容的通交隔直特性,防止前、后级之间的直流成分引起串扰,造成工作点的不稳定。

J、阻容耦合放大电路只能放大交流信号,不能放大直流信号,对还是错。电容是一种隔直流阻交流的电子元件。所以阻容耦合放大电路只能放大交流信号。放大直流信号用直接耦合放大电路。

K、放大电路中耦合电容和旁路电容如何判别?
耦合电容负极不接地,而是接下一级的输入端,旁路电容负极接地。

L、运放的多级交流放大电路如何选用电容耦合?
其实很间单,一般瓷片电容就可搞定!要效果好的话可选用钽电容。按照你输入信号的频率范围高频的可选用103,104容值的电容,对于较低频率的交流信号可选用22uF左右的电解电容。

M、放大电路采用直接耦合,反馈网络为纯电阻网络,为什么电路只可能产生高频振荡?
振荡来源于闭环的相移达到180度并且此时的环路增益是大于零的。采用纯电阻网络作为反馈网络是一定不会引入相移的,所以呢全部的相移是来自于放大器的开环 电路。采用直接耦合的开环放大器在级之间是不会有电容元件引起相移的,那么能够引起相移的便是晶体管或MOS管内部的电容,这些电容都是fF,最大pF级 的电容,这些电容与电路等效电阻构成的电路的谐振频率是相当高的。所以放大器采用直接耦合,反馈网络为纯阻网络只可能产生高频振荡。

N、阻容耦合放大电路的频带宽度是指(上限截至频率与下限截至频率之差)阻容耦合放大电路的上限截止频率是指(随着频率升高使放大倍数下降到原来的0.707 倍,即-3dB时的频率)阻容耦合放大电路的下限截止频率是指(随着频率降低使放大倍数下降到原来的0.707倍,即-3dB时的频率)。阻容耦合放大电路的上限截止频率主要受(晶体管结电容,电路的分布电容)的影响,阻容耦合放大电路的下限截止频率主要受(隔直电容与旁路)电容的影响。

O、运放的多级交流放大电路如何选用电容耦合?
其实很间单,一般瓷片电容就可搞定!要效果好的话可选用钽电容。按照你输入信号的频率范围高频的可选用103,104容值的电容,对于较低频率的交流信号可选用22uF左右的电解电容。

P、在多级放大电路里面电解电容是怎么耦合到下一级的呢在电容里面的特性不是隔直的吗,它是怎么传送过去的呢。还有为电容要通过三极管的集电极来接呢,发射机 为什么不可以呢?电解电容都是在交流放大器里面工作,而交流的电流方向呈周期性变化,三极管能正常导通吗。还有NPN型的三极管的集电极不是从C到B的吗?那它的电流是怎么通过流到下一级的三极管的基极的呢?
用电解电容做耦合的放大器,都是交流放大器。电解电容在这里作“通交隔直”用。由三极管的哪个极输出,是电路形式的问题,两者都有。

Q、1、怎样估算第一级放大器的输出电阻和第二级放大器的输入电阻,
2、当信号源的幅度过大,在两级放大器的输出端分别会出现什么情况。
3、用手在放大器的输入端晃动,观察放大器的输出端,看是否出现了什么?原因是什么?
1、第二级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输出电阻。
2、失真。
3、杂波,人体感应。

R、电容可以起到耦合作用?比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别?
在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同。各级的直流工作偏值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作!利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得!

S、怎么利用电容的充放电,理解滤波,去耦,旁路.....电容就是充放电。那怎么利用电容的充放电,去理解滤波,去耦,旁路.....
答:电容隔直流通交流,隔直流好理解,通交流不好理解,只要理解了通交流就理解了滤波、去耦和旁路。
电容就是充放电,不错。但交流电的方向,正反向交替变化。振幅的大小也做周期性变化。整个变化的图像就是一条正弦曲线。
电容器接在交流电路中,由于交流电压的周期性变化,它也在周期性的充放电变化。线路中存在充放电电流,这种充放电电流,除相位比电压超前90度外,形状完全和电压一样,这就相当于交流通过了电容器。
和交流电通过电阻是不同,交流电通过电阻,要在电阻上消耗电能(发热)。而通过电容器只是与电源做能量交换,充电时电源将能量送给电容器,放电时电容器又将电能返还给电源,所以这里的电压乘电流所产生的功率叫无功功率。
需要明确的是,电容器接在交流电路中,流动的电子(电流)并没有真正的冲过绝缘层,却在电路中产生了电流。这是因为在线路中,反向放电和正向充电是同一个方向,而正向放电和反向充电是同一个方向,就象接力赛跑,一个团队跑完交流电的正半周,另一个团队接过接力棒继续跑完交流电的负半周。
理解了电容器通交流,那么,交流成份旁路到地,完成滤波也就可以理解了。

T、旁路电容和滤波电容,去耦电容分别怎么用?可以举一些实例说明
答:这三种叫法的电容,其实都是滤波的,只是应用在不同的电路中,叫法和用法不一样。
滤波电容,这是我们通常用在电源整流以后的电容,它是把整流电路交流整流成脉动直流,通过充放电加以平滑的电容,这种电容一般都是电解电容,而且容量较大,在微法级。
旁路电容,是把输入信号中的高频成份加以滤除,主要是用于滤除高频杂波的,通常用瓷质电容、涤纶电容,容量较小,在皮法级。
去耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象,去耦电容相当于电池,利用其充放电,使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定。

U、什么是耦合电容,去耦电容,有什么特点和作用?
耦合电容是传递交流信号的,接在线路中。去耦电容是将无用交流信号去除的,一段接在线路中、一端接地。

V、关于电容有几作用,在什么情况才电容耦合,在什么情况才电容滤波?
答:电容器在电路里的十八般武艺归根到底就是两个!充电荷!放电荷!
其特性就是通交流!隔直流!电容两端加上交变电压后会随电流交变频率而不断的充放电!此时电路里就有同频率的交变电流通过!这就是电容的通交特性!
在频率合适的情况下电容对电路可视为通路!前级交流输出经电容就可传至后级电路!
而对直流来说它却是隔绝的!因为两端电压充至与电路电压相等时就不会再有充电电流了!
作用于前后级交流信号的传递时就是藕合!
作用于滤除波动成份及无用交流成分时就是滤波!

