电子电路细说(1)

1、电子技术(结合TPH主要控制电路) 制作: H J : 2011年6月1培训内容电子技术定义模拟电路数字电路常用电子元器件知识2电子技术定义什么是电子产品? 电子产品首先必须含有电子元器件形成的电路板或架空式电路连接，包括控制电路、电源电路、保护电路等相关电子电路；部分机械产品由于也包含电子控制电路，也可以称为电子产品。 如：普通3D眼镜 带无线充电功能3D眼镜31.电子(electron) 物质的基本构成单位原子 是由电子、中子和质子三者共同组成；电子是构成原子的基本粒子之一，目前无法再分解为更小的物质质量极小，带负电(电子所带电荷为e=1.6 10的-19次方库仑)，在原子中围绕原子核旋转

2、。2.电流(current) 电子围绕原子的核做高速运动，当原子互相结合成为分子时，在最外层的电子便会由一原子移至另一原子或成为彼此共享的电子。 当电子脱离原子核束缚在其它原子中自由移动时，其产生的净流动现象称为电流。 电子技术定义 名词43.静电(electrostatic) 质子带有与电子电荷绝对值相等的正电荷，在通常情况下，原子含有等量的电子和质子，对外不显电性。“静电” 顾名思义:静止电荷产生的电，是指当物体带有的正负电荷数不相等而导致正负电量不平衡的情况；如摩擦起电。 产生静电的方法：摩擦、相接触的两个物体发生分离、静电感应产生静电等。问题：如何预防静电？电子技术定义 名词5电子技术

3、定义 名词4.电磁波(electromagnetic wave) 电荷周围伴有电场，电场对电荷产生力的作用。电荷的运动产生电流，电流周围又伴有磁场，磁场对磁体或电流产生力的作用。当电流变化时，周围的电场和磁场也会随之发生变化。这种变化以波的形态携载能量以一定的速度向外传播，这种波称为电磁波。 电磁波在真空中的传播速度为 299792.46公里/秒 电磁波的传播速度与波长无关6电子技术定义 电子学 是以电子运动和电磁波及其相互作用的研究和利用为核心而发展起来的 ；它是一门以应用为主要目的的科学和技术。它主要研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理学科；电子学涉及很多的科学门类，包括，物理、化学、

4、数学、材料科学等。 电子技术则是应用电子学的原理设计和制造电路、电子器件来解决实际问题的科学。 简单的说就是对电子信号进行处理的技术。 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术主要以Digital (数字) 电子技术为主；而电力电子技术则主要以 Analog (模拟) 电子技术为主。 7模拟(Analog)电路81.什么是半导体 所谓半导体就是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。导体如金、银、铜、铝等；绝缘体如橡胶、塑料、云母、陶瓷等；典型的半导体材料则有硅、锗、硒及某些金属氧化物、硫化物等，其中用来制造半导体器件最多的半导体材料是硅和锗。2.半导体的导电特征 1) 温度特

5、性(简称热敏性) 2) 光照特性(简称光敏性) 3) 掺杂特性：杂质半导体是制造半导体器件的基本材料模拟(Analog)电路 半导体器件9N型半导体 因为掺入了少量五价元素(如磷或砷)，使自由电子的数目大增，自由电子导电就成为该类型杂质半导体导电的主要方式，所以又称“电子半导体”。电子正离子P型半导体 因为掺入了少量三价元素(如硼或铝)，使空穴成为多子，而自由电子导电成为少子，其导电的主要方式为空穴导电，所以又称“空穴半导体”。空穴负离子单一的P型或N型半导体并不能用来制造半导体器件!模拟(Analog)电路 半导体器件10PN结P区N区多子扩散少子少子P区N区内电场方向少子漂移空间电荷区PN

6、结是构成各种半导体器件的基础!模拟(Analog)电路 半导体器件11PN结的单向导电性:变窄内电场外电场PNR(加正向电压)变宽内电场外电场PNR(加负向电压)(PN结符号)PN模拟(Analog)电路 半导体器件12半导体二级管1) 符号:3) 伏安特性及参数:+-U/VI/mA204060-20-400.20.40.2-25-50正向死区电压反向击穿电压 最大整流电流IF : 一般从几十mA至几十安培不等。 正向导通电压(门槛电压)Uth : 硅管/约为0.5V、锗管/约为0.1V 最高反向工作电压: 一般规定为其反向击穿电压的 1/2或2/3。 最大反向电流IRM : 硅管一般在零点几

