电工电子课件

1、第1章 半导体器件【绪】1. 半导体器件的优点与应用优点：体积小、功耗小、能量转换效率高；应用：作为电子电路的基本单元广泛应用于测量、识别、控制等仪器设备。2半导体器件的种类：二极管、三极管、场效应管和晶闸管等。3半导体器件用材及其制作工艺 用半导体材料经过特殊工艺制成。什么是半导体？ 自然界中的物质按其导电能力差异分为三大类：导体、半导体和绝缘体。半导体的导电力介于导体与绝缘体之间，在热激发、磁场的影响下，半导体的导电力明显增强而接近于导体。1.1半导体的基础知识1半导体材料种类及其不同应用（1）种类：硅、锗以及大多数金属氧化物和硫化物。（2）不同应用：1）用作热敏元件。如：钴、锰、镍的氧化

2、物，它们对温度的反应特别灵敏。可制成测温元件。2）用作光敏元件。如：镉、铅的硫化物和硒化物，它们的导电能力受光照而变强，无光照时就像绝缘体一样。可制成发光或光电元件。3）用作半导体器件二极管、三极管、场效应管和晶闸管等。如：硅、锗等纯净半导体，它们的导电能力一方面受温度的影响；另一方面，若在这些半导体中掺入其它一些特殊的微量元素杂质后，它们的导电能力可增加几十万、几百万倍，根据这一点，可制成二极管、三极管、场效应管和晶闸管等半导体器件。2半导体的内部结构与导电机理 半导体分本征半导体和杂质半导体。（1）本征半导体及其导电特性本征半导体：由纯净的硅、锗四价元素构成。1）四价元素的原子结构2）本征

3、半导 体的结构（晶体结构） 3）半导体的载流子（导电粒子）和导电特性在常温下，本征半导体几乎不导电。因为价电子被束缚在共价键上，几乎没有价电子能挣脱共价键的束缚而成为导电粒子，半导体的导电能力较差。在热激发下（加温或光照），导电能力大大增强。热激发下，少数价电子获得能量而挣脱共价键的束缚而成为自由电子，在原共价键上留下空位，称之为空穴。自由电子和空穴称为半导体的两种载流子。温度越高，晶体中的自由电子、空穴的数量就越多，半导体的导电能力就越强（故温度对半导体器件性能影响很大）。4）半导体电流的形成在外电场的作用下，有空穴的原子可吸引相邻原子共价键上的价电子来填补此空穴，而失去价电子的相邻原子的共

4、价键上则留下空穴，它又可吸引别的原子的价电子，如此继续下去，就好象空穴在移动。空穴的移动方向与电子相反，相当于正电荷在移动，故空穴带正电。空穴的移动和自由电子的移动形成了半导体的电流。本征半导体的导电能力的加强靠热激发是不现实的、不合理的，因此本征半导体不能制作实用的半导体器件。（2） 杂质半导体N型和P型半导体在纯净半导体中掺入少量五价或三价元素后，半导体的导电能力大大增强，这就是杂质半导体的优势。1）N型半导体 在硅或锗中掺入少量五价元素（如磷元素），构成N型半导体。 在N型半导体中：多子（多数载流子）是自由电子，主要由掺杂浓度决定；少子（少数载流子）是空穴，主要由温度决定。 因是带负电的

5、自由电子导电为主导，故称为N型半导体2） P型半导体在中掺入少量三价元素（如硼元素）构成P型半导体。 在P型半导体中：多子是空穴，主要由掺杂浓度决定；少子是自由电子，主要由温度决定。 因是带正电的空穴导电为主导，故称为P型半导体。3 PN结形成（1）多子扩散因交界面的多子的浓度差，P区的空穴向N区扩散，N区的自由电子向P区扩散，多子复合消失，在交界面形成不能移动的离子区（也称空间电荷区、耗尽层）；因交界面电势差，故形成内电场（如上图）。内电场不利于（阻碍）多子继续扩散，故又称为阻挡层。（2）少子漂移少子在内电场的作用下越过交界面，向对方区域运动称之为漂移。（3）PN结的形成 多子扩散越强，空间

6、电荷区就越宽，内电场就越强，不利于多子继续扩散，但有利于少子漂移； 少子漂移运动越多，空间电荷区就越窄，内电场就越弱，不利于少子漂移，但有利于多子扩散。 当外加条件一定时，扩散运动与漂移运动就处于动态平衡，即当多子扩散电流=少子漂移电流时，空间电荷区宽度即内电场强度处于一个稳定状态，PN结就在交界面形成了。4 PN结的单向导电性（1）PN结正向偏置时（P接电源+极，N接电源极）正向偏置时，PN结呈现低阻性，流过的正向电流IF大 称PN结处于导通状态。（2）PN结反向偏置时 反向偏置时PN结呈现高阻性，只有极微小的反向电流IR流过， 称PN结处于截止状态。（3） PN结的结电容1.2 二极管1.