W、大家都知道,整流电路的电容滤波是利用其充放电;但是有时候滤波是利用电容对不通频率信号的容抗不同,比如旁路电容。所以分析电容滤波时到底用哪个角度分析啊?
其实不论是哪种说法都是一个道理,利用充放电的理论较笼统一些,利用容抗的的理论则更深入一些,电容的作用就是利用了其充放电的特性,看你想滤除什么成份,滤低频用大电容,滤高频用小电容,在理论上低频整流电路中的滤波和高频中的旁路是相同的都是利用了容抗的不同。

X、电容如何实现充放电、整流、滤波的功能
电容的充电,放电,整流和滤波甚至包括它的移相,电抗等功能,都是电容的存储功能在起作用。电容之所以能够存储电荷,是利用了正负电荷之间有较强的互相吸引 的特性来实现的。在给电容充电时,人们通过电源将正电荷引入正极板,负电荷引入到电容的负极板。但是正负电荷又到不了一起这是因为有一层绝缘模阻隔着它 们。隔模越大越薄引力也就越大。存储的电荷也就越多。正负电荷在十个极板间是吸引住了但是如果你给它提供一个外电路它们就会能过这个外电路互相结合,也就 是放电。它们毕竟是一高一低麻。形像来说电容就像一个储水池。它可以形像地说明它的整流波波的作用。

Y、滤波电容充电满了之后然后对后面回路放电然后在充放循环?稳压二极管是击穿稳压还是不击穿稳压。
其实你说的很对,它在电路中就是这么一个工作的过程,但是他跟信号的频率有关系,首先看你要把电容放在电路中用着什么,当用作滤波时,它把一定频率信号滤除到地,如芯片电源前端的电容,有的则是去耦,你说的现象就像稳压关前的滤波电容和开关电源输出的滤波电容,
关于稳压管我给你举个例子吧,假如有个5V的稳压管,当电压小与5V,电压就等与它本身的电压,当电压高于5V,稳压管就把电压稳到5V,多余的电压把稳压关击穿通道第上去了

Z、电容的耦合是什么具体意思啊?它和滤波有什么区别吗?
耦合指信号由第一级向第二级传递的过程,一般不加注明时往往是指交流耦合。退耦是指对电源采取进一步的滤波措施,去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。
退耦有三个目的:1.将电源中的高频纹波去除,将多级放大器的高频信号通过电源相互串扰的通路切断;2.大信号工作时,电路对电源需求加大,引起电源波动, 通过退耦降低大信号时电源波动对输入级/高电压增益级的影响;3.形成悬浮地或是悬浮电源,在复杂的系统中完成各部分地线或是电源的协调匹。
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

Aa、电容的作用是什么?我只知道滤波,就是滤除交流信号,谢谢回答。
不只是滤波:
1.电容器主要用于交流电路及脉冲电路中,在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。
2.电容既不产生也不消耗能量,是储能元件。
3.电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件;在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。
4.因为在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡。
5.在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地咧?
答:在直流电路中是抗干扰,把干扰脉冲通过电容接地(在这次要作用是隔直——电路中的电位关系);交流电路中也有这样通过电容接地的,一般容量较小,也是抗干扰和电位隔离作用。
6.电容补尝功率因数是怎么回事?
答:因为在电容上建立电压首先需要有个充电过程,随着充电过程,电容上的电压逐步提高,这样就会先有电流,后建立电压的过程,通常我们叫电流超前电压90度 (电容电流回路中无电阻和电感元件时,叫纯电容电路)。电动机、变压器等有线圈的电感电路,因通过电感的电流不能突变的原因,它与电容正好相反,需要先在 线圈两端建立电压,后才有电流(电感电流回路中无电阻和电容时,叫纯电感电路),纯电感电路的电流滞后电压90度。由于功率是电压乘以电流,当电压与电流 不同时产生时(如:当电容器上的电压最大时,电已充满,电流为0;电感上先有电压时,电感电流也为0),这样,得到的乘积(功率)也为0!这就是无功。那 么,电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相反,就用电容来补偿电感产生的无功,这就是无功补偿的原理。

Ab、电容器在电路中是如何起到滤波作用的?电容是开路的,交流电通过时是在给电容充电吗?电容是并联还是串联?
电容器的容抗随着两端加的交流电的频率不同而改变,Z=1/2*3.14*FC。根据需要滤除哪个频率的电流,设置不同的容值。这样就可以把不需要的电流引到地,就完成了滤波。而对需要的频率的电流,电容是通路的或阻抗很小。交流电通过时,是反复充电和放电的过程。

Ac、退偶电容,滤波电容,旁路电容,三者都有什么作用,它们之间的区别和联系是什么?
例如,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻 两端并联一个电容,由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗(这需要计算)这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,在50--60年代,这个词也就有它特有的含义,现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而 栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。后来也有的资料把它引申使用于类似情况。
滤波电容就更好理解了,电容有通交流阻直流的功效,滤波就是我可以通过选择不同的滤波电容,把一定频率的交流信号滤掉,留下想要的频率信号

Ad、请问耦合电容就是去耦电容么?
完全不同,耦合电容是信号传递,去耦电容是减少干扰。

Ae、电容去耦的原理是什么?
直流电路窜入交流信号或交流放大电路的自激回授,都会产生不良后果!为了阻止该交流成份逐级藕合放大,在级间设置电容使之回流入地!该电容就是退藕电容!

Af、耦合和去耦有什么区别,耦合电容和去耦电容的作用分别是什么,在电路中如何放置,有什么原则?
藕合电容的做用是将前级的交流信号输送到下一级!
藕合电容的位置是跨接在前级的输出和后级的输入两端!
退藕电容的做用是将放大器级间窜藕的无益交流信号短路入地!
退藕电容的位置是在某输入级的对地间!

Ag、如何区分电子电路中的电容是滤波电容还是旁路电容啊?
滤波电容在电源电路中;旁路电容在信号电路中;其实作用是基本一样的,滤波电容:将脉动的电流成份旁路或称滤除掉并起充放电作用。旁路电容:将电路中的高频或低频成份滤除或旁路掉。

Ah、请问有那位高手知道去耦电容和旁路电容的区别啊?谢谢
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加 有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交 流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。
去耦电容在集成电路电源和地之间 的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
一般来说,容量为uf级的电容, 象电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池 的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰。
旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除;去藕是为保正输出端的稳定输出(主要是针对器件的工作)而设的“小水塘”,在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作;补充一点就是所谓的藕合:是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件。
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。
从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种 噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。
去耦电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。
旁路电容实际也是去耦合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。

Ai、如何区分电子电路中的电容是滤波电容还是旁路电容啊?
滤波电容在电源电路中;旁路电容在信号电路中;其实作用是基本一样的,滤波电容:将脉动的电流成份旁路或称滤除掉并起充放电作用。旁路电容:将电路中的高频或低频成份滤除或旁路掉。

Aj、高手请讲::二极管,三极管,电容.在电路中怎样起作用?
1.二极管起单向导电作用。
2.三极管在模拟电路中起放大作用,在数字电路中起开关作用。
3.电容总体来说起通交流隔直流作用,如滤波电容、耦合电容等等,根本宗旨就是“通交隔直”。

Ak、请问可爱的高手们!虑波电容在电路上起什么作用?谢谢你们咯!!!
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千 Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液 的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。

Al、电阻:具有上下拉电压的作用。电容:具有滤波整流与储能作用.二极管:具有稳压与单向电流作用.

