《电子技术基础》电子教案

1、电子技术基础电子技术基础电子教案电子教案主主 编编 啊贵啊贵电子技术基础电子技术基础第一章 半导体二极管和三极管 第二章 基本放大电路第三章 集成运算放大器第四章 直流稳压电源第五章 晶闸管电路第六章 门电路及组合逻辑电路第七章 触发器和时序逻辑电路第八章 数字技术的常用电路第第1章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管11 半导体的基本知识半导体的基本知识 在我们日常接触的物质中，一类是电阻率在我们日常接触的物质中，一类是电阻率很小，容易导电的金属，如金、银、铜、锡等，很小，容易导电的金属，如金、银、铜、锡等，这类物质叫做导体；另一类是电阻率很大，几这类物质叫做导体；另一类是电阻率很大

2、，几乎不能导电的物质，如橡胶、陶瓷、玻璃等，乎不能导电的物质，如橡胶、陶瓷、玻璃等，这类物质叫绝缘体。但是在自然界里面，还有这类物质叫绝缘体。但是在自然界里面，还有一些物质，它们的导电本领即电阻率，处在导一些物质，它们的导电本领即电阻率，处在导体和绝缘体之间，这种物质我们叫它为半导体。体和绝缘体之间，这种物质我们叫它为半导体。目前用来制造晶体管的材料主要有锗、硅等。目前用来制造晶体管的材料主要有锗、硅等。111 、 半导体的导电方式半导体的导电方式半导体中载流子有两种：一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们数目相等，但总数不多，远远低于金属导体中载流子的数量，所以半导体的导电性能比

3、导体差而比绝缘体好。在金属导体中导电的是自由电子，而在半导体中，电子和空穴是同时参与导电的，这是半导体导电的重要特征。112 、 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体1、N型半导体型半导体N型半导体，又称为电子型半导体。是在纯净半导体型半导体，又称为电子型半导体。是在纯净半导体中掺入微量的五价元素（如磷元素）制成的，其中含中掺入微量的五价元素（如磷元素）制成的，其中含有数量较多的带负电的自由电子，还有少量的带正电有数量较多的带负电的自由电子，还有少量的带正电的粒子（称为空穴）。即在的粒子（称为空穴）。即在N型半导体中电子是多数型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。载流子，空穴是少数

4、载流子。2、P型半导体型半导体P型半导体，又称为空穴型半导体。是在纯净半导体中型半导体，又称为空穴型半导体。是在纯净半导体中掺入微量的三价元素（如硼元素）制成的，其中含有掺入微量的三价元素（如硼元素）制成的，其中含有数量较多的带正电的粒子（称为空穴），还有少量的数量较多的带正电的粒子（称为空穴），还有少量的带负电的自由电子。即在带负电的自由电子。即在P型半导体中空穴是多数载流型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。子，自由电子是少数载流子。113 、 P N结及其单向导电性结及其单向导电性PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结在未加外电压时，扩散运动与漂移运结在未加外电压时，扩散运

5、动与漂移运动处于动态平衡，通过动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。当结的电流为零。当电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区时，称为给区时，称为给PN结结加正向电压或正向偏置加正向电压或正向偏置; 当电源正极接当电源正极接N区、区、负极接负极接P区时，称为给区时，称为给PN结加反向电压或反向结加反向电压或反向偏置。偏置。 12半导体二极管半导体二极管121、二极管的结构、符号和类型、二极管的结构、符号和类型二极管是由一个二极管是由一个PN结构成的半导体器件，即将一个结构成的半导体器件，即将一个PN结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成

6、。P型区的引出线称为正极或阳极，型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为型区的引出线称为负极或阴极，它的文字符号为负极或阴极，它的文字符号为“V”，图形符号如图，图形符号如图14所示，图形中箭头表示所示，图形中箭头表示PN结正向电流的方向。结正向电流的方向。二极管的符号和类型二极管的符号和类型二极管有许多类型，根据制作材料的不同，二极管可分为硅管和锗管；按工艺可分为点接触型和面接触型；按用途可分为整流二极管、检波二极管、光电二极管、开关二极管、激光二极管等。122、二极管的伏安特性曲线、二极管的伏安特性曲线1、正向特性、正向特性当正向电压升高到一定值当正向电压升高到一定值Uth以后内电场

7、以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显增加被显著减弱，正向电流才有明显增加,Uth被称为门限电压或阀电压。被称为门限电压或阀电压。Uth视二极管视二极管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管一般为一般为0.5V左右，锗管为左右，锗管为0.2V左右。左右。2、反向特性、反向特性当二极管两端外加反向电压时，当二极管两端外加反向电压时，PN结内电场进一步增强，使扩结内电场进一步增强，使扩散更难进行。这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运散更难进行。这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运动形成微弱的反向电流动形成微弱的反向电流IR。反向电流很小，常温下，小功率

8、硅。反向电流很小，常温下，小功率硅管的反向电流在管的反向电流在nA数量级，锗管的反向电流在数量级，锗管的反向电流在A数量级。数量级。13 稳压管稳压管稳压二极管又叫稳压管，稳压二极管又叫稳压管，它是用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，它既具有它是用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，它既具有普通二极管的单向导电特性，又可工作于反向击穿状态。在普通二极管的单向导电特性，又可工作于反向击穿状态。在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿

