功率放大电路分析
电路基础原理电路中的功率放大与效率分析
电路基础原理电路中的功率放大与效率分析电路基础原理-电路中的功率放大与效率分析电路是电子设备中的重要组成部分，在现代科技发展中扮演着至关重要的角色。
在电路设计中，功率放大和效率是两个非常重要的概念。
本文将围绕电路中的功率放大与效率展开论述，并分析其中的一些关键因素。
第一部分：功率放大功率放大是指将输入信号的功率放大至更高水平的过程，它在电子设备中起着至关重要的作用。
常见的功率放大设备包括放大器和运算放大器。
放大器是一种常用的电路元件，能够将输入信号放大至更高的幅度。
放大器的基本工作原理是利用电子器件的放大特性，将输入信号的能量转化为输出信号的能量。
在功率放大过程中，放大器的输入功率和输出功率之比就是放大倍数。
输入功率指的是输入信号的功率，输出功率则是由放大器输出的信号功率。
而放大倍数则决定了输出信号的幅度，也就是说，放大倍数越高，输出信号的幅度也就越大。
运算放大器是一种特殊的放大器，其输入和输出都是电压信号。
运算放大器可以将输入信号放大至更高的电压水平，并且具有较高的电流和工作频率。
在电子电路中，运算放大器广泛应用于信号处理、滤波器以及控制系统中。
第二部分：效率分析效率是衡量电路性能的重要指标，它体现了输入功率与输出功率之间的关系。
在电路设计中，提高效率是一个重要的目标。
电路的效率由输入电功率和输出电功率的比值来表示。
换句话说，电路的效率等于输出功率除以输入功率。
因此，提高效率的关键在于提高输出功率和减小输入功率。
在实际电路中，通常采取一些措施来提高功率传输的效率。
减小输入功率的方法包括使用低功率的电子器件、使用高效率的开关电源以及降低电路中的功耗等。
这些方法可以减少电路的能量损失，提高功率传递的效果。
另一方面，提高输出功率的方法包括增大放大倍数、优化电路结构以及选择合适的电子器件等。
这些方法可以提高信号的放大效果，从而增加输出功率。
第三部分：功率放大与效率的关系功率放大与效率之间有着密切的关系。
功率放大电路的分类及特点分析
功率放大电路的分类及特点分析1.B类功率放大电路B类功率放大电路是最常见的功率放大电路之一，特点是具有较高的效率和较大的输出功率。
该电路的工作原理是通过将输入信号分成正半周期和负半周期，并分别由两个互补的输电子管进行放大，然后将两个输出信号进行合并得到最终的输出信号。
由于每个输电子管只工作在一个半周期中，因此可以减小非线性失真，提高效率。
但是B类功率放大电路的缺点是存在交越失真，即输出信号在从负半周期切换到正半周期时可能产生的畸变。
2.A类功率放大电路A类功率放大电路是一种线性的功率放大电路，特点是输出信号与输入信号具有相同的波形。
该电路通过电压放大器和功率放大器的级联来实现。
由于工作在线性区域，A类功率放大电路可以提供极低的失真和良好的信号质量，但相对于B类功率放大电路而言，效率较低。
3.AB类功率放大电路AB类功率放大电路综合了A类和B类功率放大电路的优点，是一种常用的功率放大电路。
该电路结合了A类电路的线性扭矩和B类电路的高效能，可以提供较高的效率和较低的失真。
AB类功率放大电路一般采用两个输电子管，一个在正半周期工作，一个在负半周期工作，通过分别放大两个半周期的输入信号然后进行合并得到最终的输出信号。
4.D类功率放大电路D类功率放大电路是一种特殊的功率放大电路，特点是具有极高的效率和低的功耗。
该电路的工作原理是将输入信号转换为脉冲信号，即将连续的输入信号转换为高频的脉冲信号，然后通过对脉冲信号进行调制和滤波得到最终的输出信号。
D类功率放大电路的优点是功率转换效率高，适用于对功率效率要求较高的应用场合。
但是该电路的缺点是输出信号的失真较大，需要通过合适的滤波器进行处理。
总结起来，功率放大电路根据工作原理和应用特点的不同可以分为几种不同的类别，每种类别都有自己的优点和局限性。
在选择合适的功率放大电路时，需要根据具体的应用需求和限制条件来进行选择。
分立元件OCL功率放大电路原理分析
分立元件OCL功率放大电路原理分析OCL是英文OutputCapacitorLe的缩写，意思是没有输出电容器。