7、个微安(甚至更少)、锗管为硅管的几十到几百倍。 最高工作频率fM : 此参数主要由PN结的结电容决定。2) 封装:+-+模拟(Analog)电路 半导体器件134) 应用: 整流、检波，进行元件保护； ACDC整流桥 可对信号波形进行整形、限幅，对电路中的电位产生隔离、箝位； 在数字电路中可用作开关元件。 ABFU(+12V)R模拟(Analog)电路 半导体器件14特殊二级管 1. 变容二级管 在PN结空间电荷区出现之后，这一区域将不再呈现电中性，由于它的一侧是负电荷，一侧是正电荷，就象一对带有不同电荷的平行板电容器，并随之会出现电容效应，这种电容效应产生的电容，称为PN结的结电容，一般在几

8、个皮法；此容量也会因PN结两端外加电压的改变而发生变化。 2. 瞬变电压抑制二极管(TVS) 应用在TPH中,329-0035-02(P6KE6.8A-PSF) 3. 光电二级管 应用在TPH中,318-0060-02(GP2S40J0000F) 4. 发光二级管 5. 稳压二级管+-+-+模拟(Analog)电路 半导体器件15半导体三极管1) 结构与符号:N P NEBC发射区基区 集电区发射结 集电结BECNPN管P N PEBC发射区基区 集电区发射结 集电结BECPNP管 结构特点： 基区非常薄，而且掺入杂质少，多数载流子浓度非常低； 发射区的多子浓度远大于基区的多子浓度，例如NPN

9、型管发射区的自由电子浓度比基区的空穴浓度大上100倍左右； 发射结的面积远小于集电结面积。模拟(Analog)电路 半导体器件162) 电流分配与放大作用:RCECRBEB(共发射极放大电路)RCECRBEBNPN(内部载流子的传输过程)IBICIEIE = IC + IB 因为IE远大于IB，故IE IC公式：直流电流放大系数： = IC / IB模拟(Analog)电路 半导体器件172) 特性曲线:UCE / V截止区 80uA 60uA 40uA 20uAUBE / VIB /u A60801004020 0 0.2 0.4 0.6 0.8UCE =0UCE =1V IB=0(输入特性

10、曲线)IC /m A1234 0 3 6 9 12饱和区放大区 (输出特性曲线)模拟(Analog)电路 半导体器件18半导体三极管3) 开关特性: 截止区在特性曲线IB=0 以下区域为截止区；此时 三极管为关闭状态，即发射极与集电极看似开路； 实现条件：使基极与发射极电压偏置达到截止状态 截止偏置：硅管 UBE 0.5V，锗管 UBE 饱和区在特性曲线UCE 1V 以下区域为饱和区；此 时三极管为开通状态，即发射极与集电极看似短路； 饱和压降：硅管 UCE 0.3V，锗管 UCE =1V0IC /m A0ICQUCEQECEC/RCEBRCECRB(电路) (输入回路的直流图解) (输出回路

11、的直流图解)IBBCEIBICUCEUBEUBEQQIBQIBUCE =1V0IC /m A0ICQUCEQECEC/RCQ直流负载线模拟(Analog)电路 放大电路基础273.基本放大电路的图解分析法动态分析(输入回路的交流图解) (输出回路的交流图解)UBEUBEQQIBQIBUCE =1V0IC /m A0ICQUCEQECEC/RCQQ1Q20wtuBE0wt0iBiCwtUCE0wtuCE模拟(Analog)电路 放大电路基础28a) 工作点合适波形不失真 b) 工作点过低引起截止失真 c) 工作点过高引起饱和失真 IC0ICQQUCEIC0ICQQUCEIC0ICQQUCEUCE

12、QUCEQUCEQ非线性失真模拟(Analog)电路 放大电路基础29模拟(Analog)电路 放大电路基础3.微变等效模型a) 输入、输出回路 b) 微变等效模型 BCEBCiCUceUbeibUbeibiC ibUcercerberbe=ube/ib30 集成运算放大器又称直流放大器，由多级直接偶合放大电路组成。1.组成：2.代表符号：输入级中间级输出级uoui偏置电路-+输出端反向输入端正向输入端AUO模拟(Analog)电路 集成运算放大器31差动放大电路1) 零点漂移:直接偶合放大电路uiuoUouo0t(直接偶合放大电路的零点漂移)产生零点漂移的主要原因是三级管参数(主要是ICBO

13、、 、UBE)克服零点漂移的方法补偿法 补偿法就是利用元件的温度特性补偿三级管参数随温度的变化，使三级管静态工作电流IC稳定；通常方法是利用特性完全相同的两只三级管组成对称电路相互补偿，即所谓的差动放大电路。模拟(Analog)电路 集成运算放大器322) 带射极电阻的差动放大电路:+UCCUI1UI2-UEERBRCRCV1V2RBREEIE1IE2IEIC2IC1+-UOIB1IB2共模差模比较模拟(Analog)电路 集成运算放大器33功率放大电路IC /m A 0 (输出特性曲线)UCE / V甲类(A类)甲乙类(AB类)乙类(B类) 甲类(A类)放大器 晶体管静态工作点设置在截止区与