9、区，此时即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变，实现稳压。其被反向击穿后，当外加压也能保持基本不变，实现稳压。其被反向击穿后，当外加电压减小或消失时，电压减小或消失时，PN结能自动恢复而不至于损坏。但若反结能自动恢复而不至于损坏。但若反向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏。坏。 稳压管主要用于电路的稳压环节和直流电源电路中，常稳压管主要用于电路的稳压环节和直流电源电路中，常用的有用的有2CW型和型和2DW型。型。14 半导体三极管半导体三极

10、管141、三极管的结构、符号和类型、三极管的结构、符号和类型半导体三极管也称为晶体管，它是电子线路中半导体三极管也称为晶体管，它是电子线路中的主要放大元件。的主要放大元件。 三极管好像是两个反向串联的三极管好像是两个反向串联的PN结。但是如结。但是如果把两个孤立的果把两个孤立的PN结，比如两个二极管反向结，比如两个二极管反向串联起来，是不会有放大作用的。串联起来，是不会有放大作用的。 142、三极管的电流放大作用、三极管的电流放大作用1、具有放大作用的条件要使三极管具有电流放大作用，必须给三极管加上合适的工作电压，即：使发射结正偏，集电结反偏。也就是说发射结的P区接电源负极，N区接电源的正极。

11、三极管放大电路不论采用哪种管型和哪种电路形式，都要满足这个基本条件。即对于NPN型三极管，c、b、e三个电极的电位必须符合：UCUBUE；对于PNP型三极管，电源的极性与NPN型相反，应符合UCUBUE。2、电流放大作用、电流放大作用 就是三极管的共发射极电路的电流放大系数。在表14中，当IB=0时，IC不等于零，这时的IC值叫做穿透电流，用ICEO表示。所谓穿透电流就是当基极开路，在发射极与集电极之间加一电压时流过集电极的电流。穿透电流对温度很敏感，当温度升高时，它就显著增加。选择三极管时，一般希望ICEO小，选在40100为宜。如有特殊需要可自行选择。BCII143、三极管的伏安特性曲线、

12、三极管的伏安特性曲线1、输入特性曲线输入特性曲线是指当三极管的集电极和发射极之间的电压UCE保持一定时，加在基极和发射极之间的电压UBE和基极电流IB之间的关系曲线。2、输出特性曲线三极管的输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，三极管集电极电流与集电极和发射极之间的电压UCE之间的关系曲线。 15其他半导体器件其他半导体器件151、场效应管、场效应管场效应管是一个电压控制器件，它是利用场效应原理工作的晶体管，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。 152、发光二极管、发光二极管发光二极管是一种将电能直接转换成光能的光发射器件，简称LED,它是由镓、砷、磷等元素的化合物制成。这些材料构成的PN

13、加上正向电压时，就会发出光来，光的颜色取决于制造所用的材料。153、光电二极管、光电二极管光电二极管又称光敏二极管。它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接受光照。其特点是，当光线照射于它的PN结时，可以成对地产生自由电子和空穴，使半导体中少数载流子的浓度提高。还有开关二极管开关二极管 、变容二极管变容二极管 、隧道二极管等。隧道二极管等。第2章 基本放大电路21基本放大电路的组成基本放大电路的组成在三极管放大电路中，因为它与外部电源、信在三极管放大电路中，因为它与外部电源、信号源及元件的电路组合方式不同，所以它的工号源及元件的电路组合方式不同，所以它的工作特性也不同。按照输入电路与输出电路的交作

14、特性也不同。按照输入电路与输出电路的交流信号公共端的不同，三极管放大电路可分为流信号公共端的不同，三极管放大电路可分为共发射极、共基极和共集电极三种基本放大电共发射极、共基极和共集电极三种基本放大电路。这种接法上的改变使放大电路的性能发生路。这种接法上的改变使放大电路的性能发生了变化，并各具特色。了变化，并各具特色。211、共发射极基本放大电路、共发射极基本放大电路三极管处于放大状态时必须满足发射结正向偏置、集电结反向偏置的外部条件，对三极管放大电路来说也是如此。由三极管V组成的共发射极放大电路（又称固定偏置电路）。由下图可见电路中只有一个放大器件，且以三极管的发射极作为输入回路和输出回路的公

15、共电极，故称为共发射极放大电路。共发射极放大电路的特点是：共发射极放大电路的特点是：1、具有较高的放大倍数；2、输入和输出信号相位相反；3、输入电阻不高；4、输出电阻取决于Rc的数值。若要减小输出电阻，需要减小Rc的阻值，这将影响电路的放大倍数。22 共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析为了进一步理解放大电路性能，需要对放大电路进行必要的定量分析。分析方法较多，这里只介绍近似估算法和图解分析法两种。在放大电路中，直流量和交流量共存。由于电容、电感等电抗元件的存在，直流量所流经的通路与交流信号所流经的通路是不完全相同的。为了研究问题方便起见，常把放大电路分成直流通路和交流通路分开来研究。

16、 23静态工作点的设置和稳定静态工作点的设置和稳定信号在放大过程中，总是希望信号的幅值得到增大而信号的波形不变。假如信号经过放大器后，输出信号的波形与输入信号相差很远，放大就显得没有意义了。输出波形与输入波形不完全一致称为波形失真。由于特性曲线非线性引起的波形失真称为非线性失真。产生非线性失真的原因与静态工作点选择得是否合适 。24阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路 由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的。多级放大器通常可分为两大部分，即电压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大) 。25放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 负反馈在电子