本文转载自:电子工程专辑

围观 575

在使用铝电解电容器时,有许多需要注意的点。
因为铝电解电容器在承载以下负荷时,将造成其特性急剧恶化。
  ○ 反向电压
  ○ 电压超过额定值
  ○ 纹波电流超过额定值
  ○ 急速充放电

此时,电容器可能产生大量热,内部气压上升,导致压力阀开启,内部气体喷出,漏液等。在某些情况下,伴随电容器损坏会有可燃物的进发,有可能导致爆炸和起火。

一、使用环境、安装环境以及额定性能的确认

请确认使用环境以及安装环境符合电容器的商品目录与缴纳规格书。

二、使用温度、纹波电流以及寿命

请在商品目录及缴纳规格书中规定的工作温度范围和纹波电流范围内使用。

  ○ 不要在高温(超过工作温度上限)下使用。
  ○ 不要让过电流(超过额定纹波电流)通过电容器。
  ○ 直流电压与纹波电压之和不能超过额定电压,并且不能施加逆向电压。

✓ 并联2个以上的电容器时,请考虑到电流的平衡。
✓ 铝电解电容端子间的纹波电压的变动幅度比较大时,视同于急速充放电的情况。
✓ 想据加速试验的结果,可以通过寿命推算公式来计算电容器的寿命。但是推算所得的寿命存在误差。不能作为保证蛋慢思:请以推算质得的结果作为参考,选择有足够使用寿命的电容器。

三、极性

电容器需区分极性使用。请不要施加反向电压或交流电压。在极性反转的电路中,请选择使用双极性电容器。但是,双极性电容器不可使用于交流电路。

极性的表示方法有以下5种。

  ○ 在主体侧面,有带状或箭头状标记的为阴(负)极。
  ○ 引线端子同方向型铝电解电容器,在引线未加工时,引线端子短的一方为阴(负)极。
  ○ 铝亮底面有印记表示的铝电解电容器,呈现[]形或是[ ▊]形印记的是阴(负)极。
  ○ 基板自立型(SNAP-IN型)或接头端子型(Lug Terminal型)铝电解电容器铆钉上刻有[]印记的为阴(负)极。
  ○ 螺栓端子型铝电解电容器的封口板上有正负极表示(+,一)。

四、充放电

请不要在重复急速充放电的电路中使用电容器。

五、施加电压

不要将过电压(超过额定电压的电压)施加于电容器。

串联2个以上的电容器时,请考虑到电压的平衡,并联插入分压的电阻。

六、电容器的绝缘

在以下情况,请将电容器与电路完全隔高。
  ○ 铝壳和阴极端子,阳极端子以及电路配线之间。
  ○ 自立型的无连接端子(增强强度用)和其他的阳极端子,阴极端子以及电路配线之间。

电容器的外装套管,不能保证绝缘性。请勿用于需要绝缘的地方。

七、使用环境的限制

请不要在以下环境中使用电容器。
  ○ 直接溅水,盐水,油或处于结露状态的环境。
  ○ 充满有害气体(硫化氢、亚硫酸、亚硝酸、氯气、氨气、溴等)的环境。
  ○ 有臭氯、紫外线及放射线照射的环境。
  ○ 振动或冲击案件超过商品目录或缴纳规格书规定范围的过激环境。

八、印刷电路板的设计

电容要配置/固定在线路板上时,请确认下列内容后再行设计。

○ 请确认电容器的端子间隙与印刷电路板孔间隙一致。

○ 设计时不可将配线及电路板延伸到电容器压力阀上方。带有压力阀的铝电解电容器被设计为,在施加反向电压、过电压或者流过的纹波电流超过额定值时,压力阀开启,放出含有电解液的高温气体。
    - 外壳的压力阀在工作时压力阀部分会膨胀。安装基板时不要接触到装置的上盖,参照下表空出一定的间隙。若不空出间隙,则压力阀不会工作。

忽视这10个Tips,你的电路可能遇到麻烦

    - 铝电解电容器的压力阀接触到印刷电路板时,请在印刷电路板的正对位置上设置排气孔。
    - 不要将螺栓端子型电容器的封口部向下。另外,横向放置时,请将阳极端子朝上。

○ 请不要在电容器的封口部下方进行电路配线。电解液具有导电性,万一漏出的电解液附着在基板上时,会由于腐蚀接点、漏电、短路等,有可能引起冒烟、着火。

○ 请不要在电容器周围及印刷电路板的另一侧(电容器的下方)配置发热部件。

○ 用于贴片电容器的印刷电路板,其焊盘设计请参照商品目景或缴纳规格书的规定进行。

九、电容器的短时间漏电流

给电容器施加直流电压后,漏电流就会流动,但是铝电解电容器比其他的电容器的漏电流要大很多,因温度、施加电压、施加时间的不同漏电流也随之发生变化。特别是,像2分钟值之类的在规定时间里不能达成的短时间的漏电流值的变动非常大,因此,包含机器的控制及判定的时间常数电路在使用时,与作为理论上的数值有很大的不同,要特别引起注意。像使用这样的电路时,对机器的精度要求方面请选择充裕的电容器。

十、其他

电容器的电特性会根据环境温度和使用频率的变化而变化。请在确认该变化量的基础之上进行电路设计。

○  在双面印刷电路板上安装电容器时,请不要在电容器下面设计多余的印刷电路板孔及正反面连接用贯通孔。

○  使用在有安全性要求的电子设备上时,需考虑电解电容器的故障模式,从设计上确保安全性。
    - 利用保护电路、保护装置提高系统的安全性。
    - 利用冗余电路,提高系统的安全性。

○  闪光灯用铝电解电容器只用于照相摄影闪光灯(电子闪光灯),不能用作其它用途。

铝电解电容器与其他的电容相比,具有体型小、容量大、对抗过高电压和逆向电压能力强的特征。在要求高性能和高信赖度的计算机、 导航仪技术以及影像设备、照相机闪光灯中得到广泛应用。

来源:富士通电子

围观 495

图中精密全波整流电路的名称,纯属本人命的名,只是为了区分;除非特殊说明,增益均按1设计。

电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容。电阻匹配关系为 R1 = R2,R4 = R5 = 2R3;可以通过更改R5来调节增。

分享:十种精密全波整流电路

图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2

图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求R1=R2,R4=2R3

图4的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻R1来改变增益。缺点是在输入信号的负半周,A1的负反馈由两路构成,其中一路是R5,另一路是由运放A2复合构成,也有复合运放的缺点。

图5 和 图6 要求R1 = 2R2 = 2R3,增益为1 / 2,缺点是:当输入信号正半周时,输出阻抗比较高,可以在输出增加增益为2的同相放大器隔离。另外一个缺点是正半周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻忽略不计

图7正半周,D2通,增益 = 1 + ( R2 + R3 ) / R1;负半周增益 = -R3 / R2;要求正负半周增益的绝对值相等,例如增益取2,可以选R1 = 30K,R2 = 10K,R3 = 20K

