电子技术基础

电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。1．电子器件电子器件的发展历程什么是电子技术第一代电子器件电子管离子管电真空器件第二代电子器件——晶体管晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件(semiconductordevice)或者固体器件(solid-statedevice)。2．电子电路

电子器件与电阻器、电感器、电容器、变压器、开关等元件适当地连接起来所组成的电路。电子电路的主要特点控制方便、工作灵敏、响应速度快等。(3)电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析

电子电路与普通电路的主要区别(1)电子电路包含有电子器件(2)电子器件的特性往往是非线性的电子电路分立电路集成电路分立电路——

由各种单个的电子器件和元件构成的电路(3)体积大，功耗大，可靠性低。分立电路的主要特点(1)把许多元件和器件焊接在印制电路板上。(2)焊点多，容易造成虚焊。集成电路（IC—integratedcircuit）——把许多晶体管与电阻等元件制作在同一块硅晶片上的电路(1)体积小，重量轻。

集成电路的主要特点(2)功耗小。(3)可靠性高。(4)寿命长。世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了4只晶体管。集成电路发展的历程(1)

小规模集成电路(2)

中规模集成电路(3)

大规模集成电路(4)

超大规模集成电路集成电路根据物理器件划分为：(1)

TTL：晶体管与晶体管耦合逻辑电路。也称为双极型晶体管集成电路，功耗高，速度快，驱动能力强，电压一般是+5V(2)

CMOS：非金属氧化物半导体。电压工作范围大，功耗低，速度慢。高速CMOS运算放大器：高增益、高共模抑制比、低失调电压及低温度漂移等优点。3．电子技术应用有线载波通信、激光通信、光纤维通信等。特点：快速、灵敏、精确等。(1)通信系统无线电通信(包括广播、电报、电视等)、(2)自动控制在自动化技术中，电子控制是后起之秀。(3)测量方面的应用电测量的主要特点a.准确度和灵敏度高，测量范围广。b.可以智能化。c.可以进行远距离测量。a.电量测量b.非电量电测量一、模拟电子技术半导体的基本知识半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。自然界物质按导电能力分类：导体：导电能力最强，电解液，碳，金属，金属元素价电子数少于4个绝缘体：导电能力最弱，橡胶，石英，价电子数8个半导体：导电能力介于二者之间，价电子数4个常用的半导体材料有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）本征半导体：完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”

它在物理结构上呈单晶体形态。自由电子和空穴由于热运动，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。空穴运动有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。本征半导体的特性（1）热敏特性（2）光敏特性（3）搀杂特性三种方式都可使本征半导体中的载流子数目增加，导电能力增强，但是并不是当做导体来使用，因为与导体相比，导电能力还差得远。在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大大增强。在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。N型半导体自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）P型半导体在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。杂质半导体虽然比本征半导体中的载流子数目要多得多，导电能力增强，但是也并不能象导体那样被用来传导电能，而是用来形成PN结PN结的形成过程载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→

PN结。扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结PN结具有单向导电性

线性电阻具有双向导电性真实方向半导体二极管的结构将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型：结面积小，结电容小故结允许的电流小最高工作频率高面接触型：结面积大，结电容大故结允许的电流大最高工作频率低平面型：结面积可小、可大小的工作频率高大的结允许的电流大二极管的代表符号理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。

特殊二极管一、稳压二极管二、光电二极管三、发光二极管稳压原理：当反向电压加到一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿，电流在很大范围内变化时，只引起很小的电压变化。稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。正向部分与普通二极管相同一、稳压二极管光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。其结构和普通的二极管基本相同

它利用光电导效应工作，PN结工作在反偏状态，当光照射在PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子—空穴对，在外电场的作用下形成光电流。D

发光二极管是将电能转换成光能的特殊半导体器件，它只有在加正向电压时才发光。二、光电二极管三、发光二极管LED显示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共阳极电路共阴极电路控制端为高电平对应二极管发光控制端为低电平对应二极管发光e半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片双极型三极管的结构简介1个PN结:二极管,单向导电性,开关作用,非线性电阻2个PN结:三极管,电流控制作用,开关作用3个PN结:晶闸管,可控整流半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。

两个PN结把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型和PNP型。NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向两个PN结,每个有正偏和反偏两种状态,组合起来,共有4种状态:发射结正偏,集电结反偏:放大区，在模拟放大电路中使用发射结正偏,集电结正偏:饱和区发射结反偏,集电结反偏:截止区发射结反偏,集电结正偏:倒置状态,基本上没有什么用处在数字电路中使用三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。要使三极管具有电流控制作用所必须提供的条件：外部条件：外加直流电压源保证发射结正偏，集电结反偏。内部条件:发射区的掺杂浓度最高；

