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从施密特触发器教学,看看国内模电教育落后西方20年!

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楼主: xukun977
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xukun977|  楼主 | 2020-8-3 20:03 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
本帖最后由 xukun977 于 2020-8-4 08:47 编辑
122013137 发表于 2020-8-3 16:36
还是很疑惑,请教徐老师,第一张图,理想运放配电阻做的VI/VO迟滞曲线示意图错在哪?就是section113-2 113- ...


这个知识点,需要系统性地学习一遍才能熟悉个大概,几句话是说不清楚的。
鉴于本人以前就相关话题发过一大把帖子,而且在群里发过专门的定性分析文档,现在不想再扯了,老是重复以往的故事,没意思。

找本专业点的书籍看看吧。

下图是最常见的用两个三极管实现的施密特的VTC



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xukun977|  楼主 | 2020-8-3 20:14 | 只看该作者
玄德 发表于 2020-8-3 19:47
以后把 xu 教授的话当耳旁风,让他自己嗨就行了。
21需要这样的人提升发帖量。



在论坛上,别人不欠你什么东西,想让别人跟你说什么原理,正常人是虚心请教,起码有个态度。

像你和上面那个fx,说话阴阳怪气,讥讽嘲弄,通过这种态度请教问题,除非对方有病才会讲给你听。
上面叫122的网友说话方式,是你学习的模板。

大家都是成年人了,这个道理不难明白吧?


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zhousun| | 2020-8-3 20:32 | 只看该作者
楼主第一个图没问题,示波器ch1测量输入三角波,CH2测量输出,就可以得到第一个图。当然如果采用瞬时眼光看其实是正扫描线和负扫描线的叠加;但是不是44楼图z字型,而是垂直变化的。44楼不是运放电路的,但是从图上看,输入3.5v,对应输出是3个值,对于电子电路来说不可能

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eyuge2| | 2020-8-3 21:31 | 只看该作者
能否告知这本书的名字是什么,下载下来学习学习。

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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 09:07 | 只看该作者


教育差距之大,估计是本科生和研究生的悬殊。

人家的本科生电路分析课上,居然讲述混沌现象了,而且还不是空空泛谈,而是深入研究。
例如靠鼻子振荡器,整个论坛有几个人研究过其混沌的?大多数人都是懂教科书上那一点,什么振荡频率和起振条件。










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叶春勇| | 2020-8-4 10:01 | 只看该作者
中国本科教育应该不错的。研究生教育估计不行,诺贝尔医学奖也是看了中医《肘后方》得到灵感,还是老祖宗的东西。

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manbo789| | 2020-8-4 10:33 | 只看该作者
我觉得这次xukun977是对的,只是对于1楼的电路,19楼给出的Z字图的左右(或者上下)是反的,

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HWM 2020-8-4 11:05 回复TA
相关电路稳定平衡点所构成的线就是上下两条横线,而“垂直竖线”则是一维相空间内的轨迹线(通常是迅速通过)。这种将不稳定平衡点构成的线也包含在内的“Z”本就不成立,其结果自然是荒谬的。 
HWM 2020-8-4 10:54 回复TA
那个“Z”是不成立的,其中那条斜线是不稳定平衡点所构成的线。其实,这与LZ之前的那个“运放正反馈跟随器”是如出一辙。 
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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 11:18 | 只看该作者
manbo789 发表于 2020-8-4 10:33
我觉得这次xukun977是对的,只是对于1楼的电路,19楼给出的Z字图的左右(或者上下)是反的, ...



