电子系统设计

1、 物理与电子信息学院物理与电子信息学院School of Physics and Electronic InformationSchool of Physics and Electronic Information 电子系统设计第二章 电子线路基础实验o 第一节 晶体管的参数测试与基本应用一、二极管的主要参数及测试最大整流电流IFM，最大反向工作电压VRM，反向电流IR，交流电阻r。29 . 0222)d(20sin2221LoUUttUUULLRU.I290LoDRU.II245021a. 整流输出电压平均值整流输出电压平均值（Uo）b. 负载上的负载上的(平均平均)电流电流:c. 流过二极

2、管的电流流过二极管的电流:d. 二极管承受的最大反向电二极管承受的最大反向电压压22UURMu2D4D2D1D3RLuoAB二、二极管的基本应用 1.普通二极管的应用 整流、检波、限幅、钳位克服交越失真限幅电路钳位电路 2.发光二极管的应用光强随电流增大而增大，有红、绿、黄、蓝、红外等发光二极管的导通电流不能超过20mA，使用时串接限流电阻，阻值如下：VF为正向导通电压（2V左右），不同颜色的发光二极管VF不同，如下表。IF为导通电流，一般为5-10mA。FFCCIVVR0逻辑电平显示电路电源指示图案显示非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器(1)工作原理工作原理采用采用CMOS门；门；RF使门

3、使门1工作在转折区。工作在转折区。 因此门因此门2也工作在转也工作在转折区，电容折区，电容C引入正反馈，引入正反馈，使电路振荡。使电路振荡。 设设t1时刻时刻G1输出低电平、输出低电平、G2输输出高电平。定为暂稳态出高电平。定为暂稳态2。1I当当 VTH时，产生连锁反应：时，产生连锁反应：1I1I1O2O随之电路进入暂稳态随之电路进入暂稳态1。见下页图。见下页图。C充电充电 VDD0i充充1I1O2OC放电放电 1I1O=VDD，2O=0，1I=VTHVDD。在在t2时刻：时刻：在暂稳态在暂稳态1：t1t2i放放1I三要素为：三要素为：放放=RFC。t3在在t3时刻时刻 VTH，又发生，又发生

4、连锁反应，进入暂稳态连锁反应，进入暂稳态2：1I1I(0)=VTHVDD，在暂稳态在暂稳态2，C充电的三要素为：充电的三要素为：1I(0)=VTHVDD，( )=VDD，1I充充RFC1I( )=0VDD0(2)周期计算：周期计算：T=T1+T2RFC1.1 ttWIIIIW)()()0()(ln1111 将前面的三要素代入下面的公式，即可求出将前面的三要素代入下面的公式，即可求出T1和和T2：V00VTHVDDRFCTHln T2RFC1.1 VVDDVDDVTH+VDDRFCTHln T1T=2.2RFC1I(0)=VTHVDD，暂稳态暂稳态2，C充电的三要素为：充电的三要素为：充充RFC

5、1I( )=0( )=VDD，放放=RFC。1I(0)=VTHVDD，1I暂稳态暂稳态1中，中，C放电三要素：放电三要素：红外发射接收电路 3.稳压二极管的应用稳压二极管的PN结在反向电压大到一定数值以后，PN结突然击穿，反向电流增加很多，反向电压保持不变。实际上是射极输出器，实际上是射极输出器，Uo=UZ-UBE 。稳压过程：稳压过程：UI UOUBEIB （稳压）（稳压）UO UCEICTUORL+UZUIiRiZiLBZRiii, 0BELiii)1 (高压到低压的转换UCEIBICUCE恒流源比较限幅输出积分输出限幅 4.变容二极管的应用变容二极管的势垒电容量能够灵敏的随着反向电压的变

6、化而变化。变容二极管调频电路二、三极管的基本应用 1.三极管的主要参数 直流放大系数 ，交流放大系数 ，穿透电流ICEO，反向击穿电压V（BR）CEO，集电极最大允许电流ICM，集电极最大允许功耗PCM，以上参数都可以从手册查到。 2.三极管的基本应用举例)(FEh)(feh1. 截止区：截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏2. 放大区：放大区：CEOBCIII 条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔3. 饱和区：饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点