7、二极管的基本结构、类型和电气符号（1）基本结构（2）类型 1）按结构分：分为点接触型和面接触型。 点接触型通过电流较小；面接触型通过电流较大。 2）按材料分：分为硅管和锗管。一般情况下，面接触型为硅管，点接触型为锗管。3）按用途分：分为普通、整流、稳压、开关、检波二极管。一般情况下，锗管用作开关、检波二极管；整流、稳压用硅管。2二极管的工作特性 二极管的核心是PN结，故二极管具有单向导电性。其工作特性与PN结的相同。（1）门坎区（正向死区）：0段 当外加U时，管子正向无法导通。为正向死区电压，温度升高，死区电压减小。：硅管约，锗管约。（2）正向导通区：U段 正向导通压降为：理想情况为0V实际情

8、况为：硅管：约；锗管：约3） 反向截止区：0段理想情况下，反向电流为0；实际情况下，有反向电流，由少子漂移产生，由温度决定，温度升高，增大。（4）反向击穿区（损坏）：段3 二极管的主要参数二极管的参数：是正确选用二极管的依据和条件；反映了二极管性能的优劣。（1）最大整流电流（即额定正向平均电流）（）指在长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流，是重要参数。点接触型锗管只有几十毫安，大功率整流管必须外加规定的散热片才能在下正常工作而不损坏。（2）最高反向工作电压 在二极管反向截止时，保证二极管不被击穿情况下外加的最大反向电压，一般为。是重要参数。（3）最高工作频率：二极管用在交流电路中应考虑

9、的参数。因PN结有电荷效应，故存在结电容，影响二极管的单向导电性。4 二极管电路的分析与计算 在理论分析时，一般将二极管视为理想的，即正向导通时相当于短路，反向截止时相当于开路；如何判断电路中二极管是导通还是截止？先假设管子一开始是截止的，然后计算电路中二极管所处位置的管子阳极和阴极电位，若阳极电位大于阴极电位，管子就正向导通，反之，管子截止。【例1】D为理想的，求【解】先设D截止，并设B点为参考点。D截止，则管子的 实际上管子导通，理想管子导通压降为0，所以 若D为硅管，则 【例2】如图，已知：二极管、为锗管，正向压降； A、B两点电位分别为3V和0V。求F点电位。注意此题的关键是首先要判断

10、哪个管子抢先导通。判断电路中共阳或共阴连接的二极管哪个管子抢先导通的方法：共阳接法：阴极电位低者抢先导通。共阴接法：阳极电位高者抢先导通。本题解：（1）抢先导通；导通后，就截止。（2）考虑导通压降，则。【例3】已知：，管子是理想的，请画出的波形。【方法】设管子截止；算管子的； 判还是？若，则管子导通；算【例4】二极管的正负极、好坏的判别1.3 特殊二极管1稳压二极管稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，用硅材料制作。在电路中与合适的电阻配合能起稳压作用，故称之为稳压二极管，简称稳压管。（1）电气符号（2）工作条件（稳压条件） 必须使管子外加反向电压，而且必须使管子工作在反向击穿状态。反向击穿电

11、压就是管子的稳压值。（3）特性曲线：稳压管也是非线性元件，其特性曲线由实验手段获得。（4）主要参数1）稳定电流：保证稳压管起稳压作用的最小反向电流。2） 稳定电压：流过管子的反向电流时的反向击穿电压。因制造工艺原因，同一型号 的管子其有差异。3）最大稳定电流：稳压管长时间正常工作允许的最大反向电流的平均值。4）最大允许耗散功率：5）动态电阻：，此值越小，管子的稳压性能就越好。6）电压温度系数：表示稳压管稳压性能受温度影响的程度，此值越小越好。（4）稳压原理2发光二极管电信号转变为光信号3光电二极管光信号转为电信号1.4 晶体三极管半导体三极管即晶体三极管，它是电子电路的核心器件，具有电流放大功

12、能。1 三极管的类型、基本结构、电气符号（1）类型： NPN管和PNP管。（2）基本结构和特点三个区：发射区（E区）掺杂浓度最大；基区（B区）体积最小，掺杂浓度低；集电区（C区）体积最大，掺杂浓度低两个PN结：发射结（BE间）、集电结（BC间）。三个极：E极（发射极）、B极（基极）、C极（集电极）。（3）电气符号及管脚设别2 三极管电流的形成与放大原理三极管电流的形成和放大必须同时满足：内部条件：管子的结构特点（如上所述）。外部条件：外加的电场使管子的发射结正偏，集电结反偏。（1）三极管电流的形成发射极电流的形成 要确保发射结正偏，这是三极管电流形成的重要条件。使得发射区的多子电子很容易越过发