图8的电阻匹配关系为R1 = R2

图9要求 R1 = R2,R4可以用来调节增益,增益等于1 + R4 / R2;如果R4 = 0,增益等于1;缺点是正负半波的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形不对称。

图10是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信号大于0时,输出为跟随器;当输入信号小于0的时候,输出为0。使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性。而且,单电源跟随器在负信号输入时也有非线性。

图7,8,9三种电路,当运放A1输出为正时,A1的负反馈是通过二极管D2和运放A2构成的复合放大器构成的,由于两个运放的复合(乘积)作用,可能环路的增益太高,容易产生振荡。

精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把A2的同相输入端接到A1的反相输入端的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其它采用A1的输出只接一个二极管的也没有收录,因为在这个二极管截止时,A1处于开环状态。

结论:虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只有3种,就是前面的3种。

图1的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用6个等值电阻R实现,其中电阻R3可以用两个R并联。可以通过R5调节增益,增益可以大于1,也可以小于1。最具有优势的是可以在R5上并电容滤波。

图2的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了。

图3的优势在于高输入阻抗。

其它几种,有的在D2导通的半周内,通过A2的复合实现A1的负反馈,对有些运放会出现自激。有的两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高。

两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入\输出特性都很差。需要输入\输出都加跟随器或同相放大器隔离。

各个电路都有其设计特色,希望我们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的。例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很有用的设计思想和方法,如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的。

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围观 374

1、555定时器原理分析

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 C2 的输出为 0,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 C1 的输出为 0,C2 的输出为 1,可将 RS 触发器置 0,使输出为低电平。

555引脚

四款555定时器产生方波的电路

引脚功能
四款555定时器产生方波的电路

单稳态模式:

在单稳态工作模式下,555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。

输出脉宽t,即电容电压充至VCC的2/3所需要的时间由下式给出:

四款555定时器产生方波的电路

虽然一般认为当电容电压充至VCC的2/3时电容通过OC门瞬间放电,但是实际上放电完毕仍需要一段时间,这一段时间被称为“弛豫时间”。在实际应用中,触发源的周期必须要大于弛豫时间与脉宽之和(实际上在工程应用中是远大于)。

双稳态模式:

双稳态工作模式下的555芯片类似基本RS触发器。在这一模式下,触发引脚(引脚2)和复位引脚(引脚4)通过上拉电阻接至高电平,阈值引脚(引脚6)被直接接地,控制引脚(引脚5)通过小电容(0.01到0.1μF)接地,放电引脚(引脚7)浮空。所以当引脚2输入高电压时输出置位,当引脚4接地时输出复位。

无稳态模式:

无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R1接在VCC与放电引脚(引脚7)之间,另一个电阻(R2)接在引脚7与触发引脚(引脚2)之间,引脚2与阈值引脚(引脚6)短接。工作时电容通过R1与R2充电至2/3VCC,然后输出电压翻转,电容通过R2放电至1/3VCC,之后电容重新充电,输出电压再次翻转。

无稳态模式下555定时器输出波形的频率由R1、R2与C决定:

四款555定时器产生方波的电路

对于双极型555而言,若使用很小的R1会造成OC门在放电时达到饱和,使输出波形的低电平时间远大于上面计算的结果。

为获得占空比小于50%的矩形波,可以通过给R2并联一个二极管实现。这一二极管在充电时导通,短路R2,使得电源仅通过R1为电容充电;而在放电时截止以达到减小充电时间降低占空比的效果。

2、555定时器产生方波原理电路图解

555定时器产生方波原理(一):占空比可调的方波发生器

CB555定时器的工作原理可列表说明:

四款555定时器产生方波的电路

空比可调的方波信号发生器电路图
四款555定时器产生方波的电路
图:利用CB555定时器设计方波电路原理图

占空比可调的方波信号发生器分析如图2所示,电路只要一加上电压VDD,振荡器便起振。刚通电时,由于C上的电压不能突变,即2脚电位的起始电平为低电位,使555置位,3脚呈高电平。C通过AR、D1对其充电,充电时间CRtA7.0充。压充到阈值电平2/3VDD时,555复位,3脚转呈低电平,此时C通过Dl、RB、555内部的放电管放电,放电时间CRtB7.0放。则振荡周期为放充ttT。

四款555定时器产生方波的电路

555定时器产生方波原理(二):555定时器的方波发生器

这是一个无线电信号线路和电视的最有用的方波发生器项目。方波是最适合用于测试信号的中频(IF)地带,将通过中频变压器没有任何衰减,不管是什么电路的调谐频率。555TImer是配置非稳态运行,这意味着它将触发本身作为一个多谐振荡器自由运行。计时元件电阻R1,R2和电容器(C1-6)在此图中显示的值,产生的六个频率1Hz的,10HZ,100HZ,1KHZ,如果你想产生一个可变频率10kHz到100kHz您可以用一个100K的迷你系列10K电阻微调电位连接,68K电阻。这方波振荡器的电子项目,可提供5至18伏直流输出电压从电源供电,但通常建议使用9伏直流电源。

四款555定时器产生方波的电路

555定时器产生方波原理(三):秒信号的发生电路
秒信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器,还有电阻和电容。下图为其电路图:

四款555定时器产生方波的电路

振荡电路是数字钟的核心部分,它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择555定时器构成的多谐振荡器,其中电容C1为47微法,C2为0.01微法,两个电阻R1=R2=10K欧姆。此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波,其振荡频率为:

f = 1.43 / [ ( R1 + 2R2 ) C ]

由公式代入R1,R2和C的值得,f=1Hz。即其输出频率为1Hz的矩形波信号

555定时器产生方波原理(四):555定时器实现波形发生器

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则C1的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为低电平。

多谐振荡器原理图

四款555定时器产生方波的电路

THR和TRI分别为基准电压为2VCC/3和VCC/3的两个比较器,当初始电容C1两端的电压值小于VCC/3时,输出端输出高电平,则在输出端和C1之间产生电位差,于是通过二极管D1给电容充电,在C1两端电压小于2VCC/3时输出端一直输出高电平;当电容两端电压由充电上升到2VCC/3时,555定时器输出端输出低电平,此时电容C1两端的电压高于输出端,于是电容放电,直到电容两端电压降到VCC/3,输出端电压变为高点平。于是产生稳定的方波。其中占空比和方波的频率由两个电位器来调节。充电的时间由电流的大小决定,即有充放电的电路中的电阻大小所决定,故可通过调节充电和放电电路中的电阻的大小来调节方波的占空比和频率。

积分电路

选择了通过运算放大器构成的反相积分器。如图

四款555定时器产生方波的电路

通过积分电路可将方波滤成三角波。

RC低通滤波

四款555定时器产生方波的电路

通过对电容C4的充电和放电,可将规则三角波滤成规则的正弦波。

来源:网络

围观 1011

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。

我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为“0”时,输出也为“0”)。

对于图1,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开),所以5V电源通过1K电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通,而后面的三极管截止(相当于开关断开)。

