单片机原理及应用：第2章 电子技术基础

1、单片机原理及应用（第二章 电子技术基础）教学内容常用电子元器件集成电路数字电路DATE: 2022/7/17PAGE: 2 一、常用电子器件-电阻电阻器主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用作消耗电能的负载。电阻的单位是欧姆（简称为欧），其它常用单位还有千欧(k)，兆欧(M)。电阻通常分为固定电阻，可变电阻，特种电阻三大类DATE: 2022/7/17PAGE: 3 一、常用电子器件-电阻电阻的阻值和允许偏差的标注通常采用5色环标法，其中前3个色环标示电阻的有效数，第4位代表倍乘数，第5位代表允许误差（通常为金5%银10%棕1%）。电阻色环表记忆口决：棕一红二橙是三，四黄五绿六为蓝，七紫八

2、灰九对白，黑是零，金五银十表误差。 例如若5色环颜色依次为：红黑黑橙金，那么阻值应为200乘以1000，即200K，且允许误差为5%。DATE: 2022/7/17PAGE: 4 一、常用电子器件-电容器电容器是由两片平行金属板，其间填充绝缘介质（如云母、绝缘纸、空气等）而构成的器件。电容分为容量固定的与容量可变的。常见的是固定容量的电容，其中电解电容和瓷片电容最为常见。DATE: 2022/7/17PAGE: 5 一、常用电子器件-电容器 由于电容有“通交流，隔直流”的作用，因此在电子电路中用作耦合、旁路、滤波等。小容量的电容，通常在高频电路中使用，用于通过交流信号而阻隔直流信号。大容量的电

3、容往往是作滤波和存储电荷使用。电容的基本单位为法拉(F)。常用的电容单位有微法(F)、纳法(nF)和皮法(pF)等，它们的关系是：1法拉(F)= 1000000微法(F) 1微法(F)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容。在瓷片电容上经常看到103，224等这样的标注。它的容量应为前两位读数后加上第3位数字表示的“0”的个数。103=10*1000=10000pF=0.01F,224=22*10000=220000pF=0.22F，因此103是0.01uF， 104是0.1uF，而224是0.22uF。电解电容有正

4、负极的区分。负极通常在圆周上 以一窄条与其他部分明显不同的颜色标识。DATE: 2022/7/17PAGE: 6 一、常用电子器件-电感器电感器简称电感，用符号L表示，通常是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。DATE: 2022/7/17PAGE: 7 一、常用电子器件-电感器电感基本单位是亨利(H)，常用毫亨(mH)和微亨（H）。1H=103mH=106uH。电感的感抗单位也为（欧姆）。电感具有阻交流、通直流的特性，且其感抗随着信号频率的增加而变大。电感在电路中主要起谐振、耦合、延迟、滤波、扼流抗干扰

5、等作用。电感常和电容一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器。另外利用电感的特性，制造扼流圈、变压器、继电器等。DATE: 2022/7/17PAGE: 8 一、常用电子器件-二极管二极管是具有单向导电特性的元器件，在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。在电路中用“D”加数字表示。利用二极管的单向导电性和反向击穿特性，可以构成整流、稳压等各种功能电路。点接触型二极管的工作频率高，不能承受较高的电压和通过较大的电流，多用于检波、小电流整流或高频开关电路。面接触型二极管的工作电流和能承受的功率都较大，但适用的频率较低，多用于整流、稳压、低频开关电路等方面。 DATE

6、: 2022/7/17PAGE: 9 一、常用电子器件-三极管三极管简称晶体管，在电路中常用“Q”加数字表示，如Q7表示编号为7的三极管。晶体管最基本的作用是放大作用，它把电源的能量转换成信号的能量，从而可以把微弱的电信号变成一定强度的信号。当晶体管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是晶体管的放大作用。DATE: 2022/7/17PAGE: 10 一、常用电子器件-场效应晶体管场效应管是较新型的半导体材料,利用电场效应来控制晶体管的电流。它的外型也是一个

7、三极管,因此又称场效应三极管。场效应管是电压控制元件，由输入端电压控制输出电流的大小，输入电阻很大，可达1091014。和普通晶体管比较，场效应管的源极、漏极和栅极相当于普通晶体管的发射极、集电极和基极，两者的放大电路也类似。由于场效应管具有制造工艺简单、占用芯片面积小、器件特性便于控制等特点，从而可以用于制造高密度超大规模集成电路。DATE: 2022/7/17PAGE: 11 一、常用电子器件-电源独立电源是二端元件，有电压源和电流源两种。实际电压源模型是由理想电压源和内阻串联而成，实际电流源模型是由理想电流源和内阻并联而成。电池就是典型的电压源，电压和容量是电池常见参数 。电池的容量指的

8、是容纳多少电量，用放电电流和放电时间的乘积表示。例如容量为500mAh的电池，是指该电池用500mA的电流放电，能使用1个小时。DATE: 2022/7/17PAGE: 12 二、集成电路集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC。TTL集成电路由晶体管为基础构成,使用5V的电压，逻辑“0”输出电压小于等于0.2V，逻辑“1”输出电压约为3V。CMOS集成电路由MOS型场效应管为基础构成,工作电压范围为3-18V，不必像TTL集成电路那样要用确定的5V电压。CMOS集成电路的输入阻抗很高，能耗很低。DATE: 2022/7/1