17、线路中的应用十分广泛，几乎所有的实用放大器，都引入负反馈。因此了解负反馈对放大电路的影响，是十分必要的。反馈：可描述为将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式送回放大电路的输入端。我们有时把引入反馈的放大电路称为闭环放大器，没有引入反馈的称为开环放大器。反馈的极性与类型的判断反馈的极性与类型的判断判别反馈极性通常采用电压瞬时极性法。简单地说就是先将反馈网络与放大电路的输入段断开，然后设定输入信号有一个正极性的变化，再看反馈回来的量是正极性的还是负极性的，若是负极性，则表示反馈量是削弱输入信号，因此是负反馈。反之则为正反馈。负反馈的四种基本形式负反馈的四种基本形式 1、电压

18、串联负反馈 2、电流串联负反馈 3、电压并联负反馈 4、电流并联负反馈 26 功率放大器功率放大器前面已经介绍了一些基本放大电路，经过这些放大电路处理后的信号，往往要送到负载，去驱动一定的装置。例如，收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。这时我们要考虑的不仅仅是输出的电压或电流的大小，而是要有一定的功率输出，才能使这些负载正常工作。这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。261、对功率放大器的要求、对功率放大器的要求 1、输出功率大：功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率 。2、效率高：功率放大器的效率是输出功率与直流电源提供的直流功率

19、之比。3、非线性失真小：为使输出功率大，功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。 262、功率放大器的分类、功率放大器的分类1、按放大电路的频率可分为：低频功率放大电路和高频功率放大电路。 2、按功率放大电路中三极管导通时间的不同可分为：甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放大电路。3、按功率放大电路输出端的特点可分为：有输出变压器功率放大电路、无输出变压器功率放大电路（又称OTL功率放大电路）、无输出电容器功率放大电路（又称OCL功率放大电路）和桥接无输出变压器功率放大电路（又称BTL功率放大电路）。27 正弦波振荡电路正弦波振荡电路许多技术领域中都要用到不同大小、不同频率的

20、正弦信号。例如：在无线电通信、广播和电视中需要用正弦信号来作为载波，以便把语言、音乐和图象信号调制到载波上，然后转换为电磁波发射出去；又例如：在电子测量中也经常需要用到各种频段的正弦信号发生器。因此，就需要有一种便于产生各种不同大小的正弦信号的电路，这种电路就是我们在这一节要讨论的正弦波振荡电路。 271振荡的基本概念振荡的基本概念振荡电路的基本组成（1）放大电路 没有放大就不可能产生正弦波振荡，它是满足幅值平衡条件必不可少的电路。放大电路必须结构合理，静态工作点选择适当，以保证放大电路具有放大作用。（2）正反馈电路 其作用主要用来满足自激振荡的相位条件。（3）选频电路 起振时，电路中激起的电

21、压和电流的变化往往是非正弦的，含有各种频率的谐波分量，因此输出的信号也将是含有不同谐波成分的非正弦波。 （4）稳幅电路 其作用是使振荡幅值稳定，改善波形。 振荡电路的种类振荡电路的种类LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路的构成与正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相同，正弦波振荡电路相同，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成。并联谐振电路构成。 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路当LC振荡器用于低频振荡时，所需L和C的数值均应加大，这种损耗小的大电感和大容量电容制

22、作困难。而使用RC振荡器却显得方便而经济。 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路具有非常稳定的固有频率。 对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。第3章 集成运算放大器应用半导体制造工艺把晶体管、电阻、电容以及电路的连线都做在同一块硅片上，然后封装在一个管壳内，这样制成的电子电路称为集成电路。它的优点是体积小，重量轻，性能好，功耗低，而且元件之间引线短，焊点少，因而提高了工作的可靠性和灵活性，实现了元件、电路和系统的三结合，为电子技术的应用开辟了一个新时代。31 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍 集成运算放大器（Operati

23、onal Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高（可达60180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。3.1.1、集成运算放大器的组成与分类、集成运算放大器的组成与分类 1、集成运算放大器的组成、集成运算放大器的组成集成运算放大器的种类很多，电路也各不相同，但基本结集成运算放大器的种类很多，电路也各不相同，但基本结构一般都由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分构一般都由输入级、中间

24、级、输出级和偏置电路四个部分组成组成 2、集成运算放大器的分类、集成运算放大器的分类按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如下几类下几类:（1）通用型运算放大器）通用型运算放大器 （2）高阻型运算放大器）高阻型运算放大器（3）低温漂型运算放大器）低温漂型运算放大器 （4）高速型运算放大器）高速型运算放大器（5）低功耗型运算放大器）低功耗型运算放大器 （6）高压大功率型运算放大器）高压大功率型运算放大器3.1.2、集成运算放大器的主要参数、集成运算放大器的主要参数1、输入失调电压、输入失调电压Uio 2、输入失调电流、输入失调电流I

25、io 3、最大差模输入电压、最大差模输入电压Uidm 4、最大共模输入电压、最大共模输入电压Uicm 5、转换速率、转换速率Sr 6、开环差模电压放大倍数、开环差模电压放大倍数Auo 7、最大输出电压、最大输出电压 UOPP 8、差模输入电阻、差模输入电阻id 9、输出电阻、输出电阻O 10、共模抑制比、共模抑制比KCMR 3.1.3、集成运算放大器的传输特性、集成运算放大器的传输特性 集成运放的传输特性就是集成运放的输出与输入的关系特性。它可以分为两个区域：线性区和非线性区，如下图所示。1、线性区 在线性区，构成集成运放的放大管工作在放大区，集成运放传输特性呈放大关系，可以用公式来表示Uo

