电子基础常识

1、电子创新能力培养（一） 二、常用仪器、工具的使用1、电烙铁（功率、调温、接地）、烙铁架、高温海绵、松香、助焊剂、洗板水2、万用板及焊接，覆铜板及腐蚀方法3、直流电源4、万用表：档位、内部正负、量程选择5、信号发生器6、示波器三、常用元器件及参数测量1、电阻1/8W、1/4W、碳膜、金属膜、色环、标值（3、4位）、大功率2、电容瓷片、独石、云母、涤纶、电解3、电感色环、空心、带铁心4、二极管常用1N4001、1N4007，5、三极管常用90136、IC封装形式：常用DIP、表面贴装四、电路基本理论知识精选l 常用无源器件特性：1、电阻特性服从欧姆定律： u=i * R, i=G * u G=1/

2、R 为电导（反映器件的导电能力）2、电感特性服从以下微分方程： 其中为电流对时间的微分，反映电流变化率（与物理学中加速度为速度的变化率类似，即）；由于电压u不可能为无穷大，故流过电感的电流i不能突变（如同对物体施加的力不能无穷大，则速度v不能突变，）。3、电容特性服从以下微分方程：类似于电感，由于充放电电流i不可能为无穷大，故电容两端的电压不能突变。l 参考方向，分析电路之前并不能确定电流或电压的实际方向，故先假定一个参考方向，经过计算之后，由计算结果判断实际方向。例：水管中的水流方向；电阻网络中电流方向。l 几个电路概念：支路电路中通过同一电流的分枝节点支路的连接点回路由支路构成的闭合路径l

3、 基尔霍夫电流定律（KCL）：对于电路中的任一节点，流入（或流出）此节点的各支路电流的代数和恒等于0（流入的总电流与流出的总电流相等）l 基尔霍夫电压定律（KVL）：对于电路中的任一回路，沿任意选定的回路绕行方向，各支路电压的代数和恒等于0（总电压降与总电压升相等）l 实际电源模型1、电压源 u=us-i*RsRsuusi2、电流源 i=is-u/RsRsuisi注：电压源与电流源可对外电路进行等效变换。l 戴维宁（南）定律任何一个有源二端网络均可以用一个电动势E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。用白话解释就是：任何有源电路均可等效为一个实际电压源（也可以是电流源）。l 输入电阻/输

4、出电阻输入电阻将某一器件或某一电路抽象看作一个电阻负载，对它外加激励时表现出来的阻值大小RiuiRi=u/i输出电阻将某一器件或某一电路抽象看作一个激励源，在外接负载之后，表现出来的激励源内阻大小RouiusRo=(us-u)/il 正弦交流电正弦交流电流可以用下式表示：i=Im sin(t+0)Im 为幅值（最大值）为角频率=2f=2/TT为周期=t+0为瞬时相位，0为t=0时的初相位it02it0/T=2/l 有效值有效值是指在相同时间内，当一个交流量的作功与一定数值的直流量作功相等时，此直流量的量值就是该交流量的有效值。简单理解：将交流电流/电压加到某一电阻上，在一定时间内，电阻的发热量

5、与某一数值的直流电流/电压加到同一电阻上的发热量相等时，此直流量的量值就是该交流量的有效值。特别地：正弦量的有效值为其幅值的倍，或者说幅值为其有效值的倍l 复阻抗在复频域分析电路时，器件对电流的阻碍能力，分为阻性（R），容性（C），和感性（L）：ZR=R ，ZC=1/（jC） ， ZL=jL， 其中j为虚数，j2=-1多个复阻抗串或并联之后的总复阻抗计算类似电阻的串并联计算。l 谐振电路1、串联谐振RLC在外加正弦输入电压U的作用之下，其电流响应为当时，I值可达最大，此时称为发生了谐振，由于L和C是串联关系，故称串联谐振，谐振时有，即。由于，可以看出整个电路呈现纯电阻的性质，总阻抗等于R，L

6、C谐振部分对外部表现的阻抗为0，相当于短路（注意：并不是对所有信号，它仅仅对谐振频率短路，信号的频率离谐振频率越远谐振部分的阻抗就越大）。2、并联谐振RLC在外加正弦输入电压U的作用之下，其电流响应为当时，I值可达最小，此时称为发生了谐振，由于L和C是并联关系，故称并联谐振，谐振时有，即。由于，可以看出整个电路呈现纯电阻的性质，总阻抗等于R，L C谐振部分对外部表现的阻抗为无穷大，相当于开路（注意：并不是对所有信号，它仅仅对谐振频率开路，信号的频率离谐振频率越远谐振部分的阻抗就越小）。l 滤波器由前述内容可知，L和C的阻抗与流过它的信号频率有关系，因此，选择合适参数的元件可以构成滤波器对信号进

