第一章电子电路基础ppt课件

1、第一章 电子电路基础第一节 电路基础n直流、交流电路的基本概念与规律掌握）n电路基本量n电压、电源电动势、电流、功率、电源n基本定律n欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维南定律、叠加定律n交流电1-1 电路基本量n电压U）：电路中两点间电位的差值n电源电动势n电流I）n功率W）1-1 电路基本量n电源n电阻Rn电阻定律n对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，还与材料的导电能力有关1-2 基本定律n欧姆定律n导体两端流过的电流与电压成正比n全电路欧姆定律n电路中的电流I与电源电动势E成正比，与整个电路中的电阻成反比。1-2 基尔霍夫定律n节点电流定律第一定律）n电路中任意时

2、刻流入任一节点的电流恒等于流出这个点的电流n回路电压定律第二定律）n沿着某一闭合回路绕行一周，电路中各个元件上电压降的代数和恒为零1-2 戴维南定律n任何一个线性的有两个端口的网络，对外电路而言，可以用一个电压源和一个内电阻相串联的电路模型来代替，电压源的电压是有源二端网络的开路电压；内电阻等于有源二端网络中所有电压源电压置零、电流源电流置零时的等效电阻1-2 叠加原理n线性电路中，当有多个电源作用时，电路中任何一个支路的电流或电压是电路中各个电源单独作用时，在该支路上产生的电流或电压的代数和。（单独作用指将其它电源置零，即电压源短路，电流源开路）1-3 正弦交流电n正弦量三要素：频率、初相位

3、、振幅n有效值1-3 正弦交流电n三相交流电物征n电压幅值相等、频率相同、相位互差120度n两种联接方式：星形与三角形n星形：相电压220V，线电压380Vn三角形：220V1-4 正弦交流电路的元件特性n电阻元件n电阻上的电压与电流同相1-4 正弦交流电路的元件特性n电感元件n电压超前于电流Pi/2n电感具有通低频阻高频的特性1-4 正弦交流电路的元件特性n电容元件n电流超前于电压Pi/2n电容具有通高频阻低频的特性第二节 基本电子器件n二极管、三极管掌握）n基本构造n输入、输出特性曲线n医用传感器熟习）2-1 二极管nPN结 将N型半导体与P型半导体采用特殊的工艺结合在一起时，在其交界处会

4、形成一种特殊的阻挡层，这就是PN结。 PN结具有很重要的特性单向导电性。正向偏置反向偏置2-1 二极管n半导体二极管 由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成。由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。导通时的电流方向是从阳极通过管子内部流向阴极。正向偏置反向偏置2-1 二极管n二极管的伏安特性曲线DEOA：死区开启电压：VthAB：近似指数规律BC：近似恒压源导通电压：VonOD：近似恒流源DE：反向击穿特性击穿电压：V(BR)反向电流：IR2-1 二极管n主要参数 最大整流电流IF 是二极管长期运行时允许通过的最大半波整流电流平均值。整流电流超过此值时，二极管将被烧坏。 反向击

5、穿电压V(BR) 当反向电压超过V(BR)时，反向电流剧增，二极管的单向导电性能被破坏，甚至引起二极管损坏。 反向电流IR 反向电流越小，管子的单向导电性越好。 最高工作频率、反向恢复时间 光电二极管正常工作在反偏状态。无光照时，只有很小的反向饱和电流，称为暗电流；有光照时，PN结受光激发，产生大量电子空穴对，形成较大的光电流。通常由硅材料制成，管壳有接收光照的透镜窗口。光电二极管的电流与照度成正比，用于信号检测、光电传感器、电机转速测量等。发光二极管电致发光器件，将电信号转换成光信号。通常由磷砷化镓GaAsP)、磷化镓GaP)制成光的波长颜色与材料有关正偏导通时发光发光二极管的开启电压和正向

6、导通电压比普通二极管大，正向电压一般为1.52.5V。亮度与正向电流成正比，一般5-15mA。2-2 三极管n三极管结构2-2 三极管 无论 PNP型还是NPN型晶体三极管都有相同的名称： 晶体三极管中间的区域为基区，两边的分别为发射区和集电区。三个电极分别称为基极 (用b表示)、发射极(用e表示)、集电极(用c表示)。 发射极与基极之间的PN结称为发射结简称e结）；集电极与基极之间的PN结称为集电结简称c结）。 2-2 三极管n结构特点n基区：最薄，掺杂最少，多子浓度最低；用于传递和控制载流子n发射区：掺杂最多，多子浓度最大；用于发射多子n集电区：掺杂较多，多子浓度较大；用于收集载流子。集电