14、饱和区的中分点的放大电路，叫做甲类放大电路，适合于小功率高保真放大。 甲乙类(AB类)放大器 晶体管静态工作点设置在截止区与饱和区之间，靠近截止点的放大电路，叫做甲乙类放大电路，适合于大功率高保真音频放大，推挽电路通常就是甲乙类放大电路。 乙类(B类)放大器 晶体管静态工作点设置在截止点的放大电路，叫做乙类放大电路，适合于大功率放大。 模拟(Analog)电路 集成运算放大器34 推挽式功率放大电路 由两个晶体管，共同完成的，在正半周一 个推，另一个挽，在负半周，则两个晶体管互换，原来推的变成挽，原 来挽的变成推。这就是推挽电路的简单表述，推挽电路多用于功率放大。+UCC-UCCu0RLV1V

15、2uiu i0tu o0t输出交越失真乙类(B类)放大器模拟(Analog)电路 集成运算放大器35 反馈电路AFXiXoXdXf 闭环系统放大倍数公式计算：（负反馈）（正反馈）Xd = Xi XfA = Xo / XdF = Xf / XoAf = Xo / Xi= Xo /（1+ AF）Xd= A /（1+ AF）Xd = Xi + XfA = Xo / XdF = Xf / XoAf = Xo / Xi= Xo /（1- AF）Xd= A /（1- AF）其中 AF = Xf / Xd 称作环路系数模拟(Analog)电路 集成运算放大器36 集成运算放大器的非线性应用1V1V2-+8u

16、IuRuOR1R2R3uOuIuRV1V20+uz-uz一般比较器电路及电压传输特性模拟(Analog)电路 集成运算放大器37 集成运算放大器的非线性应用2UC/Vwt0+uT方波发生器电路及输入/输出电压的关系-+8uOCR2R0V1V2R1uCRuT-uTUC/Vwt0+uZ-uZ滞回比较器模拟(Analog)电路 集成运算放大器38模拟(Analog)电路 集成运算放大器 集成运算放大器的非线性应用3三角波发生器电路及输入/输出电压的关系-+8uOR2R0V1V2R1uTUO/Vwt0+uT-uTUO1/Vwt0+uZ-uZ-+8RR3R4A1A2C39正弦波振荡电路1) 自激振荡的条

17、件:AFufuouiubeS12+-+-+-相位平衡条件，即必须构成正反馈；幅值平衡条件，即反馈电压与净输入电压必须相等(AF=1)。2) 自激振荡的建立与幅度的稳定:建立振荡(起振)的条件：ufui ，即AF1幅值的稳定主要是靠整个闭环回路的非线性，从而是AF1变成AF=1。模拟(Analog)电路 振荡电路40RC正弦波振荡电路V1uiV2ufuo+UCCR1C1C2R2C3RfR3R4R5R6C4C5C6R7R8R9RC串并联选频网络fo=1/2(R1R2C1C2)，设R1=R2=R，C1=C2=C，则 fo=1/2RC模拟(Analog)电路 振荡电路41变压器反馈式LC正弦波振荡电路

18、+UCCRECERB2RLLfN1LN3N2CRB1C1UfIbIcfo=1/2(LC)模拟(Analog)电路 振荡电路42三点式LC正弦波振荡电路+UCC电感三点式LC振荡电路RB2RB1C1UfRCC2RECEL2L1Cfo=1/2(LC)其中 L=L1+L2+2M, 2M为互感+UCCRB2RB1C1UfRCC3RECEC1LC2电容三点式LC振荡电路fo=1/2(LC)其中 C=C1C2/(C1+C2)模拟(Analog)电路 振荡电路43直流电源电路的组成部分变压器整 流电 路滤 波电 路稳 压电 路u1u1u2u3u4uOwtu2wtu3wtu4wtu4wt模拟(Analog)电

19、路 稳压电路44基本直流电源电路u1u2RLu0C+电容滤波L电感滤波LLC复式滤波C+LLC T型滤波+CLLC 型滤波C+C+Lu3u4模拟(Analog)电路 稳压电路451.稳压管稳压电路u1u2RLu0C+稳压二极管u3u4RVZ2.串联型晶体管稳压电路u0RLVTVZu4R模拟(Analog)电路 稳压电路46模拟(Analog)电路 稳压电路3.三端稳压器稳压电路u4C+W78XXC+u0312C+W79XXC+u4u0312(输出正压电路)(输出负压电路)47数字(Digital)电路481.数制与码制utt25v模拟信号t14vt01000101二进制编码信号45数制表码制表