7、行频率选择。1、RC低通滤波器iRCo因此，频率越大输出的信号越小，频率越小输出的信号越接近输入的信号，呈现一种低（频率）通（过）的特性，当然其中的高频和低频之间的界限并不是绝对的。频率特性（输出对输入的比值，即增益随信号频率变化的规律）为：理想低通特性为：2、RC高通滤波器iRCo因此，频率越小输出的信号越小，频率越大输出的信号越接近输入的信号，呈现一种高（频率）通（过）的特性。频率特性为：理想高通特性为：3、带通滤波器和带阻滤波器组合低通和高通滤波器可以得到带通和带阻滤波器带通滤波器特性：带阻滤波器特性：4、其他滤波器除可以用R和C构成滤波器之外，还可以用R和L、L和C、R和L和C构成无源

8、滤波器；而无源滤波器与合适的放大电路可以合并成有源滤波器，其性能更好；使用各种专门的滤波器芯片可以更方便地构成高性能的滤波器。五、模拟电子技术基本理论知识精选l 二极管由N型和P型两块半导体材料制成，在两者之间形成一个PN结。连接P型材料的管脚为阳极，连接N型材料的为阴极。PN理想二极管具有单向导电特性，正向电压（阳极高于阴极）使其导通，反向电压使其截止。理想特性如下：UI正向导通时，电流可以达到无穷大，而正向电压降为0，如同一个开关接通；反向截止时电流为0，如同一个开关断开。实际二极管特性略有区别，如下：UI正向导通需要一定电压（不同材料的二极管该电压不同，一般硅管为0.7V，锗管为0.3V

9、），当小于该电压时二极管并不能完全导通，只有很小正向电流，当超过该电压时，电流可以迅速增加；加反向电压时，二极管会有很小的反向漏电流。一般分析时可以将二极管按理想情况看待，除非正向压降或反向电流会影响到分析结果时，使用实际特性进行分析。l 发光二极管（LED）施加正向电压发光，发光时一般需要几个mA到10mA电流l 稳压二极管利用二极管反向击穿电压很稳定的性质，其常来产生稳定的参考电压l 三极管1、由三块半导体材料制成，形成两个PN结，有三个电极，分别是c(collector)集电极、b(base)基极、和e(emitter)发射极，根据材料放置的顺序不同可以分为NPN型和PNP型三极管，如下

10、图所示ebcbecNPNbecPNPebc2、三极管是电流放大器件，be之间的电流变化能改变ce之间的电流，且ce之间的电流变化量远大于be之间的电流变化量，其比值为，一般在几十至几百之间。3、一般将输入信号接入be之间，而从ce之间输出信号，由于be之间就是一个PN结，其输入特性与二极管相同IbUbe4、三极管的输出特性为：IcUce饱和区截止区放大区负载线输出特性中的多条曲线分别代表不同Ib时，三极管Uce与Ic之间的函数关系。特性分为三个工作区（由图中红线分割）：饱和区，只需要很小Uce就可以使Ic达到很大的值，c和e之间表现出很小的阻抗，就象一个开关接通一样；截止区，即使有很大的Uce

11、也不能使Ic达到很大的值，c和e之间有很大的阻抗，就象一个开关断开一样；放大区， Uce和Ic之间满足线性关系，它们的值随Ib的不同而变化，Uce与Ic对应值的交点总在图中负载线上。在模拟电路中，三极管一般用作放大器件，必须工作在放大区，不然会发生信号的失真；而在数字电路中刚好相反，三极管用作开关器件，工作在饱和区或截止区，放大区只是它在从饱和区到截止区或反向转换的过程中临时通过一下。l 单管放大电路单管放大电路是只用一只三极管进行信号放大的电路，是模拟电路基本组成单元和基础。其构成形式多样，性能一般，以NPN管构成共射放大电路为例：VCCvivo单管放大电路虽是基础，但其分析计算比较复杂，且

12、使用较少，故不作详细讨论。l 运算放大器（简称运放）1、简化符号u+u-uo2、u+为同相输入；u _为反相输入；uo为输出。3、运放的特性为，uo=A ud=A（u+ - u _）。（注意：由于开环放大倍数A很大，此式只有当| ud|很小的时候才满足，如果ud不是很小，则由于电源的限制，输出uo将被限制在接近电源电压的一个固定值上，此时工作于比较器状态）4、理想情况下，开环增益A=，输入阻抗Ri=，输出阻抗Ro=0；由于uo=A ud 和A=且uo有限，故ud= u+- u-=0，即运放同相与反相输入端电位相等，形同短路而实际未短路，称为“虚短”；5、由于Ri=和ud有限，故运放同相与反相输

13、入端上的电流i+=- i-= ud /Ri=0，即运放同相与反相输入端电流为0，形同断路而实际未断路，称为“虚断”。（对于运放电路使用“虚短”和“虚断”的概念可以很方便地快速完成分析。）l 常用运算放大器电路1、跟随器uiuo 由ud= u+- u-=0知，uo = ui，即输出跟随输入变化。跟随器常用于隔离、缓冲的场合，使前后级电路之间不会互相影响，其原因在于跟随器输入阻抗非常大，而输出阻抗很小。2、同相放大uiuoRR1Rf利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以uo/(Rf+R1)=ui/R1，因此电路的增益uo/ ui = (Rf+R1) /R1=1+R