同相也好,反相也罢,都不是关心的问题
核心问题是VTC是应该开环曲线,不可能得到闭合的迟滞回线之类的形状。





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HWM| | 2020-8-4 11:23 | 只看该作者
关于此类问题,本坛已有详细论述(譬如“正反馈运放跟随器”),想了解相关内容的可以翻看相关帖子。这些问题所涉及的理论并不深奥,无非是强非线性的分段线性化分析。

这里要强调的是,运放需采用至少一阶动态模型(分析稳定性必然涉及到动态模型),而运放动态模型是基于其内的某些寄生特性。

这里还要强调的是,器件考虑了其动态寄生特性并不等于其就是个“储能器件”,运放显然不是一个储能器件。通常的储能器件以储能为主要功能,且具有与之相应的器件参数(譬如电容和电感量)。

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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 11:27 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2020-8-4 11:28 编辑


我用文字表述的东西,有些人龇牙咧嘴骂人家外行、不懂,貌似非要跑书上摘抄公式才显的高级。


例如这个玩意:









这个文档看着说的挺详细,有理有据的,但实际上还没有我写的文档考虑的周到。
话不在多,在于精。







对于大多数电工,尤其是不做微波、射频的,这两篇**哪个好懂??




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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 11:36 | 只看该作者


41楼那个同志,拿现在国家重视的微电子IC设计来说事了,那就围绕本贴主题,说一下IC中是如何设计施密特电路的。

谁能分析一下下图电路的工作原理?











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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 12:07 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2020-8-4 13:10 编辑

关于施密特电路的分析方法,据我所知,尽管一般模电教材都会说到这个电路,但几乎没有几本教材能告诉学生分析方法的。


各位要是不信,可以把下面的分析,和康华光等电路教材上的介绍做对比。



施密特电路当然是施密特发明的,最初论文193X年代中用的是真空管,现在普遍用三极管代替了。

所以,下文中用三极管代替真空管,就得到了要分析的施密特触发器:








由于这是个正反馈、非线性电路,所以大学学的那些线性电路理论,统统失效,不能用了。

但是我们可以模仿线性电路分析方法,给出这种的电路的框图:







请注意:图中θe符号的意思,是说这是个非线性模块,而且符号是负的,所以这是个正反馈!!!


根据上图,模仿负反馈框图的分析套路,可以得到下面表达式:





这里有个关键电压Ve,可以对照电路,找找感觉,看看Ve是什么意思。





非线性电路相比于线性电路,恶心点就在于其【电压增益】表达式,和输入或输出有关,这就直接导致不可能得到闭合形式表达式,因为是超越函数。







分子和分母,都以共同的Ve为参数,结合具体电路,可得曲线为:








图中的Vo曲线,直接使用教科书上差分对的结果:








两个曲线在各个Ve点下相除,就得到施密特触发器增益的曲线,以Ve为参数:





当Ve=+-Vo时,红线交于零点,所以相除得到无穷大。



然后转化成关于Vin的曲线:






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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 13:15 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2020-8-4 13:21 编辑


要想知道上图和常见的迟滞回线之间,有什么关系,必须搞清楚一点:就是正∞和负无穷,可以认为是一点:

例如从北极向左出发,使劲往下走,和从相反的反向使劲往下走,到最后都能走到相同的南极点。







这个搞清楚了,就能知道上面那个图,和磁滞回线之间的关系了。


如下图所示,假设曲线从下图右上角开始,运动到A点,但是对于静态曲线,到达A点后就无路可走,此只能依靠电路中的寄生储能元件(例如寄生电感)的作用,做个跳悬崖的举动,从A点跳跃到B点,然后往右走,走到右边,然后回到左下边的那条曲线,往下运动。







以上过程,对应迟滞回线中的一条或者说一个路径:















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123987| | 2020-8-4 13:27 | 只看该作者
xukun977 发表于 2020-8-4 11:36
41楼那个同志,拿现在国家重视的微电子IC设计来说事了,那就围绕本贴主题,说一下IC中是如何设计施密特电 ...

在下以为这个好像(大概率说错了,反正我这论坛水平最差也没什么思想负担)是个什么过零比较(反转)器电路吧。好像没有体现出施密特电路的滞回比较特性。至少这个例子举得不好或者说不典型。

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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 14:46 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2020-8-4 14:48 编辑


有些人肯定会怀疑:你说人家这个曲线是错的,但是这个电路使用将近90年了,难道一直没有发现问题???