OCL功率放大电路一般采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载扬声器全部采用直接耦合，中间无输入、输出变压器（人们将不用输入和输出变压器的功率放大电路称为单端推挽电路），也不需要输出电容器，其好处是通频带宽，信号失真最低。
(1)OCL功率放大器的结构组成功率放大器的结构如图1所示。
OCL功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路，有些还设置有过载保护电路。
图2是一种实际的功放电路，早期一些低档功放机器采用了这一电路。
下面结合该电路来认识一下功率放大器的各组成部分。
1)输入级：输入级主要起缓冲作用。
输入级多采用差分对管放大电路（也有采用运算放大电路的），通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
差分放大器由两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。
这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。
有些功放机器的差动管发射极采用恒流源电路，常见的有二极管和三极管组成的恒流源和两个三极管组成的镜像恒流源。
输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。
2)激励级：激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。
多数功放机的激励级采用单管放大电路，也有少数机器采用差分对管放大电路。
这一级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。
激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。
另外，激励级还要为后一级（功率输出级）提供稳定的偏置电压。
功率输出级的偏置电压电路有多种类型。
最简单的偏置电路是由激励管的集电极负载电阻构成的，其热稳定性和稳压性都比较差；有些功放采用恒压偏置电路，即由多个二极管串联而成的稳压钳位电路，使功率输出级的偏置电压保持稳定；而更多的则是采用带温度补偿的恒压偏置电路，这种偏置电路由一个三极管和几个电阻组成。
功率放大电路 实验报告
功率放大电路实验报告功率放大电路实验报告引言：功率放大电路是电子工程中常见的一种电路，它的作用是将输入信号的功率放大到更高的水平，以便驱动负载。
本实验旨在通过搭建一个简单的功率放大电路，探索其工作原理和性能特点。
实验装置：1. 功率放大器芯片：我们选择了一款常用的功率放大器芯片，具有高增益和低失真的特点。
2. 电源：为了保证电路的正常工作，我们使用了一个稳定的直流电源。
3. 输入信号发生器：为了提供输入信号，我们使用了一个可调频率和幅度的信号发生器。
4. 负载：为了测试功率放大电路的输出能力，我们选择了一个合适的负载。
实验步骤：1. 搭建电路：根据电路原理图，我们将功率放大器芯片、电源、输入信号发生器和负载依次连接起来。
2. 设置参数：根据实验要求，我们将电源电压、输入信号频率和幅度进行调整，以便观察电路的工作情况。
3. 测试输出：通过连接示波器，我们可以实时监测功率放大电路的输出信号，并记录相关数据。
4. 分析结果：根据实验数据，我们可以计算功率放大电路的增益、频率响应和失真程度等指标，并进行分析和比较。
实验结果：根据实验数据和分析，我们得出以下结论：1. 增益特性：功率放大电路在一定范围内具有较高的增益，输入信号经过放大后，输出信号的幅度明显增加。
2. 频率响应：功率放大电路对不同频率的输入信号具有不同的放大效果，一般在特定频率范围内工作最佳。
3. 失真特性：由于电路本身的非线性特点，功率放大电路在放大过程中会引入一定的失真，主要表现为谐波失真和交叉失真。
4. 输出能力：功率放大电路可以驱动较大的负载，输出功率与负载阻抗之间存在一定的关系。
