嵌入式的学习

LC并联谐振回路在谐振时，电容和电感的能量交换形成完美循环。电容电流相位超前电压90°，电感电流相位滞后电压90°，两者电流方向相反，净无功电流为零，电路呈现纯电阻性。谐振时阻抗最大，仅需补充电阻损耗能量。谐振是系统固有频率与外部驱动力频率匹配的现象，可实现高效能量转换和选频功能。调谐通过改变LC参数来匹配目标频率。电容电流超前源于电荷快速响应电压变化，而电感电流滞后则因反向电动势阻碍电流突变。这种相位特性是谐振现象的核心基础。

本文对比分析了四种晶体管放大器的特性：CE放大器（180°相移，中高增益，通用型）；CC放大器（0°相移，电压跟随，适用于阻抗匹配）；CB放大器（0°相移，高频特性优）；达林顿结构（超高电流增益，但速度慢、功耗大）。频率响应排序为CB＞CE＞CC＞达林顿。特别指出CE电路需注意自激振荡，达林顿结构需重视散热问题。各类放大器在增益、阻抗匹配和应用场景上各具优势，需根据具体需求选择。

本文对比分析了CE（共射极）和CC（共集电极/射极跟随器）两种晶体管放大器的特性。CE放大器具有反相放大、中等输入阻抗和高输出阻抗的特点，通过集电极输出实现电压放大；CC放大器则实现同相跟随，具有高输入阻抗和低输出阻抗特性，通过深度电压负反馈稳定输出电压。重点阐述了CC放大器中集电极串联小电阻的保护机制：当发射极短路时，该电阻能限制集电极电流，分担管压降，从而避免晶体管因瞬时功耗过大而损坏。阻抗特性方面，解释了高阻抗区域电荷积累多、驱动电压大的原理。

本文分析了非理想交流电压源对放大器输入电压的影响，指出信号源内阻会分压导致基极电压降低，并给出了输入阻抗的计算公式。重点讨论了共射(CE)负反馈放大器的工作原理：通过在发射极保留部分未旁路电阻re，形成负反馈以稳定电压增益（Av≈rc/re），消除温度等因素对增益的影响。该设计还能增大基极输入阻抗（zin(base)≈β·re）和减小大信号失真。负反馈技术通过掩蔽效应实现了增益稳定、阻抗提升和失真抑制三大优势。

晶体管手册中常见的h参量（hfe、hie、hre、hoe）是早期小信号分析的数学模型，其中hfe对应交流电流增益β，hie反映输入阻抗。虽然现代多采用r'参量法（β和r'e），但h参量仍具实用价值，如便于测量和参数转换。电压增益Av可通过集电极交流电阻rc与发射结电阻r'e之比计算（Av=rc/r'e），该公式在π模型和T模型中一致。此外，电流增益Ai与Av、输入阻抗Zin及负载RL相关（Ai=Av×Zin/RL）。hre和hoe分别反映厄利效应引起的内部反馈和输出特性变化，但在常规设计中较少使用。

本文介绍了晶体管放大器的分析方法，重点阐述了直流和交流等效电路的处理方法。分析时需先进行直流分析（电容开路），计算Q点参数如发射极电流，再作交流分析（电容和直流源短路，晶体管用π或T模型替代）。文章详细说明了三种共射放大器（基极偏置、VDB、TSEB）的交流等效电路转换过程，并指出直流电压源在交流分析中表现为短路的原因。最后通过VDB电路实例演示了叠加定理的应用，展示了从直流Q点计算到交流模型建立的全过程。

晶体管放大器交流分析需借助等效电路模型，T模型（EM模型）是最早的模型之一，将发射结等效为交流电阻r'e，集电结等效为电流源ic。基极输入阻抗zin(base)在低频时为纯阻性，等于β*r'e，反映发射结电压对基极电流的控制能力。β作为阻抗变换器，将发射极电流大幅缩减为基极电流，表现为高阻抗。Π模型是T模型的改进版本，更直观显示基极输入阻抗。两种模型均可用于放大器分析，更高精度模型还包括基极扩散电阻r'b等。