7、区的载面积大于发射区的载面积2-2 三极管n三种连接方式集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端2-2 三极管n放大原理：基极电流对集电极电流的控制作用来实现电流放大BCBCEOCIIIII输入输出特性曲线n共射极输入特性基极电流iB与发射结电压vBE之间的关系constvBEBCEvfi| )(与PN结正向伏安特性曲线相似，当vCE1时，输入伏安特性基本不变。输入输出特性曲线n共射极输出特性输出特性曲线族 截止区 饱和区 放大区截止区n发射结反偏，集电结反偏 等效电路0 , 0CBii饱和区n发射结正偏，集电结正偏等效电路0 , 0CBBEVv放大区n发射结正偏，集电结反偏 等效电路V7 .

8、 0 , 0CEBvi三极管基本参数 共射极直流电流放大倍数 共射极交流电流放大倍数 集电结反向饱和电流 ICBO 。 穿透电流 ICEO 集电极最大允许电流 ICM 集电极最大允许功耗 PCM 反向击穿电压2-3 MOS场效应管场效应管是一种电压控制的、只有一种极性的载流子参于导电的单极性半导体器件。按结构分：结型和绝缘栅型MOS）按工作性能分：耗尽型和增强型按基片衬底材料分：P沟道和N沟道PMOSNMOS2-4 医用传感器 电极 通过与生物体的接触耦合，将生物体内的电位和生物电流有效地导出的敏感元件 化学传感器 基于化学原理的、以化学物质为检测对象的一类传感器。主要有离子传感器和气体传感器

9、等 生物传感器 利用某些生物活性物质所具有的高度选择性，来识别待检测生物化学物质的一类传感器2-4 医用传感器 物理传感器 根据检测对象不同，又分为：温度传感器压力传感器血流量传感器心电传感器脉搏传感器呼吸传感器第三节 基本模拟电路n小信号放大电路掌握）n基本结构n工作原理n功率放大电路了解）n基本集成运算放大电路掌握）n基本结构n工作原理3-1 小信号放大电路n一、共发射极放大电路共发射极基本放大电路的习惯画法及其直流通路3-1 小信号放大电路静态工作点Q点） 在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或

10、静止状态，简称静态。此时，晶体管的基极电流IB，集电极电流IC，b-e间电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点简称Q点），常将这四个物理量记作IBQ 、ICQ 、UBEQ 、UCEQ。调整基极电阻Rb，改变电流IB，可以调整Q点动态分析(vi0) vBE=VBEQ+vbe=VBEQ+viiB=IBQ+ib iC=ICQ+ic=ICQ+ib vCE=VCEQ+vce=VCEQ-icRL vo=vce=-icRL 共射放大电路的输出电压与输入电压相位相反分压式稳定工作点偏置电路n自动调整过程图2 - 8 分压偏置工作点稳定电路T(oC) ICQ UEQ UBEQ IBQ ICQ3-1 小

11、信号放大电路n二、共集电极放大电路共集电极基本放大电路的习惯画法及其直流通路电阻Re具有稳定静态工作点的作用电压放大倍数恒小于1而接近于1具有一定的电流放大作用和功率放大作用3-1 小信号放大电路n三、多极放大电路n为了推动负载工作，输入信号必须经多级放大后，才能获得一定幅度的电压和足够的功率n常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合n概念：阻容耦合，直接耦合，零点漂移P18）3-1 小信号放大电路n四、差分放大电路基本差分式放大电路 差模信号是指两个输入信号之差 uuuIIIc2121uuuIIId2121共模信号是指两个输入信号的算术平均值3-2 低频功率放大器n主要任务是输出大的

12、信号功率，它的输入、输出电压和电流都较大，是大信号放大电路n按晶体管静态工作点Q在交流负载上的位置不同，可分为甲类、乙类和甲乙类。3-3 集成运算放大器n集成运算放大器简称集成运放，一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。n具有两个输入端和一个输出端集成运放的理想化参数是： 开 环 差 模 增 益 放 大 倍 数 Aod= ； 差模输入电阻Rid= ； 输出电阻Ro=0； 共模抑制比KCMR= ；两条重要结论n理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即n理想集成运放的两输入端电流均为零 。即0PNIuuuPNuu 0PNii通常称为“虚短路” 通常称为“虚断路” 3-3 集成运算放大