7、：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE0.1 V ( (锗管锗管) )0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =深度饱和时：深度饱和时：简易声光欧姆表锯齿波发生器当电源接VCC时，三极管TR1经RB1正偏导通，TR2经RB2正偏导通，C1、C2经RC2、RC1充电。C2经TR1VCCRB2放电,经T2=0.7RB2C2, C2放电完毕,TR2由RB2正偏饱和导通自激多谐振荡器C1经TR2VCCRB1放电,经T1=0.7RB1C1, C1放电完毕,TR1由RB2正偏饱和导通集电极输出方波光控路灯 RL E当光线照射在集电结的基区时,会产生电子-空穴对,

8、在内电场的作用下,光生电子被拉到集电极,基区留下空穴,使基极与发射极间的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极,形成输出电流,且集电极电流为光电流的倍。 cebX1X2X3相位条件：与晶体管发射极相联结的电抗X1、X2性质必须相同。即be、ce间电抗性质相同，不与晶体管发射极相联结的另一电抗X3的性质必须与其相反。即与Bc间性质相反振幅条件：需要适当选择X1与X2的比值调频无线话筒三、场效应管主要参数测试与基本应用 1.场效应管的主要参数 饱和漏电流IDSS，夹断电压VP，低频跨导gm 2.场效应管的基本应用举例 电压控制元件，噪声系数小，输入阻抗极高，N沟道型栅源可互换，栅极电压可正可负。驻

9、极体话筒电路它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。将万用表拨至R1k档 ，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。12qqqfL C00000112qsPsqqqqCfffCC CCLCCCC01(1)2qNqLCffCC串联谐振频率：并联谐振频率：标称频率：石英晶体产品的标称频率（a）皮尔斯晶振（皮尔斯晶振（b bc型）：晶体接在晶体管bc之间。（b b）米勒晶振（）米勒晶振（bebe型）：型）：晶体接在晶体管晶体

10、接在晶体管bebe极之间。极之间。场效应管源极跟随器扩音机与电唱机相接的拾音电路四、集成运算放大器的基本应用 1.反相放大器 闭环电压增益： 输入电阻： 输出电阻： 平衡电阻： 2.同相放大器和电压跟随器 闭环电压增益： 输入电阻： 输出电阻： 平衡电阻：RF取值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧，R1的取值应远大于信号源内阻。 1RRAFVF1RRi0oRFpRRR/111RRAFVFicirR 0oRFpRRR/1 3.差动放大器 输出电压： 当R1=R2，RF=R3时： 差模电压增益： 输入阻抗： 当R1=R2=RF=R3时为减法器，输出电压：4.加减法器23

11、23111)(1 (VRRRRRVRRVFFo23112RRRRVVVAFoVD1212RRRRid12VVVo)(2211VRRVRRVFFo131)1 (vRRV242)1 (vRRV1351)1 (vRRRRVFo2452476752)1 ()1)()(1 (vRRRRvRRRRRRRVFFo245135)1 ()1 (vRRRRvRRRRVFFo7654321RRRRRRRRF，条件：弱信号检测放大器 5.微分器 输出电压： 基本微分器是理想的输出响应上叠加了一个衰减振荡响应，而且工作很不稳定，易于自激。dtdvCRviFo 实际的微分器：在输入端串入一个电阻Rs，使得自然频率下降，阻

12、尼比明显增大，其作用是消除自激，减小高频谐振峰。也可在反馈电阻上并联反馈电容，可以降低不必要的高频增益。输出电压：当 时，电路起微分作用，否则近似为反相放大器。isSFiSFovCRjRRvCjRRv1111CRfs210 6.积分器 输出电压： 输入失调电压和输入失调电流会使输出产生锯齿波电压，而且随积分时间的增加线性增大。此外，电容C越大，输出电压误差越小；同时为减小失调电流影响，同相端接偏置电阻Rc=R1。 实际应用中为了获得理想的积分特性，积分响应在远小于RC的时间内结束或者输出电压的幅度远小于极限值。tiodtvCRv011 实际的积分器：不能直接用来实现一次积分变换，必须采用反馈电