20、数字(Digital)电路 数字电路基础492.逻辑代数基础与逻辑函数: F = A BUSASBHLAB0001F00AB1101F01或逻辑函数: F = A + BUSAHLAB0001F01AB1101F11非逻辑函数: F = ASBA10与逻辑真值表或逻辑真值表非逻辑真值表F01数字(Digital)电路 数字电路基础503.逻辑代数的基础公式及简化(A + B) C = A C + B C 基本公式:A + 0 = AA + 1 = 1A A = 0A + A = 1A B = A + BA + B = A B公式简化:例1：ABC + ABC = AC(B + B) = AC例

21、1：ABC + ABC = AC(B + B) = AC例2：ABC + ABC(D + E) = ABC(1 + D + E) = ABC例1：ABC + ABC = AC(B + B) = ACA + A B = A + B数字(Digital)电路 数字电路基础51分立元件门电路1) 二极管与门电路:逻辑函数: F = ABCAB0000F00C01010001011000100111001111真值表ABCFRVDAVDBVDC+U实现电路ABCF逻辑符号数字(Digital)电路 组合逻辑电路522) 二极管或门电路:逻辑函数: F = A + B + CAB0000F01C0101

22、1001111010101111101111真值表FRVDAABCVDBVDC-U实现电路+ABCF逻辑符号数字(Digital)电路 组合逻辑电路533) 三极管非门电路:AF逻辑符号逻辑函数: F = AF+UCCVTARC实现电路R1A10真值表F01数字(Digital)电路 组合逻辑电路544) 复合门电路:与非门: F = ABCBF逻辑符号A或非门: F = A+B+BF逻辑符号A异或门: F = A B+A B = A + B+BF逻辑符号A同或门: F = A B+A B = A BBF逻辑符号A数字(Digital)电路 组合逻辑电路55TTL集成门电路TTL集成门电路是由

23、晶体三极管组成的集成门电路。R1R2R5R3R4VT1VT2VT3VT4VT5F+UCCABCTTL与非门典型电路数字(Digital)电路 组合逻辑电路56组合逻辑电路分析与设计例1：如逻辑电路所示，请判断其逻辑功能。ABF1F2F3F解：将各门的输出逐级地写出来，有F1=A B F2=A B A F3=A B B 输出端的输出F为：F=A B A A B B =A B A A B B =(A + B)(A + B) =A B + A B 数字(Digital)电路 组合逻辑电路57得出其逻辑真值表:AB0001F01AB1101F10例2：试设计一个三人表决电路,以表决某一提案是否通 过;

24、 如多数赞成, 则提案通过。解：先根据题意得出真值表及逻辑表达式。AB0000F00AB1100F01C01C010011011111110101数字(Digital)电路 组合逻辑电路58F=AB + AC + BC=AB + AC + BC=AB AC BCABCF+电路1：F=AB + AC + BC然后制作逻辑电路：ABCF=AB AC BC电路2：F数字(Digital)电路 组合逻辑电路59TPH履历控制产品组合逻辑功能分析60编码器与译码器编码器Q4Q3Q2Q1Y9Y8Y1Y0译码器Q4Q3Q2Q1Y9Y8Y1Y0二 十进制编码器框图二 十进制译码器框图Y0 Y1 Y2 Y3 Y

25、4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Q4 Q3 Q2 Q1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

26、 1 0 0 1 Y9 输 入 输 出 真值表数字(Digital)电路 组合逻辑电路61触发器 即双稳触发器, 是时序逻辑电路的基本单元, 能够存储一位二进制数码。1. RS触发器SDRDQ/Q逻辑图SDRD/QQSR逻辑符号SDRDQ10001010101不变不变状态表数字(Digital)电路 时序逻辑电路62同步RS触发器逻辑图SRQ/QRDSDcSDRD/QQ1S1R逻辑符号C1SRQn+1001010110Qn01不变状态表数字(Digital)电路 时序逻辑电路632. 主从型JK触发器逻辑符号逻辑图主触发器1S1R从触发器2S2RC1C2JKCq/qQ/Q/QRDSDJKQn+