13、器n反相比例运算电路n同相比例运算电路n加法运算电路n减法运算电路n积分运算电路n微分运算电路n测量放大电路n电压比较器反相比例运算电路根据两条重要结论，分析可得 ： 整理得：RuuRuufONNI1uRRuIfO1反响：在电子电路系统中，反响：在电子电路系统中，通过适当的方式，将放大通过适当的方式，将放大电路输出回路中某一量电路输出回路中某一量电压或电流的一部分电压或电流的一部分或全部馈送到放大电路的或全部馈送到放大电路的输入回路中，用来影响输输入回路中，用来影响输入量，这种电压或电流的入量，这种电压或电流的反送过程称为反馈反送过程称为反馈负反馈：反馈信号使基本放大电路的输入信号减小负反馈：

14、反馈信号使基本放大电路的输入信号减小的反馈的反馈同相比例运算电路uRRuRRuPfNfO1111uRRuIfO11 根据理想集成运放的两条重要结论，利用“虚短路和“虚断路的概念，有：将uN=up=uI 代入上式：RuuRufNoN10电压跟随器加法运算电路 反相加法运算电路 RuRuRuIIfO2211 式中负号是因为在反相端输入所引起的。若R1=R2=Rf，则输出电压的表达式变为 uo= - (uI1+uI2) 减法运算电路减法运算电路URRuRRRRRRuIffO11232311假设 R1=R2=R3=Rf 时，那么：uuuIIO21积分运算电路积分电路dtRC1uuIO上式表明，输出电压

15、uO为输入电压uI对时间的积分，所以称为积分电路。负号表示它们在相位上是相反的。微分运算电路微分电路dtRCRduiuuI2ONdtRCduuIO上式表明，输出电压uO与输入电压uI的微分成正比，该电路实现了对输入信号求微分的运算，故称之为微分电路。第四节 数字电路基础n基本逻辑门掌握）n与门、或门、非门n常用组合逻辑电路熟习）n触发器掌握）nRS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器n时序逻辑电路熟习）n寄存器及计数器n单片机了解）第四节 数字电路基础n二-十进制转换n编码n用二进制数表示十进制数或其它特殊信息的过程n原码、反码、补码之间的关系nBCD码4-1 逻辑门电路规定：如果高电平用“

16、1表示，低电平用“0表示，则称这种表示方法为正逻辑。与逻辑：Y=AB或逻辑：Y=A+B非逻辑：AY 实现与逻辑的电路称为与门实现或逻辑的电路称为或门实现非逻辑的电路称为非门4-1 逻辑门电路n真值表：把所有可能的条件组合及其对应结果一一列出来的表格(a)“与逻辑真值表 (b)“或逻辑真值表 (c)“非逻辑真值表几种常用的组合逻辑运算ABCBACDABA BA B与非或非与或非异或同或4-2 常用组合逻辑电路n加法器n编码器n译码器n数据选择器n数据分配器加法器n半加：只考虑将两个二进制数相加，不考虑低位向本位的进位n全加：不仅需要考虑两个加数的相加，还要考虑低一位向本位的进位n编码：对输入赋予

17、一定的二进制代码，在输出端输出n译码：还原逻辑信号的逻辑原意，即译码器输入的是一组代码，输出的是与代码相对应的高、低电平n数据选择：从一组输入数据选出其中需要的一个数据作为输出的过程n数据分配：将一路输入数据根据地址选择分配给多路数据中的其中一路A/D和D/A转换器n模-数(A/D)转换：模拟量到数字量的转换nD/A转换器的位数越多，精度越高，转换误差也越小n数-模(D/A)转换：数字量到模拟量的转换n一般过程：采样、坚持、量化、编码n按工作原理分：直接型和间接型DAD中间量A4-3 触发器与时序逻辑电路n触发器掌握）n触发器特点nRS触发器nJK触发器nD触发器nT触发器n时序逻辑电路熟习）

18、n寄存器n计数器4-3-1 触发器n通常将能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器。n特点n具有两个互补的输出端Q和n具有预置功能n在外加信号的作用下，可能使触发器状态发生改变n基本功能：记忆、预置、触发基本RS触发器坚持11置10101置01010禁用00阐明DSDRQQ约束条件01RSQRSQnn同步RS触发器由一时钟脉冲信号CP控制的RS触发器当CP=1时才工作缺陷：有空翻现象空翻：当CP=1期间，R、S信号改变时，Q端会发生变化改良：主从RS触发器JK触发器n主从主从JK触发器触发器n将输出将输出Q和和 交叉反馈至输入端，通过两交叉反馈至输入端，通过两个与门使加到个与门使加到R和和S端的信号不能同时为端的信号不能同时为1，从而满足从而满足RS触发器要求的约束条件触发器要求的约束条件n缺陷：有一次变化现象缺陷：有一次变化现象nCP=1期间，主触发器只翻转一次期间，主触发器只翻转一次n边沿边沿JK触发器触发器n仅在仅在CP脉冲的下降沿