MCU引脚输出模式中,“推挽输出”与“开漏输出”电路原理究竟有啥区别

我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制,“1”时断开,“0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为0。而当开关断开时,则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。

再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从1K电阻及开关上流过,但由于开关闭其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为1即可,这样就相当于那个开关断开,而对于P0口来说,就是高阻态了。

对于漏极开路(OD)输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极,OC就变成了OD,原理分析是一样的。

另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起OC或者OD来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态,AVR单片机的一些IO口就是这种结构。

开漏电路特点及应用

在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。

所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图所示:

MCU引脚输出模式中,“推挽输出”与“开漏输出”电路原理究竟有啥区别

组成开漏形式的电路有以下几个特点:

1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动(或驱动比芯片电源电压高的负载)。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。

2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为输出必须接上拉电阻。接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢。如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。

3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2(上拉电阻的电源电压)决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了(这样你就可以进行任意电平的转换)。(例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。)

MCU引脚输出模式中,“推挽输出”与“开漏输出”电路原理究竟有啥区别

4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的。

5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。

6.正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个:电平转换、线与。

7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路。)

8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

应用中需注意:

1. 开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。

2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。

Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,因为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。

当然open drain也不是没有代价,这就是输出的驱动能力很差。输出的驱动能力很差的说法不准确,驱动能力取决于IC中的末级晶体管功率。OD只是带来上升沿的延时,因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电的,当电阻选择小时延时就小、但功耗大,反之延时大功耗小。OPEN DRAIN提供了灵活的输出方式,但也是有代价的,如果对延时有要求,建议用下降沿输出。

电阻小延时小的前提条件是电阻选择的原则应在末级晶体管功耗允许范围内,有经验的设计者在使用逻辑芯片时,不会选择1欧姆的电阻作为上拉电阻。在脉冲的上升沿电源通过上拉无源电阻对负载充电,显然电阻越小上升时间越短,在脉冲的下降沿,除了负载通过有源晶体管放电外,电源也通过上拉电阻和导通的晶体管对地 形成通路,带来的问题是芯片的功耗和耗电问题。电阻影响上升沿,不影响下降沿。如果使用中不关心上升沿,上拉电阻就可选择尽可能的大点,以减少对地通路的 电流。如果对上升沿时间要求较高,电阻大小的选择应以芯片功耗为参考。

转自: 灵动微电MMCU

围观 552

如今,心血管类疾病已经成为威胁人类身体健康的重要疾病之一,而清晰有效的心电图为诊断这类疾病提供了依据,心电采集电路是心电采集仪的关键部分,心电信号属于微弱信号,其频率范围在0.03~100 Hz之间,幅度在0~5 mV之间,同时心电信号还掺杂有大量的干扰信号,因此,设计良好的滤波电路和选择合适的控制器是得到有效心电信号的关键。基于此,本文设计了以STM32为控制核心,AD620和OP07为模拟前端的心电采集仪,本设计简单实用,噪声干扰得到了有效抑制。

1、总体设计方案

心电采集包括模拟采集和数字处理两部分,本设计通过AgCl电极和三导联线心电采集线采集人体心电信号,通过前置放大电路,带通滤波电路,50 Hz双T陷波后再经主放大电路和电平抬升电路把心电信号的幅度控制在STM32的A/D采集范围内,STM32通过定时器设定A/D采样频率,通过均值滤波的方式对得到的数字信号进行处理,最后在彩屏上描绘出心电图形,系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图
图1 系统总体框图

2硬件设计

2.1 主控模块电路设计

主控模块的STM32F103VET单片机是控制器的核心,该单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机,其内核采用ARM公司最新生产的Cortex-M3架构,最高工作频率72 MHz、512 kB的程序存储空间、64 kB的RAM,8个定时器/计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC,片上集成通信接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、一个SDIO,并集成有3个ADC和一个DAc,具有100个I/O端口。主控单片机管脚排列图如图2所示。

图2 STM32F103VET单片机管脚排列图
图2 STM32F103VET单片机管脚排列图

2.2 前置放大电路的设计

前置放大电路是模拟信号采集的前端,也是整个电路设计的关键,它不仅要求从人体准确地采集到微弱的心电信号,还要将干扰信号降到最低,由于心电信号属于差分信号,所以电路应采用差动放大的结构,同时要求系统具有高共模抑制比、高输入阻抗、低漂移等特点。因此,选择合适的运算放大器至关重要,这里选择仪用运放AD620实现前置放大,AD620具有高精度、低噪声、低输入偏置电流低功耗等特点,使之适合ECG监测仪等医疗应用。AD620的放大倍数由1与8脚之间的反馈电阻决定,增益G=49.4 kΩRG+1,由于心电信号中含有较大的直流分量,因此前置放大电路的放大倍数不能过大,在这里选择放大约10倍,因此反馈电阻R6取约5 kΩ,为提高电路的共模抑制能力,这里用一个OP07检测R10,R4上的共模信号驱动导线屏蔽层,消除分布电容。同时用另一个OP07运放和R5,C3,R7组成右腿驱动电路,在R10,R4上检测到的共模信号经反相放大器后经R7,反馈到人的右腿,进一步抑制了共模信号和50 Hz工频干扰,这里右腿驱动有一个对交流电的反馈通路,交流电的干扰可能对人体产生危害,因此这里要注意做好绝缘措施,同时保护电阻R7尽可能大,取1 MΩ以上。此外系统电源的不稳定也对心电信号的采集有较大影响,因此在本系统中,所有运放的电源脚都并联两个0.1μF和10μF的电容退耦,提高系统的稳定性,前置放大电路的电路图如图3所示。

图3 前置放大电路
图3 前置放大电路

2.3 带通滤波器的设计

从前置放大电路输出的心电信号还含有较大直流分量和肌电信号,基线漂移等干扰成分,所需采集的有用心电信号在0.03~100 Hz范围之间,因此需设计合理的滤波器使该范围内的信号得以充分通过,而该范围以外的信号得到最大限度的衰减,这里采用具有高精度,低偏置,低功耗特点的两个OP07运放分别组成二阶有源高通滤波器和低通滤波器,高通滤波器由C11,C17,R7,R10组成,截止频率f1≈0.03 Hz,低通滤波器由R8,R9,C10,C13组成,截止频率约为f2≈100 Hz,系统带通滤波器的电路如图4所示。

图4 带通滤波器
图4 带通滤波器

2.4 50 Hz双T陷波器设计

工频是心电信号中最主要也最常见的干扰源,虽然前面的右腿驱动电路对其有一定的抑制作用,但是仍有较大部分进入了后面的电路,因此有必要设计截止频率为50 Hz的带阻电路来进一步滤除干扰,带阻电路也称陷波器,顾名思义,带阻电路就是使某特定频率范围内的信号大幅衰减,而对该频率范围外的信号几乎不产生影响。双T陷波电路是典型的带阻电路,在双T网络中,两个T型网络的参数是对称的,如图5所示的50 Hz双T陷波电路中,R13=R14=2R16=R=32 kΩ,C20=2C19=2C18=C=200 nF,本质上是由两个T型高通滤波器和低通滤波器并联组成,图5所示电路的截止频率f0=1/2πRC≈50 Hz。

