电工学教案(下)

电工学教案授课教师：张建平

第15章半导体二极管和三极管一、基本要求1.

了解半导体的导电特性，理解PN结的单向导电性；2.

了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；3.

了解双极型晶体管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；4.

了解MOS场效晶体管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。二、重点：1.

PN结的单向导电性；2.二极管、稳压管的特性曲线及主要参数；3.双极型晶体管的特性曲线及三个工作区（放大、截止、饱和）的特点及主要参数；4.MOS场效晶体管的特性曲线及主要参数。

三、难点：1.

载流子运动规律与外部特性曲线的关系。15．1半导体的导电特性物体根据导电性能的差别可分为导体、绝缘体、半导体。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。半导体中的载流子包括电子载流子和空穴载流子。一、半导体的特性1．温敏性2．光敏性3．掺杂性二、半导体共价键结构1．价电子原子的最外层电子叫价电子。物资的半导体性能与价电子有关。价电子数目越接近于8个，物资的化学结构越稳定。金属的价电子一般少于4个，单质绝缘体一般多于4个。半导体的价电子数为4个(硅锗)。2．共价键相邻的原子被共有的价电子联系在一起，原子的这种组合叫共价键。15.1.1本征半导体1、本征半导体：纯净的不含任何杂质的半导体。常温下，本征半导体的载流子很少，导电能力很弱，随着温度升高，导电能力上升。2、热激发：半导体受热而产生载流子的过程。3、空穴：热激发使某些共价键，由于电子挣脱出去而留下的一个空位。空穴带一个正电荷。4、复合：空位子被自由电子填补掉。5、漂移：在电子场作用下，自由电子和空穴作定向运动，称漂移。6、本征半导体的导电性：ａ.有两种不同的载流子，自由电子，空穴。ｂ.室温下电子，空穴对有限，导电力差。ｃ.在电场作用下，载流子产生电流，电流为电子电流与空穴电流之和。15.1.2N型半导体和P型半导体为了提高半导体的导电能力,可在本征半导体中掺入微量杂质元素,掺杂后半导体称为杂质半导体。1.N型半导体a.定义:N型半导体称为电子型半导体,在半导体中掺入五价元素,使之有相当数量的自由电子.这种半导体主要靠电子导电.b.施主原子:掺入的正五价杂质原子.c.N型半导体的特性:N型半导体中不但有数量很多的自由电子,而且有少量的空穴存在。自由电子是多数载流子(多子)。空穴是少数载流子(少子)。2.P型半导体A.定义:掺入硼杂质的硅半导体有相当数量的空穴载流子.这种半导体靠空穴导电.称之为空穴半导体.简称P型半导体.B.受主原子:掺入的三价杂质称为受主原子.C.特性:在P型半导体中,不但有数量很多的空穴,而且有少量的自由电子存在.空穴是多数载流子(多子).电子是少数载流子(少子).杂质半导体的导电性能主要取决于多子的浓度.多子浓度主要取决于掺杂浓度.其值较大并且稳定.因此导电性能得一显著改善.少子的浓度主要与本征半导体激发有关.因此对温度敏感,其大小随温度升高而增大。15.2PN结15.2.1PN结的形成漂移运动：载流子在电场力的作用下的运动。 漂移电子流：逆电场方向运动。漂移空穴流：顺电场方向运动。扩散运动：载流子从高浓度区向低浓度区的运动。由于多数载流子的扩散运动，产生空间电荷区，又称耗尽区。由于P区有大量的空穴,N区有大量的自由电子.使得交界面两边的两种载流子浓度相差很大,浓度差将引起载流子的扩散运动.在扩散的过程中.两种载流子在交界面复合.复合的结果从而出现不能移动的正负两种杂质离子所组成的的空间电荷区.空间电荷区产生内电场.使少子产生漂移运动.最后使得扩散运动与漂移运动达到动态平衡.b.内电场的作用:1)阻碍扩散运动2)产生漂移运动15.2.2PN结的单向导电性一、PN结的单向导电性外加正向电压(PN结正向偏置)正向偏置：PN结P区接电源正极，N区接电源负极。此时外电场与内电场方向相反，空间电荷区变窄,内电场被削弱，使耗尽层变窄，载流子扩散大于漂移.多子的扩散电流能顺利通过PN结,形较大正向电流If。PN结呈现较小电阻，称为正向导通。加反向电压(PN结反向偏置)反向偏置：PN结N区接电源正极，P区接电源负极。此时外电场与内电场方向相同，空间电荷量增多,使耗尽层加宽。内电场加强,载流子的扩散难以进行,造成漂移大于扩散,多子受阻，少子在内电场作用下，漂移过PN结形成反向电流。PN结呈现很大电阻，称为反向截止。PN结单向导电性：“正向导通，反向截止”15.3半导体二极管15.3.1基本结构1.构成：在PN结的两端各自引出一根电极引出一根电极引线.然后封装。2.分类:按结构分：点接触型：适用于高频，小电流。面接触型：适用于低频，大电流。按材料分：硅管：热稳定性好，反向电流小。锗管：热稳定性差，反向电流大。15.3.2伏安特性即二极管两端电压UD与流过的电流ID的对应关系。1.正向特性OA-----死区.由于外电场不足以克服内电场。B点以后----线性区。a、当外加正向电压小于Uth时,外电场不足以克服PN结的内电场对多子的扩散运动造成的阻力,正向电流几乎为零。呈现为一个在电阻。