13、射结扩散到基区，发射区电子就会减少，电源和的（）极就给发射区补充电子形成，其方向如图。基极电流的形成 从发射区扩散到基区的电子有一部分与基区原有的空穴复合而消失，基极电源（+）极就给基区补充空穴，空穴的运动形成基极电流，其方向如图。集电极电流的形成 集电结反偏，有利于从发射区扩散到基区的电子（这些电子是基区P型半导体的少子）漂移到集电区，与集电区的少子空穴复合，电源（+）就给集电区补充空穴，形成，方向如图。（2）三极管的电流关系和电流放大作用 。>>且>>，这就是三极管的电流放大作用。（可从管子各区的结构特点理解）直流放大倍数 交流放大倍数3 三极管的工作特性（NPN管

14、）三极管是非线性元件，故它的伏安特性曲线也是由实验手段获得。由于三极管是个双口（一个输入口和一个输出口）元件，故它的伏安特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。 三极管的特性曲线表示各极电压和电流之间的相互关系。（1）输入特性函数表示为： 当常数时。 （2）输出特性（NPN管）1）函数表示： 测试条件：常数。2）特性曲线由三个区域组成：截止区、放大区、饱和区，即三极管的三个工作状态。1 截止区 ：偏置条件：发射结反偏。即<0 或。三极管工作在截止状态，三极管CE之间相当于开路。实际上，（CE之间反向穿透电流）。2 放大区：偏置条件：发射结正偏，集电结反偏。 即>>；或。从图中

15、可看出：在某值， 从1V开始不管增加多少，几乎不变。说明：只要满足三极管的电流放大条件，三极管的只受的控制，不变，则也不变。所以，三极管是电流控制电流型器件。3 饱和区：<，偏置条件：发射结正偏，集电结正偏。即>>当集电结也正偏时，从发射区扩散到基区的电子就很难越集电结（电子不能顺着电场运动），则在相同的下要比放大时小，用表示临界饱和时的，从图中很清楚看出，且很小，接近于0，用饱和压降表示，三极管的CE之间相当于短路（实际上，饱和时，硅管的，锗管的）。所以，临界饱和电流。利用三极管的截止和饱和工作特点，可将三极管做成电子开关（无触点）；三极管的这两种工作状态在数字电路中应用十

16、分广泛。三极管的三个工作状态有他的不同应用：放大状态：在模拟电子电路中放大交流连续小信号。截止、饱和状态即开关状态：在数字电子电路中数字信号的处理。例1已知：，T为硅管。试分析：（1） 管子是处于放大还是处于饱和状态？（2） 若，管子是否还处于放大状态？解：（1）设管子处于放大状态，则（法一）按上设管子处于放大状态，则有：>，满足发射结正偏，集电结反偏的放大条件。（法二）若管子饱和，则，不符合<，所以管子确实处于放大状态。（2） 设管子仍处于放大状态，则：。而。<，管子处于饱和状态。例2 已知：，忽略。试判断：开关S分别合在“1”、“2”、“3”时三极管的工作状态？4 三极管

17、的主要参数三极管的参数是设计电路、选择三极管的依据。（1）电流放大系数。三极管的具有分散性。（2）集基反向饱和电流指发射极开路，集电结反偏时的集电结反向漏电越小越好。由少子漂移产生，与温度有关。（3）集射穿透电流指基极开路，CE之间的穿透电流，越小越好温度越高，就越大。，。（4）反向击穿电压 三极管处于截止状态，保证管子不损坏时CE极允许加的最大电压。（5）集电极最大允许电流当增大超过一定值时，三极管的参数会发生变化，管子的会减小，当下降至正常值的时，所对应的即为。（6）集电结最大允许耗散功率三极管集电极电流流经集电结会使集电结结温升高，引起管子参数变化。当三极管因结温引起参数变化不超过允许值

18、时集电结所消耗的最大功率。 大功率三极管一般外加散热器来降低结温。（5） 温度变化对三极管参数的影响温度升高，、将增大。增大温度升高，将增大。温度升高，三极管的输入特性曲线将左移，即（或）减小。第2章 基本放大电路即模拟电子电路，用于放大模拟信号即连续信号，如正弦小信号。放大电路的基本功能是将微弱电信号放大到所需值去驱动执行部件，如：电磁铁、液压机构、电动机驱动器、电子仪器仪表等等。放大电路常应用于工业控制器、家用电器、航天设备、通信设备中。放大电路分电压放大电路、功率放大电路、运算放大电路等。放大电路又可分为分立元件放大电路和集成放大电路。 放大电路的主要元件是晶体三极管。本章介绍电压放大电