图5 50Hz 带阻滤波器
图5 50Hz 带阻滤波器

2.5 主放大以及电平抬升电路设计

心电信号的幅度约为0~4 mV,STM32 AD转换的输入电平要求为3.3 V,因此,为了单片机能够处理采集到心电信号,需将采集到的模拟信号放大800~1 000倍。前置放大电路已放大了10倍,理论上主放大电路约放大100倍即可。为确保信号不失真,一般单级放大不超过10倍,因此,可采取两级放大的方式来达到放大100倍的效果,U9固定放大10倍,U11的反馈电阻采用可调电阻,这样就可以通过变阻器的调节达到放大100的效果。此外,因为STM32单片机的A/D采集不能采集负电平,因此这里设计了如U7所示的电平抬升电路把心电信号提到0电平以上,方便单片机采集。

图6 主放大以及电平抬升电路电路
图6 主放大以及电平抬升电路电路

3、软件设计

得到心电信号后要输入STM32进行AD采集和软件滤波,最终送LCD实现波形显示,单片机初始化后,程序设计定时器每6 ms中断一次,在中断函数里,对读取到的A/D值采取均值滤波的形式滤除干扰,然后把之转换与彩屏对应的坐标值,在彩屏上画线实现波形的实时显示,整个系统的程序流程如图7所示。

图7 系统软件流程图
图7 系统软件流程图

4、测试结果分析

通过电极片和三导联线在人的左臂,右臂,右腿部采集心电信号经前端模拟电路和STM32处理后,最后在示波器和彩屏上得到的心电信号如图8所示。

图8 系统效果展示图
图8 系统效果展示图

从彩屏和示波器上所得的心电图来看,50 Hz工频信号和基线漂移得到了较好的抑制,从示波器上可看出,相邻两个波峰之间的时间大约为900 ms,这与真实的心电信号基本吻合,图像清晰稳定,能够较好地反映人体心电特征。

5、束语

本设计实现的是以STM32为控制核心,以AD620,OP07为模拟信号采集端的小型心电采集仪,该设计所测心电波形基本正常,噪声干扰得到有效抑制,电路性能稳定,基本满足家居监护以及病理分析的要求,整个系统设计简单,成本低廉,具有一定的医用价值。

围观 473

作为一名电子工程师,对于电路不说必须要非常精通,但至少能够看得懂电路,知道电路保护器件的作用,在客户提出防护需求时,及时给出有效且具有实施性的整改意见。

电路保护元器件应用领域广泛,只要有电的地方就有安装电路保护元器件的必要,如各类家用电器、家庭视听及数码产品、个人护理等消费类电子产品、计算机及其周边、手机及其周边、照明、医疗电子、汽车电子、电力、工业设备等,涵盖人们生产生活的方方面面。

电路保护主要有两种形式:过压保护和过流保护。选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠电路保护设计的关键,涉及到电路保护器件的选型,我们就必须要知道各电路保护器件的作用。在选择电路保护器件的时候我们要知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为,此外,其还必须防止任何电压瞬态造成整个系统的重复性或非重复性的不稳定行为。

防雷过压器件分为钳位型过压器件和开关型过压器件,开关型过压器件就是我们熟知的防雷器件:陶瓷气体放电管、半导体放电管和玻璃放电管;钳位型过压器件有瞬态抑制二极管、压敏电阻、贴片压敏电阻和ESD放电二极管;过流器件则以PTC元件自恢复保险丝为主,以下是其具体作用:

1.放电管的作用:放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级,起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用,放电管是通过将电压限制在较低的水平,从而起到保护作用。硕凯电子的放电管又分为气体放电管和固体放电管,气体放电管主要以陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管为主,具体应用中放电管类别和型号的选择则需要工程师根据产品应用端口的防护等级以及相关选型参数来确定。

2.瞬态抑制二极管的作用:瞬态抑制二极管能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。

3.压敏电阻的作用:压敏电阻是一种限压型保护器件,电路保护中主要是利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。

4.贴片压敏电阻的作用:贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路,防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。

5.ESD静电放电二极管的作用:ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。

6.PTC自恢复保险丝的作用:电路正常工作时它的阻值很小(压降很小),当电路出现过流使它温度升高时,阻值急剧增大几个数量级,使电路中的电流减小到安全值以下,从而使后面的电路得到保护。当故障排除之后,PPTC元件很快冷却并将回复到原来的低电阻状态,这样又象一只新的PPTC元件一样可以重新工作了。

7.电感的作用:电磁的关系相信大家都清楚,电感的作用就是在电路刚开始的时候,一切还不稳定的时候,如果电感中有电流通过,就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流(法拉第电磁感应定律),等到电路运行了一段时间后,一切都稳定了,电流没有什么变化了,电磁感应也就不会产生电流,这时候就稳定了,不会出现突发性的变故,从而保证了电路的安全,就像水车,一开始由于阻力转动的比较慢,后来慢慢趋于平和。电感还有一个作用就是通直流,阻交流,这个用的不多,我也不太清楚具体怎么用,等用到了再和大家分享

8.磁珠的作用:磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果,在以太网芯片上用到过。

再具体谈一下二极管基础知识-分类,应用,特性,原理,参数

二极管的特性与应用

几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,它在许多的电路中起着重要的作用,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用也非常广泛。

二极管的应用

1、整流二极管
利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。

2、开关元件
二极管在正向电压作用下电阻很小,处于导通状态,相当于一只接通的开关;在反向电压作用下,电阻很大,处于截止状态,如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性,可以组成各种逻辑电路。

3、限幅元件
二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7V,锗管为0.3V)。利用这一特性,在电路中作为限幅元件,可以把信号幅度限制在一定范围内。

4、继流二极管
在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。

5、检波二极管
在收音机中起检波作用。

6、变容二极管
使用于电视机的高频头中。

二极管的工作原理

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时,p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。

二极管的类型

二极管种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面,通以脉冲电流,使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起,形成一个“PN结”。由于是点接触,只允许通过较小的电流(不超过几十毫安),适用于高频小电流电路,如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大,允许通过较大的电流(几安到几十安),主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管,它不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠,多用于开关、脉冲及高频电路中。

一、根据构造分类

半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:

1、点接触型二极管
点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。

2、键型二极管
键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。

3、合金型二极管
在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。

4、扩散型二极管
在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。

5、台面型二极管
PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。

6、平面型二极管
在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。

7、合金扩散型二极管
它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

8、外延型二极管
用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

9、肖特基二极管
基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

二、根据用途分类

1、检波用二极管
就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

2、整流用二极管
就原理而言,从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型,工作频率小于KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。

