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接触感知 钳位电路分析

news 来源：原创 2025/6/20 21:09:35

以下是NG板接触感知电路的原理图。两极分别为P3和P4S，电压值P4S < P3。
电路结构分两部分，第一部分对输入电压进行分压+钳位。后级电路使用LM113比较器芯片进行电压比较，输出ST接触感知信号。
在这里插入图片描述
P4S极间电压输入钳位电路

钳位电路输出特性分析

输出电压变化趋势： 在P4S输入电压（-120…+40V）范围内，输出电压 V P 4 S _ i n V_{P4S\_in} VP4S_in​ 呈现出典型的分段线性钳位特性。如图所示，可以划分为三个区段：

  • 负钳位区：当P4S电压低于约 -21V 时，负向钳位二极管导通，输出被钳位在负电源-15V 再加上二极管正向压降（约0.7V）处，即约 -15.7V。此时无论P4S再继续减小，输出基本保持不变。根据二极管钳位原理，当二极管导通时电压将被限制在其导通压降附近。
  • 线性分压区：当P4S在约 -21V 到 +21V 之间时，两只钳位二极管均截止，输出端只受R29、R30分压影响。此时输出电压为输入电压的固定比例： V P 4 S _ i n = R 30 R 29 + R 30 × P 4 S = 15 k Ω 5.1 k Ω + 15 k Ω ≈ 0.746 × P 4 S . V_{P4S\_in} = \frac{R_{30}}{R_{29}+R_{30}}\times P4S = \frac{15kΩ}{5.1kΩ+15kΩ} \approx 0.746 \times P4S. VP4S_in​=R29​+R30​R30​​×P4S=5.1kΩ+15kΩ15kΩ​≈0.746×P4S. 也即输出电压随P4S线性变化，斜率约0.746。
  • 正钳位区：当P4S超过约 +21V 时，正向钳位二极管开始导通，将输出钳位在+15V 加二极管压降（≈+15.7V）。此时无论P4S再增大，输出电压基本稳定在约 +15.7V 附近。

上述区间的分界点可由简单分压计算得出：设钳位导通时输出约为±15.7V，代入分压公式 15.7 = 0.746 × P 4 S 15.7 = 0.746\times P4S 15.7=0.746×P4S，解得P4S≈±21.0V，从而确定钳位与线性区的分界。

关键点输入/输出电压对照

P4S输入电压 (V)所在区段 V P 4 S _ i n V_{P4S\_in} VP4S_in​ 计算 / 结果 (V)
–120负钳位区≈ –15.7（饱和钳位）
–80负钳位区≈ –15.7（饱和钳位）
–40负钳位区≈ –15.7（饱和钳位）
0线性分压区 0.746 × 0 = 0.00 0.746\times0 = 0.00 0.746×0=0.00
20线性分压区 0.746 × 20 ≈ 14.92 0.746\times20 ≈ 14.92 0.746×20≈14.92
40正钳位区≈ +15.7（饱和钳位）

以上表格列出典型输入值下的输出电压。可以看到，当P4S在分压区（-21V~+21V）内时，输出等于输入×0.746；而当输入超过±21V时，输出均被限制在大约±15.7V 附近。

分压区电压计算表

P4S 输入电压 (V)计算公式V_P4S_in 输出电压 (V)
–210.746 × (–21)–15.666
–200.746 × (–20)–14.920
–150.746 × (–15)–11.190
–100.746 × (–10)–7.460
–50.746 × (–5)–3.730
00.746 × 00.000
+50.746 × 5+3.730
+100.746 × 10+7.460
+150.746 × 15+11.190
+200.746 × 20+14.920
+210.746 × 21+15.666