集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；

基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺

杂浓度最低。放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。静态分析：确定IB、UBE、IC、UCE等静态工作点，决定放大电路的质量。动态分析：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。放大电路的失真问题线性失真（频率失真）：频率特性不好引起。幅度；相位；放宽通频带：补偿电路法、负反馈法、组合电路法非线性失真（波形失真）：新的谐波导致波形损坏。饱和失真：由于电源电压过高或者放大倍数过大，工作在饱和区，波形顶部被压缩；截止失真：静态工作点低，应提高偏置电压。交越失真：输出波形过零处失真。射级输出器，又称共集电极放大电路。特点：电压放大倍数接近1，电流放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻低，输入输出同相位。应用：多级放大电路（输入级、输出级或中间级），提高输入电阻，电流放大（提高输出功率）。场效应管出现的历史背景1947年贝尔实验室的科学家发明的双极型三极管代替了真空管，解决了当时电话信号传输中的放大问题。但是这种放大电路的输入电阻还不够大，性能还不够好。因此，贝尔实验室的科学家继续研究新型的三极管，在1960年发明了场效应管。场效应管的输入电阻比双极型三极管要大得多。场效应管的用途场效应管又叫做单极型三极管，共有三种用途：一是当作电压控制器件用来组成放大电路；二是在数字电路中用做开关元件。三是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用；双极型三极管只有两种用途：一是当作电流控制器件用来组成放大电路；二是在数字电路中用做开关元件。N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道场效应管FET结型JFETIGFET(MOSFET)绝缘栅型场效应管的分类集成运算放大器集成电路

采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等元器件以及它们之间的连线同时制造在一小块半导体基片上，并封装在一个外壳内，构成具有特定功能的电路和系统。（1）有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只能外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C极接在一起)。集成电路的工艺特点集成运放的组成

高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有很高电压放大倍数的多级放大电路。集成运算放大器集成运算放大电路的特点输入级一般采用双端输入级的差分放大电路，有效减小零点漂移、抑制干扰信号。输入电阻很高，可以有105~106欧。中间级一般采用共射放大电路，多级放大，可高达104~106倍。输出级一般采用互补对称放大电路或共集放大电路，输出电阻小（几十~几百欧），带负载能力强。多级放大电路的耦合方式直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合集成电路运算放大器的主要参数1.输入失调电压VIO加在输入端，使输出电压为0的补偿电压。在1~10mV3.输入失调电流IIO2.输入偏置电流IIB输入两个输入端的电流IB1和IB2反映输入级两个输入电流不对称程度的电流

Iio=IB1-IB2，越小越好。。集成电路运算放大器的主要参数4.温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO/

T（2）输入失调电流温漂IIO/

T5.最大差模输入电压Vidmax6.最大共模输入电压Vicmax指运放两输入端所允许加的最大差模电压值，超过该值，运放输入极差分对管将被反向击穿，使运放的性能变差，甚至损坏。指运放所能承受的最大共模电压，若超过该值，共模抑制能力明显下降。集成电路运算放大器的主要参数8.开环差模电压增益AVO9.开环带宽BW

(fH)10.单位增益带宽

BWG(fT)11.转换速率SR7.最大输出电压通用型高输入阻抗型高精度(低漂移型)高速型和宽带型低功耗型高压型功率型

为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高输入阻抗、高精度、高速、低功耗和高压型等几种。专用型集成电路运算放大器

运算放大器图片

运算放大器图片反馈放大电路放大电路A输入信号（ui或ii）输出信号（uo或io）反馈网络F反馈信号（uf或if）将输出交流信号(电压或电流)取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端，并对放大电路造成影响。+反馈:正向传输反向传输放大电路有反馈也称闭环放大电路无反馈也称开环，四种类型的放大电路电压放大电路（输入和输出均是电压）电流放大电路（输入和输出均是电流）互阻放大电路（输入是电流、输出是电压）互导放大电路（输入是电压、输出是电流）针对四种类型的放大电路

分别引进四种类型的负反馈

以改善交流指标（一）针对电压放大电路，引入电压串联负反馈改善放大电路的交流指标（二）针对电流放大电路，引入电流并联负反馈改善放大电路的交流指标（三）针对互阻放大电路，引入电压并联负反馈改善放大电路的交流指标（四）针对互导放大电路，引入电流串联负反馈改善放大电路的交流指标反馈放大电路增益的一般表达式1.表达式推导开环增益（考虑反馈网络的负载效应）反馈系数闭环增益因为所以已知即闭环增益的一般表达式又因为所以对信号源的增益2.反馈深度的讨论一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡反馈对放大电路的影响稳定放大倍数减小非线性失真展宽通频带改变输入电阻改变输出电阻