19、路和功率放大电路。21电压放大电路的基本概念1放大电路的组成与作用（1）电压放大电路的种类 共发射极；共集电极；共基极（2）电压放大电路的基本组成直流通道： 、为T提供合适的静态工作点,使三极管工作在线性放大区，使输出信号不产生失真。：几百几千K。：几K。交流通道：和:输入和输出耦合电容，起隔直、不衰减或少衰减交流信号。2电压放大电路的分析计算内容和目的（1）分析计算内容：静态和动态分析计算， 即直流和交流计算。（2）静态分析的目的计算直流电流、和来判断放大电路中的三极管是否处于放大状态。（3） 动态分析的目的计算交流指标：（电压放大倍数）、（放大电路的输入电阻）、（放大电路的输出电阻）；并分

20、析输出信号的失真情况。三个交流指标的定义：交流电压放大倍数：交流输入电阻： 交流输出电阻：。22 电压放大电路的基本分析方法 1静态工作点Q计算（令，电容开路）（1）基本偏置共E放大电路 （注意的取值：当管子发射结正向导通后，硅管约，锗管约，理想管子为0V） 同时得到：，。例2-1 上图中，已知：，。1 三极管处于放大状态，求静态工作点；2 若，问：三极管处于何状态？解 1、，。2、 <，所以三极管处于饱和状态。（2） 固定分压偏置共E放大电路 (令，电容开路)选择合适的使，则：电路的优点：能稳定静态工作点，使静态工作点基本不受温度影响。稳定工作点原理：2 动态分析3 （1）定性分析（放

21、大交流电压信号的原理） 当时（为正弦量），三极管各极的电流、电压均含直流和交流成分，即：，所以，与反相。所有物理量的波形如图。共E放大电路是反相放大电路。（2） 输出波形失真与静态工作点的关系 所谓输出波形失真是指当输入信号波形为正弦波，若经放大后输出波形为非正弦波。若放大电路的静态工作点不合适，输出信号就会产生失真。截止失真当静态工作点Q太低即()太小时，的负半周使三极管进入截止区而无法正常放大，使的正半周比正常放大时小， 产生截止失真。消除办法：提高工作点即增大（减小）。饱和失真当静态工作太高即()太大时，的正半周使三极管进入饱和区，使的负半周比正常放大时小，产生饱和失真。消除办法：降低工

22、作点即减小（增大）。（3）动态指标计算: 、和。用微变等效电路法将由非线性元件三极管组成的非线性电路线性化，再利用定律分析计算。1） NPN三极管的微变等效模型三极管输入回路间的等效 在Q点附近，当输入交流信号为小信号时（微变信号），三极管的输入特性曲线接近线性，因此可近似等效成： 估算经验式： 三极管输出回路间的等效从可知：受的控制，相当于受控电流源，而且是理想的，为何？因为从三极管的输出可看出：当增加时，基本不变，即 。所以，三极管的间可等效成一理想的受控电流源。三极管的微变等效模型注意：以上是针对NPN三极管而言的。PNP管的微变等效模型?2）电压放大电路的微变等效模型及动态指标计算基本

23、共发射极电压放大电路电路交流化：将除去，将所有电容短路；三极管线性化；画出放大电路的微变等效电路。电压放大倍数输入电阻：输出电阻： 根据戴维南定理求含受控源内阻的方法：将信号或除去，负载开路，在原端外加交流源（极性与相同），在电路输出端产生，两者之比即为。固定分压偏置共发射极电压放大电路电压放大倍数：输入电阻：输出电阻：23 射极跟随器-共集电极放大电路1静态工作点计算由：得：；2动态指标计算电压放大倍数： 因为：； ； 所以： 射极跟随器的 ,且输出电压与输入电压同相位。共C放大电路为同相放大电路。输入电阻： 所以： （此值很大，这对信号源有利，放大电路的输入电阻越大，消耗信号源的能力就越小

24、，减轻信号源的负担。）输出电阻： 由KVL得： 而：得到：。（此值很小）射极跟随器的优点：输入电阻大，有利于信号源；输出电阻小，带负载能力强。24 多级电压放大电路单级（单管）电压放大器往往达不到电压放大的要求，实际应用中常常采用多级电压放大器。1各级放大器之间的耦合方式（1）直接耦合：用导线直接将前级放大器的输出回路与后级放大器的输入回路连接。优缺点：优点：结构简单，易于集成化。缺点：前、后级放大器的工作点相互影响，使可靠性下降；不易调试工作点。（2）电容耦合：前级放大器的输出回路与后级放大器的输入回路由电容元件连接。优缺点：优点：前、后级放大器的工作点独立，相互不影响。缺点：不利于放大低频

25、信号；不利于集成化。（3）电感耦合（变压器耦合）优缺点：优点：各级工作点独立；有阻抗匹配作用。缺点：体积大，不利于集成化；会产生电磁干扰。2多级电压放大电路的分析（1）静态工作点计算 对于电容、电感耦合的多级电压放大电路，其静态工作点的计算是分别计算各级的。（2）动态分析1）电压放大倍数：2）输入电阻：（第一级的输入电阻）3）输出电阻：（最后一级的输出电阻）3电压放大电路的频率特性 所谓放大电路的频率特性是指：与（输入信号的频率）的关系。具体可表示为： 。-幅频特性-相频特性（1）阻容耦合电压放大电路的频率特性曲线下限频率，上限频率/：电压放大器的通频带（2）电压放大电路的频率失真 一个放大器