原因有二:

一,大多数人使用这个电路,关心的仅仅是跳跃点而已,

所以,尽管这个VTC曲线是错误的,但是如果只关心跳跃点,数值结果是正确的!!!
但是数值结果正确,不能据此推断出曲线一定是正确的。
好比做应用题,最终答案是对的,但是求解过程有可能是错的,否则数学老师评分太简单了,计算题只看最终结果数据??










站在这个角度看,实验结果验证了理论,貌似理论是对的。


第二个原因是,对于非线性问题,求解闭合形式的答案是困难的,一般都是采用图形化方法。

例如实测下面作图所示的伏安特性曲线,结果是只能测量到两条线,如右图所示:






修改电路参数,甚至测量到“错误结果”,如下图所示,原本是三条线,居然测量到迟滞回线了。








由于以上两个原因,导致这个非常隐蔽的理论问题几十年没有解决,但是电路使用却没有问题。



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xukun977|  楼主 | 2020-8-4 15:16 | 只看该作者

到了上个世纪80年代,伯克利大学在世界处于领先地位,才解决这个难题:

施密特电压的VTC本应是Z字形曲线,为何动态时候是迟滞回线了??





这个数学证明难度极高,大约50页论文才能说清楚
作者必须是数学家(最起码数学功底要深厚)和电路理论家,同时具备这两种身份,才能完成这种交叉学科的证明。








当然了,问题也不是瞬间解决的,而是从上个世纪5,60年代开始就研究,逐渐积累的结果。


例如以前说的弛张振荡器,普通书上的给的模型和波形:







这个模型回导致突变解,所以根本无法用一个标准形式的微分方程来描述这个电路的动态过程。

要想让这个标准形式存在,可以在图中串联一个小电感,所以说弛张振荡器,表面上看只有一个储能元件,实际上至少需要两个。












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manbo789| | 2020-8-4 21:10 | 只看该作者
所以,通常我们“看到”的李萨育曲线,并不一定是真正的VTC曲线,

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不奇怪| | 2020-8-5 09:56 | 只看该作者
相空间状态转换曲线与VTC 测试条件不同,是两种曲线,不是一码事。不存在什么落后不落后的问题。

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eyuge2| | 2020-8-5 10:11 | 只看该作者
本帖最后由 eyuge2 于 2020-8-5 10:15 编辑

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这是我测量的电路




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输入输出信号的波形。这个图不是明了,说明一下。输入信号是2通道,三角波。输出是3通道,矩形波。都是在0V以上。
1通道没有用。



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XY模式下的Lissajous图形



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没有发现错在哪里,能否指点一下。


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eyuge2 2020-8-5 10:42 回复TA
@不奇怪 :你讲的的我不太懂。看来故事还挺多。我是针对1楼的内容进行测试的。 
不奇怪 2020-8-5 10:37 回复TA
你测试的是空间的状态转换曲线。 VTC曲线就不是这么测了。 1.断开R77与运放输出的连接,并在R77断点处加上一个固定电压Vo '. 2.调整Vi,使得运放输出Vo=Vo' . 这时,理论上重新连接断点,电路方程仍然是平衡的(但不一定稳定)。这一组(Vi,Vo)就是VTC上的点。 这跟以前讨论的正反馈跟随器,如出一辙。 
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xukun977|  楼主 | 2020-8-5 10:29 | 只看该作者
eyuge2 发表于 2020-8-5 10:11
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这是我测量的电路


本页61楼,人家总结的挺好---有时候你看到的并非真相,很有可能是假象。

伽利略的自由落体实验,相比较于人们几千年来观察到的现象--重物比轻物下落速度快,就是证明。


就本贴内容而言,你要用仿真器直接扫描,也能观察到类似的曲线。


这里就是仿真以及测量方法错了导致的。


要想看到真实的曲线,要用下面的电路,加一个辅助运放。





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不奇怪 2020-8-6 16:09 回复TA
其实,这个电路的工作原理,你并不懂。 
不奇怪 2020-8-6 11:47 回复TA
你这个不过是外部负反馈强行把触发器的状态稳定在“不稳定点”,跟倒立摆、独轮车工作原理一样。 
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