26、= A uo（U +U）U +同相输入端的电压U反相输入端的电压A uo开环差模电压放大倍数U o运算放大器的输出电压 由于集成运放的开环差模电压放大倍数都非常大，而输出又为有限值，所以集成运放的线性区比较窄。 图33集成运放的传输特性2、非线性区当集成运放的输入信号较大时，构成集成运放的放大管则工作在饱和区，所以集成运放的输出达到了正负最大值。这个区域称为非线性区。此时，当U i0，即U +U时，Uo = +UoM，即正饱和。当U i0，即U +U时，Uo = UoM，即负饱和。3.1.4、理想集成运算放大器的特点、理想集成运算放大器的特点1、集成运算放大电路的理想模型在分析运算放大器时为了

27、便于分析和计算，一般可将它视为一个理想运算放大器。理想运算放大器的主要条件为：开环差模电压放大倍数：Auo差模输入电阻：id输出电阻：O0共模抑制比：KCMR输入偏置电流IB1=IB2=02、理想集成运算放大器线性区的特点、理想集成运算放大器线性区的特点（1）因为理想运算放大电路的输入偏置电流为零和输）因为理想运算放大电路的输入偏置电流为零和输入电阻为无穷大，则该电路不会向外部电路索取任何入电阻为无穷大，则该电路不会向外部电路索取任何电流，所以流入放大器反相输入端和同相输入端的电电流，所以流入放大器反相输入端和同相输入端的电流为零。也就是说集成运算放大电路是与电路相连接流为零。也就是说集成运算

28、放大电路是与电路相连接的，但输入电流又近似为零，相当于断开一样，故通的，但输入电流又近似为零，相当于断开一样，故通常称为常称为“虚断虚断”。（2）因为开环差模电压放大倍数为无穷大，所以当输）因为开环差模电压放大倍数为无穷大，所以当输出电压为有限值时，差模输入电压出电压为有限值时，差模输入电压=0，即。也就是说，即。也就是说集成运算放大电路两个输入端对地的电压总是相等的。集成运算放大电路两个输入端对地的电压总是相等的。二者不接地，但电位又总相等，相当于短路，通常称二者不接地，但电位又总相等，相当于短路，通常称为为“虚短虚短”。如果同相输入端接地（或通过电阻接。如果同相输入端接地（或通过电阻接地）

29、，即，则反相输入端电位也为零，但又不接地，地），即，则反相输入端电位也为零，但又不接地，则称为则称为“虚地虚地”。32 基本集成运算放大电路基本集成运算放大电路集成运算放大器因信号输入的方式不同而分为反相输入和同相输入两种基本电路。本节讨论这两种基本电路的特性，并通过对它们的讨论说明集成运算放大器的特点和分析方法。3.2.1、反相输入比例集成运算放大器、反相输入比例集成运算放大器反相输入比例运算放大电路的特点：反相输入比例运算放大电路的特点：（1）反相端为虚地，所以共模输入可视为）反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低；对运放共模抑制比要求低；（2）输出电阻小，带负载能力强

30、；）输出电阻小，带负载能力强；（3）要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，）要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差；稳定性差；（4）如果要求放大倍数）如果要求放大倍数100，则，则R1=100 k，Rf =10M。3.2.2、同相输入比例集成运算放大器、同相输入比例集成运算放大器同相比例运算放大电路的特点：同相比例运算放大电路的特点：(1)输入电阻高；输入电阻高；(2)由于由于 UP = Ui = UN (电路的共模输入信号高电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高。因此集成运放的共模抑制比要求高。33 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用集成运算放大器最早用于模拟电子计

31、算机中，集成运算放大器最早用于模拟电子计算机中，完成对信号的加减、乘除、微分、积分等运算。完成对信号的加减、乘除、微分、积分等运算。近代集成运算放大器的发展，使得运算放大器近代集成运算放大器的发展，使得运算放大器的应用远远超出运算范畴，而在各种模拟信号的应用远远超出运算范畴，而在各种模拟信号和脉冲信号的测量、处理、产生、变换等方面和脉冲信号的测量、处理、产生、变换等方面都获得广泛的应用。本节主要介绍运算放大器都获得广泛的应用。本节主要介绍运算放大器在信号运算、处理、产生等方面的应用电路。在信号运算、处理、产生等方面的应用电路。3.3.1、集成运算放大器在信号运算、集成运算放大器在信号运算 方面

32、的应用方面的应用1、加法运算电路 加法运算又叫求和运算，在反相比例运算放大器的基础上增加几个输入支路便组成了反相加法运算电路，也称反相加法器 。2、减法运算电路减法运算电路是实现若干个输入信号相减功能的电路，常用差动输入方式来实现， 3.3.2、集成运算放大器在信号处理、集成运算放大器在信号处理 方面的应用方面的应用 运算放大器除了能对输入信号进行运算外，还能对输入信号进行处理。信号处理电路的种类很多，这里只介绍电压比较器。 电压比较器是将输入端的模拟信号ui和一个参考电压UR进行幅度比较，输出高低电平（压）的电路， 3.3.3、集成运算放大器在波形产生、集成运算放大器在波形产生 方面的应用方