b、当外加电压大于Uth后。PN结内电场大为削弱,二极管电流随电压增加而显著增大。2.反向特性a.反向电流随温度上升而急剧增长。b.反向电流基本不随反向电压的变化而变化。3.击穿特性1、反向击穿特性：当加于二极管两端的反向电压增大到一定值时，二极管的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加。a.齐纳击穿b.雪崩击穿4.温度对二极管特性的影响a.通常温度上升1°C时，硅和锗二极管的正向压降减小2mv左右。b.半导体的温度每升高10°C，其反向电流Is约增加一倍。15.3.3主要参数1.最大整流电流IOM----规定环境温度时,二极管长期运行允许通过的最大半波正向电流平均值。2.最高反向工作电压URWM----允许二极管上的反向电压的峰值.即耐压值.通常规定为击穿电压的一半。3.反向电流IRM----二极管末击穿时的反向电流值。其值会随温度的升高而急剧增加,其值越小,二极管的单向导电性能越好。点接触型锗管由于其PN结面积比较小,故PN结电容很小,通常小于1PF,其最高工作频率可达数百MHz.而面接触型硅整流二极管,其最高工作频率只有3KHz。15．4稳压管1、稳压二极管利用二极管击穿时通过管子电流在很大范围内变化，而管子两端电压几乎不变的特性。2、稳压管的伏安特性曲线3、稳压管的主要参数稳定电压UZ：是指稳压管在正常工作下管子的电压。电压温度系数αU：说明稳压值受温度变化的影响的系数。当UZ>6V时，αU>0当UZ<6V时αU<0当UZ=6V时，αU=0动态电阻rZ：指稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值rZ=△UZ/△IZ动态电阻越小，稳压性能越好。稳定电流IZ:规定最大稳定电流IZM。最大允许耗散功率PZM=UZ*IZ15.5半导体三极管15.5.1基本结构通过一定的工艺将两个PN结合在一起就构成了双极型半导体三极管，又称晶体三极管，简称三极管或晶体管，其有NPN和PNP两种类型。1．三极管结构与类型三极管由三个半导体导电区构成，分别为发射区、基区、集电区。从三个导电区各引出一个电极，分别称为发射极（E）、基极（B）、集电极（C）。按三个导电区的结合方式不同，三极管可分成NPN型和PNP型两大类。 根据制造材料的不同，三极管可分成硅管和锗管两大类。目前国产管中，硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。2．三极管的符号箭头表示发射结的正偏方向。发射区掺杂浓度高于基区和集电极，集电结的面积比发射结大，基区很薄。15.5.2电流分配和放大原理1、晶体管电流放大实验电路（1）三极管实现电流放大的工作条件内部条件：三极管的特点，外部条件：发射结正偏，集电结反偏。即：NPN管：Uc>UB>UePNP管：Uc<UB<Ue（2）晶体管各电极电流的实验数据（3）结论①IB=0时，IC=IE=ICEO，ICEO称为穿透电流，可近似认为IC=IE=0。②基极电流IB远小于集电极电流IC，三个电极电流满足以下关系： IB+IC=IE③IB增大，IC按比例增大。（IC-ICEO）与IB的比值称为三极管直流电流放大系数，用β表示，即④当基极电流IB有一较小的变化ΔIB时，集电极电流有个较大变化ΔIC，这就是三极管的电流变化作用，ΔIC与ΔIB的比值称为三极管交流电流放大系数，用β表示，即 β=ΔIC/ΔIB所谓的电流放大作用，实质是基极电流IB对集电极电流IC的控制作用：较小的IB变化能引起较大的IC变化。2.晶体管中各极电流分析（NPN型为例）a.发射区向基区扩散电子由于发射结加正向偏置，因而有利于该结两边半导体中多子的扩散，于是发射区的自由电子不断扩散到基区，并不断地从电源补充进电子，从而形成发射极电流区。b.电子在基区扩散和复合由于基区很薄，从发射区注入的电子进入基区后。由于浓度之差使电子向集电结方向扩散，同时也有少量电子与基区中的多子（空穴）相复合与空穴复合的电子电流称IB。c.集电区收集从发射区扩散过来的电子由于集电结加反向电压，因而有利于该结两边半导体少子的漂移运动，从上可知，从发射区注入到基区的电子已成为基区的少子。它就容易漂移到集电区，成为集电集电流Ic的主要成份ICN。此外还有基区本身的少子（自由电子）和集电区少子（空穴）所形成的漂移电流，称为集电结反向饱和电流ICEO。（ICEO受温度影响较大）从上面分析可知：三极管工作有赖于两种载流子——电子和空穴，因此称之为“双极型”晶体三极管。三极管各极电流为IC=ICN-ICBOIB=IBN+ICBO3.集电极与基极电流之间的关系a.共射极直流放大系数为ICN与IBN的比值，即：忽略ICBO时IC≈IBb.实质为“以小控大”利用基极回路的小电流IB，就能实现对集电极，发射极回路的大电流IC（或IE）的控制。15.5.3特性曲线三极管是非线性元件，各电极电流之间的电压关系不能用简单的方程式来描述，而要用特性曲线来描述。三极管的特性包括输入特性和输出特性曲线。特性曲线的获得方法有：晶体管特性测试仪和描点法，或者可查半导体器件手册。一、输入特性曲线（共射）即：在集电极——发射极电压UCE一定时，基极电流与电压UBE之间的关系：IB=f(uBE)|UCE=常数输入特性曲线特征：1．非线性，当输入特性曲线大于开启电压时才导通，否则为0。即当UBE较小时，IB=0，只有在UBE大于某一数值后，才出现IB，即三极管开始导通。三极管开始导通时对应的UBE称为死区电压，硅管死区电压为0.5V左右，锗管的死区电压为0.2V左右。2．当UBE大于死区电压时，IB随着UBE的上升而迅速上升，最后曲线近似直线上升。进入近似直线区后，硅管的UBE约为0.7V，锗管的UBE约为0.3V。在放大电路中，三极管应工作在近似直线区。3．实验证明，当UCE等于或大于1V时，不同UCE对应的输入特性曲线基本重合。从上面分析可知，三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似（三极管输入特性回路也是个PN结）。即：基极电流一定时，集电极电压UCE与集电极电流IC之间的关系：IC=f(UOE)|IB=常数①放大区发射结正编，集电结反偏。特征：受控特性IC=βIB，IC由IB决定，而与UCE基本无关。各曲线间隔越大，β越大。②截止区发射结反偏，集电结反偏特征：IB≤0的区域，形成穿透电流ICEO，IC=ICEO=（1+ß）ICBOUCE=UCC，C-E间相当于开路。③饱和区发射结正偏，集电结正偏特征：集电结处于正偏，IB失去对IC的控制，不再满足IC=βIB，三极管失去放大的作用，此时饱和压降（集电极——发射极压降）很小，用UCE（sat）（UCE（sat）=0.3V）表示，C-E间相当于短路。三、温度对特性曲线影响1．输入特性曲线随温度升高左移。2．输出特性曲线随温度升高上移。3．输出特性曲线间的间距随温度升高而增大。15.5.4主要参数1.电流放大倍数①直流电流放大倍数（hFE）（共射）②共射交流放大倍数（hfe）2.集-基极反向截止电流ICBO3．集-射极反向截止电流ICEO。4．集电极最大允许电流ICM