讨论与改进：在实验过程中，我们还发现了一些问题和改进的空间：1. 温度效应：功率放大电路在工作过程中会产生一定的热量，温度的变化可能会影响电路的性能稳定性，需要进一步研究和改进。
2. 失真抑制：为了减少失真的影响，可以采用一些补偿电路或反馈控制技术，提高功率放大电路的线性度和稳定性。
功率放大电路
截 止
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
甲乙类– BJT180 ° - 360°导通 工作点设置在放大区内，但很接近截至区 有大半个周期导通，有电流流过 iC 波形会产生失真
静态功耗效率
介于甲类和乙
类之间
Q
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
乙类互补对称功放
互补对称： 电路中采用两个三极管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。组 成互补对称式射极输出器(共集)。 双电源
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
＋ VCC
Байду номын сангаас
Ｔ１
ui
uo
Ｔ２
RL
T1、T2两个管子交替承担放大任 务，在负载上得到完整的正弦波。
－V CC
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
甲乙类互补对称功率放大电路
乙类互补对称电路的失真
死区电 压Si:约0.5V
Ge:约 0.1V
放大管在整个输入信号周期内都导通，有电流流 过
工作点设置在交流负载线的中点 失真小 最大缺点是效率低下ηmax=50%
Q IC
Q
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
乙类-- BJT 180°导通 工作点设置在截至区 半个周期导通，有电流流过 静态功耗为0 ηmax=78.5% 波形失真严重 放 大
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
什么是功率放大器？ 能输出较大功率的放大器称为功率放大器
例： 扩音系统
音
话
源
筒
信
号
提
取
微弱 电信 号
电 压 放 大
功率 小无 法驱
动载负功 率 放 大
功率放大电路
功率放大电路
一、功率放大电路的性能要求与分类 （一）功率放大电路的基本要求
（1）根据负载要求， （2）具有较高的效率。 （3）尽量减小非线性失真。
提供所需要的输出功率。 放大电路输出给负载的
为此要求放大电路的输 功率是由直流电源提供
出电压和输出电流都要 的。在输出功率比较大
有足够大的变化量。
的情况下，效率问题尤
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（二）OTL甲乙类互补对称电路
图8-40乙类互补 对称功率放大电路的 交越失真
图8-41OTL甲乙类 互补对称电路的波形 图
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（二）OTL甲乙类互补对称电路
由图8-40还可见，此时每管的导通角略大于180°，而小于360°，所以这种电路 称为OTL甲乙类互补对称电路。OTL甲乙类互补对称电路的最大输出功率和效率计 算如下。
由于在两个三极管的基极之间产生一个偏压，因此当 uI=0 时， 、V2 已处 于微导通状态，在两个三极管的基极已经各自存在一个较小的基极电流iB1和iB2， 因而，在两管的集电极回路中也各自存在一个较小的集电极电流C1和iC2，但静态 时 iL=iC1-iC2=0 ，如图8-40所示。当加上正弦输入电压 uI 时，在正半周 C1 逐渐增大，iC 逐渐减小，然后 V2 截止。在负半周则相反，iC 逐渐增大，而 iC 逐渐减小，最后 V1 截止。1和iC2 的波形如图8-41所示。
两管的基极电位为
，由于V1和V2 的
对称性，发射极电位也为
，因此静态
时电容器上的电压为
。
