什么是仪表放大器？ 仪表放大器允许工程师调整放大器电路的增益，而无需更改多个电阻值。将此与我们之前介绍的差分放大器进行比较，后者需要调整多个电阻值。 所谓的仪表 放大器建立在差分放大器的最新版本之上，为我们提供了这种能力： 了解仪表放大器电路 这个令人生畏的电路由一个缓冲差分放大器级构成，其中三个新电阻将两个缓冲电路连接在一起。考虑除 Rgain 之外的所有电阻器的值相等。 左上角运算放大器的负反馈导致点 1（Rgain 的顶部）处的电压等于 V1。同样，点 2（Rgain 的底部）的电压保持等于 V2 的值。这建立了 Rgain 上的电压降，等于 V1 和 V2 之间的电压差。该

差分运算放大器电路 没有反馈的运算放大器已经是差分放大器，放大两个输入之间的电压差。然而，它的增益是无法控制的，而且通常太高而没有任何实际用途。到目前为止，我们对运算放大器的负反馈应用导致了其中一个输入的实际损失，由此产生的放大器仅适用于放大单个电压信号输入。然而，只要稍加创意，我们就可以构建一个运算放大器电路，保持两个电压输入，但具有由外部电阻器设置的受控增益。 如果所有电阻值都相等，则该放大器的差分电压增益将为 1。 该电路的分析与反相放大器的分析基本相同，只是运算放大器的同相输入 (+) 位于电压等于 V2 的一小部分，而不是直接接地。按理说，V2 作为同相输入端，V1 作为末级

如果我们取三个相等的电阻器并将每个电阻器的一端连接到一个公共点，然后施加三个输入电压（一个连接到每个电阻器的自由端），在公共点看到的电压将是数学平均值 三个。 这个电路其实无非是米尔曼定理的一个实际应用： 该电路俗称​​无源平均器 ，因为它会产生一个带有非放大组件的平均电压。 被动 只是意味着它是一个未放大的电路。平均器电路右侧的大方程来自米尔曼定理，该定理描述了通过单个电阻连接在一起的多个电压源产生的电压。由于平均器电路中的三个电阻彼此相等，我们可以通过将 R1、R2 和 R3 简单地写为 R（一个，相等的电阻而不是三个单独的电阻）来简化 Millman 公式： 如果我们采用无

在仪表电路中，直流信号通常用作物理测量值的模拟表示，例如温度、压力、流量、重量和运动。最常见的是直流电流 信号优先于直流电压 信号，因为在整个串联电路回路中，电流信号的大小完全相等，将电流从源（测量设备）传送到负载（指示器、记录器或控制器），而并联电路中的电压信号可能从一端到另一端变化其他原因是电阻线损耗。此外，电流感测仪器通常具有低阻抗（而电压感测仪器具有高阻抗），这使电流感测仪器具有更强的抗电噪声能力。 为了使用电流作为物理量的模拟表示，我们必须有某种方法在信号电路中产生精确的电流量。但是，当我们可能不知道环路的电阻时，我们如何生成精确的电流信号？答案是使用设计用于将电流保持在规定值的放

一个有助于理解分频反馈放大器电路的类比是机械杠杆，杠杆两端的相对运动代表输入和输出电压的变化，支点（枢轴点）代表接地点的位置，真实的或虚拟的。 以下面的同相运算放大器电路为例。我们从前面的部分知道，同相放大器配置的电压增益永远不会小于 1 (1)。如果我们在放大器原理图旁边画一个杠杆图，支点和杠杆末端之间的距离代表电阻值，杠杆的运动将表示放大器输入和输出端电压的变化： 物理学家将这种类型的杠杆称为在支点和输出（负载）之间施加的输入力（作用力），是第三类 杠杆。它的特点是输出位移（运动）至少与输入位移一样大——“增益”至少为 1——并且方向相同。向该运算放大器电路施加正输入电压类似于将

如果我们在负反馈接线上添加一个分压器，使得只有一小部分输出电压而不是全部电压反馈到反相输入端，则输出电压将是倍 输入电压（请记住，为简单起见，再次省略了与运算放大器的电源连接）： 如果 R1 和 R2 都相等且 Vin 为 6 伏，运算放大器将输出使 R1 上的电压下降 6 伏所需的任何电压（使反相输入电压也等于 6 伏，保持两者之间的电压差）两个输入等于零）。使用 R1 和 R2 的 2:1 分压器，这将需要运算放大器输出端的 12 伏电压才能完成。 分析该电路的另一种方法是通过计算流过 R1 的电流的大小和方向开始，了解任一侧的电压（因此，通过减去 R1 两端的电压）和 R1s 电

如果我们将运算放大器的输出连接到它的反相输入并将电压信号施加到同相输入，我们会发现运算放大器的输出电压紧跟该输入电压（我忽略了功率为简单起见，电源、+V/-V 线和接地符号）： 随着 Vin 增加，Vout 将根据差分增益增加。然而，随着 Vout 的增加，该输出电压被反馈到反相输入端，从而降低输入之间的电压差，从而降低输出。对于任何给定的电压输入会发生什么，运算放大器将输出一个非常接近于 Vin 的电压，但又足够低，以便 Vin 和 (-) 输入之间有足够的电压差被放大以产生输出电压。 电路将很快达到稳定点（称为平衡 在物理学中），其中输出电压恰到好处以保持适当的差分量。获取运算放大

