硬件电路设计基础知识详解(比较器、二三极管、MOS管)

1.比较器

比较器是能够实现比较两个输入端的电压或电流的大小功能的电路。它有两个输入端Vi+和Vi-,一个输出端Vout。输入端接的是模拟信号，输出端输出的是数字信号。

1.1 过零比较器

过零比较器就是参考电压Vref=0：    

1.2  滞回比较器

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。

2.二极管

2.1 钳位二极管

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)

2.2 续流二极管

续流二极管在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时，其两端的电动势并不立即消失，正好与二极管形成一个回路，回路中的电流方向和二极管正向导通，此时残余电动势被释放。

2.3 稳压二极管

稳压二极管是利用PN结反向击穿时其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的特性。

稳压管二极管并联联入电路工作：

3.三极管

三极管分为NPN和PNP两种类型，是流控流型的器件，它的Ib电流是可以控制Ic电流的，而且Ib是小电流，Ic是大电流，所以三极管是用小电流控制大电流的器件，用公式表示的话，就是Ib*β = Ic。一般情况下，β是在30~300之间，三极管的型号不同，三极管的放大倍数也不同，即使是同一个型号的三极管，它的放大倍数也有差异。

3.1 NPN型

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

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

3.2 PNP型

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；

4.MOS管

MOS管由源极、漏极和栅极三个电极组成。根据栅极和沟道之间的型别不同，MOS管可分为P型MOS管和N型MOS管，PMOS管中的沟道为P型沟道，而NMOS管中的沟道为N型沟道。

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。

4.1 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。