13、阻RF来稳定静态工作点。为了有效抑制不必要甚低频干扰，在反相输入端串一个大一点的电容。输出电压：当 时，电路起微分作用，否则近似为反相放大器。CRfF210iFSFiSFFovCRjRRvRCRjRv111 7.窗比较器 反相比较器：输入信号的值Vi大于参考电压VREF时，输出接近于负电源电压-VEE；小于参考电压VREF时，输出接近于正电源电压+VCC。8.RC正弦波振荡器 a. 文氏电桥振荡器由同相放大器和文氏电桥反馈网络构成。负反馈网络：R3和RF构成增益：正反馈网络：R1、C1、R2、C2反馈系数：取31RRAFVF)1()1 (11/)1(1/21122112112211CRCRjC

14、CRRCjRCjRCjRVVFoFRCCCCRRR102121，)(3100jFv212002)(31vvFF)3(001tgf31010VMAXfFRC，幅频特性： 相频特性：当相位条件：同相放大器相位为0，正反馈端相位为0，满足相位平衡条件；幅值条件：说明：为稳定振荡信号的波形需设自动稳幅电路，可在负反馈电路上采用热敏电阻、或并接稳压管，当振荡增强时，负反馈增大，增益下降，反之增益上升，从而使振荡稳定在某一确定值。313111RRAFAFFVFVMAXVFV，故，因b. 双T正弦波振荡器两个T型网络分别由R、R、2C和C、C、2R构成。利用星形和三角形互化的方法：双T网络的传输函数为：22

15、211)1 (2CRRCjRZ)1(2132CjRZZRCjRCRCCjRCRRCjRCjRZZZVVjFio4)(1 )(1)1(211)1 (2)1(21)(2222231320220204)(1)(1)(F) 1()(14) 1()(14)(0200102001tgtgf020204)(1 )(1)(jjF，则令RC10幅频特性和相频特性分别为：说明：出波形最好。时电路容易起振，且输，取的信号负反馈最弱，此时对时，当RRRRRCfFRCF210210)(13300电阻星形与三角形连接的等效变换电阻星形与三角形连接的等效变换星形星形( (Y) )连接与三角形连接与三角形( ( ) )连接用

16、于不对称参数的电路变换连接用于不对称参数的电路变换 连接连接RRRR1R2R3Y 连接连接 YR1 = R + R +R RRR2 = R + R +R RRR3 = R + R +R RRY R=R1 R2 + R2 R3 + R3 R1 R3R =R1 R2 + R2 R3 + R3 R1 R1R =R1 R2 + R2 R3 + R3 R1 R2RRR3R 3R 3R 9. 方波发生器由运放和R1、RF构成的滞回比较器和R、C构成的无源积分器构成。比较器输出的电压为+Vz或-Vz，同相端输入的电压：当电路接通时，Vo通过R对C充电，使得V-端电压升高，当大于V+端电压时，Vo输出-Vz，

17、电容通过R迅速放电，当放电到小于V+时，Vo翻转输出+Vz，如此往复就输出周期性方波。zFVRRRV11RCtzzFztcccceVVRRRVevvvtv11)()0()()()21ln(211)21ln(2)2(11210110FoFzFcRRRCTfRRRCTTTVRRRTv即：得：由由电容充放电规律，按三要素得：10. 阶梯波发生器1)当Vi=-Vz时，D1导通，D2截止，C2通过D1放电，直到VC2=-(Vz-0.7V)；2)当Vi=+Vz时，D1截止，D2导通，C2通过D2和C3充电，直到VC2=+(Vz-0.7V)。3)在一周期内电容C2上的电荷变化量：Q2=C2VC2=2C2(V

18、z-0.7V)，4)电容C3上的电荷变化量和C2相同，故C3两端的电压增量： VC3= Q2/C3=(2C2/C3)(Vz-0.7V)，5）经过n个周期达到单结晶体管峰点电压Vp=nVC3，EB1结导通，C3经EB1结和R5迅速放电，输出将为0，形成一个完整的阶梯波。6）阶梯波的级数主要由C3和C2的比值决定，取510级023030)7 . 0(2TVCVCTVVnTTzPCP一、集成逻辑门的基本应用 1.门电路组成的时钟源 a.TTL门电路构成的脉冲时钟源 实际是带有RC电路的环形多谐振荡器工作原理：假设：开始时uo=0，且电容有左负右正的电压。123RRSAuo1uouo210+0-+-1

