系给我的采样电路理解

采样的大致原理

在书上,百度上,CSDN都有详细描述。大致就是由模拟→离散。在通信专业课上会有“采样,量化,编码”。我记得老师说因为模拟量不好处理,传输。所以要把它转换掉。其中重要的是采样信号的频率frequency至少是 你要采样的那个信号(设为X) 的两倍,这样采样出来的波形(Y)就能还原出X。这是奈奎斯特采样定理。 我是这么理解的,我们的模拟量波形就是一条线,对吧。根据小学数学我们知道,点成线,线成面。一条线由超多点搞出来的。 那我们要还原出X,那就要搞出它的点出来。当搞出来的点越多,就会越接近原来的样子,点越多就意味着采样频率越高,到后面的量化,编码也要跟上。当然了,这些点的位置,分布区域可不能集中在一小块地方的。 这么理解叭,频率是周期的倒数。频率低,意味着一个周期时间大,而我们的采样频率大。就相当于在X的一个周期内,我们采样都进行了好几次了。就是说采样了好几次,得到了好几个点了。 总之,就是获取信号的点。在信号系统课程中还涉及到冲激信号来着,脉冲序列。

我遇见的一个简单采样电路

就是一个简单的单位增益运放。系给我的采样电路理解
X就是我们要采样的信号,X下面是个NMOS管,相当于一个开关(VG决定,VG大于VTH是开,反之关断。VTH是管子的阈值电压,也就是开启电压。其实VTH是栅极和源极的压差VGS,只不过图中的源极S接地了),Y是输出信号。这个单位增益运放简单说就是输出Y和X一样。 也就是说,mos管的开关频率就相当于采样频率。 在X一个周期内,我的MOS管开关好几次。也就是得到了好几个X上面的点。开关断开时,Y就为0 。 所以输出Y看起来就像是方波。 反正就是 我们得到了X的很多点,这些点构成的线基本上囊括了X的信息。

其中的单位增益运放

关于运放,本质是差分放大电路,在实际电路中,因为电路的规模很大,杂,为了方便直观观察,所以就把差分放大电路搞成一个运放符号。在这里,不去考虑。先把它看成黑色的box盒子。看成两输入一输出的三腿怪。A0是开环增益,可以这么说叭,V+和V-输入没和Y产生关系。里面的电路固定了,A0就是固定的(没有考虑工艺误差,因为实际生产器件时,每个同样的器件的参数几乎不可能完全一样);闭环增益,就是简单来说Y输出 通过一些连接连到了输入,也就是有反馈到输入了,就像上图 Y口和V-口 在一起了。A0如下图:

系给我的采样电路理解
理想运放是输入阻抗很大,输出阻抗很小。输入阻抗大这就意味着,接入电路时候,运放只要前级电路的电压,不会影响电流的变化,因为电流惰性,阻抗太大,电流懒得过去。输出阻抗小,就意味着更多电压给输出,意味着输出接小负载。因为用戴维南等效,Y的电压输出可以等效电压源串电阻。输入和输出都是电压。
所以,输入电流几乎为零。 被称为 虚断(毕竟还有一丁点儿电流,不过很小很小),我想总有一些电子不听话。电流产生:压差和电子。具体详细还得看半导体物理之类的
一般A0很大,Y很小。所以勒,V+≈V-。要是V+,V-有一个接地的话,那此时就可以说 虚短。(电压几乎为零。)
反正就是一定有 虚断 和 V+≈V-
这些都是公式推出来的,数学啊,物理啊。。。都是前人的精华。
在后面的其他作用的运放,比如积分,微分,加法,反相运放。除去了简单的KVL,KCL,电阻,电容,电感的基本知识公式,加减乘除以外,就是用到了 运放的本质 虚断 和 V+≈V-。不停地推公式。运放这个本质要去差分电路分析了才会清晰。所有的一切都要自己亲手经历一次才会深刻理解。

比如下面的(noninverting amplifier非反转放大器,也就是同相放大器)。自己推到一下得到增益。为什么是约等于呢?这是因为理想状态下的运放是实现不了的。理想中运放的输入阻抗无穷大,输出阻抗为0,增益无穷大,带宽无穷大(速度快),功耗为0,成本为0之类的 。 现实中,。。。,只能逼近这个指标。当R1足够小,R2足够大,就得到勒单位增益放大了。
系给我的采样电路理解