3、限幅用二极管
大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。

4、调制用二极管
通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。

5、混频用二极管
使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。

6、放大用二极管
用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。

7、开关用二极管
有在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。2AK型点接触为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。

8、变容二极管
用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压, 使其PN结的静电容量发生变化。因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。

9、频率倍增用二极管
对二极管的频率倍增作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能产生很多高频谐波。

10、稳压二极管
是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压(又称齐纳电压)从3V左右到150V,按每隔10%,能划分成许多等级。在功率方面,也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态,硅材料制作,动态电阻RZ很小,一般为2CW型;将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。

11、PIN型二极管(PIN Diode)
这是在P区和N区之间夹一层本征半导体(或低浓度杂质的半导体)构造的晶体二极管。PIN中的I是“本征”意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时,由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应,其二极管失去整流作用而变成阻抗元件,并且,其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时,“本征”区的阻抗很高;在直流正向偏置时,由于载流子注入“本征”区,而使“本征”区呈现出低阻抗状态。因此,可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。

12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)
它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

13、江崎二极管 (Tunnel Diode)
它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的(即高浓度杂质的)。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件:①费米能级位于导带和满带内;②空间电荷层宽度必须很窄(0.01微米以下);简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比(IP/PV),其中,下标“P”代表“峰”;而下标“V”代表“谷”。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中(其工作频率可达毫米波段),也可以被应用于高速开关电路中。

14、快速关断(阶跃恢复)二极管 (Step Recovary Diode)
它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是:在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区,从而形成“自助电场”。由于PN结在正向偏压下,以少数载流子导电,并在PN结附近具有电荷存贮效应,使其反向电流需要经历一个“存贮时间”后才能降至最小值(反向饱和电流值)。阶跃恢复二极管的“自助电场”缩短了存贮时间,使反向电流快速截止,并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断(阶跃恢复)二极管用于脉冲和高次谐波电路中。

15、肖特基二极管 (Schottky Barrier Diode)
它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

16、阻尼二极管
具有较高的反向工作电压和峰值电流,正向压降小,高频高压整流二极管,用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。

17、瞬变电压抑制二极管
TVP管,对电路进行快速过压保护,分双极型和单极型两种,按峰值功率(500W-5000W)和电压(8.2V~200V)分类。

18、双基极二极管(单结晶体管)
两个基极,一个发射极的三端负阻器件,用于张驰振荡电路,定时电压读出电路中,它具有频率易调、温度稳定性好等优点。

19、发光二极管

用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

三、根据特性分类

点接触型二极管,按正向和反向特性分类如下。

1、一般用点接触型二极管
这种二极管正如标题所说的那样,通常被使用于检波和整流电路中,是正向和反向特性既不特别好,也不特别坏的中间产品。如:SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。

2、高反向耐压点接触型二极管
是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中,有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管,其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。

3、高反向电阻点接触型二极管
正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高,但反向电流小,因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中,就锗材料高反向电阻型二极管而言,SD54、1N54A等等属于这类二极管。

4、高传导点接触型二极管
它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差,但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言,有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言,能够得到更优良的特性。这类二极管,在负荷电阻特别低的情况下,整流效率较高。

围观 433

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内).

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止.

我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为“0”时,输出也为“0”)。对于图1,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开),所以5V电源通过1K电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通,而后面的三极管截止(相当于开关断开)。

MCU引脚输出模式中推挽输出与开漏输出电路原理区别

我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制,“1”时断开,“0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为0。而当开关断开时,则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。

再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从1K电阻及开关上流过,但由于开关闭其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为1即可,这样就相当于那个开关断开,而对于P0口来说,就是高阻态了。

对于漏极开路(OD)输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极,OC就变成了OD,原理分析是一样的。

另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起OC或者OD来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态,AVR单片机的一些IO口就是这种结构。

开漏电路特点及应用

在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。

所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示:

MCU引脚输出模式中推挽输出与开漏输出电路原理区别

图1

组成开漏形式的电路有以下几个特点:

1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动(或驱动比芯片电源电压高的负载)。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。

2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为输出必须接上拉电阻。接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢。如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。

3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2(上拉电阻的电源电压)决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了(这样你就可以进行任意电平的转换)。(例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。)

MCU引脚输出模式中推挽输出与开漏输出电路原理区别

图2

4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的。

5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。

6.正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个:电平转换、线与。

7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路。)

8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

应用中需注意:

1. 开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图3。

MCU引脚输出模式中推挽输出与开漏输出电路原理区别

2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。

Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,因为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。

当然open drain也不是没有代价,这就是输出的驱动能力很差。输出的驱动能力很差的说法不准确,驱动能力取决于IC中的末级晶体管功率。OD只是带来上升沿的延时,因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电的,当电阻选择小时延时就小、但功耗大,反之延时大功耗小。OPEN DRAIN提供了灵活的输出方式,但也是有代价的,如果对延时有要求,建议用下降沿输出。

电阻小延时小的前提条件是电阻选择的原则应在末级晶体管功耗允许范围内,有经验的设计者在使用逻辑芯片时,不会选择1欧姆的电阻作为上拉电阻。在脉冲的上升沿电源通过上拉无源电阻对负载充电,显然电阻越小上升时间越短,在脉冲的下降沿,除了负载通过有源晶体管放电外,电源也通过上拉电阻和导通的晶体管对地 形成通路,带来的问题是芯片的功耗和耗电问题。电阻影响上升沿,不影响下降沿。如果使用中不关心上升沿,上拉电阻就可选择尽可能的大点,以减少对地通路的 电流。如果对上升沿时间要求较高,电阻大小的选择应以芯片功耗为参考。

来源:网络

围观 442

来源:至秦单片机

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行. 适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。

我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为“0”时,输出也为“0”)。对于图1,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极C跟发射极E之间相当于断开),所以5V电源通过1K电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通,而后面的三极管截止(相当于开关断开)。

我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制,“1”时断开,“0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为0。而当开关断开时,则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。

再看图三。图三中那个1K的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从1K电阻及开关上流过,但由于开关闭其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为1即可,这样就相当于那个开关断开,而对于P0口来说,就是高阻态了。

对于漏极开路(OD)输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极,OC就变成了OD,原理分析是一样的。

另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起OC或者OD来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的OC或OD输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态,AVR单片机的一些IO口就是这种结构。

开漏电路特点及应用

在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。

所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOSFET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOSFET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示:

组成开漏形式的电路有以下几个特点:

1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动(或驱动比芯片电源电压高的负载)。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很下的栅极驱动电流。如图1。

2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成 “与逻辑” 关系。如图1,当PIN_A、PIN_B、PIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。如果作为输出必须接上拉电阻。接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度慢。如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。

3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2(上拉电阻的电源电压)决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了(这样你就可以进行任意电平的转换)。(例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。)