19、010tuo0tuo20tuo10tuAUTUb. 门电路构成的晶体振荡器c. CMOS门电路构成的脉冲时钟源2. 脉冲调制解调器 a.脉冲调制器 b.脉冲解调器3. 门电路构成的触发器 a.去抖开关电路 b.长明灯电路C.单稳态触发器 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器t11、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u2为保证稳态时门1导通、门2截止Rr开门电阻2K（选为4.7K）R关门电阻0.7K（选为330）2、工作原理（1）稳定状态门1导通，门2截止。u1=1.4v，uo1=0.3vv4 . 033. 033. 037 . 05u2uC=-0.1v0v0tuiu1uo1u20t0t

20、0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6v输出为高 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器t11、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u2（2）触发翻转第一次翻转 2、工作原理0tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6v正反馈的结果使门1截止，门2导通。输出为低，进入暂稳态。 o21o1uuu(uCu 不能突变负尖脉冲）正反馈uO1微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器t11、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u2（3）暂稳态阶段 2、工作原理0tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6vuo1为高电

21、平，C经R充电，u2，直到u2降到门坎电平1.4v以前，电路一直维持为暂稳态。微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器t11、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u2（4）自动返回第二次翻转 2、工作原理0tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6v当u2降到稍小于1.4v时uOuo1 u2 正反馈的结果使门1导通，门2截止。输出为高，进入稳态。 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器t11、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u2（5）恢复阶段 2、工作原理0tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6v电容上充得的

22、电荷经R和门1的输出电阻RO放电，直到u2=0.4v时结束。 当ui的下降沿再一次到来时，电路重复上述过程。微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器1、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u23、说明（1）当输入脉冲宽度大于tW时，输入微分电路是必要的。 当输入脉冲宽度小于tW时，输入微分电路可以省去。 t10tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6vuouo112uiRCu2微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器1、电路组成uouo1RrCr12uiRCu1u23、说明t10tuiu1uo1u20t0t0t0tuo0.4v0.3v3.6v1.4v3.6v

23、（2）电路的改进脉冲宽度可以在大范围内调节。 uo12uiRC+5v4. 集电极开路门和三态门的应用 集电极开路门和三态门都有线与的功能，即它们的输出端可以直接相连VOHmin：OC门高电平时输出的最低电压，2.4V；VOLmax：OC门低电平时输出的最高电压，0.4V；IOL：OC门输出低电平时允许灌入的最大电流，8mA；IOH：晶体管截止时的漏电流，100uA；IIL：每个负载门的低电平输入电流，0.4mA；IIH：每个负载门的低电平输入电流，50uA；IHOHOHCCLmInIVVRminmaxILOLOLCCLmIIVVRmaxmin一级OC门代替三级与非门 三态门用于数据传输 二、D

24、触发器的基本应用 常见的D触发器有双D（74LS74）、4D（74LS175）、8D（74LS273） 1.同步单脉冲产生电路2.N1/2分频电路设电路初始状态1Q=1，2Q=0，Y=0。当CP来的时候，1Q=0，2Q=0，Y=1，当CP下降沿来时，1Q=0，2Q=1，Y=0。每经过3个时钟脉冲，可获得两个输出脉冲。三、JK触发器的基本应用 主从JK触发器：CP在0变1期间只接收输入信号，输出状态不变；在1变0时，触发器翻转，输出状态改变。74LS107 边沿触发JK触发器：74LS76 1.“1”检出电路 只要1J端在CP=1期间出现过高电平，触发器就会将1存储 2.八度音产生器 四、单稳态

25、触发器的基本应用 可分为非重触发单稳态和可重触发单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74121非重复触发非重复触发 只能在稳态接受输入信号。只能在稳态接受输入信号。1. 图形符号图形符号 11 &QQTRATRBTR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 表示不属于逻辑状态连接表示不属于逻辑状态连接下降沿触发输入下降沿触发输入上升沿触发输入上升沿触发输入非重复触发非重复触发外接定时外接定时电阻、电容电阻、电容VCC内接接定时电阻引出端内接接定时电阻引出端)(BA TRTRTRTR2. 功能表功能表输输 入入输输 出出注注TRA TRB TR+Q Q L H

