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电子硬件入门(三)——偏置电路

电子硬件入门(三)——偏置电路

文章目录

一、先理解问题:为什么需要偏置电压?二.偏置电路生成的四大核心零件​三、工作流程图解​四、实物电路对照​五、常见问题答疑

一、先理解问题:为什么需要偏置电压?

想象一下,电机的电流像一条波浪线(正弦波),有高处(正半周)​和低处(负半周)​。 如果直接用电路处理这个信号,负半周的“低处”可能会变成负电压​(比如-2V),而很多电子元件(比如单片机的ADC)​不能直接识别负电压,就像人不能直接喝海水一样! ​解决办法:给整个波浪线“垫高”一个固定的高度(偏置电压),让它的最低点也变成正电压(比如从0V抬升到2.5V)。这样全波形都在“安全区”里了!

二.偏置电路生成的四大核心零件

​分压电阻(REF1和REF2)​ ​作用:像两个“身高相同的台阶”,把电源电压(VCC)平均分成两份,得到VCC/2的电压。 ​公式:如果电源是5V,分压后得到2.5V;如果电源是3.3V,分压后得到1.65V。 ​关键:两个电阻必须完全相同​(比如都是1MΩ),否则“垫高”的高度会歪斜!​电容(C1和C2)​ ​作用:像两个“单向水闸”,允许交流信号(波浪形的电流)通过,但阻止直流电压(垫高的那部分)流回输入端。 ​效果:输入的差分信号(IN+和IN-)经过电容后,​只保留交流波动,而“垫高”的直流电压被隔离在电容另一侧。​输入信号(IN+和IN-)​ ​差分信号:就像用两条绳子绑住一个气球,IN+和IN-分别代表气球的上下两端。气球上升(正半周)时,IN+电压高;下降(负半周)时,IN-电压高。​输出信号(OUT)​ ​垫高后的信号:无论气球怎么动,它的中心点都被固定在VCC/2的高度。比如气球原本在05V之间波动,现在变成2.5V7.5V(但实际电路中会限制在0~VCC范围内)。

​三、工作流程图解

​第一步:生成基准电压 分压电阻(REF1=REF2)把电源电压切成两半,得到VCC/2(比如5V→2.5V)。

​第二步:隔离直流,传递交流 电容(C1和C2)像滤网,把VCC/2的直流电压“挡住”,只让输入的交流信号通过。

​第三步:叠加偏置电压 输入的差分信号(IN+和IN-)经过电容后,被“平移”到VCC/2的高度。 ​数学表达:输出电压 = VCC/2 + 输入信号。

​第四步:输出全周期正值信号 原本的负半周信号(比如-1V)被抬升到VCC/2 - 1V(比如2.5V - 1V = 1.5V)。 最终输出范围:0V ~ VCC(比如0~5V)。

​四、实物电路对照

分压电阻(REF1和REF2)生成VCC/2。电容(C1和C2)隔离直流,传递交流。输入信号(IN+和IN-)被“抬高”到VCC/2的高度。输出信号(OUT)始终为正值。

​五、常见问题答疑

​Q1:如果分压电阻不相等,会怎样? ​答:就像用不同高度的台阶垫高波浪,结果波浪会被“歪掉”。比如REF1=1MΩ,REF2=2MΩ,VCC=5V时,偏置电压会变成1.67V(不是2.5V),导致输出信号不对称。 ​Q2:电容太大或太小有什么影响? ​答: ​电容太大​(比如100μF):像给气球绑了很重的石头,会“压扁”高频信号(比如快速变化的波形)。 ​电容太小​(比如10pF):像漏水的堤坝,无法有效隔离直流电压,偏置会“跑掉”。 ​Q3:为什么偏置电压是VCC/2? ​答:这是为了对称!如果偏置电压设成其他值(比如VCC/3),当输入信号超过VCC/3时,输出就会超过VCC,损坏后续电路。 ​六、总结(一句话版)​ 这个电路就像给交流信号穿上了一双旱冰鞋,无论它原本是跳高还是跳低,都被“抬高”到安全的高度(VCC/2),确保后续电路能轻松识别和处理!

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