26、的电压放大倍数因输入信号的频率不同而改变，最终引起输出改变。频率失真包括：幅频失真和相频失真。产生频率失真的原因：1）在的低频段（段）：耦合电容、和旁路电容的容抗使减小，减小。2）在的高频段（段）：三极管CE之间的结电容的容抗旁路了部分，使减小，减小。25 差分放大电路（在第8章中介绍）26 （在第9章介绍）27 功率放大电路1概念（1）电压放大器的缺陷 电压放大器的输出功率不大，不能直接驱动执行部件；而多级电压放大器随级数的增加易产生失真。（2）功率放大器与电压放大器的异同1）相同点：放大信号的实质相同，都是消耗直流电源的能量。2）区别：任务不同：电压放大器不失真地放大电压小信号。功率放大器

27、尽可能获得足够大的功率。指标不同：电压放大器的主要指标是、和。功率放大器的主要指标是。电路结构不同：一级电压放大器一般由一只三极管组成。一级功率放大器至少由两只大功率三极管组成。工作条件不同：电压放大器配置合适的静态工作点。功率放大器工作在极限条件下，以获得足够大的功率。（3）功率放大器的种类：1）甲类功放：>（交流）的最大值。优点：基本无失真。缺点：效率最低。因为较大。2）甲乙类功放：<的最大值。优点：效率比甲类功放高。缺点：的负半周易产生截止失真。3）乙类功放：即无静态工作点。优点：效率最高。缺点：的负半周完全进入截止区无法放大，最容易产生截止失真。实际应用中，不能采用上述单一

28、的三种功放，而是采用下述功放。2 互补对称功放由参数对称的NPN和PNP管组成。（1）、双电源互补对称功放1）结构特点 、为参数对称的NPN和PNP管，三极管无静态偏置；分别构成两个射极跟随器，其输出阻抗小，带载能力强。2）工作原理时（即无交流输入时）：两管子均截止，由管子的对称性得:， 。时（即有交流输入时）：两管子分别在的正、负半周工作。3）电路缺点两管子均工作在乙类状态，因无直流偏置，在的正、负半周交替过零时，两管子有可能均截止，输出产生交越失真，且由于使用双电源，故效率低。（2）单电源互补对称功放1）工作原理静态时（）：两管子均截止，因电容存在，使。此时C充电至（即有交流输入）时在的正

29、半周，导通；在的负半周，由使导通。2）电路优缺点 相对双电源互补对称功放，此电路的效率要高。 无静态偏置，也会产生交越失真。（3）复合管互补对称功放因大功率参数对称的NPN和PNP难选。 、组成NPN复合管； 、组成PNP复合管； 和为参数对称的小功率管； 和为同型号的NPN管。（4）克服交越失真的互补功放1）参数特点 、阻值较大，为了限制，提高效率。2）消除交越失真的原理调节，使、微导通。当输入信号小时，因较小，且、导通后的电阻较小，故、的交流电位基本相等，可确保输出波形的对称性。（5） 集成功放第3章 集成运算放大器31集成运算放大器的基础知识1集成运放的结构组成及其特点（1）外形和电气符

30、号（2）内部组成（3）特点：具有放大、运算功能：。输入级采用特殊的电压放大器-差动放大器。输入电阻高；能抑制零漂。中间级采用多级电压放大器。电压放大倍数很大。输出级采用射极跟随器。输出电阻小，带载能力强。2集成运放的输入级-差动放大电路（1）电压放大电路的零漂1）零漂的含义 对一个放大电路而言，理想情况是当输入时，则输出或保持恒定不变。 假若当时，；时，不稳定，发生缓慢变化，则称此放大电路产生零点漂移即零漂。2）零漂产生的原因温度引起三极管参数变化；电路元件老化；电源电压波动；3）抑制零漂的措施采用阻容耦合，使零漂限制在本级；采用稳定工作点的放大电路；在集成运放中采用差动放大电路。（2）差动放

31、大电路的基本结构及抑制零漂1）电路结构结构特点：两套共射电压放大电路参数完全相同即对称电路。静态偏置：管子的发射结由通过、信号源内阻正偏。 2）输入、输出方式输入方式：双端输入，指信号从两套电路的输入回路输入；单端输入，指信号从一套电路的输入回路输入，另一套电路的输入端接地。输出方式：双端输出， ；单端输出，或 。3）输入信号的类型差模信号：共模信号：差动信号：差模信号+共模信号具体表示为： 其中： 共模信号 ；差模信号 4）抑制零漂的原理利用电路的对称性抑制零漂（时）因为，所以。利用抑制零漂（时，不稳定） （3）典型差动放大电路的动态分析1）双端输入、双端输出只有共模信号时：（）因为：， 所