当然咯,这些积分,加法。。。的运放,它的增益也就是闭环增益。因为这些运放的Y输出啊会因为我们的连线操作 反馈到 输入那边去。和最初的那个运放比较起来 就多了一个闭合,所以称为闭环。
增益始终是 输出 / 输入。运放的增益是电压增益 是 V输出/V输入。 开环增益和闭环增益的区别就是。开环增益基本不变。

输入输出阻抗。

输入阻抗就是:独立源置零(可以理解为不随时间变化的电压源和电流源。电压源视为短路,电流源视为开路。就是将有电压源的地方直接去掉,然后用线直接连接起来,这就让电压源原来地方产生的压差变成了0,因为理想下导线的电阻为0,不会形成压差。同理,电流源置零,也就是把电流源抠出来,然后空着,不接。就相当于开路,开路的话,原来电流为电流源的值,现在为零了呗) 输出不接东西,输入接电源VX,测出 IX即可。则Rin=VX / IX 。
输出阻抗就是输入置零,所有独立源置零。然后输出接电源VX,测出 IX即可。则Rout=VX / IX 。

说白了阻抗就是独立源置零。一般来说,二端元件不区分输入,输出,直接说阻抗。

但是大家有没有想过,为什么独立源会置零呢。我想这是因为我们的输入信号是动态的,随着时间变化的。想想我们的电脑,手机芯片电路,你觉得信号会是固定不变的吗? 我想在输入信号是动态的情况下,那些不随时间变化的源就相当于0,类似于 常数求导=0. 这些输入输出阻抗针对的是动态的信号。而且有了阻抗在后面分析电路时,直接用一个阻抗代替复杂的电路,也会方便分析和观察。

阻抗

输入阻抗时,为什么输出不接东西勒??
输出阻抗时,为什么输入置零勒?因为输出阻抗时,电路被看成一个二端元件,端口正好是输出的端口。那既然输入自然是要被置零了,如果输入不置零的话,那就是四端元件。又或者是,从输出端看进去的阻抗,当然和输入没关系。又或者是对输出来说,输入就是个静态的,

因为置零的关系。所以在相同的求阻抗电路中,不知道被置零的输入在哪儿?因此不同作用的电路可能共用一个求阻抗的电路。

像运放的输出是电压。这个电压就可看成电压源。由理想的电压源和戴维南定理知,电压源的内阻越小越好。也就是运放的输出阻抗越小越好。戴维南定理的电阻求法同样是独立源置零。
运放也是电压驱动的。所以输入阻抗越大越好。正如前面所说,输入阻抗越大,就不会吸收电流,不吸收电流就不会影响前级电路的状态。所以就仅仅获取前级电路的某个地方的电压,而不做其他的变化。

电流源驱动的,我还没遇见。我想情况和电压源驱动的应该相反。

电流源和电压源

我的理解:电流源就是输出不变的电流,不管外界的负载多少。
电压源就是输出不变的电压,不管外界的负载多少。
我们用戴维南来表示一下电压源。
诺顿 来表示一下电流源。
就会发现,电压源的阻抗越小越好。这样电压源的阻抗分得更小的电压,负载获得更多(当外界负载不变的时候),用到串联分压
电流源的阻抗越大越好。这样电流源的阻抗分走更小的电流,负载获得更多(当外界负载不变的时候),用到并联分流
如果我们想把电压源换成 诺顿,电流源换成 戴维南来表示。嘿嘿,大可一试。

戴维南和诺顿等效。

线性电路:独立源(电压源,电流源)+线性元件(线性电阻,线性受控源(就是控制量和受控量成比例)) 组成的电路。

戴维南定理:对于任意一个线性含源二端网络N,对于输出端口而言,可以等效为一个独立电压源和一个电阻的串联。 电压就是输出开路时的输出电压。电阻就是从输出端看进去的电阻(独立源置零)

戴维南定理50年后才有的诺顿定理::对于任意一个线性含源二端网络N,对于输出端口而言,可以等效为一个独立电流源和一个电阻的并连。 电流就是输出短路时的短路电流。电阻就是从输出端看进去的电阻(独立源置零)

戴维南和诺顿定理的电阻一样。
诺顿等效的电流 = 戴维南的那个电压 / 电阻

两个定理时对偶的。一个是串联,一个是并联。一个是电压,一个是电流。

总结。

说了自己眼中的电路,记录笨笨的自己。在接下来的日子,这些琐碎的理解绝对会变化。在这里面还没考虑现实中的寄生效应啊,还有器件误差引起的Voffset(Vos) 等等其他的情况。仍有很多疑惑和不解正等待着解决,但是不主动是解决不了的。