27、1001010110Qn01 /Qn状态表SDRD/QQ1J1KC1数字(Digital)电路 时序逻辑电路643. D触发器逻辑符号SDRD/QQ1DC1状态表D Qn+101 0 14. T 触发器和T触发器SDRD/QQ1J1KC11/QQ1DC1a) 用JK触发器组成T触发器 b) 用D触发器组成T触发器 c) T触发器 SDRD/QQ1J1KC1T数字(Digital)电路 时序逻辑电路65 触发器的应用十分广泛,下面介绍一个用D触发器设计的4人抢答电路:Q1/Q1Q2/Q2Q3/Q3Q4/Q474LS175D1D2D3D4RDCPVD1VD2VD3VD4S1S2S3S4+5VRX4

28、清0CP数字(Digital)电路 时序逻辑电路66寄存器 是用来暂时存放参与运算的一组二进制数码的部件; 由触发器作存储单元, 外加由门电路构成的控制电路。1. 数码寄存器D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3S RS RS RS R寄存指令 清零取数指令D0Q0S R寄存指令D1Q1S RD2Q2S RD3Q3S R四位寄存器双端输入数码寄存器数字(Digital)电路 时序逻辑电路672. 移位寄存器D01D0SDC1F0Q0D11D1SDC1F1Q1D21D2SDC1F2Q2D31D3SDC1F3Q3SD并 行 输 出并 行 输 入串行输入串行输出CP移位脉冲RD清零Q0Q0Q1Q2Q3存数

29、指令四位移位寄存器数字(Digital)电路 时序逻辑电路68TPH产品逻辑功能分析移位寄存D触发锁存门电路控制输出69TPH产品逻辑功能时序分析70数字(Digital)电路 时序逻辑电路3. 计数器四位异步二进制加法计数器1J0/Q0Q0C11K01J1/Q1Q1C11K11J2/Q2Q2C11K21J3/Q3Q3C11K31111RD清零N1J0Q0C11K01J1Q1C11K11J2Q2C11K21J3Q3C11K3RD清零N四位同步二进制加法计数器71Tt rt fUm0.9Um0.5Um0.1Umt p矩行脉冲波脉冲波参数:脉冲周期T=1/f脉冲幅度Um脉冲宽度tp上升时间tr下降

30、时间tf占空比D=tp/TRRSCt0t1t2t3t4ui2uO2uAuOuOui2uO2uAuTRC环形震荡器电路与波形图数字(Digital)电路 脉冲波形产生与整形72由555定时器构成的多谐振荡器(产生脉冲波)uO+UCC-+8+-+8+UCC4(复位脚)8317265R1R2CVT5k5k5kQ/QRSuctp1tp200ucuOtt2/3Ucc1/3Ucc数字(Digital)电路 脉冲波形产生与整形73数字(Digital)电路 脉冲波形产生与整形由555定时器构成的施密特触发器(波形整形)uO+UCC2-+8+-+8+UCC4(复位脚)8317265RVT5k5k5kQ/QRS

31、uiuO200ucuOtt2/3Ucc1/3Ucc74常用电子元器件基本知识751.电阻器型号命名方法(普通电阻器)如型号: R J 7 1序号分类材料主称 (“R”表示电阻)字 母HIJNSTXY 电 阻 器 导 电 材 料合成膜玻璃釉膜金属膜(箔)无机实芯碳 膜线 绕有机实芯氧化膜“材料”字母所表示意义数字12345789普 通“分类”数字或字母所表示意义功能分类GT普 通超高频高 阻高 温精 密高 压特 殊字母功能分类可 调高功率精密金属膜电阻器常用电子元器件知识 电阻器761.电阻器型号命名方法(敏感电阻器)“用途或特征”数字或字母表示意义如型号: M F 1 1序号用途或特征类别主称

32、 (“M”表示敏感电阻)负温度系数热敏电阻器字 母FZGYSQLC 类别意义负温度系数热敏电阻器“类别”字母所表示意义正温度系数热敏电阻器光敏电阻器压敏电阻器湿敏电阻器气敏电阻器力敏电阻器磁敏电阻器负温度系数热敏电阻器用途特征热敏电阻器光敏电阻器力敏电阻器压敏电阻器湿敏电阻器气敏电阻器磁敏电阻器012345678WGPNKLHEBCY9 特殊用 普通用 稳压用 微波测量 旁热式 测温用 控温用 消磁用 线性型 恒温用 特殊用 紫外光 紫外光 紫外光 可见光 可见光 可见光 红外光 红外光 红外光硅应变片硅应变片 硅杯 稳压用 高压保护 高频用 高能用 旁可靠 防雷用 灭孤用 消噪用 补偿型 消磁用 控湿用 可燃性 电位器 电阻器 测湿用 烟敏常用电子元器件知识 电阻器772.电阻器标志方法直标法：在电阻器表面直接标志出它的主要参数和技术性能。文字符号法