第16章基本放大电路一、基本要求：1.

理解单管交流放大电路的组成和放大作用；2.

掌握放大电路静态及动态的分析方法；3.

掌握共发射极、共集电极单管放大电路的性能特点和用途；4.

了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念；5.

了解放大电路的频率特性的概念；6.

理解反馈的概念，了解反馈的类型及判别方法，了解负反馈对放大电路动态性能的影响；7.

了解差分放大电路的工作原理和性能特点；8.

了解场效晶体管放大电路的组成，放大作用和性能；9.

了解互补对称功率放大电路的工作原理。二、重点：1．共发射极放大电路静态分析（估算法）；2.

共发射极放大电路动态分析（微变等效电路法）；3.

共集电极放大电路的动态分析；4.

负反馈的类型及负反馈对动态性能的影响。

三、难点：1．放大电路的图解分析法；2.

负反馈类型的判别；3.

差分放大电路的性能分析；4.

互补功率放大电路的动态分析。16.1基本放大电路的组成用来对电信号进行放大的电路称为放大电路，这里所指的“放大”是指在输入信号的作用下，利用有源器件的控制作用，将直流电源提供的部分能量转换为与输入信号成比例的输出信号。因此，放大电路实际上是一个受输入信号控制的能量转换器。本章讨论的电路，工作频率约为20~20000Hz，属低频频率，故称为低频放大电路。一、电路结构由NPN管组成的共发射极放大电路如下图所示。它由信号源、放大电路、负载、电源等组成。二、元件作用三极管T：在适当的条件下具有电流放大作用，图中为NPN型，若为PNP型，电源极性应相反。集电极电源Ec：①给三极管提供偏置电压，以满足放大条件；②作为放大电路的能源。集电极负载电阻RC：主要是把放大了的集电极电流ic转换为集-射间电压uCE的变化，以实现电压放大。另外RC和Ec一起提供集电结的反偏电压。基极电源EB和基极电阻RB：EB经RB使三极管发射结正向偏置，并给基极提供一个大小合适的静态电流。耦合电容C1、C2：也称隔直电容，具有“隔直流，通交流”的作用。三、参考方向的规定规定：集电极电流和基极电流均是流入三极管，而发射极电流为流出三极管。规定：电压的参考方向均是以公共端为负端，其余各端为正端。四、常用画法2．简化画法16.2放大电路的静态分析研究在直流电源作用下,电路中各直流量的大小,或称静态分析,静态工作点参量分析。16.2.1用放大电路的直流通路确定静态值静态工作点估算直流通路：直流量通过的路径在电路图中，电容器对于直流电流相当于开路。电感线圈对于直流电流相当于短路。2．饱和状态确定方法，及近似估算Q①求临界饱和电流ICS②求IBS（基极饱和电流）③判断三极管工作状态