4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平(因此对于经典的51单片机的P0口而言,要想做输入输出功能必须加外部上拉电阻,否则无法输出高电平逻辑)。一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的。

5. 标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力。

6.正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个:电平转换、线与。

7.线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的。(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路。)

8.OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

应用中需注意:

1. 开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图3。

2. 上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。

Push-Pull输出就是一般所说的推挽输出,在CMOS电路里面应该较CMOS输出更合适,因为在CMOS里面的push-pull输出能力不可能做得双极那么大。输出能力看IC内部输出极N管P管的面积。和开漏输出相比,push-pull的高低电平由IC的电源低定,不能简单的做逻辑操作等。push-pull是现在CMOS电路里面用得最多的输出级设计方式。

当然open drain也不是没有代价,这就是输出的驱动能力很差。输出的驱动能力很差的说法不准确,驱动能力取决于IC中的末级晶体管功率。OD只是带来上升沿的延时,因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电的,当电阻选择小时延时就小、但功耗大,反之延时大功耗小。OPEN DRAIN提供了灵活的输出方式,但也是有代价的,如果对延时有要求,建议用下降沿输出。

电阻小延时小的前提条件是电阻选择的原则应在末级晶体管功耗允许范围内,有经验的设计者在使用逻辑芯片时,不会选择1欧姆的电阻作为上拉电阻。在脉冲的上升沿电源通过上拉无源电阻对负载充电,显然电阻越小上升时间越短,在脉冲的下降沿,除了负载通过有源晶体管放电外,电源也通过上拉电阻和导通的晶体管对地 形成通路,带来的问题是芯片的功耗和耗电问题。电阻影响上升沿,不影响下降沿。如果使用中不关心上升沿,上拉电阻就可选择尽可能的大点,以减少对地通路的 电流。如果对上升沿时间要求较高,电阻大小的选择应以芯片功耗为参考。

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先来谈静电放电(ESD: Electrostatic Discharge)是什么?这应该是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力破坏的主要元凶。因为静电通常瞬间电压非常高(>几千伏),所以这种损伤是毁灭性和永久性的,会造成电路直接烧毁。所以预防静电损伤是所有IC设计和制造的头号难题。

静电,通常都是人为产生的,如生产、组装、测试、存放、搬运等过程中都有可能使得静电累积在人体、仪器或设备中,甚至元器件本身也会累积静电,当人们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放电路径,瞬间使得电子元件或系统遭到静电放电的损坏(这就是为什么以前修电脑都必须要配戴静电环托在工作桌上,防止人体的静电损伤芯片),如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产生剧烈的闪电,会把大地劈开一样,而且通常都是在雨天来临之际,因为空气湿度大易形成导电通到。

那么,如何防止静电放电损伤呢?首先当然改变坏境从源头减少静电(比如减少摩擦、少穿羊毛类毛衣、控制空气温湿度等),当然这不是我们今天讨论的重点。

我们今天要讨论的时候如何在电路里面涉及保护电路,当外界有静电的时候我们的电子元器件或系统能够自我保护避免被静电损坏(其实就是安装一个避雷针)。这也是很多IC设计和制造业者的头号难题,很多公司有专门设计ESD的团队,今天我就和大家从最基本的理论讲起逐步讲解ESD保护的原理及注意点。

静电放电保护可以从FAB端的Process解决,也可以从IC设计端的Layout来设计,所以你会看到Prcess有一个ESD的option layer,或者Design rule里面有ESD的设计规则可供客户选择等等。当然有些客户也会自己根据SPICE model的电性通过layout来设计ESD,

(一)制程上的ESD:要么改变PN结,要么改变PN结的负载电阻,而改变PN结只能靠ESD_IMP了,而改变与PN结的负载电阻,就是用non-silicide或者串联电阻的方法了。

1、Source/Drain的ESD implant:因为我们的LDD结构在gate poly两边很容易形成两个浅结,而这个浅结的尖角电场比较集中,而且因为是浅结,所以它与Gate比较近,所以受Gate的末端电场影响比较大,所以这样的LDD尖角在耐ESD放电的能力是比较差的(<1kV),所以如果这样的Device用在I/O端口,很容造成ESD损伤。所以根据这个理论,我们需要一个单独的器件没有LDD,但是需要另外一道ESD implant,打一个比较深的N+_S/D,这样就可以让那个尖角变圆而且离表面很远,所以可以明显提高ESD击穿能力(>4kV)。但是这样的话这个额外的MOS的Gate就必须很长防止穿通(punchthrough),而且因为器件不一样了,所以需要单独提取器件的SPICE Model。

2、接触孔(contact)的ESD implant:在LDD器件的N+漏极的孔下面打一个P+的硼,而且深度要超过N+漏极(drain)的深度,这样就可以让原来Drain的击穿电压降低(8V-->6V),所以可以在LDD尖角发生击穿之前先从Drain击穿导走从而保护Drain和Gate的击穿。所以这样的设计能够保持器件尺寸不变,且MOS结构没有改变,故不需要重新提取SPICE model。当然这种智能用于non-silicide制程,否则contact你也打不进去implant。

3、SAB (SAlicide Block):一般我们为了降低MOS的互连电容,我们会使用silicide/SAlicide制程,但是这样器件如果工作在输出端,我们的器件负载电阻变低,外界ESD电压将会全部加载在LDD和Gate结构之间很容易击穿损伤,所以在输出级的MOS的Silicide/Salicide我们通常会用SAB(SAlicide Block)光罩挡住RPO,不要形成silicide,增加一个photo layer成本增加,但是ESD电压可以从1kV提高到4kV。

4、串联电阻法:这种方法不用增加光罩,应该是最省钱的了,原理有点类似第三种(SAB)增加电阻法,我就故意给他串联一个电阻(比如Rs_NW,或者HiR,等),这样也达到了SAB的方法。

(二)设计上的ESD:这就完全靠设计者的功夫了,有些公司在设计规则就已经提供给客户solution了,客户只要照着画就行了,有些没有的则只能靠客户自己的designer了,很多设计规则都是写着这个只是guideline/reference,不是guarantee的。一般都是把Gate/Source/Bulk短接在一起,把Drain结在I/O端承受ESD的浪涌(surge)电压,NMOS称之为GGNMOS (Gate-Grounded NMOS),PMOS称之为GDPMOS (Gate-to-Drain PMOS)。

以NMOS为例,原理都是Gate关闭状态,Source/Bulk的PN结本来是短接0偏的,当I/O端有大电压时,则Drain/Bulk PN结雪崩击穿,瞬间bulk有大电流与衬底电阻形成压差导致Bulk/Source的PN正偏,所以这个MOS的寄生横向NPN管进入放大区(发射结正偏,集电结反偏),所以呈现Snap-Back特性,起到保护作用。PMOS同理推导。

最后,ESD的设计学问太深了,我这里只是抛砖引玉,专业的事交给专业的团队吧!

文章来源:周立功单片机

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