33、面的应用集成运算放大器与一些外接元件组合，可以灵活地产生各种不同波形、不同频率的周期振荡信号。这里只介绍集成运放正弦波振荡器。用集成运算放大器来代替其中的两级放大器同样可组成正弦波振荡电路，如图312所示。图中左边的电路构成RC串并联选频网络，右边则为集成运算放大电路。集成运算放大电路和电阻R1与R2组成了电压串联负反馈放大电路， 其电压放大倍数 。RC串并联网络引入正反馈到同相输入端，这一部分既是选频电路，又是正反馈网络。当选频电路元件参数满足R1= R2= R时，由第二章的知识可知，该电路谐振频率为 ，改变R或C的数值，就可改变振荡电路的频率。211RAR 12RR12RR012fRC34

34、 使用运算放大器的注意问题使用运算放大器的注意问题1、辩认管脚，以便正确连线。2、用万用表的电阻挡（“100”或“1k”挡），对照管脚测试有无短路和断路现象。3、对于内部无自动稳零措施的运放需外加调零电路，使之在输入信号为零时输出电压也为零。4、对于单电源供电的运放，有时还需在输入端加直流偏置电压，设置合适的静态输出电压，以便能放大正、负两个方向的变化信号。5、为防止电路产生自激振荡，应在集成运放的电源端加上去耦电容。有的集成运放还需外接补偿电容C。第第4章章 直流稳压电源直流稳压电源将交流电变换为直流电的过程叫做整流，进行整流将交流电变换为直流电的过程叫做整流，进行整流的设备叫做整流器，如下

35、图。整流器一般由四部分的设备叫做整流器，如下图。整流器一般由四部分组成：组成：1、整流变压器、整流变压器 把输入的交流电压变为整流电路所要求把输入的交流电压变为整流电路所要求的电压值。的电压值。2、整流电路、整流电路 由整流器件组成由整流器件组成 ，它把交流电变成方向不，它把交流电变成方向不变，但大小随时间变化的脉动直流电。变，但大小随时间变化的脉动直流电。3、滤波电路、滤波电路 把脉动的直流电变为平滑的直流电。把脉动的直流电变为平滑的直流电。4、稳压电路、稳压电路 保持稳定的直流电压供给负载。保持稳定的直流电压供给负载。41 单相整流电路单相整流电路在单相整流电路中，常用的整流形式有半波，全

36、波，桥式与倍压等几种，这些整流电路是利用二极管的单向导电性来将交流电变换为直流电，因此二极管是构成整流电路的关键器件。这种用作整流的二极管称为整流二极管，简称整流管。 4.1.1 、单相半波整流电路、单相半波整流电路1、工作原理：、工作原理：在交流电一个周期内在交流电一个周期内,二极管半个周期二极管半个周期导通半个周期截止导通半个周期截止,以后周期重复上述以后周期重复上述过程负载过程负载RL上电流和电压波形如图上电流和电压波形如图4-3 所示。由于该电路输出的脉动直流电所示。由于该电路输出的脉动直流电的波形是输入的交流电波形的一半，故称为半波整流电路。的波形是输入的交流电波形的一半，故称为半波

37、整流电路。2、负载、负载RL上的直流电压和电源的计算上的直流电压和电源的计算依据数学推导或实验都可以证明依据数学推导或实验都可以证明,单相半波整流电路中单相半波整流电路中,输出到负输出到负载载RL 上的半波脉动直流电压平均值上的半波脉动直流电压平均值UL0.45U23、整流二极管上的电流和最大反向电压、整流二极管上的电流和最大反向电压由于二极管在由于二极管在u2 负半周时截止负半周时截止,承受全部承受全部u2 反向电压反向电压,所以二极管所以二极管所承受的最大反向电压所承受的最大反向电压URM 就是就是u2 的峰值，即的峰值，即URM 1.414U24.1.2 、单相全波整流电路、单相全波整流

38、电路单相全波整流电路实际上是由两个单相半波单相全波整流电路实际上是由两个单相半波电路组成电路组成,电路如右图所示电路如右图所示:在整流变压器次在整流变压器次级引出两个电压级引出两个电压u2a和和u2b,以以0点为参考点，点为参考点，两电压大小相等，相位相反。两电压大小相等，相位相反。1、工作原理、工作原理由此可见由此可见:在交流电一个周期内在交流电一个周期内,二极管二极管V1和和V2交替导通交替导通,负载电负载电流流IL=IL1IL2。因此，负载。因此，负载RL上得到全波脉动直流电压和电流上得到全波脉动直流电压和电流2、负载、负载RL上的直流电压和电流的计算上的直流电压和电流的计算UL0.9U

39、23、整流二极管上的电流和最大反向电压、整流二极管上的电流和最大反向电压URM 2.82U24.1.3 、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路单相桥式整流电路如右图所示单相桥式整流电路如右图所示:电路电路中四只二极管接成电桥形式，所以中四只二极管接成电桥形式，所以被称为桥式整流电路被称为桥式整流电路 1、工作原理、工作原理由此可见由此可见:在交流输入电压的正负半在交流输入电压的正负半周，都有同一方向的电流流过周，都有同一方向的电流流过RL。四个二极管中，两个两个轮流导通，四个二极管中，两个两个轮流导通，IL=IL1IL2，在负载上得到，在负载上得到全波脉动的直流电压和电流。全波脉动的直流电压和电