iB≥IBS时，三极管饱和。如果在估算过程UCEQ小于1V，说明三极管已处于饱和状态，ICQ将不再受IBQ成倍关系，此时ICQ被RC限流，称为饱和电流。16.2.2用图解法确定静态值图解法分析静态工作点Ｑa.作出直流通路b.作出非线性部分特性曲线c.作出线性部分曲线----直流负载线2.图解法求Q点的步骤从输入特性曲线及输入回路的直流负载线,求得基极电流IBQ→确定IBQ所对应输出特性曲线→在给定的坐标系中作出输出回路的直流负载线→由交点得静态工作点ICQ、VCEQ。16.3放大电路的动态分析当放大电路加上输入信号后，电路中，电压、电流均在静态值的基础上，发生相应于输入信号的变化。则放大电路中既有直流，又有交流，直流是偏置，为放大设置条件，交流才是真正的放大量。16.3.1微变等效电路法晶体管的微变等效电路2.放大电路的微变等效电路（1）交流通路交流分量通过的路径称为交流通路由于C1、C2的容量的较大，对交流分量可近似看作短路；而UCC为一恒定的直流电压源（认为内阻为0），两端的交流电压分量也为0，故对交流也可以看作短路，由此可得交流通路：（2）放大电路的微变等效电路当放大电路输入信号较小时，三极管工作在特性曲线的线性放大区中时，可用一个近似的线性电路来等效代替它，从而把含有非线性元件的交流通路简化成一个线性等效电路。3．电压放大倍数的计算Au是用来衡量放大电路放大能力的指标，反应放大电路对信号电压得放大能力。称为等效负载电阻显然，若不接RL（空载），则4．放大电路输入电阻的计算通常RB>>rbe，所以ri≈rbe5．放大电路输出电阻的计算对于负载而言，放大电路可以等效为一个信号源，其等效内阻即为输出电阻。即从输出端看进去的电阻，ro=RC一般要求电压放大倍数尽可能大些，以得到较大的输出电压；输入电阻一般要求大些好，这样可以减小信号源的电流负担，输出电阻要求小一些好，这样输出电压可以比较稳定。16.4静态工作点的稳定温度对静态工作点的影响当温度变化时，三极管参数β、ICEO、UBE都会变化。如温度升高时，①产生一定IB所需的UBE将减小；②热运动加剧，穿透电流ICEO上升；③电流放大系数β增大。2、分压式偏置工作点稳定电路一、电路组成二、直流分析可见，UB由RB1、RB2的分压所决定而与三极管的参数无关，不会受温度的影响，故可以认为UB是恒定的。另外，即使更换不同值的三极管，工作点也基本不变，这给工厂批量生产和调试工作带来了极大的方便。反馈的概念将放大电路输入端的某一个电量（电压或电流），用一定方式引回到输入端。放大电路引入反馈的目的式为了改善电路的某些性能。在图中,当温度升高使ICQ(IEQ)增大时,UE(=IEQRE)随之升高，由于UB恒定不变，UBEQ必然下降。UBEQ下降引起IBQ下降，进而抑制ICQ的上升，使ICQ近似维持不变，达到稳定工作点的目的工作点的这一稳定过程可用如下箭头表示：温度↑→→ICQ↑→→IEQ↑→→UE↑→→→→UBEQ↓→→IBQ↓→ICQ↓←←←←←←←←←←←←←←←←←←←←↓在这一过程中，实际上是将放大电路的确输出量ICQ的变化通过RE变成UE的变化,以控制三极管输入端的电压UBEQ，从而稳定ICQ。当ICQ上升时，反馈的作用是使UBE下降，进而使ICQ回落，这种反馈成为负反馈。三、性能指标分析1、画微变等效电路2、电压放大倍数eq\o(\s\up13(.),A)u定义：eq\o(\s\up13(.),A)u=eq\o(\s\up13(.),U)0/eq\o(\s\up13(.),U)i表征放大电路放大能力的指标。不带负载时的电压放大倍数与上式有何区别？3、输入电阻Ri定义：Ri=ui/ii，输入电阻越大，放大器从前级（或信号源）获取的电压越大，Ri=Rb//rbe4、输出电阻RO定义；从放大器输出端看进去的电阻，输出电阻越小，放大器带负载能力越强。RO=RC16.5射极输出器一、电路组成电路特点：基极输入信号，发射极输出信号，电路如图所示。二、静态分析Re：反馈电阻，具有和分压式偏置电路相同的稳定静态工作点的能力。三、动态分析四、总结与思考1、射极输出器的特点A、输出与输入电压大小近似相等，相位相同。B、输入电阻高。C、输出电阻低。通常用于：输入级，中间级，输出级。2、eq\o(\s\up13(.),A)u<1且近似等于1，无电压放大能力，是否说明射极输出器没有任何意义？16.6放大电路中的负反馈16.6.1什么是放大电路中的负反馈1、反馈的定义：将输出量的部分或全部送回到放大器的输入端，这种反方向传输信号的过程称为反馈。含有反馈网络的放大电路称为反馈放大电路。由基本放大电路和反馈网络组成一闭环系统。如图所示。2、反馈的极性反馈使放大器净输入量得到增强的是正反馈。反馈使放大器净输入量得到减弱的是负反馈。3、瞬时极性法判别反馈的极性结论：对由集成运放组成的反馈电路，判断本级反馈极性时，若反馈支路接回到反相输入端为负反馈，接回到同相输入端为正反馈。瞬时极性法中的瞬时极性是指瞬时电位的增加与下降的趋势，并不代表某点电位的真正极性，使用时要注意此极性通过隔直电容、电阻等原件时极性不变。例：正反馈负反馈16.6.2负反馈的类型1、交直流反馈的判别交流反馈：反馈量为交流量，影响放大器交流性能，直流反馈：反馈量为直流量，影响放大器直流性能。例：直流反馈图交流反馈图：2、电压反馈与电流反馈（反馈在输出端的取样）（1）从输出端取样点来看若反馈取样的信号是电压、就称电压反馈，若反馈取样的信号是电流、就称电流反馈。（2）判别电压或电流反馈的方法将放大器的输出电压短路（一般是RL短接），此时若反馈量不存在就是电压反馈，否则是电流反馈。电压反馈电流反馈分立原件组成的反馈放大电路判别方法一样，但有一定特点。（3）、负反馈的重要特性是能稳定被取样量由电压负反馈电路分析可知RL↓→uo↓→→uK↓→→uI’↑→→uo↑2、串联反馈与并联反馈（反馈在输入端的接法）从输入端的比较点来看，若输入与反馈信号加在同一点上为并联反馈，比较的是电流信号。并联反馈ii'=ii-iF若输入端与反馈信号加在不同点上为串联反馈，比较的是电压信号。串联反馈ui'=ui-uF3、负反馈电路的四种类型综合输出端的不同取样和输入端不同接法，可组成四种类型的反馈放大器。（1）、电压串联负反馈（2）、电压并联负反馈（3）、电流串联负反馈（4）、电流并联负反馈16.6.3负反馈对放大电路工作性能的影响降低放大倍数开环放大电压倍数A=xo/xd反馈网络的反馈系数F=xf/xo反馈放大器的闭环放大倍数Af=xo/xi由以上三式得：Af=A/(1+AF)1+AF称为反馈深度，当1+AF>>1时，此时，Af≈1/F，闭环放大倍数几乎与开环放大倍数A无关，仅与反馈网络的反馈系数有关。2、提高放大倍数的稳定性Af=A/(1+AF)dAf/dA=[(1+AF)-AF]/(1+AF)2=1/(1+AF)2dAf=dA/(1+AF)2上式两边分别除以Af=A/(1+AF)，则dAf/Af=1/(1+AF)dA/A表明闭环增益的相对变化率只有开环增益的1/(1+AF)。3、改善波形失真（1）只能减小，不能完全削除失真。（2）另外信号本身的失真或本身受到了干扰，引入负反馈无法削除。4、对放大电路的输入电阻的影响A、串联负反馈使输入电阻增大Rif=(1+AF)Ri其中：Ri为开环状态的输入电阻B、并联负反馈使输入电阻减小Rif=Ri/(1+AF)5、对放大电路的输出电阻的影响A、电压负反馈使输出电阻减小Rof=1/(1+AF)*Ro其中：Ro为开环状态输出电阻B、电流负反馈使输出电阻增加Rof=(1+AF)Ro以上分析说明：引入负反馈可以多方面改善放大器的性能，但以牺牲电压放大倍数为代价。