14、f/R1。（注意：图中电路R并不影响电路的增益，理论上可以不需要，但实际电路中为了使性能更好，一般需要使运放的同相和反相输入端阻抗平衡，需要这个电阻，其值大小为反相输入端所接电阻的并联值，即R=Rf/R1，下同）3、反相放大uiuoRR1Rf利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-=0和i+=- i- =0，所以uo/Rf=-ui/R1，因此电路的增益uo/ ui =-Rf /R1。4、同相加法ui1uoRR1RfR2ui2利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以，因此电路的输出。5、反相加法ui2uoRR1Rfui1R2利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+

15、= u-=0和i+=- i- =0，所以uo/Rf=-（ui1/R1+ ui2/R2），因此电路的输出uo =-（ui1/R1+ ui2/R2）Rf。6、减法ui1uoR1RfR2ui2利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以（uo- ui1）/Rf=（ui1- ui2）/R2，因此电路的输出uo =ui1（Rf+R2）- ui2 Rf/R2。7、积分uiuoRC利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-=0和i+=- i- =0，以及电容的特性，所以，因此，其中=RC称为积分时间常数。8、微分uiuoRC利用“虚短”和“虚断”的概念，有u+= u-=0和i+

16、=- i- =0，以及电容的特性，所以，因此，。9、电压转电流uiR2ioR1R3R4R当R2/R1=R4/R3时，io=？（与ui的关系，请计算）10、电流转电压iiuoRRfuo =？（与ii 的关系，请计算）11、有源滤波由于有源滤波器的输入阻抗高、输出阻抗低，且容易构成高阶滤波器（其通带到阻带的过渡更快，性能比基本的一阶滤波器更好）。一般利用无源滤波器后面加上运放构成放大电路就可以得到有源滤波器，例如二阶有源低通滤波器可以如下构成：uiuoRR1RfRCC12、比较器运放工作在开环状态时，可作为比较器使用，但效果不如专门的比较器。对比较器的分析不能使用“虚短”的概念，因为此时其两个输入

17、端之间的电位差不再接近于0，该电位差被放大A倍之后一般远超过电源电压，但实际比较器受电源的限制，最大只能输出电源电压（实际还要略小）。故当u+> u-时，输出为正电源电压；当u+< u-时，输出为负电源电压。比较器常用于信号检测、波形变换等。uouiVCCuiuo13、仪表放大器对电路进行测量的时候，接入仪表不能影响电路原有的工作状态，因此要求仪表放大器具有非常高的输入阻抗（接近断路，接入后对原电路相当于没有接）。而且为了有很高的测量精度，仪表放大器要具有性能稳定、抗干扰能力强的特点。uiui2uoR4ui1R2R1R3当R2/R1=R4/R3=K时，uo =？l 功率放大电路（简

18、称功放）功放不同于普通放大电路，后者以放大信号（主要是电压）为目的，而功放则以放大功率为目的，其输出信号的电压大电流也大，电路带负载的能力强。1、甲（A）类功放用一只三极管构成放大电路，结构与普通放大电路基本类似，功率管在整个信号周期中均处于导通工作状态。此电路无失真，效率低，应用少；2、乙（B）类功放用两只三极管构成放大电路，推挽式工作，每个功率管均只在半个信号周期中导通工作。此电路效率较高，但由于功率管有导通压降，输出有交越失真，一般不使用；3、甲乙（AB）类功放用两只三极管构成放大电路，综合甲类与乙类功放的特点，每个功率管均在略大于半个信号周期中导通工作。此电路克服了交越失真，效率较乙类

19、略低，应用广泛；4、丙（C）类功放用一只三极管构成放大电路，配合辅助电路使功率管在小于半个信号周期中导通工作。此电路效率很高，理想情况可达到100%。4、丁（D）类功放不同于其他放大电路，丁类功放中的管子工作于开关状态，开通时其两端电压为0，关断时通过它的电流为0，因此理想情况下，管子上消耗的功率为0，效率非常高，电路的输出是一种PWM波形，其后通过滤波就可以得到所需要的输出大功率信号。5、集成功放现在一般使用集成功放芯片构成电路，很方便。l 振荡电路当需要某种频率的信号的时候，可以使用振荡电路产生之。其实质是一个正反馈放大电路，由于电路总存在有噪声，其频率从0到无穷，即总存在我们需要的频率，只不过所有频率成分都很微小，我们利用正反馈将所需要的频率成分选择出来加以放大，再反馈回去再次放大，循环很多次之后就可得到所需要的信号。1、RC桥式振荡电路uoR1RfRRCC此图仅为原理图，需要加以修改才能实际使用。2、其他振荡器RC桥式振荡电路构成简单但性能一般，需要性能更好的振荡器时还可以考虑其他类型的振荡器，比如，变压器反馈式LC振荡器、三点式LC振荡器、石英晶体振荡器等。l 直流稳压电源一般小功率稳压电源由220V交流电经过变压器降压、整流、滤波、稳压后获得。1、降压（略）2、整流整流形式有多种，一般用桥式整流，可