早在数字电子技术出现之前，计算机就被构建为通过使用电压和电流来表示数字量来进行电子计算。这对于模拟物理过程特别有用。例如，可变电压可能代表物理系统中的速度或力。通过使用电阻分压器和电压放大器，可以很容易地对这些信号进行除法和乘法运算。 微积分微分函数作为计算电容器电流的基础 电容器和电感器的电抗特性非常适合于与微积分函数相关的变量的模拟。记住通过电容器的电流如何是电压变化率的函数，以及该变化率如何在微积分中指定为导数 ?好吧，如果让电容器两端的电压代表物体的速度，那么通过电容器的电流将代表使该物体加速或减速所需的力，电容器的电容代表物体的质量： 这种微积分导数函数的模拟电子计算在技术上称为

为了便于绘制复杂的电路图，电子放大器通常用一个简单的三角形来表示，其中内部组件没有单独表示。对于放大器的结构与整个电路的更大功能无关的情况，这种符号非常方便，值得熟悉： +V 和-V 连接表示直流电源的正负极，分别。输入和输出电压连接显示为单导体，因为假设所有信号电压都参考电路中称为地的公共连接 .通常（但不总是！）直流电源的一个极，无论是正极还是负极，都是接地参考点。一个实际的放大器电路（显示输入电压源、负载电阻和电源）可能如下所示： 放大电路的功能 无需分析放大器的实际晶体管设计，您就可以轻松辨别整个电路的功能：获取输入信号 (Vin)，对其进行放大，并驱动负载电阻 (Rload)

什么是运算放大器（Op-amp）？ 运算放大器，也称为运算放大器，基本上是一种电压放大设备，设计用于在其输入/输出端子之间与电容器和电阻器等组件一起使用。它们本质上是模拟设备的核心部分。像这样的反馈组件用于确定放大器的操作。放大器可以执行许多不同的操作（电阻式、电容式或两者兼有），因此称为运算放大器。 原理图中的运算放大器示例。 运算放大器是线性器件，非常适合直流放大，常用于信号调理、滤波或其他数学运算（加、减、积分和 d3.8.iferentiation）。 运算放大器可以说是模拟电子电路中最有用的单一器件。只需少量外部组件，它就可以执行各种模拟信号处理任务。它也是相当实惠的，

为降低经典晶闸管器件的“驱动”（栅极触发电流）要求而设计的两种相对较新的技术是 MOS 门控晶闸管和 MOS 可控晶闸管，即 MCT。 MOS 门控晶闸管 MOS 门控晶闸管使用 MOSFET 通过标准晶闸管结构的上 (PNP) 晶体管启动导通，从而触发器件。由于 MOSFET 需要微不足道的电流来“驱动”（使其饱和），这使得整个晶闸管非常容易触发：（下图） MOS门控晶闸管等效电路 鉴于普通 SCR 很容易“驱动”，因此使用更灵敏的器件（MOSFET）来启动触发的实际优势值得商榷。此外，现在在晶闸管的栅极输入端放置一个 MOSFET 使其不可能 通过反向触发信号将其关闭。

如果我们采用 SCR 的等效电路并添加另一个外部端子，连接到顶部晶体管的基极和底部晶体管的集电极，我们就有一个称为硅控开关的器件 ，或SCS：（下图） 可控硅开关（SCS） 这个额外的终端允许对设备施加更多的控制，特别是在强制换向模式下 ，当通过设备的主电流尚未降至保持电流值以下时，外部信号迫使其关闭。请注意，电机在下图中的阳极门电路中。这是正确的，虽然看起来不对。需要阳极引线来关闭 SCS。因此电机不能与阳极串联。 SCS：电机启动/停止电路，具有两个晶体管的等效电路。 当“on”按钮开关被启动时，施加在阴极栅极和阴极之间的电压正向偏置下晶体管的基极-发射极结，并将其打开

单结晶体管： 尽管单结晶体管不是晶闸管，但该器件可以通过基极 B1 处的脉冲触发更大的晶闸管。 单结晶体管 由一根 N 型硅棒组成，中间有 P 型连接。见图(a)。钢筋末端的连接称为底座 B1 和 B2； P型中点是发射极。在发射极断开的情况下，总电阻 RBBO（数据表项）是 RB1 和 RB2 的总和，如图 (b) 所示。不同设备类型的 RBBO 范围为 4-12kΩ。固有间距比 η 是 RB1 与 RBBO 的比值。对于不同的设备，它从 0.4 到 0.8 不等。示意图符号为图(c) 单结晶体管：(a) 结构，(b) 模型，(c) 符号 单结发射极电流与电压特性曲线（下图（a））