第17章集成运算放大器一、基本要求：1.了解集成运放的基本结构、特点及主要参数；2.理解理想运算放大器的特点、电压传输特性及分析依据；3.掌握集成运放组成的基本运算电路的工作原理，输出信号和输入信号的关系；4.

掌握基本运算电路构成的反馈类型；5.

了解有源滤波器的工作原理；6.

掌握单限及滞回电压比较器的工作原理和应用。

二、重点：1.

理想运算放大器的电压传输特性，线性区和饱和区的特点，虚短和虚断的概念；2．

信号运算电路的分析和计算；3．

电压比较器的传输特性，会根据输入电压波形画出对应的输出波形。三、难点1．

基本运算放大电路反馈类型的判别；2．

多级运算放大电路的分析计算；3．

不同类型的电压比较器的电压传输特性的绘制及分析集成放大器分类：集成放大器按功能分：模拟集成电路和数字集成电路集成放大器按集成度分：小规模集成电路中规模集成电路大规模集成电路超大规模集成电路集成放大器按导电类型分：双极型、单极型和两者兼容的。17.1集成运算放大器的简单介绍17.1.1集成运算放大器的特点①、少用电容，不用电感和高阻值电阻②、大量使用三极管作为有源单元③、普遍采用差动式电路和镜象电流源④、电路原件间的绝缘采用紧凑的PN结隔离或二氧化硅绝缘。17.1.2电路的简单说明1、集成运放内部电路的组成框图集成运算放大器一般由输入级、中间电压放大级、输出级及偏置电路组成。①输入级：具有恒流源的差动放大器，②中间级：把双端输入变为单端输入，电平移动和电压放大，③输出级：射极输出器或互补推挽电路，④偏置电路：直流偏置，提供恒流源负载。17.1.3主要参数1、最大输出电压Uopp2、开环电压放大倍数Aod3、输入失调电压UIO反映差动输入级的不对称程度4、输入失调电流IIO反映输入级电流参数（UBE、β）不对称程度5、输入偏置电流IIB6、共模输入电压范围UICM17.1.4理想运算放大器及其分析依据1、集成放大器的理想特性开环电压放大倍数A=∞；差模输入电阻rid=∞；输出电阻ro=0;输入偏置电流IB1=IB2=0;共模抑制比KCMR=∞;上限频率fH=∞。本章分析集成放大器都是按理想特性看待的。放大器传输特性曲线如下图：2、集成放大器的分析重点（1）线性区在线性区工作时，满足uo=Aui=A(u+-u—)，分析重点是；虚短原则：u+≈u—虚断原则：rid=∞，i+=i—≈0（2）饱和区当u+＞u—时，uo=+UOM；当u+＜u—时，uo=-UOM。17.2运算放大器在信号运算方面的应用集成运放加上适当反馈网络，可对输入信号实行加、减、乘、除、微分和积分等运算。17.2.1比例运算反相输入Ui经电阻R1接到反相输入端，同相输入端接地，“虚地”是反相输入集成运放电路的重要特点，在分析中注意加以应用。（1）、电压放大倍数Auf=Uo/Ui=-Rf/R1输出与输入成比例，相位相反（2）、输入电阻和输出电阻Rif=R1+Ri’≈R1(其中Ri’=≈0)Rof≈ro/(1+AF)≈0同相输入（1）、电压放大倍数Uo=(R1+Rf)/R1*Ui输出与输入成比例，相位相同。（2）、输入电阻和输出电阻。Rif=(1+AF)ridRof=03、当有两个信号以上从同相、反相输入端同时输入时，可用叠加定理按上面介绍的两种输入法获得Uo(或Auf)。在已介绍的反相输入和同相输入比例运算，都是比例运算电路。Uo=-Rf/R1*UiUo=(1+Rf/R1)*Ui17.2.2加法与减法运算反向加法（求和）运算分析：利用虚地概念，推广到N个输入端17.2.3减法运算——差动输入电路利用叠加原理分析上式表明：电路的输出电压与uo输入电压之差(uI1-uI2)成比例，则称为差动比例运算电路或减法运算电路。

第19章直流稳压电源一、基本要求：1.