9、7PAGE: 13 二、集成电路-放大电路放大电路是指以晶体管或场效应管为核心，能够将微弱的交流小信号放大为交流大信号输出的电路。放大电路实质上是一种能量控制电路，通过输入信号控制电源的能量，产生与输入信号波形一致且幅值大得多的信号，因此为了实现放大，必须给放大器提供能量。现代电子系统中，电信号的产生、发送、接收、变换和处理，几乎都以放大电路为基础。放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的主要性能指标。DATE: 2022/7/17PAGE: 14 二、集成电路-放大电路放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，也称增益。输入电阻是用来衡量放大器对信号

10、源影响的一个性能指标，定义为放大电路输入电压与输入电流的比值。通常希望输入电阻高一些。输入电阻越大，表明它从信号源取得的电流越小，信号电压衰减的越少，从而放大电路输入端所得到的电压越接近信号真实电压。输出电阻是用来衡量带负载能力强弱的性能指标，定义为放大电路的内阻。通常希望放大电路的输出电阻低一些，使负载电阻在较大范围内变化时，可维持输出信号电压的基本恒定。DATE: 2022/7/17PAGE: 15 二、集成电路-放大电路基本放大电路晶体管是放大元件，根据基极输入的电流信号控制电源供给的能量，使输出端获得一个能量较大的信号。电源VCC除供给能量外，还保证集电结处于反向偏置。基极电源VBB和

11、基极电阻Rb的作用是使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的静态工作点。DATE: 2022/7/17PAGE: 16 二、集成电路-放大电路基本放大电路实际应用中的放大电路基极电压一般是由分压取得的，如图2-11中的基极电压由 和 分压取得，所以称为分压偏置。发射极中的电容 称交流旁路电容，可以通过交流信号但不能通过直流电流。发射极电阻 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图2-11中实际加在基极上的电压是 上电压和 上电压的差值，所以是负反馈。负反馈可以稳定晶体管的静态工作

12、点，从而提高电路的工作稳定性。DATE: 2022/7/17PAGE: 17 共发射极放大电路放大电路基极电压由RB1和RB2分压取得，称为分压偏置。交流旁路电容CE和C2起通交流阻直流的作用，滤除信号中的直流成份，防止后续放大引起信号失真。发射极电阻RE起直流负反馈作用。负反馈可以稳定晶体管的静态工作点，从而提高电路的工作稳定性。共发射极放大电路放大倍数大，输入电阻和输出电阻大小适中，一般应用于低频多级放大电路的输入级、中间级或输出级。二、集成电路-放大电路基本放大电路实际应用中的放大电路基极电压一般是由分压取得的，如图2-11中的基极电压由 和 分压取得，所以称为分压偏置。发射极中的电容

13、称交流旁路电容，可以通过交流信号但不能通过直流电流。发射极电阻 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图2-11中实际加在基极上的电压是 上电压和 上电压的差值，所以是负反馈。负反馈可以稳定晶体管的静态工作点，从而提高电路的工作稳定性。DATE: 2022/7/17PAGE: 18 射极跟随器晶体管真正的输入是输入和输出信号差值，具有很深的负反馈，使得电压放大倍数小于1而接近1，输出和输入电压同相，输入阻抗高、输出阻抗低，失真小，频带宽，工作稳定。射极输出器虽然不能放大电压信号，但可以放大电流信号和功率，常应

14、用于多级放大电路中高输入阻抗的输入级，低输出阻抗的输出级，或者作为实现阻抗变换的缓冲级，也常用来增大电流，提高驱动后级电路的能力。一、常用电子器件-集成运算放大器集成运算放大器简称运放，是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。集成运算放大器是一种最为常用的集成电路，在放大器、振荡器、滤波器、模拟运算等诸多方面得到了广泛的应用。DATE: 2022/7/17PAGE: 19 二、集成电路-集成运算放大器集成运算放大器内部电路可分为输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本组成部分。输入级的作用是提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入，要求其输入电阻高

15、，能减少零点漂移和抑制干扰信号。中间级的作用是提供较高的电压放大倍数，一般由共发射极放大电路构成；输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电压和电流，决定各级的静态工作点。 DATE: 2022/7/17PAGE: 20 三、数字电路数字电路具有对数字量进行逻辑运算和逻辑处理的功能，与模拟电路相比，它主要对由高低电平表示的数字信号进行处理，因此具有较强的抗干扰能力。数字电路有 TTL和CMOS 等多种类型。TTL电路出现较早，至今仍为主要的基本逻辑器件，但有被CMOS器件所取代的趋势。组合电路和时序电路是数字电路的两大类。组合电路不具有记忆功能，而时序电路具有记忆功能。门电路是组合电路的基本单元，触发器是时序电路的基本单元。DATE: 2022/7/17PAGE: 21 三、数字电路门电路是数字逻辑电路中最简单的元件，目前有大量集成化产品可供选用。最基本的门电路有非门、与门和或门。把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路，如与门加非门组成与非门，或门加非门组成或非门。DATE: 2022/7/17PAGE: 22 三、数字电路触发器是一种可以存储电路状态的电子元件，广泛用于运算器、计算器、存储器