比例运算电路

积分电路

微分电路

减法电路

加法电路直流稳压电源

电子电路都需要稳定的直流电源供电。虽然在有些情况下（如便携设备）可用化学电池作为直流电源，但大多数情况是利用电网提供的交流电源经过转换而得到直流电源的。特性指标允许的输入电压允许的输出电压输出电流输出电压调节范围质量指标:衡量输出直流电压的稳定程度稳压系数输出电阻温度系数纹波电压:稳压电路输出端交流分量的有效值,毫伏数量级,表示输出电压的微小波动。稳压电源的技术指标稳压电源类型稳压二极管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)构成：

(1)小功率整流滤波电路

(2)串联反馈式稳压电路

电源变压器:将交流电网电压v1变为合适的交流电压v2。整流电路:将交流电压v2变为脉动的直流电压v3。滤波电路:将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电压v4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压Vo的稳定。直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路v1v2v3v4Vo稳压电路的作用:使直流电路在电网波动、负载变化、温度变化等因素影响下保证输出电压稳定。交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压单相小功率直流电压源一般由四部分组成:电源变压器整流滤波稳压稳压电路：作用是保证输出电压不因电网电压、负载和温度的变化而产生波动。在小功率供电系统中，多采用串联反馈式稳压电路，中大功率稳压电源一般采用开关稳压电路。如需电压较高或较低，或移动式电子设备中，可采用变换型开关稳压电源。整流电路：是利用二极管的单相导电性将交流电转变为脉动的直流电。滤波电路：为抑制输出直流电压中的纹波，通常在整流电路后接有滤波环节。一般可分为电容输入式和电感输入式两大类。在直流输出电流较小且负载几乎不变的场合，宜采用电容输入式，而负载电流大的大功率场合，采用电感输入式。串联反馈式稳压电路的调整管是工作在线性放大区，利用控制调整管的管压降来调整输出电压，它是一个带负反馈的闭环有差调节系统。串联稳压电路包括：整流、滤波和稳压。稳压部分一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较电路和取样电路。二、数字电子技术2023/2/179一、模拟信号与数字信号模拟信号：在时间上和数值上都是连续的

数字信号：在时间上和数值上都是离散的时间离散信号：在时间上离散，在数值上连续二、数字电路发展迅速，应用广泛电子计算机数码产品2023/2/180三、数字电路的分析方法与模拟电路完全不同，所采用的分析工具是逻辑代数数制

计算机技术最初使用的目的纯粹是为了计算。所以我们首先研究数制，数制是计数的体制，计数的方法。2023/2/182二进制

（一）位置计数法（二）多项式计数法

数码：0、1；基：2计数规律：逢二进一2023/2/183十六进制（一）位置计数法

（二）多项式计数法数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、

F基：16计数规律：逢十六进一

数码记数规律基位权书写十进制0~9逢十进一1010i(N)D(N)10二进制0、1逢二进一22i(N)B(N)2八进制0~7逢八进一88i(N)O(N)8十六进制0~F逢十六进一1616i(N)H(N)16基：数码的个数

几种进位制数之间的相互转换

补码：在计算机内，带符号数是用补码表示。计算机技术最初使用的目的纯粹是为了计算，后来ASCII码的引入使得文本成为计算机的新的处理对象数字系统中的信息：数值信息（计算）数制

文字符号信息（文本）码制码制：编码的方法。88编码，通俗地讲：起名字数字系统中，用具有一定位数的二进制数码来表示文字符号信息的方法，即用一串bit给文字符号信息起名字，类似于人名，只不过在数字系统中用bit起名字：任意，随便BCD码格雷码ASCII码ASCII码是国际上最通用的一种字符码，用7位二进制码来表示128个十进制数、英文大小写字母、控制符、运算符以及特殊符号逻辑问题的描述

一、自然界中三种基本逻辑关系：1、与逻辑关系：决定某一事物结果的所有条件同时具备，结果才会发生。这一因果关系称与逻辑关系2、或逻辑关系：决定某一事物结果的诸条件只要有一个条件具备，结果就会发生。这一因果关系称或逻辑关系3、非逻辑关系：决定某一事物结果的某一条件具备，结果就不发生。这一因果关系称非逻辑关系二、逻辑代数用于逻辑分析的数学工具在逻辑学的基础上发展的一门学科，采用一套符号来描述逻辑思维，并将复杂的逻辑问题抽象为一种简单的符号演算，摆脱了冗繁的文字描述一套符号指的是用字母表示条件、结果，称做逻辑变量（自变量、因变量），其取值只有两种可能，用符号0、1表示三、逻辑代数中的三种基本逻辑运算以及一些复合逻辑运算三种基本逻辑运算与运算或运算非运算2023/2/195复合逻辑运算与非或非异或相同为0，不同为1当异或门的一个输入端为0，比如B=0，输出信号L与输入信号A相等。当异或门的一个输入端为1，比如B=1，。输出信号L与输入信号A反相。2023/2/198同或相同为1，不同为0L=A⊙B2023/2/199与或非

逻辑函数的描述方法一、真值表二、