钳位区与线性区边界说明

从电路分析可知，输出钳位发生在输入电压使得分压后的节点达到±（15V+0.7V）时。计算方式如下：当输出正向钳位阈值时，有

0.746 × P 4 S 阈 = 15.7 ⇒ P 4 S 阈 ≈ + 21.0 V , 0.746\times P4S_{阈} = 15.7 \quad\Rightarrow\quad P4S_{阈} \approx +21.0\text{ V}, 0.746×P4S阈​=15.7⇒P4S阈​≈+21.0 V,

当输出负向钳位阈值时，

0.746 × P 4 S 阈 = − 15.7 ⇒ P 4 S 阈 ≈ − 21.0 V . 0.746\times P4S_{阈} = -15.7 \quad\Rightarrow\quad P4S_{阈} \approx -21.0\text{ V}. 0.746×P4S阈​=−15.7⇒P4S阈​≈−21.0 V.

因此，大约在P4S = ±21V处发生钳位翻转边界。线性分压区间是两个边界之间（≈–21V 到 +21V），在该区间输出随输入线性变化；钳位区位于区间之外，输出几乎饱和于钳位电压±15.7V。这些现象符合二极管钳位电路原理：当二极管正向导通时，输出电压被锁定在二极管导通压降附近，而当二极管截止时，输出电压按电阻分压规律变化。

输出特性曲线趋势

综合上述分析，可绘制出输出电压随输入变化的典型特性曲线：当P4S从-120V开始增加时，输出先稳定在-15.7V（负钳位），直到P4S增至约-21V时，二极管截止，此后输出随输入线性上升（斜率≈0.746），经过P4S=0V时输出为0V，继续上升到P4S约+21V时达到+15.7V；超过+21V后，输出再被钳位在+15.7V附近（正钳位）。这种“平顶加线性升降加平底”的形状正是钳位分压电路的电压传输特性。下表和示意图直观展示了这一变化规律（图中红线为输出与输入的对应关系）：

在这里插入图片描述

表格和以上分析清晰地表明：输出电压在输入超过±21V时被钳制在接近±15.7V（由电源±15V加上二极管约0.7V的导通压降决定），而在中间区间则按约0.746的比例线性变化。此结果符合二极管钳位与分压电路的理论预期。

参考二极管钳位电路的基本原理和分压公式进行计算和分析。

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写在前面 GPT&#xff08;Generative Pre-trained Transformer&#xff09;是目前最广泛应用的大语言模型架构之一&#xff0c;其强大的自然语言理解与生成能力背后&#xff0c;是一个庞大而精细的训练流程。本文将从宏观到微观&#xff0c;系统讲解GPT的训练过程&#xff0c;…...

编程日记 2025/5/29 12:37:01

文本分类任务Qwen3-0.6B与Bert：实验见解

文本分类任务Qwen3-0.6B与Bert&#xff1a;实验见解 前言 最近在知乎上刷到一个很有意思的提问Qwen3-0.6B这种小模型有什么实际意义和用途。查看了所有回答&#xff0c;有人提到小尺寸模型在边缘设备场景中的优势&#xff08;低延迟&#xff09;、也有人提出小模型只是为了开…...

编程日记 2025/5/28 14:11:51

Mysql、Oracle、Sql Server、达梦之间sql的差异

1&#xff1a;分页查询 Sql Server&#xff1a; <bind name"startRow" value"(page - 1) * limit 1"/> <bind name"endRow" value"page * limit"/> SELECT *FROM (SELECT ROW_NUMBER() OVER (<if test"sortZd!…...

编程日记 2025/5/29 13:36:57

STM32外设AD-DMA+定时读取模板

STM32外设AD-DMA定时读取模板 一&#xff0c;方法引入二&#xff0c;CubeMX配置三&#xff0c;变量声明四&#xff0c;代码实现 (单通道) 一&#xff0c;方法引入 轮询法虽然简单&#xff0c;但 CPU 一直在忙着等待&#xff0c;效率太低。为了让 CPU 能在 ADC 转换的同时处理其…...

编程日记 2025/6/20 18:38:47