40、流。 2、负载、负载RL上直流电压和电流计算上直流电压和电流计算 UL0.9U23、整流二极管上的电流和最大反向电压、整流二极管上的电流和最大反向电压URM 1.57U242 三相整流电路三相整流电路前面我们讨论的都是单相整流电路，它们的输出功率一般不超过几千瓦，如果负载功率太大，将会影响电网三相负荷不平衡。目前工矿企业中使用的大功率直流电源，大多数是从三相整流电路得来的。三相整流电路具有输出电压脉动小，输出功率大，变压器利用率高并能使相电网的负荷平衡等优点，在电气设备中被广泛应用。三相整流电路有多种类型，而三相半波整流电路是最基本的，其他类型都是由三相半波整流电路以不同方式组合成的。421

41、、三相半波整流电路、三相半波整流电路 右图是一个三相半波整流电路。通常变压器的初级绕组接成三角形，次级绕组接成星形。次级绕组的相电压是三相对称电压并按正弦规律变化，彼此相位差为120,电压波形如图4-14a所示:有时也可直接由三相四线制的交流电网供电。三只整流二极管V1,V3和V5的负极接在一起。通常称作共阴极接法。负载电阻RL一端接K点,另一端接中性点N而构成回路。422、三相桥式整流电路、三相桥式整流电路右图是应用最多的三相桥式整流电路，它是两个三相半波整流电路串联组合成的。二极管V1,V3,V5组成共阴极联接的三相半波整流电路，二极管V2，V4，V6组成共阳极联接的三相半波整流电路。负载

42、RL接在E，F点。4.2.3 、带平衡电抗器的双反星形、带平衡电抗器的双反星形 整流电路整流电路右图是带平衡电抗器的双反星形整流电路。变压器次级有A,B两组绕组,A组的U,V,W和B组的U,V,W的相电压大小相等。相位相反（同名端相反），电压波形如图4-20a所示，由于两组绕组都接成星形故称“双反星形”。这了解决两组电流平衡问题，使两组三相半波整流电路并联工作，特设置了平衡电抗器LP,LP的两端绕组的中性点N和N，其中点O作为一个输出端接负载RL,6个二极管作共阴极连接并接到RL另一端。43 滤波电路滤波电路 前面我们讨论的几种整流电路，虽然它们都可以把交流电转换为直流电，但是所输出的都是脉动

43、直流电压，其中含有较大的交流万分，因此这种不平滑的直流电仅能在电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中使用，而对于有些仪器仪表及电气设备等，往往要求直流电压和电流比较平滑，因此必须把脉动的直流电变为平滑的直流电。保留脉动电压的直流成分，尽可能滤除它的交流成分，这就是滤波。这样的电路叫做滤波电路（也叫滤波器）。滤波电路直接在整流电路后面，它通常由电容器，电感器和电阻器按照一定的方式组合而成。常用的滤波电路结构如图4-22所示。431 、电容滤波电路、电容滤波电路右图是单相桥式整流电容滤波电路,电容器C并联在负载两端。根据电路知识我们知道:电容器在电路中有储存和释放能量作用,电流供给的电压升高时,

44、它把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，从而减少脉动成分，使负载电压比较平滑，即电容器具有滤波的作用。 432 、电感滤波电路、电感滤波电路电容滤波在大电流工作时滤波效果较好,当一些电气设备需要脉动小,输出电流大的直流电时,往往采用电感滤波电路,即在整流输出电路中串联带铁芯的大电感线圈。称为阻流圈,如右图a。我们知道:电感线圈的直流电阻很小,所以脉动电压中直流分量很容易通过电感线圈,几乎全部加到负载上,而电感线圈对交流的阻抗很大,因此脉动电压中交流分量很难通过电感线圈,大部分降落在铁芯线圈上。根据电磁感应原理,线圈上通过变化的电流时,它的两端产生自感电动势来阻碍电流变化,当

45、整流输出电流由小增大时,它的抑制作用使电流只能缓慢上升；而整流输出电流减小时,它又使电流只能缓慢下降,这样就使得整流输出电流变化平缓,其输出电压平滑性比电容滤波好， 433 、复式滤波电路、复式滤波电路 复式滤波电路是用电容器和电感器、电阻器组成的滤波器、通常有LC型、LC型、RC型几种。它的滤波效果比单一使用电容或电感滤波要好得多，其应用较为广泛。下图是LC型滤波电路，它由电感滤波和电容滤波组成，脉动电压经过双重滤波作用，使交流分量大部分被电感器阻止，即使有小部分通过电感器，再经过电容滤波，这样负载上交流分时很小，达到滤除交流成分目的。第5章 晶闸管电路硅晶体闸流管简称晶闸管，俗称可控硅。它

46、是一种大功率的变流新器件，主要用于大功率的交流电能与直流电能的相互转换将交流电转换成直流电，其输出的直流电压具有可控性；将直流电转换为交流电，称为逆变。晶闸管广泛用在交流调压、无触点交直流开关等方面。20世纪60年代以来，晶闸管研制和应用发展很快，特变是近年来在电力牵引、交流传动与控制技术中，晶闸管器件都起着十分关键的作用，晶闸管变流技术正向着集成化、模块化方向发展。 本章重点介绍晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线、主要参数、单相和三相可控整流、晶闸管的触发电路及一些特殊晶闸管的应用。 51 晶晶 闸闸 管管 511 、晶闸管的结构、符号、晶闸管的结构、符号 晶闸管的种类较多，有普通型、双向