理解单相整流电路和滤波电路的工作原理，掌握输出电压的计算、元件的选择；2.

了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理；3.

了解集成稳压电路的性能及应用；4.

了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数；5.

了解可控整流电路的工作原理、掌握输出电压与控制角的关系；6.

了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。二、重点和难点重点：1．

单相桥式整流电路的工作原理及输出波形图及参数计算；2．

电容滤波电路的工作原理及参数计算；3．

集成稳压电路的应用；4．

单相桥式半控整流电路（阻性负载）的工作原理、输出电压波形及输出电压与控制角的关系。

三、难点：1．

串联型稳压电路的工作原理；2．

分析晶闸管特性曲线；直流稳压的过程：整流、滤波、稳压三个环节。直流稳压电源的要求：输入电压变化以及负载变化时，输出电压应保持稳定，并且纹波电压要小。稳压电源的种类：并联型稳压电源、串联型稳压电源、开关稳压电源19.1整流电路整流：将正弦交流电变为脉动直流的过程。19.1.1单相半波整流电路1、电路2、原理正半周二极管导通，负半周二极管截止。输出电压为一脉动的直流电压。电源电压有半个周期中有电流流过负载，称为半波整流。3、计算UO=0.45U2ID=IO=UO/RL=0.45U2/RL19.1.2单相桥式整流电路1、电路2、工作原理正半周：上端→D1→RL→D3→下端负半周：下端→D2→RL→D4→上端RL上的电压始终为上正下负。3、计算输出电压和输出电流的平均值是半波时的2倍，即与半波相比，输出电压提高，脉动减小了。19.2滤波器19.2.1电容滤波器1、电路原理：利用电容充放电的作用，使输出电压变得平稳，时间常数越大，输出电压脉动越小，负载上的电压越平滑。2、特性：1）电容滤波使整个周期电压平均值提高了。2）负载增大时（RL减小），放大电加快，输出直流电压减小，脉动成分增加，所以其带负载能力差，只能用于小电流场合。3）接通电源和充电时，有浪涌电流流过整流二极管。3、计算及参数选择：19.2.2电感电容滤波器电感电容滤波电路2、特点：L电感量越大，对交流分量的阻抗就越大，因此输出电压和电流的脉动就越小，滤波效果越好。19.2.3型滤波器1、型LC：滤波效果好，输出电流大，负载能力较好。2、型RC：滤波效果较好，输出电流小，负载能力差。19.3直流稳压电源19.3.3串联型稳压电路一、电路框图：二、电路原理

第21章门电路和组合逻辑电路一、基本要求：1.掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式及波形图；2.了解TTL门电路、CMOS门电路的工作原理及相应的逻辑功能和特点；3.

掌握逻辑函数四种描述方法及相互之间的转换；4.

掌握用逻辑代数化简和卡诺图法化简逻辑函数的方法；5.

掌握分析和设计简单的组合逻辑电路；6.

了解加法器、编码器、译码器及显示译码驱动器等常用组合逻辑电路的工作原理，掌握其逻辑功能和应用；7.