32、以共模放大倍数零漂和干扰信号为共模信号，差动放大电路对共模信号有抑制作用。只有差模信号时（）单边放大倍；总放大倍数： 差动输入时：（取；）则：；2）单端输入、双端输出因为很大，所以、的输入回路可等效成如右图所示。可算出：，。是一对差模信号，放大效果与双端输入一样。3）单端输入、单端输出若从取，则与反相；若从取，则与同相。运放的同相端、反相端就是从这里来的。（4）差动放大电路抑制共模信号的能力-共模抑制比 越大越好。3、集成运放的主要参数1）开环放大倍数：2）差模输入电阻：，反映对信号源的影响，越大越好。3）输出电阻：反映对负载的影响，越小越好。4）最大输入电压最大差模输入电压：当差模输入电压超

33、过，差动放大器的三极管将击穿。5）最大输出电压<4、理想集成运放的概念1）运放的等效模型2）理想集成运放：开环电压放大倍数输入电阻输出电阻5、理想集成运放构成的电路分析的重要依据1）虚断： 由 ，得 。2）虚短： 由，得。6集成运放的电压传输特性因此，要保证运放工作线性区，必须外加负反馈。32 集成运放的构成信号运算电路1比例运算（1）反相比例运算由KCL得由虚断得：，由虚短得则：，。特殊处：当时，上述电路变为反相器。为平衡电阻，取，尽量使运放的输入级-差动放大器两套电压放大电路对称。（2） 同相比例运算（3） 因为，由虚断得 、 。由虚短得 。所以：即：。解得：当或开路时，得-电压跟随

34、器。2加法运算，。特殊处：当时， 。平衡电阻： 。3减法运算由：（虚断）得：将代入上式，得到：。讨论：时， 。4积分运算（）（） 5微分运算由（）6、运放构成的复杂运算电路例1：写出与、的关系式。33 集成运放构成运算电路时运放外围引入的负反馈前面介绍的运算电路中，在运放的输出端与反相输入端都引入了一部分电路分支，这是为了使运放工作在线性区而引入的负反馈。如果不引入负反馈，运放很容易输出饱和。【例如】下图中的1、反馈的基本概念-运放；-反馈网络；-输入信号；-输出信号 ；-反馈信号；-净输入；（1）什么是反馈？正反馈？负反馈？ 1）反馈：运放的外围电路，将输出信号的部分或全部引入到输入端与输入

35、信 号比较。反馈网络由电阻或电容元件组成，最简单的反馈网络是短路线。2）负反馈： =-<。即反馈信号削弱了原输入信号。3）正反馈：=+>。即反馈信号增强了原输入信号。（2）负反馈原理开环放大倍数： 反馈系数为：净输入为：=-则：闭环放大倍数：所以2负反馈类型的判别 注意：1）要搞清电路中有无反馈；2）区别正、负反馈；3）判别负反馈类型。有无反馈：看运放有无外围网络将输出信号引到输入端与输入信号比较。负反馈的类型：电压串联型电压并联型电流串联型电流并联型判别方法：1）电压型：；且当时， ；2）电流型：；且当时，； 3）串联型：信号源支路与反馈网络无接点连接，是电压关系，即： 4）并联

36、型：信号源支路与反馈网络有接点连接，是电流关系，即：（1）电压串联负反馈第1步：找反馈；第2步：判断串、并联型。写出，的关系式；，是串联型。第3步：用瞬时极性法判别正、负反馈；第4步：判断电压还是电流型。写出与的关系式： 。令，得、。可肯定是电压型。上述电路中引入了电压串联型负反馈。（2）电压并联负反馈反馈网络与支路有结点连接。是并联型。 ，是电压型。验证：令，则，。上述电路中引入了电压并联型负反馈。（3）电流串联负反馈串联型负反馈。，是电流型。验证：令，则，。上述电路中引入了电流串联型负反馈。（4）电流并联负反馈 是并联型负反馈。，是电流型。验证：令，则，。上述电路中引入了电流并联型负反馈。

37、例1： 电压串联负反馈。例2： 电压串联负反馈。3负反馈对放大器性能的改善（1）提高放大倍数的稳定性 因为：引入负反馈后的放大倍数 若引入深度负反馈使得，则就很稳定了，而且，可使放运放稳定工作在线性区。（2） 展宽频带引入深度负反馈后，并且反馈网络取纯电阻，则放大电路的通频带将增宽。（3）改变输入和输出电阻1）引入串联型负反馈能提高输入电阻。这对整个放大电路是有利的。2）引入并联型负反馈降低输入电阻。这对整个放大电路是不利的。3）引入电压型负反馈能降低输出电阻。电压型负反馈稳定，相当于使放大电路的减小。是有利的。4）引入电流型负反馈增大输出电阻。电流型负反馈，相当于使放大电路的增大。是有利的。