与双极晶体管一样，可控硅和可控硅也被制造为光敏器件，撞击光的作用代替了触发电压的作用。 光控 SCR 通常以首字母缩写词 LASCR 为人所知 , 或 L 右 A 激活SCR .不出所料，它的符号如下图所示。 光激活 SCR 光控 TRIAC 没有获得自己的首字母缩写词的荣誉，而是谦虚地称为光控 TRIAC。它们的示意图符号如下图所示。 光电可控硅 光晶闸管（LASCR 或光可控硅的总称）通常位于密封的“光隔离器”模块内。

SCR 是单向（单向）电流设备，因此仅可用于控制 DC。如果两个 SCR 以背对背并联的方式连接，就像两个肖克利二极管连接在一起形成 DIAC，我们就有了一种称为 TRIAC 的新器件：（下图） TRIAC SCR 等效项和 TRIAC 原理图符号。 由于单个 SCR 在高级控制系统中使用起来更加灵活，因此它们更常见于电机驱动等电路中； TRIAC 通常出现在简单的低功耗应用中，例如家用调光开关。一个简单的灯调光电路如下图所示，并配有后峰值触发所需的移相电阻-电容网络。 TRIAC 电源相位控制 TRIAC 因不对称触发而臭名昭著。这意味着对于一个极性和另一个极性，这些

肖克利二极管和可控硅整流器 (SCR) 肖克利二极管是一种奇怪的器件，但在应用方面却相当有限。然而，通过为它们配备另一种闩锁装置，它们的用途可能会扩大。这样做，每个都成为真正的放大设备（如果只是在开/关模式下），我们将它们称为可控硅整流器或 SCR。 从肖克利二极管到 SCR 的发展是通过一个小的添加实现的，实际上只不过是与现有 PNPN 结构的第三条线连接：（下图） 可控硅整流器 (SCR) 可控硅传导 如果 SCR 的栅极悬空（断开连接），它的行为与肖克利二极管完全相同。它可以通过导通电压或超过阳极和阴极之间电压上升的临界速率来锁存，就像肖克利二极管一样。压降是通过降低电

与所有二极管一样，肖克利二极管是单向器件；也就是说，它们只在一个方向上传导电流。如果需要双向 (AC) 操作，可以将两个肖克利二极管面向不同方向并联连接以形成一种新型晶闸管，即 DIAC：（下图） DIAC 使用直流电压工作的 DIAC 与肖克利二极管的行为完全相同。然而，对于 AC，行为与人们可能期望的不同。由于交流电反复反转方向，因此 DIAC 保持锁定的时间不会超过半个周期。如果 DIAC 被锁存，它只会继续传导电流，只要有电压可以在该方向上推动足够的电流。当 AC 极性反转时，因为每个周期必须发生两次，DIAC 将因电流不足而断开，需要再次导通才能再次导通。结果就是下图的电流

我们对晶闸管的探索始于一种称为四层二极管的器件，也称为 PNPN 二极管，或以其发明者威廉·肖克利 (William Shockley) 命名的肖克利二极管。这不要与肖特基二极管混淆，肖特基二极管是一种以高开关速度着称的两层金属半导体器件。教科书中常见的肖克利二极管的粗略图解是四层 P-N-P-N 半导体材料的夹层，如下图。 不幸的是，这个简单的插图并没有让观众了解它的工作原理或原因。考虑下图中设备结构的替代渲染。 像这样显示，它似乎是一组互连的双极晶体管，一个 PNP 和另一个 NPN。使用标准原理图符号绘制，并考虑到最后一张图中未显示的层掺杂浓度，肖克利二极管看起来像这样（下图

如果您曾经目睹过闪电风暴，您就会看到电滞后的作用（并且可能没有意识到您看到的是什么）。强风和大雨的作用会在云与地之间以及云与云之间积累巨大的静电荷。电荷不平衡表现为高电压，当空气的电阻无法再抑制这些高电压时，巨大的电流浪涌会在我们称为“闪电”的电荷对极之间传输。 风和雨造成的高压积累是一个相当连续的过程，在适当的大气条件下，电荷积累的速度会增加。然而，闪电并不是连续的：它们以相对短暂的浪涌而不是连续放电的形式存在。为什么是这样？为什么我们看不到柔和、发光的闪电弧，而不是短暂的猛烈闪电闪电 ?答案在于空气的非线性（和滞后）阻力。 在普通条件下，空气具有极高的阻力。事实上，它是如此之高，以至于

晶闸管是一类具有迟滞特性的半导体元件，即系统在消除某些状态变化原因后无法恢复其原始状态的特性。滞后的一个非常简单的例子是拨动开关的机械动作：当按下杠杆时，它会翻转到两个极端状态（位置）之一，并且即使在运动源移开后（移开手后）也会保持在那里从开关杆）。为了说明没有滞后，考虑一个“瞬时”按钮开关的动作，它在按钮不再按下后恢复到原来的状态：当刺激物（你的手）移开时，系统（开关）立即完全返回到之前的状态，没有“闩锁”行为。 双极型、结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管都是非滞后器件。也就是说，这些在被电压或电流信号刺激后不会固有地“锁定”到某种状态。对于任何给定时间的任何给定输入信号，晶体管将表现出