47、型、可关断型等。在晶闸管整流技术中使用的主要是普通型，而且普通型晶闸管的结构和工作原理也是分析其他晶闸管的基础。下面首先介绍普通型晶闸管。普通型晶闸管的结构及符号如图5-1所示。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G。 512 、晶闸管的工作原理、晶闸管的工作原理不论哪种结构形式的晶闸管,管芯都是由四层(PNPN)半导体和三端(A、G、K)引线构成。因此它有三个PN结,由最外层的P层和N层分别引出阳极和阴极,中间的P层引出门极,如上图a所示。如果将三个PN结和四层半导体看成是由PNP和NPN型两个三极管连接而成,如上图b所示,则每个三极管的基极和另一个三极管的集电极相连,阳极A相当于V1管的

48、发射极,阴极K相当于V2管的发射极,门极相当于V2管的基极,那么普通晶闸管不仅具有硅整流二极管正向导通、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向导通是可以控制的，起这种控制作用的就是门极。52 晶闸管单相可控整流电路晶闸管单相可控整流电路如果用全部或部分晶闸管取代第四章讨论过的各类整流电路中的整流二极管，就能够组成输出电压连续可调的各类可控整流设备。一般容量在4kW以下的可控整流装置多采用单相可控整流，对大功率的负载多采用三项可控整流。下面先介绍最简单、最基本的单相半波可控整流电路。521 、单相半波可控整流电路将单相半波整流电路中的整流二极管换成晶闸管即成单相半波可控整流电路，如右图所示：RL

49、为负载电阻,u1和u2为电源变压器的一次和二次正弦交流电压。由右图电路可见，若门极不加触发电压，无论在u2的正半周还是负半周，晶闸管V均不会导通。若在t1时刻(t1=a)将触发脉冲uG加到V的门极，晶闸管被触发导通，如果忽略管压降，则负载上得到的电压等于u2。522 、单相半控桥式整流电路、单相半控桥式整流电路 将单相桥式整流电路中两只整流二极管换成两只晶闸管便组成了单相半控桥式整流电路，如右图所示。晶闸管V1和V2的阴极接在一起，触发脉冲同时送给两管的门极，但能被触发导通的只能是阳极承受正向电压的那只晶闸管。 53 晶闸管三相可控整流电路晶闸管三相可控整流电路 对大功率的负载，如果用单相可控

50、整流电路，将造成供电线路三相负荷的不平衡，影响电网供电质量。所以中型以上的整流装置都采用三相可控整流。531 、三相半波可控整流电路、三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路如下图所示，其中晶闸三相半波可控整流电路如下图所示，其中晶闸管管V1、V2和和V3的阴极连在一起，称为共阴极的阴极连在一起，称为共阴极接法。这样连接的接法。这样连接的V1、V2和和V3只有当阳极电只有当阳极电位最高且门极加触发脉冲时才导通。位最高且门极加触发脉冲时才导通。532、三相半控桥式整流电路、三相半控桥式整流电路右图是最常用的三相半控桥式整流电路图。图中6个整流元件分为两组：一组是晶闸管V1、V2、V3接成共阴极组

51、,三个晶闸管的阳极分别接在三相电源上,因此任何时刻总是一个晶闸管的阳极电位最高,若在其门极加触发脉冲,它就会触发导通；另一组是整流二极管V4、V5、V6接成共阳极组,三个二极管的阴极分别接在三相电源上,因此任何时刻总又一个二极管的阴极电位最低而处于导通状态。两组元件中只有一组为晶闸管，故称为半控整流电路。 补充：补充： 负载类型对晶闸管整流的负载类型对晶闸管整流的影响影响 在前面分析的各种晶闸管可控整流电路中，均假设负载是电阻性的。但在实际中，经常遇到的负载是电感性的，例如各种电动机的励磁绕组，各种电感线圈等。有时负载是蓄电池（充电）或直流电动机的电枢等。这时电路的工作情况和电阻性负载又很大的

52、不同。（1）电感性负载的影响）电感性负载的影响在电感线圈中当电流发生变化时会产生自感电动势，而且自感电动势总是阻碍电流变化的。电流增大时，自感电动势阻碍它增大；电流减小时，自感电动势又阻碍它减小。也就是说，电感线圈中的电流不能突然增大，也不能突然减小。在晶闸管可控整流电路中，当晶闸管（导通）阳极上的交流电压减小过零时，晶闸管本应关断，但由于负载中自感电动势的作用，电流并没有同时为零，而且又可能仍大于晶闸管的维持电流 ，因而晶闸管不能及时关断。 （2）反电动势负载的影响）反电动势负载的影响下图a所示时反电动势负载对晶闸管整流影响的电路图。整流输出电压 大于反电动势时才有电流输出，其他时间负载电流

53、为零，其波形如下图b所示。通过此图进一步说明给负载串联滤波电抗器，同时并上续流二极管的必要性。 54 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 由前面讨论知道，要使用晶闸管导通除在它的阳极和阴极间加上正向电压外，还必须在它的门极加上适当的触发信号（电压、电流）。这种对晶闸管提供触发信号的电路称为触发电路。触发电流的种类很多，有分立元件组成的，也有集成电路组成的。对触发信号的要求是：上升沿陡，有足够的功率和一定的宽度、幅度，必须和晶闸管阳极电源电压同步，以及又一定的移相范围。541 、单结晶体管触发电路、单结晶体管触发电路单结晶体管又称为双基极二极管,它有一个发射极和两个基极,在一块高阻率的N型硅基片上