熟悉常用集成门电路及组件的使用方法。二、重点：1．

组合逻辑电路的特点；2．

基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式及波形图；3．

逻辑函数的表示方法及相互之间的转换；4．

逻辑代数化简和卡诺图法化简逻辑函数的方法；5．

分析和设计简单的组合逻辑电路；6．

熟悉常用集成门电路及组件的使用方法。三、难点：1．

根据逻辑电路图写出逻辑表达式或根据逻辑表达式画出逻辑图；2．

利用逻辑代数化简较复杂的逻辑函数；3．

设计组合逻辑电路；21.1脉冲信号脉冲信号的主要参数脉冲幅度Um：脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏（V）脉冲上升时间tr：脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。脉冲下降时间tf：脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。脉冲宽度tw：脉冲上升沿0.5Um到下降沿0.5Um所需的时间。脉冲周期T：在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间。脉冲频率f：每秒时间内，脉冲出现的次数。占空比q：脉冲宽度tw与脉冲重复周期T的比值，q=tw/T。21.2晶体管的开关作用数字电路中二、三极近多数工作在开关状态，理想开关条件：1.接通时，相当于短路；断开时，相当于开路2．开关转换速度快三极管的开关特性1．特性：三极管的三种状态：放大、截止、饱和，在数字电路中，三极管多工作在截止和饱和两种状态，对应起到开关作用。开关条件：截止条件VBE<VTH,IC≈0饱和条件临界饱和时,设VCE=VCES,IC=ICS,IB=IBSICS=(EC–VCES)/RC,IBS≈ICS/β若iB>IBS,则饱和导通，VBE≈0.7V,VCE≈0.3V,如同闭合开关。21.3分立元件门电路21.3.1门电路的基本概念1、门电路:输入变量和输出变量之间存在一定的逻辑关系,也称逻辑门电路.基本门电路：与、或、非门在数字逻辑系统中，门电路不是用有触点的开关，而是用二极管和晶体管等分立元件组成的，但常用的是各种集成门电路。门电路的输入和输出信号都是用电位的高低来表示的，而电位的高低则是用“1”和“0”两种状态来区别。21.3.2二极管与门电路状态表----输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格状态表状态表ABY000010100111口诀：有0出0，全1出14)表达式Y=AB5)符号21.3.3二极管“或”门电路3)状态表状态表状态表ABY000011101111口诀：有1出1，全0出0（多输入相同）4)表达式Y=A+B5)符号21.3.4晶体管“非”门1)电路2)状态表状态表状态表AY01103)表达式Y=A4)符号5)与非门21.6逻辑代数21.6.1逻辑代数运算法则（一）、基本运算法则1、变量与常量的关系：A·1=AA+0=AA·0=0A+1=1A·A=AA+A=A2、与普通代数相似的定律：交换率：A·B=B·AA+B=B+A结合率：(A·B)C=A(B·C)(A+B)+C=A+(B+C)分配率：A(B+C)=A·B+A·CA+B·C=(A+B)(A+C)吸收率:AB+AB=AA+AB=A+BA+AB=A反演率:A+B=A·BA·B=A+B21.6.2逻辑函数的表示方法（一）．逻辑函数：----描述输入与输出因果关系的函数。Y=f（A、B、C……）如：Y=A·B、Y=A+B、Y=A'称Y为A、B、C……的逻辑函数举例:楼梯照明（二）、逻辑函数的表示方式：逻辑状态表逻辑状态表----输入变量可能的取值组合状态及其对应的输出状态列成的表格。逻辑状态表的行数与输入变量的关系：取值组合=2N特点：直观明了，变量较多时，比较繁锁。逻辑式一种代数表示法，由逻辑变量的与、或、非三种基本逻辑运算构成。特点：形式简单，不能直观反映输入、输出变量间的对应关系。（1）由逻辑状态表写出逻辑式（2）最小项1、最小项定义：在逻辑函数中，如果一个乘积项中包含了所有的变量，而且每个变量都是以原变量或是反变量的形式作为一个因子出现一次，那么这样的乘积项称为这些变量的一个最小项。如三变量函数中，它们组成的八个乘积项：2、最小项的性质：（1）每一个最小项都只有对应的一组变量取值使它的值为1，而在变量取其它各组值时，这个最小值均为0。（2）对应变量的任一组值，任意两个最小项乘积为0。（3）对于最小项值的任意一组取值，所有最小项之和恒为1。3、最小项编号取使最小项值为1的对应一组变量二进制数值转化为十进制，即为对应最小项编号，注意变量的排列顺序，如：最小项:ABCABCABCABCABCABCABCABC转换码:000001010011100101110111下标为:m0m1m2m3m4m5m6m74、最小项表达式：逻辑函数表示为若干最小项之和的形式，这种“与或”式称最小项表达式。逻辑函数不同表示形式的内在联系：P155、最小项表达式求法：（1）由真值表求得：逻辑函数的与或表达式不是唯一的，但最小项表达式却是唯一的。（2）由一般与或表达式求最小项表达式：逻辑图逻辑图就是用若干基本逻辑符号连接构成的图：21.6.3逻辑函数的化简（一）化简的目的和最简的概念实际中归纳出来的逻辑函数及对应电路往往并非最简，因而有必要的化简。最简与或表达式：指乘积项最少，而且每一个乘积项中的变量数也最少的与或表达式。（二）、应用逻辑代数运算法则化简1、并项法(提取公因子)：利用将两个乘积项合并成一项，合并后消去一个互补的变量，剩下的是两项中的公因子。2、配项法：利用将表达式中不能直接利用公式化简的某些乘积项变成两项，然后再用公式进行化简。3、加项法：在逻辑式中加相同的项，而后合并化简。4、吸收法：利用公式消去多余的因子：注意逻辑表达式化简后，最简表达式不是唯一的。（三）、应用卡诺图化简1、卡诺图：卡诺图是以图示的方式来表示输入变量的不同取值组合与函数值之间的对应关系，也称真值图。a、逻辑变量卡诺图是由若干个按一定规律排列起来的方块图组成n变量逻辑函数，由2n个小方块组成。0001111001m0m1m3m2m4m5m7m6（1）左上方标注变量，在左边和上边标注其对应的变量取值，（2）逻辑相邻项，在2n个最小项中，凡是只有一个变量不同，其余变量都相同的最小项称~。（3）变量卡诺图的组成特点：把具有逻辑相邻的最小项安排在位置相邻的方块中。（4）为了使相邻的最小项具有逻辑相邻性，变量取值不能按00→01→10→11的顺序排列，而应以00→01→11→10循环码(相邻两个码之间，只有一位不同)的顺序排列。