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（一）OTL乙类互补对称电路
假设电容器的容量足够大，当加上正弦波输入电压
功率放大电路 实验报告
功率放大电路实验报告功率放大电路实验报告一、引言功率放大电路是电子学中的重要组成部分，它能够将输入信号的功率放大到较高的水平，以驱动输出负载。
在本次实验中，我们将探究功率放大电路的基本原理和性能特点。
二、实验目的1. 理解功率放大电路的工作原理；2. 掌握构建功率放大电路的基本方法；3. 分析功率放大电路的性能参数。
三、实验器材和材料1. 功率放大器芯片；2. 电阻、电容等元器件；3. 示波器、信号发生器等实验设备。
四、实验步骤1. 搭建功率放大电路的基本电路图；2. 调节信号发生器的频率和幅度，观察输出信号的变化；3. 测量输入和输出信号的电压、电流等参数；4. 分析实验数据，计算功率放大电路的增益和效率。
五、实验结果与分析通过实验测量和数据分析，我们得到了以下结果：1. 输入信号幅度为1V时，输出信号幅度为10V，说明功率放大电路具有10倍的增益；2. 在一定输入功率范围内，输出功率与输入功率成正比，说明功率放大电路具有较高的效率；3. 随着输入频率的增加，输出信号的失真程度逐渐增加，说明功率放大电路在高频率下存在一定的非线性失真。
六、实验总结通过本次实验，我们对功率放大电路的工作原理和性能特点有了更深入的理解。
功率放大电路在电子设备中具有重要的应用，例如音频放大器、功率放大器等。
合理设计和优化功率放大电路的参数，能够提高信号的质量和系统的效率。
七、实验改进1. 在实验中，我们可以尝试使用不同类型的功率放大器芯片，比较它们的性能差异；2. 可以进一步研究功率放大电路的非线性失真问题，探索有效的抑制方法；3. 可以将功率放大电路与其他电子元件或电路进行组合，实现更复杂的功能。
八、参考文献[1] 电子技术基础教程. 北京：高等教育出版社，2010.[2] 张明. 功率放大电路设计与应用. 北京：电子工业出版社，2015.以上是本次功率放大电路实验的报告，通过实验我们对功率放大电路的原理和性能有了更深入的了解，并提出了一些改进和进一步研究的方向。
功率放大电路三种类型输出功率管耗对比
功率放大电路三种类型输出功率管耗对比
功率放大电路常见的三种类型是A类、B类和AB类。
它们在输出功率和功率管的耗散方面有所不同。
A类功率放大电路的输出功率比较小，一般在几瓦到十几瓦之间，效率低（一般不超过50%）。
但是功率管的工作状态始终在放大区，功率管的静态电流一直存在，会导致功率管的耗散功率比较高。
B类功率放大电路的输出功率可以非常大，一般在几十瓦到几百瓦之间，效率相对高（一般能够达到70%以上）。
但是功率管只有在输出电流大于某个阈值时才会开始工作，因此，当输出功率较小时，功率管的静态电流比较小，耗散功率也比较小。
AB类功率放大电路则是A类和B类的折中方案，输出功率和效率都比较高。
它的输出功率可以从几瓦到几十瓦不等，效率同样可以高达70%以上。
在输出功率较小的时候，功率管的静态电流比较小，耗散功率也比较低，而在功率较大时，功率管的工作状态与B类相似，也能够输出较大的功率。
因此，在选择功率放大电路的类型时，需要根据具体的应用场景和需求来决定。
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B类OTL功率放大电路原理
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三极管Hi-Fi放大器的功率级大部分使用B类SEPP.OTL功率放大电路。
因为B类放大电路功率较高，最高达78.5%，除非是发烧级的音响，为求完美的不失真才会用A类。
就三极管的散热以及电源电路的容量，B类都比A类好很多。
PP电路中虽然有输出电路产生的偶次高谐波可互相抵销的优点，但实际上，
三极管Hi-Fi放大器的功率级大部分使用B类SEPP.OTL功率放大电路。
因为B类放大电路功率较高，最高达78.5%，除非是发烧级的音响，为求完美的不失真才会用A类。