38、（4）减小输出波形失真 例如：引入电压串联负反馈后，假如原来负半周失真（比正常小），因为，则负半周小，而负半周大，使得经反馈、放大后负半周补偿增大。34集成运放在信号处理电路中的应用1电压比较器（1）大于时，（2）小于时，电压比较器是运放的开环应用，所以只有两种输出状态：正饱和与负饱和。【例】画波形3有源滤波器广泛应用于无线电通信、自动控制和测量仪器设备中。（1）典型电路 一般由RC无源滤波器和运放构成。（2）电路分析 （3）结论： 有源滤波器的性质主要由RC滤波器决定。35 集成运放构成的信号发生器1、正弦波振荡器（1）振荡器的基本构成和振荡条件1）基本构成为带负反馈的基本放大器；为正反馈网

39、络。 振荡器电路构成条件：闭环放大器+正反馈。2）振荡条件因为， 所以-振荡条件。即 。应同时满足：和。（2）典型的正弦波振荡器- 文氏桥式正弦波振荡器是否满足振荡条件？ ，。所以当取时， 。则：（只要取）；。满足振荡条件。工作原理：振荡器的起振信号（自激信号）是电源中的纹波信号。RC带通滤波器有两个作用：选择频率；满足振荡条件；一般是负系数热敏电阻，有两个作用：满足振荡条件；稳定输出。36 集成运放使用中应注意的问题1、类型的选择（1）普通型：一般工业控制应用。（2）专用型1）高精度型：低零漂、低澡声，开环大，CMRR大。可减小误差。用于精密仪器仪表。2）低功耗型：用于低功耗场合。3）大功率

40、型：用于高电压、大电流设备。4）高速型 ：用于A/D转换。5）高阻型 ：具有高输入电阻，其输入电流很小。2、调零 当输入为零时，运放仍有输出，称运放产生零漂。集成运放基本上都有调零端，供使用时外接电位器进行调零。3、消振除了振荡器要利用自激振荡之外，在使用一些运放时要外加消振电路，由外加电阻和电容组成。先消振，后调零。4、外加保护措施（1）电源接错保护 集成运放的工作电源一般是正、负双电源，为防止正、负接错，必须外加两只二极管进行保护。（2）输入保护 为防止运放的输入电压过高，常在运放的两输入端反并联两只二极管。（3）输出保护第4章 直流电源电源分直流和交流电源两大类。直流电源的种类很多，最常

41、用的硅整流直流电源。硅整流直流电源的组成：各部分的作用：变压器：将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路：将脉动电压u3转变为平滑直流电压u4。稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电uo的稳定。41 整流电路整流电路由硅二极管组成，“硅整流”就是指整流元件硅二极管。整流有四种方式：单相半波整流、单相全波整流；三相半波整流、三相全波整流。一、单相桥式全波整流电路1电路结构、顺向串联。共阴联接，阳极电位高者抢先导通；共阳联接，阴极电位低者抢先导通。2整流原理（1）在正半周（>）和正向导通，使和截止。（2）在负半周（<

42、）和正向导通，和截止。3参数计算（1）输出电压平均值，（令）（2）输出电流平均值（3）流过二极管电流平均值（4）截止二极管承受的最大反向电压4单相桥式整流电路的其他形式二、三相桥式整流电路1电路结构2工作原理3参数计算（1）输出的平均值 （2）输出电流的平均值（3）流过二极管的电流平均值 （因为每只二极管导通周期）（4）截止二极管承受的最大反向电压（承受线电压的最大值）12 滤波电路一、电容滤波1电路组成2滤波原理令（1）正半周1）在之间：和导通，C充电。在时，C充电至最大，即 。2）在之间：<， 和也截止，C对放电。由于C的值较大，C放电不可能使。（1）负半周1）在之间：和导通，C再次

43、充电。在时，C充电至最大，即。2）在之间：<，和也截止，C对放电。3参数计算（1）（2），一般取二极管的（考虑到电容充放电的冲击）（3）（4）（使平滑）4电容滤波的缺陷：冲击电流大，只能应用于高电压、小电流电源。二、电感滤波1滤波原理利用电感对电流变化的阻碍作用使输出电流平滑。2主要参数 3适用场合：低电压、大电流电源。三、其他滤波方式43稳压电路一、稳压管稳压电路1电路组成稳压管必须与限流电阻配合才能起稳压作用。2稳压原理（1）稳压条件：电压条件>；电流条件<<；（2）稳压过程 讨论两种情况下稳压电路如何稳压？1）变化使变化；2）使变化； 3稳压电路的计算、设计 已知