本文分析了晶体管发射结交流电阻的特性及其对电压增益的影响。当交流电压作用于发射结时，产生的交流电流大小取决于静态工作点(Q点)位置，Q点越高交流电流峰值越大。发射结交流电阻(r'e)定义为交流电压与交流电流之比，其值随发射极直流电流(IE)增加而降低。通过推导得出r'e=25mV/IE的近似公式，该公式基于载流子热运动原理，适用于各类晶体管。r'e的重要性在于它直接影响电压增益：r'e越小，载流子对电压变化的响应越灵敏，相同电压变化能产生更大的集电极电流变化，从而获得更高的电压增益。商用晶体管的r'e值通常

本文分析了晶体管发射结电流-电压特性曲线，指出当交流电压耦合到基极时，VBE将呈现正弦变化，且交流电压幅度决定了工作点偏离Q点的距离。研究发现，基极交流电压会引起同频的发射极电流变化，但由于特性曲线弯曲会造成波形失真。为减小失真，可采用小信号工作方式，使交流电流峰峰值小于直流电流的10%。文中还区分了直流电流增益βdc和交流电流增益β，指出两者数值相近但定义不同。最后说明了直流量与交流量的表示方法。

本文分析了基极偏置和发射极偏置放大器的工作特性。重点阐述了旁路电容的作用原理：在直流开路、交流短路的特性下建立交流接地点而不影响Q点稳定性。通过VDB放大器实例，详细推导了静态工作点的计算过程，并解释了发射极电阻对交流信号的负反馈机制。文章还对比了分立元件与集成电路的区别，并讨论了TSEB放大器的交流特性，强调旁路电容对维持纯直流发射极电压的关键作用。在故障诊断时需特别注意发射极不应出现交流电压这一重要特征。

本文介绍了基极偏置放大器的工作原理，重点分析了耦合电容的作用及其设计准则。通过将晶体管Q点偏置在负载线中点附近，耦合电容能够在保持直流工作点稳定的同时传输交流信号。文章详细推导了耦合电容的10:1设计准则（Xc<0.1R），并给出具体计算实例（R=2kΩ时C=39.8μF）。电路分析表明，输入交流信号会引起基极电流变化，经晶体管放大后产生反相的集电极交流电压。输出耦合电容滤除直流分量，在负载上得到纯交流信号。最后给出了电压增益计算公式（Av=Vout/Vin），并以实例说明放大效果（增益500倍）。

本文分析了运算放大器中负电压供电的作用及双电源发射极偏置电路(TSEB)的工作原理。详细推导了TSEB电路的电压、电流计算公式，指出良好设计的TSEB电路Q点不受β影响，但存在基极电压误差来源。文章还讨论了发射极反馈偏置、集电极反馈偏置等传统偏置方法的优缺点，特别指出集电极-发射极反馈偏置虽能改善稳定性但不适合大规模生产的7个原因。最后阐述了PNP晶体管在负电源供电时的分析方法和计算步骤，强调正电源供电的广泛应用性。全文通过公式推导和原理分析，系统阐述了不同偏置电路的特性和应用场景。

VDB电路是一种基极分压器偏置电路，通过上拉和下拉电阻实现稳定偏置。设计良好的VDB电路可忽略基极电流影响，使分压器近似开路，基极电压由VBB=(R2/(R1+R2))VCC确定。该电路通过固定发射极电流实现与电流增益无关的稳定Q点。关键设计准则为R1||R2<0.1βdcRE（10:1准则），以平衡精度与实用性。Q点位于负载线中点可最大化交流输出动态范围，避免失真。公式推导表明，VDB电路的性能受R1、R2、VCC和RC共同控制，需确保晶体管功率不超限。

光电晶体管利用基极开路时的集电极电流放大效应实现高灵敏度光检测，其输出电流为反向漏电流的β倍，比光电二极管更具优势但响应速度较慢。通过光耦合器应用，光电晶体管可实现电气隔离信号传输，适用于过零检测等需要电路同步的场合。其核心原理是通过光照改变集电结反向电流，从而控制输出端导通状态。相比光电二极管，光电晶体管具有更高的电流增益和灵敏度，但开关速度较慢，需根据具体应用需求选择。

发射极偏置电路通过发射极电阻实现稳定Q点，其特点是不受电流增益β影响。相比基极偏置，发射极偏置通过控制发射极电流间接控制集电极电流，误差仅1%。然而，发射极偏置不适用于LED驱动等开关场景，因其难以进入饱和区且开关延迟较大。基极偏置电路因结构简单、导通速度快，更适合高速开关应用。此外，文章还探讨了寄生电容和米勒效应对电路性能的影响。