26、 L H L H H L H L H L H L H保持保持稳态稳态 H H H H H下降沿下降沿触发触发 L L 上升沿上升沿触发触发)(BA TRTRTRTR3. 主要参数主要参数RCRCt7 . 0 2lnW 输出脉宽输出脉宽 tw:输入触发脉冲最输入触发脉冲最小周期小周期 Tmin :reWminttT 周期性输入触发周期性输入触发脉冲占空比脉冲占空比 q:reWWminWtttTtq 可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器 74122可重复触发可重复触发 在暂稳态期间在暂稳态期间, 能够接受新的触发信号。能够接受新的触发信号。1. 图形符号图形符号1QQTRATRBTR+AR

27、intCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接复位直接复位)(BABA TRTRTRTRTR可重复触发可重复触发2. 功能表功能表输输 入入输输 出出注注RD TRA TRB TR+A TR+B Q Q L H H L L L H L H L H L H复位复位保持保持稳态稳态 H L H H L H H L H L H L H H L H H上升沿上升沿触发触发)(BABA TRTRTRTRTR当定时当定时电容电容C 1000 pF时时:RCt32. 0W 1.精密延时电路 tw=0.7RextCext，Cext的取值为10pF10uF，Rext的范围为

28、2k30k。2.高通、低通滤波器 输入的信号如果满足TH0.45RextCextTi，电容充电未达到2VCC/3，输出一直保持高电平，当充到2VCC/3时，输出低电平。3）两级定时器 由一片556构成的两级定时器电路，第一级5端产生的延时脉冲作为第二级8端的输入脉冲，9脚为两级延时后的输出。2.多谐振荡器及其应用接通电源， T截止， VCC通过R1、R2向C充电，上升到2/3VCC时A1翻转，RS触发器复位。Vo输出为0，三极管导通，C经T放电，输出保持0不变；当低于1/3VCC时，RS触发器置位，三极管截止，C充电，重复上述过程。1）时钟脉冲发生器左图通过改变电容C可获得超长时间的低频脉冲，

29、调节电位器可获得任意频率的脉冲。右图接入D1和D2后充放电回路分开，充电回路：R1、RP、D1、C，放电回路：C、D2、R2、RP、三极管。2）通断检测器3）手控蜂鸣器4端为复位端，按下S时接高电平，电路振荡发生，松开S后通过R3、C3放电，电路停振3.RS触发器和施密特触发器的应用左图为基本RS触发器，6脚输入正脉冲，内部RS复位，输出低电平，2脚输入负脉冲，输出高电平。右图为施密特触发器，2、6脚短接，当输入大于2VCC/3时，输出低电平，大于VCC/3时输出高电平。5端接可调直流电压，可改变滞后电压的大小。六、中规模组合逻辑电路设计实验 1.编码器（74LS148）优先编码器，I7最高，

30、I0最低ST=0允许编码，ST=1禁止编码YS主要用于多个编码器电路的级联控制，与优先级别低的编码器ST相连YEX=0表示Y2Y1Y0是编码输出， YEX=1表示Y2Y1Y0不是编码输出 Y0 Y1 Y2 Y3 YEX Y0 Y1 Y2 YEXYS 低位片 ST I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y0 Y1 Y2 YEXYS 高位片 ST I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15&集成三位二进制优先编码器的级联集成三位二进制优先编码器的级联16线线-4线优先编码

31、器线优先编码器优先级别从015 II递降2.译码器（74LS138/154/47/48/CC4055）1）通用译码器（74LS138/154）G1=1,G2A=G2B=0同时满足时译码Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10Y11 Y12 Y13 Y14 Y15使能译码输出 A0A1A2 A3 “1”译码输入 A0A1A2 STA STB STC低位片 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A0A1A2 STA STB STC 高位片 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y774LS138的级联的级联4 线-16 线译码器2）显示译码器/驱动器（74LS47/48/CC4055）（1）数码显示器八段发光二极管数码显示器，驱动共阴用74LS48、74LS49、CC4511，驱动共阳用