44、：， （负载变化范围），的变化量：。设计方法 ：（1）的确定： ，。（2）取稳压管的确定取最大稳定电流： 。根据已知的即和可以确定稳压管的型号。（3）确定限流电阻R 确定限流电阻R时应满足两个条件：1）最小、最大时，最小，应保证此>；即：即2）最大、最小时，最大，应保证此<；即：即二、串联型稳压电路 稳压管稳压电路稳压精度不高，这是它的致命缺陷。而串联型晶体管稳压电路的稳压精度较高。1电路组成由四部分组成：（1）取样电路：又、组成。取输出的变化量：（2）基准电路：由、组成。为提供偏差信号（3）比较放大电路：由组成，管大、温漂小。用来改善稳压性能。（4）调整电路：组成，为大功率硅管。

45、输出的变化量由它分解。2稳压原理3输出范围（1）在最上端时（最大）最小。因为：最大最大最大最大最小最小最小最小最大最小。（2）在最下端时（最大）最大。 三 集成三端稳压器 将串联型稳压电路和必要的保护电路集成化就构成了集成三端稳压器。1、外形和电气符号（1）外形（2）电气符号1）W系列（输出正电压）78-代表输出正电压；-代表输出电压值；如：-2）系列79-代表输出负电压；-代表输出电压值；如：-2、集成三端稳压器应用（1）正电源（2）负电源（3）正、负双输出电源例1：单相桥式整流滤波电源，已知问：在下述几种故障下 （1） 一切正常；（2） 电容开路；（3） 负载开路；（4） C开路且有一管坏

46、解：（1）； （2）； （3）；（4）例2： 求的可调范围。解：由虚断知串联，所以有：由KVL得:。由虚断知与串联，所以再由虚短,并整理得到：例3：已知：R1=2K，R2=3K，RP=1K。计算该电路的输出电压的调节范围。第6章 组合逻辑电路61 数字电路概述1、数字电路的特点（1）数字电路处理的信号是数字信号即“0”、“1”信号。（2）数字电路中三极管、场效应管工作在截止或饱和状态。（3）数字电路分析的目的是找出输出与输入的逻辑关系。2、数字信号的数制有“2”、“8”、“10”、“16”进制等，最常用的是二进制。二进制数字信号的 “1”代表：电平高、开关合上、灯亮、结果正确等；“0”代表：电

47、平低、开关断开、灯灭、结果错误等；3、最典型数字信号-矩形脉冲的结构4、数字电路的分析方法（1）逻辑关系式（2）真值表62 基本逻辑门电路逻辑门是数字电路的一种逻辑开关，只有当输入信号满足规定的条件，逻辑门才“打开”。1、与门 “与”逻辑关系的举例：真值表：与逻辑式： 逻辑符号：典型的分立元件与门电路：2、或门举例真值表：或逻辑式： 逻辑符号：典型的分立元件或门电路：3非门4复合门（1）与非门（2）或非门（3）与或非门（4）异或门（5）同或门63 TTL集成门电路 逻辑门可分为分立元件逻辑门和集成逻辑门。集成门包括TTL集成门和CMOS集成门。1、TTL与非门（1）内部结构T1为多发射极晶体管

48、。 A、B、C、D 为输入端； F为输出端。（2）逻辑关系1）输入A、B、C、D中只要有一为低电平，T1就饱和导通，T2的基极被箝位在低电平，T2就截止，F输出高电平。2）只有当A、B、C、D均输入高电平时，T1就截止，T2就饱和导通，F输出低电平。输出F与输入A、B、C、D符合与非的逻辑关系。3）逻辑符号及逻辑关系 （3）常用的TTL集成与非门：（普通）、74H（高速）、74S、74LS（消特基）系列。 例如74LS20为双与非门集成器件。（4）TTL与非门电压传输特性和主要参数 主要参数1） 电源电压：；2） 输出高电平：保证输出为“1”的输出电压值，标准值为；3） 输出低电平：保证输出为

49、“0”的输出电压值，标准值为；4） 开门电平：保证输出为“0”时，输入高电平的最小值；5） 关门电平：保证输出为“1”时，输入低电平的最大值；6） 扇出系数N：输出端能带同类门（TTL）的最多数量。7） 平均传输延迟时间注意：TTL门的输入、输出“1”的电平值应；“0”的电平值应。2OC门-集电极开路的TTL门当TTL门的管集电极开路即将去掉就成为OC门。（1）OC门的逻辑符号和逻辑关系（2）OC门的优点1）提高了输出高电平的数值； 外接可增大F=1的值。2）可直接带负载，带载能力强； 而TTL门一般不能直接带负载，中间要加驱动电路，而OC门可直接带负载。 3）具有线与功能，即多个OC门的输出端可直接相连；而TTL门输出端之间不允许相连，否则会因输出电平的高低不同而损坏门。3TTL三态门（1）概念“态”指逻辑门的输出状态。基本逻辑门的输出状态：“0”和“1”态。三态门输出状态：“