对于晶体管开关电路来说，基极偏置应用与数字电路，因为这种电路通常工作在饱和区和截止区，他们输出不是高电压就是低电压，所以Q点变化也就没关系，因为电流增益变化时，晶体管始终处于饱和或截止状态，所以输出电压的确切值不重要，重要的是能分辨高电平电压和低电平电压，数字电路也常常叫开关电路，因为Q点在负载线两端来回切换，大多数设计中这两个点就是饱和点和截止点，另一个常用名字叫双态电路，是指具体两种输出状态（高低电平）。

共发射极电路由基极输入回路和集电极输出回路组成，通过基极电流控制集电极电流实现小电流控制大电流。晶体管工作在有源区（发射结正偏、集电结反偏）时具有放大作用，饱和区和截止区用于开关电路，击穿区应避免。特性曲线显示集电极电流随基极电流线性变化，并受VCE影响。晶体管分析可采用理想（VBE=0）、二阶（VBE=0.7V）或更高阶近似，其中二阶近似最常用。实际应用中需注意功率限制和击穿电压，确保晶体管正常工作。

双极型晶体管(BJT)是一种利用自由电子和空穴两种载流子工作的半导体器件，其核心结构由发射极、基极和集电极三个掺杂区组成。BJT通过控制发射结正偏和集电结反偏实现电流放大，其中发射极重掺杂发射电子，基极轻掺杂且极薄促进电子传输，集电极收集电子。关键参数包括直流系数α(0.95-0.99)和电流增益β(20-300)，大功率晶体管因结构特性和热稳定性要求具有较低的增益值。器件性能受掺杂浓度、基区宽度和散热设计等因素影响。

本文介绍了多种特殊二极管的特性与应用。压敏电阻器可抑制电压尖峰脉冲；稳流二极管能保持电流恒定；阶跃恢复二极管利用特殊掺杂实现快速关断，适用于倍频器；反向二极管对微弱信号整流；隧道二极管具有负阻特性，可用于高频振荡；PIN二极管在射频领域呈现可变电阻特性。这些器件各具特色，在电子电路中发挥重要作用。

变容二极管通过反向电压调控耗尽层厚度改变电容值，其特性基于PN结电容效应。它与电感并联可构成LC谐振电路，通过调节反偏电压实现电调谐，广泛应用于通讯设备。变容二极管采用超突变结掺杂结构，使电容变化范围更广（如10:1），满足宽频调谐需求。其工作原理是：高掺杂浓度产生窄耗尽层，电场强度高，电容变化更显著。谐振时LC回路阻抗最大，能量在电感和电容间周期性交换，实现频率选择性调谐。

肖特基二极管相较于小信号整流二极管的优势在于其高频特性。传统PN结二极管因载流子存储效应导致反向恢复时间长（trr=ts+tf），无法适应高频应用。肖特基二极管采用金属-半导体结构，消除了电荷存储现象，无需反向恢复时间，能胜任300MHz以上的整流和开关任务。其工作原理基于肖特基势垒（约0.25V），正向偏置时电子从半导体注入金属形成电流。虽然具有大电流（50A级）、快速开关等优势，但由于耗尽区窄、电场集中且势垒较低，导致其击穿电压远低于常规PN结二极管。

光电二极管利用反向偏置检测光照强度，因其内建电场能有效分离光生载流子，避免正向电流干扰。光耦合器由LED和光电二极管组成，通过光信号实现输入输出的电隔离，隔离电阻可达千兆欧姆。LED发非相干光，激光二极管通过谐振腔产生相位一致的相干光，应用广泛。

电子在能级跃迁时会以光或热等形式释放能量，这是LED发光的基本原理。直接带隙材料（如GaAs）能高效发光，而硅等间接带隙材料主要产生热能。LED的发光颜色由材料带隙决定，压降通常在1.5-2.5V之间。使用LED需注意限流，其亮度由电流决定且受温度影响。大功率LED需考量发光效率（lm/W）。LED应用广泛，从数码管到显示屏，还可通过脉冲驱动降低功耗。