（5）在变量卡诺图中，任何几何位置相邻的最小项，在逻辑上边是相邻的。b、逻辑函数卡诺图的画法：在逻辑变量卡诺图上，将构成函数的最小项填入相应的小块中。画法：（1）给出是逻辑函数的真值表先画出变量卡诺图，然后根据真值表来填写每一小方块的值。（2）给出的是逻辑函数了最小表达式：先画出变量卡诺图，然后将最小项表达式中有的最小项在对应的小方块中填1，其它填0。例：画出Y（A，B，C，D）=ΣM（0，2，5，7，8，10，13，15）（3）给出的是一般逻辑表达式：先变换为与或表达式，再变换最小项表达式，再变换为最小项表达式，然后再画出函数卡诺图。2、用图形法化简逻辑函数：步骤：（1）画出函数的卡诺图；（2）合并最小项—将包含2n个相邻为1的小方块圈起来，合并最小项，消去一些变量；单独的方格，也应画包围圈；（3）将各个包围圈所得的乘积项相加，得到简化后的逻辑表达式：3、用卡诺图合并最小项时应注意的问题：(1)圈数最少，以使得简化后得到乘积项最少，（但不能漏圈）；(2)每个圈应尽可能大，以使得每个乘积项包含的变量最少，每个圈包含的相邻最小项只能是1，2，4，8，……2n；(3)最小项可以被重复使用，但每一个圈至少要有一个最小项只被圈过一次，以避免出现多余项；(4)最后对得出的与或表达式进行检查，比较，以使结果确实的最简的与或式。注：合并最小项的方式不同，得到的最简与或式也可能是不同的总结：群大圈全，每群有新，允许重复，不能遗漏。21.7组合逻辑电路的分析和综合组合逻辑电路的特点：1、任一时刻的稳态输出都只决定于该时刻的输入信号组合，与输入信号作用前的电路原来状态无关。2、要结构上是由各种门电路组成，且电路不含任何具有记忆的单元，一般也不含反馈支路。21.7.1组合逻辑电路分析一、基本分析方法目的：已知逻辑图，分析电路功能步骤：1、写逻辑函数表达式；（逐级推导）2、进行化简；3、列出真值；（需要时）4、指出功能。二、分析举例：21.7.2组合逻辑电路的综合一、组合逻辑电路的设计方法目的：从给定逻辑电路出发，求出逻辑电路图。步骤：1、首先对命题进行分析，确定输入变量、输出变量，并对它们进行赋值；2、列真值表——推导出输入、输出间的关系；3、写出逻辑表达式；4、画逻辑图。21.8加法器21.8.1二进制（1）只有“0”，“1”两个数码。（2）“逢二进一”，权为2i即1+1=10，即以2为基数计数体制。例：[1010]2=[1×23+0×23+1×21+0×20]10例：将[11010101]2化为10进制数：[11010101]2=[1×27+1×26+0×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20]10=[213]1021.8.2半加器半加：两个一位二进制数相加，不考虑低位来的进位，考虑向高位的进位。半加器：实现半加（两个二时制数相加）操作的逻辑电路。例：二进制加法0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10如何设计一个半加器？列真值表ABSC00000110101011012．写出表达示S=AB+ABC=AB3．逻辑图逻辑图逻辑符号21.8.3全加器1、全加在多位二时制加法时，考虑到低位进位的加法，称全加。2、功能输入：Ai（被加数）AiAi-1……..A2A1A0Bi（加数）BiBi-1……..B2B1B0Ci-1（进位数）Ci-1……..C2C1C0输出：Ci（进位数）CiCi-1……..C2C1C0Si（和数）SiSi-1…..S2S1S0例如：被加数1011加数1110各位进位数+）1110和数11001态表：AiBiCi-1SiCi00000001100101001101100101010111001111113．表达式：Si=Ai`Bi`Ci-1+Ai`BiCi-1`+AiBi`Ci-1`+AiBiCi-1Ci=AiCi-1+AiBi+BiCi-14．逻辑电路：P249图21.8.25．应用：21.9编码器编码：用文字、符号、数码表示特定对象的过程。二进制编码：用二进制代码表示输入信号的过程。编码器：实现编码操作的电路。N位二进制代码有2n种状态,可以表示2n个信号,所以对N个信号进行编码时,可用2n≥N来确定需使用的二进制的位数N，例如：用N位二进制表示（0~9）1021.9.1二进制编码器将信号或对象编为二进制代码的电路，以8—3线编码器为例：P251图21.9.1，得：Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7编码表见表21.9.1注意：输入信号间的互斥约束关系。21.9.2二—十进制编码器1、定义：输入一个十进制数0~9，通过该编码器，在其输出端得到相应的8421码。2、分析：I1~I9表示0~9这十个十进制数，Y3~Y0表示8421码表示高位----低位，某一时刻只能对一个输入进行编码，输入端不允许出现两个以上信号同时为1的现象逻辑电路图（P253图21.9.2）简化编码表（P253表21.9.2）表达式Y3=I8+I9Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7+I921.9.3优先编码器一、优先编码器定义：能对同时输入信号中具有优先级别的信号进行编码。二、集成优先编码器有10线-4线和8线-3线：CT74LS14710线-4线优先编码器编码表（P253表21.9.3）21.10译码器和数字显示译码：是编码的逆过程，即把代码的含义“翻译”出来的过程。译码器：实现译码操作的电路。译码器可以将输入代码的状态翻译成相映的输出信号表示原意。21.10.1二进制译码器（变量译码器）——将二进制代码译成输出信号的电路（一）、2—4线译码器输入2线，输出22=4线1、真值表：ABY3Y2Y1Y00000010100101001011110002、表达式：Y3=ABY2=ABY1=ABY0=AB3逻辑图(略)（二）、3线-8线译码器P255图21.10.11、输入、输出端：A0、A1、A2三个二进制输入端；Y0~Y7：八个输出端（分别对应8种输入组合）；2、状态表(P254表21.10.1)对每一个输入变量组合，只有一个输出变量为1，代表当前输入变量的相应最小项。S1、S2、S3：输入使能端（也称控制端），控制电路是否进行译码；即S1=1，S2=S3=0时，译码器处于“工作”状态；反之，Y0~Y7均为1，译码器处于禁止工作状态。3．进行化简Y0=ABCY1=ABCY2=ABCY3=ABCY4=ABCY5=ABCY6=ABCY7=ABC4．逻辑图(P255图21.10.1)21.10.2二—十进制显示译码器由译码器，驱动器，显示器组成；(一)、数字显示器：1、半导体数码管：（1）发光二