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【基础知识】~ 稳压二极管、三极管、放大电路、逻辑门晶体管数量、FPGA 器件结温范围、FPGA 加载方式、施密特触发器、C 语言结构化编程、中断向量地址、寄生效应、上拉电阻的作用

基础知识逻辑地址语言 方式 作用 加载 触发器
2023-09-14 09:10:01 时间

1. 稳压二极管

稳压二极管,英文名称 Zener diode,又叫齐纳二极管。利用 PN 结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更高的稳定电压。

2. 三极管

三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。

晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结,两个 PN 结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有 PNP 和 NPN 两种。有三个极,分别叫做集电极 C,基极 B,发射极 E。

3. 放大电路

以 NPN 型硅三极管为例,
我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib;
把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。
这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。
在这里插入图片描述

3.1 三极管的放大作用

集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变化量的 β 倍,即电流变化被放大了 β 倍,所以我们把 β 叫做三极管的放大倍数(β 一般远大于 1,例如几十,几百)。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流 Ib 的变化,Ib的变化被放大后,导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻 上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。

4. 逻辑门晶体管数量

非门 2 个
与非门 4 个
或非门 4 个
与门 = 与非+非 =6 个
或门 = 或非+非 =6 个

5. FPGA 器件结温范围

商用级结温范围为 0~85 摄氏度,
工业级结温范围是-40~100 摄氏度。

6. FPGA 加载方式

粗略可以分为主动和被动两种。

主动加载是指由 FPGA 控制配置流程,被动加载是指 FPGA 仅仅被动接收配置数据。

最常见的被动配置模式就是 JTAG 下载 bit 文件。
主动配置就是 FPGA 主动发起对 Flash 的读写。

7. 施密特触发器

施密特触发器有两个稳定状态,但与一般触发器不同的是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号,施密特触发器有不同的阈值电压。

对于标准施密特触发器,当输入电压高于正向阈值电压,输出为高;当输入电压低于负向阈值电压,输出为低;当输入在正负向阈值电压之间,输出不改变,也就是说输出由高电准位翻转为低电准位,或是由低电准位翻转为高电准位时所对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时,输出才会变化,因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象,表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说,施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。

施密特触发器可作为波形整形电路,能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形,而且由于施密特触发器具有滞回特性,所以可用于抗干扰,其应用包括在开回路配置中用于抗扰,以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。

8. C 语言结构化编程

结构化程序设计方法
自顶向下;逐步细化;模块化设计;结构化编码;

9. 中断向量地址

中断向量地址,即存储中断向量的存储单元地址,中断服务例行程序入口地址的地址。
在 PC/AT 机中,中断向量是指中断服务程序的入口地址。

10. 寄生效应

所谓寄生效应就是那些溜进你的 PCB 并在电路中大施破坏、令人头痛、原因不明的小故障。它们就是渗入高速电路中隐藏的寄生电容和寄生电感。其中包括由封装引脚和印制线过长形成的寄生电感;焊盘到地、焊盘到电源平面和焊盘到印制线之间形成的寄生电容;通孔之间的相互影响,以及许多其它可能的寄生效应。

理想状态下,导线是没有电阻,电容和电感的。而在实际中,导线用到了金属铜,它有一定的电阻率,如果导线足够长,积累的电阻也相当可观。两条平行的导线,如果互相之间有电压差异,就相当于形成了一个平行板电容器(你想象一下)。通电的导线周围会形成磁场(特别是电流变化时),磁场会产生感生电场,会对电子的移动产生影响,可以说每条实际的导线包括元器件的管脚都会产生感生电动势,这也就是寄生电感。

在直流或者低频情况下,这种寄生效应看不太出来。而在交流特别是高频交流条件下,影响就非常巨大了。根据复阻抗公式,电容、电感会在交流情况下会对电流的移动产生巨大阻碍,也就可以折算成阻抗。这种寄生效应很难克服,也难摸到。只能通过优化线路,尽量使用管脚短的 SMT 元器件来减少其影响,要完全消除是不可能的。

11. 上拉电阻的作用

最基本的作用是:将状态不确定的信号线通过一个电阻将其箝位至高电平(上拉)或低电平(下 拉)。

  1. 提高电路稳定性,避免引起误动作
    上拉电阻示例中的按键如果不通过电阻上拉到高电平,那么在上电的瞬间可能就发生误动作,因为在上电瞬间 FPGA 芯片的引脚电平是不确定的,上拉电阻 R12 的存在就保证了其引脚处于高电平状态,而不会发生误动作。
  2. 提高输出管脚的带载能力
    受其他外围电路的影响 FPGA 在输出高电平时能力不足,达不到 VCC 状态,这会影响整个系统的正常工作,上拉电阻的存在就可以使管脚的驱动能力增强。