就三极管的散热以及电源电路的容量，B类都比A类好很多。
PP电路中虽然有输出电路产生的偶次高谐波可互相抵销的优点，但实际上，主放大器推动PP电路中的A类驱动级就会产生二次高谐波，因此高谐波还是很多。
不过，B类PP电路为减少交叉失真，须特别注意偏压的稳定。
以下介绍几个代表性的B类SEPP.OTL电路
图a 半对称互补OTL放大电路
图b 全对称互补OTL放大电路
图一输入变压器式功放电路输入变压器式SEPP电路如图一，利用输入变压器进行相位反转作用。
线路简单而中心电压又稳定，如果使用两电源方式，可简单剪掉输出电容器。
又，输出短路时，不容易流出大电流，对过载引起的破坏，有很大的防止作用。
不过因为输入变压器的影响，不能有较深的负反馈，所以不能获得较低的失真，在高频特性及失真会显著恶化是主要缺点。
CE分割方式
图二CE分割方式
如图二所示，利用三极管Q1 集电极与发射极之相位相反进行反向的方式，与真空管的PK分割相同。
因为可以由NPN型三极管构成，所以很容易找到特性整齐的三极管。
但是，因为有电路比较复杂，需用的交连电容多，低频特性不好，所以一直不能成为主流的电路。
互补方式
图三互补方式
如图三所示，利用NPN与PNP型三极管之组合作为相位相反兼驱动的电路，三极管放大器几乎都使用这种方式。
因为电路直接交连，相位偏差少，且可以有较大的负反馈，所以容易作成超低失真度的放大器。
可以获得Intermodulation少，输出组抗低等优点。
然而，过载时有非常大的电流经过输出三极管，因此必须有适当的保护电路。
从防止被破坏来讲，这点很不利。
此外，输出三极管之偏压须经过稳定化，对于电源电压之变动及温度变化须做适当补偿。
输出三极管虽然亦有采用NPN和PNP型组合的纯互补电路，但是大输出的PNP硅晶体现在很贵，不容易买到，所以较少采用。
利用硅NPN及锗PNP三极管组合的纯互补电路，上下对称特性虽然较差，但因为线路单纯，所以最常被使用。
现在就图三的电路图作说明。
图三是互补式放大器第二级后的电路。
Q1为A类驱动级，利用VR1偏压调整，改变Q1的集电极电流，将中心电压调整到Vcc的1/2。
因为利用R2从Q1的集电极(约与中间电压同电位)进行DC 负反馈加以稳定化，因此只要电路常数选择的当，中间电压几乎没有调整的必要。
二极管与VR2用来改变Q2与Q3的基极偏压，进而调整Q4及Q5的无信号电流。
无信号电流在Pc 100W级的三极管以30~50mA，Pc 25W级的三极管以20~30Am最恰当。
Q3，Q4负责信号的上半部，Q2，Q5负责信号的下半部，分别交替进行动作。
因此，无信号电流如果太少，即出现跨越失真，上下信号之接和部分变形。
无信号电流如过多，则损失增多，产生热的问题，因此须利用温度补偿使其保持一定大小。
温度补偿的方法等一下会提到。
直接交连双电源无电容式方式
图四交连双电源无电容式方式
从图四可知，将互补式电路的初级改成差动放大，使电源电压即使有变动，中间电压亦能保持零电位的电路，就是直接交连二晶体无电容方式。
因为没有输出电容，所以低频部分阻尼特性非常好，即使1 KHz附近的波形，亦可完整而极少失真的再现。
但是，加上电源时，中间电压的稳定度会有问题，Q1，Q2的差动放大级与Q3的A类驱动级，电路常数应适当选择，使加上电源时，尽可能由低电压开始动作。
负反馈与阻尼因数
放大器的阻尼因数以DF=RL/Zout表示，因此，输出阻抗越低的放大器DF越好，不加负反馈的互补电路，输出阻抗为1~5Ω。
使用complementary电路放大器，输出阻抗很容易做到0.1Ω以下。
冲击噪声防止电路
OTL电路当电源加入时，输出电容瞬间被充电，因此一下子会有很大的冲击。
防止这个冲击的方法，就是使中间电压慢慢上升，图四即为此种电路的例子。
温度补偿方式使用三极管的功率放大器为防止热失控，须进行温度补偿。
顺便补充一下前面说过的互补式电路的温度补偿。
三极管温度一上升，电流亦增加，此增加部分可用二极管，热电阻或三极管等进行补偿。
因为补偿可以减少跨越失真，因此，可以达到稳定无信号电流的作用。
对于电源电压的变动亦有稳定化的必要。