54、用镀金陶瓷片制作成两个接触电阻很小的极，称为第一基极（B1）和第二基极（B2）。而在硅基片的另一侧靠近B2 处掺入P型杂质,并引出一个铝质电极,称为发射极（E）。发射极E对基极B1 、B2 就是一个PN结，故称为单结晶体管，如下图a所示，其符号见下图b。542、晶闸管触发电路、晶闸管触发电路右图a所示是常见的同步电压为锯齿波的晶体管触发电路。在同步电源电压u2 的正半周是(a点为正),二极管V1导通,电容器C1充电,由于二极管正向电阻很小，所以充电很快，当u2 达到峰值时，C1上的电压也相应充到u2 的峰值。 u2达到最大值以后，二极管V1便截止，这时电容器C1通过R、L串联回路放电。因为电感

55、L较大，放电较慢，L的作用使放电曲线接近直线，一个周期结束时C1放电结束，如此在电容C1两端便获得近似的锯齿波形电压uC1 。55 晶闸管的选用和保护晶闸管的选用和保护晶闸管的热容量很小，即它导通时电流产生的热效应会使它的温度很快上升。前面介绍晶闸管的主要参数时都是在规定的散热条件、额定的结温下的值。晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，很短时间的过电压或过电流有可能使晶闸管损坏。为了保证晶闸管长时间安全可靠地工作，除了合理选择有关参数外，还必须采取适当的过电流、过电压保护措施。551 、过电流保护、过电流保护当流过晶闸管的电流有效值超过它的额定通态平均电流的有效值时，称为过电流。产生过电流的原

56、因主要是负载过大，输出回路发生短路等。过电流保护的意义是当发生过电流时，能迅速将过电流切断，以防晶闸管损坏。过电流保护措施主要有灵敏过电流续电器保护、快速熔断器保护等，其中采用快速熔断器较为普遍。552 、过电压保护、过电压保护当加在晶闸管上的电压超过其额定电压时称为过电压。产生过电压的因素很多，例如电源变压器的一次侧断开接通，直流侧感性负载的切断，快速熔断器的熔断，突然跳闸等，有时雷电从电网侵入也可能引起过电压。如过电压超过晶闸管的正向或反向转折电压时，就会使它误导通（硬开通）或反向击穿（损坏）。过电压保护措施主要有阻容保护和非线性电阻保护。56 逆变和交流调压逆变和交流调压二极管整流、晶闸

57、管可控整流都是将交流电变换为直流电，反之，如果将直流电变换为交流电，即整流的逆过程称为逆变。利用晶闸管等开关元件组成的逆变电路分为两类：一类是有源逆变，它是通过直流电逆变器交流电交流电网，将直流电逆变成和电网同频率的交流电并反送到交流电网去；另一类是无源逆变，它是通过直流电逆变器交流电用电器，将直流电逆变为某一频率（或频率可调）的交流电并直接供给用电器。无源逆变器简称逆变器，其实逆变器就是变频器的一种，下面讨论这种逆变器。561 、逆变的基本工作原理、逆变的基本工作原理逆变器的工作原理如下图所示：当晶闸管V1和V4被触发导通时，负载上得到左正右负的电压 UL，如下图a所示。当V2管和V3管触发

58、导通时（同时设法使V1和V4管承受反向电压而截止），负载上电压极性就改变，如下图b所示。若能控制两组晶闸管的轮流导通，就可将直流电逆变成交流电，只要能控制晶闸管切换的频率就可实现变频。1.单相电压型逆变器单相电压型逆变器单相电压型逆变器电路如下图所示。 V1和V2两个晶闸管作为可控开关元件,它们轮流导通时,在负载上就可得到波形为矩形的交流电压，流过负载的电流要根据负载性质而定，在电感性负载时，电流的波形近似正弦波。图中：L1=L2为同一桥臂上紧耦合的两个电感线圈,C1=C2为换流电容,VD1和VD2为续流用二极管,R为环流衰减电阻。2.单相电流型逆变器单相电流型逆变器 单相电流型逆变器的基本电

59、路如右图所示。直流电源上串联的大电感使输入电流Id 的波形平直,脉动很小，具有电流源的特性。这种逆变器输出的交流电流为矩形，交流电压的波形与负载性质有关，当负载为电感性时，其波形接近正弦波。图中，C1C2C 为换流电容，VD5VD8为隔离二极管，它使电容的放电回路与负载隔离。572 、单相交流调压、单相交流调压右图a是用两只普通晶闸管V1和V2反向并联而组成的交流调压电路。当电源电压u 处在正半周时,在t1 时刻（t1=a）将触发脉冲加到V2管的门极,V2管被触发导通,此时V1管阳极承受反向电压而关断。当电源电压u 过零时,V2管自然关断。在t2 时刻(t2=+a)将触发脉冲加到V1管的门极,

60、V1管被触发导通,此时V2管承受反向电压而关断。当电源电压u 过零时V1管便自然关断,此负载上得到的电压波形如上图b所示。调节控制角a便可实现交流调压。第第6章章 门电路及组合逻辑电路门电路及组合逻辑电路 在数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元。逻辑门是能实现一定逻辑关系的单元电路。在数字电路中，存在三种最基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑，这三种逻辑关系所对应的单元电路为：与门、或门和非门，由这三种逻辑门组合可以构成各种复杂的逻辑电路。611 、与逻辑及与门、与逻辑及与门如下图如下图 (a)所示所示,由两个二极管组成的与门电路。由两个二极管组成的与门电路。A、B为两个输入端，为两个输入端