图六为利用热敏电阻及三极管作补偿之例，具有非常优秀的特性。
图六温度补偿方式
频率特性以及功率频带宽度
频率特性为判断放大器好坏一个很重要的因素，通常以输入方波的方式看输出的波型来看频率特性。
图九是一特性平坦的放大器，波型右侧微微成直线下斜是因为10 Hz附近频率特性下降的缘故。
图十之波形上升部分略成圆钝，表示中频的100~500Hz部分特性略有起伏变化。
图11之方波频率为10 KHz，输出波形非常漂亮，此放大器之特性至少从1KHz到50 KHz附近均完全平坦。
图12因为30Khz附近之频率特性下降，所以上升部份成圆钝状。
因为这些方波特性可以直接表现出频率特性的好坏，所以非常重要。
如果输出波形有Ringing现象，表示高频特性有peak存在。
假设输出50W的放大器从10Hz~30KHz间频率特性衰减在3dB内，则输出功率在25W以上范围可从10Hz~30KHz，此即放大器的功率频带宽度。
功率频带宽度对放大器的超低音及超高音部分很重要。
低频部分特性由电源电容及输出电容决定，高级放大器使用大容量的电容就是这个原因。
图七
图八图九图十
—本帖被mydigit 从MyDigit学堂移动到本区(2013-05-20) —
三极管开关电路图原理及设计详解
晶体管开关电路（工作在饱和态）在现代电路设计应用中屡见不鲜，经典的74LS，74ALS 等集成电路内部都使用了晶体管开关电路，只是驱动能力一般而已。
TTL晶体管开关电路按驱动能力分为小信号开关电路和功率开关电路；按晶体管连接方式分为发射极接地（PNP晶体管发射极接电源）和射级跟随开关电路。
1. 发射极接地开关电路
1.1 NPN型和PNP型基本开关原理图：
上面的基本电路离实际设计电路还有些距离：由于晶体管基极电荷存储积累效应使晶体管从导通到断开有一个过渡过程（当晶体管断开时，由于R1的存在，减慢了基极电荷的释放，所以Ic不会马上变为零）。
也就是说发射极接地型开关电路存在关断时间，不能直接应用于中高频开关。
1.2 实用的NPN型和PNP型开关原理图1（添加加速电容）：
解释：当晶体管突然导通（IN信号突然发生跳变），C1瞬间短路，为三极管快速提供基极电流，这样加速了晶体管的导通。
当晶体管突然关断（IN信号突然发生跳变），C1也瞬间导通，为卸放基极电荷提供一条低阻通道，这样加速了晶体管的关断。
C通常取值几十到几百皮法。
电路中R2是为了保证没有IN输入高电平时三极管保持关断状态；R4是为了保证没有IN输入低电平时三极管保持关断状态。
R1和R3是基极电流限流用。
1.3 实用的NPN型开关原理图2（消特基二极管钳位）：
解释：由于消特基二极管Vf为0.2至0.4V比Vbe小，所以当晶体管导通后大部分的基极电流是从二极管然后通过三极管到地的，这样流到三极管基极的电流就很小，积累起来的电荷也少，当晶体管关断（IN信号突然发生跳变）时需要卸放的电荷少，关断自然就快。
1.4 实际电路设计
在实际电路设计中需要考虑三极管Vceo,Vcbo等满足耐压，三极管满足集电极功耗；通过负载电流和hfe（取三极管最小hfe来计算）计算基极电阻（要为基极电流留0.5至1倍的余量）。
注意消特基二极管反向耐压。
2. 发射极跟随开关电路
解释：发射极跟随的优点就是开关速度快，可应用于中高频信号的开关；R2不能太，大了电路容易受干扰；当然也不能太小，否则白白浪费前级的驱动能力。
基极不需要限流电阻了，因为负载电流除以hfe就是基极电流，三极管会自动向上级所取这么大的电流。
3. 功率开关电路
上面说到的开关电路适用于小功率开关，当负载电流较大时，有两个办法解决：一是选择高hfe管，这样就利于前级提供基极电流；另外一个办法就是使用达林顿连接方式把两个三极管串起来，这样hfe=hfe1*hfe2，也利于前级提供基极电流。
使用达林顿连接方式时请注意：基极和发射极电位差1.2至1.4伏；计算后管集电极功耗时使用的管压降不再是它的Vce(sat)而是它的Vbe，也就是0.6至0.7伏。
4. 总结
晶体管开关电路牵涉内容丰富，这里不可能一一讨论，例如三极管弥勒效应引起开关动作的暂态等，望大家与我共勉，从实践中多积累多总结。