电子学讲义汇总课件

电子学电子学整流、滤波、稳压电路二逻辑门电路四二极管、三极管、晶闸管一放大电路三数/模（D/A）、模/数（A/D）转换

五模拟电子技术：模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路。模拟信号就是幅度连续的信号，如温度、压力、流量等。数字电子技术主要研究处理数字信号的电子电路。

数字信号通常是指时间和幅度均离散的信号，如电报信号、计算机数据信号等等。时间时间幅度幅度T2T3T4T5T6T数字电子技术：3半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。光敏器件二极管4一、二极管、三极管、晶闸管（一）半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体

将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图1.1.1本征半导体结构示意图1、本征半导体的晶体结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。第四版童诗白5+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴

若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。2、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）63、杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体（1）N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。7+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图1.1.3

N型半导体8（2）P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。

3价杂质原子称为受主原子。9图1.1.4

P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3受主原子空穴10说明：

1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。

2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体图杂质半导体的的简化表示法11

在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结图PN结的形成一、PN结的形成（3）PN结12PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN扩散运动

扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN

（动画1-3）13空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho

——电位壁垒；——

内电场；内电场阻止多子的扩散——

阻挡层。

阻挡层144、PN结的单向导电性（1）

PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。图1.1.6PN什么是PN结的单向导电性？有什么作用？15（2）

PN结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I

；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。165、PN结的伏安特性

i=f

(u

)之间的关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性图1.1.10

PN结的伏安特性反向击穿17死区电压硅：0.5V锗：0.2V开启电压硅：0.7V锗：0.3V

（二）

半导体二极管在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管的几种外形18二极管的代表符号特性—单向导电

二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管2CP10的伏安特性正向特性反向特性反向击穿特性开启电压：0.5V导通电压：0.7锗二极管2AP15的伏安特性UonU(BR)开启电压：0.1V导通电压：0.2V19（三）三极管1、结构三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN型和PNP型。

主要以NPN型为例进行讨论。20图1.3.2(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP21集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN图1.3.2©三极管结构示意图和符号(b)PNP型22三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP

1.发射区高掺杂。

2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。23

2、晶体管的电流放大作用becRcRb3、晶体管内部载流子的运动IEIB（1）发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。（2）扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流

电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉的空穴由VBB

补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动24becIEIBRcRb（3）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic

集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC

。IC另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO晶体管内部载流子的运动254、晶体管的共射电流放大系数整理可得：ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流（1）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法26饱和区：iC明显受uCE控制的区域，该区域内，一般uCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(uCE)

IB=const5、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，uBE小于死区电压，集电结反偏。放大区：iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。276、三极管工作状态原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止（1）放大区（2）截止区（3）饱和区28（四）晶闸管1、结构晶闸管的外形晶闸管的符号32P1N1P2N21)内部结构四层三端器件

三个PN结J1,J2,J32)工作原理

条件:G悬空（或加反压）UAK>0时，J1,J3正偏,J2反偏→A、K间无电流

→正向阻断状态UAK<0时，J1,J3反偏,J2正偏→A、K间无电流→反向阻断状态(1)

阻断状态2.内部机理AKGJ1J2J3GJ1J2J3P2N2KP1N1AP2N1AGKP1N1P2N1P2N2

等效电路33条件：AK正偏，GK正偏.加Ig电流→正反馈，晶闸管迅速导通。(2)导通状态IA的大小由外电路负载决定(3)关断关断条件:Ia减小至维持电流IH以下。实现方法:UAK减小到零或加反压Ic1Ic2IgIkIAIb2GKAUgEAIb1导通过程：

IgIb2Ic2(Ib1)Ic1正反馈过程IA二、整流、滤波、稳压电路（二）

滤波电路（三）

简单稳压电路（一）

整流电路整流电路和直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压（一）

整流电路整流电路的作用:

将交流电转变为脉动的直流电。

常见的整流电路：

半波、全波和桥式整流分析时可把二极管当作理想元件处理：

二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：

利用二极管的单向导电性uoOuDO1、

单相半波整流电路（2）

工作原理

u2

正半周，Ua>Ub，二极管D导通；工作波形

u2负半周，Ua<Ub，二极管D截止。（1）

电路结构–++–aTrDuou2bRLiou2tO（3）

输出电压、电流的大小

整流电压平均值Uo

整流电流平均值Io–++–aTrDuou2bRLiouDOuoO2、

单相桥式整流电路（2）

工作原理u2

正半周，Ua>Ub，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。工作波形uD2uD4（1）

电路结构－uouDttRLu2iouo1234ab+–+–－u22、

单相桥式整流电路（2）

工作原理u2

负半周，Ua<Ub，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。工作波形uD2uD4（1）

电路结构－uouDttRLu2iouo1234ab+–+–－u2uD1uD3RLu2iouo1234ab+–+–uD2uD4uouDttuD1uD3

整流电压平均值Uo

整流电流平均值Io（3）

输出电压、电流的大小（二）

滤波电路1、

电容滤波电路2、

电感滤波电路1、电容滤波电路

(1)滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

（2）电容滤波电路现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图15.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。(3)滤波原理

若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2

，是正弦形。

图15.07电容滤波波形图

所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图15.07。

在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图15.08滤波曲线中的2。反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。图15.08电容滤波的效果2、

电感滤波电路

利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

图15.10电感滤波电路图15.11波形图

电感滤波电路如图15.10所示。电感滤波的波形图如图15.11所示。

当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3

；D2、

D4的导通角都是180°。

引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，参见图16.01。（三）稳压电路负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。图16.01稳压电源方框图即1、输出电压不稳定的原因2、硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16.02所示。

它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。图16.02硅稳压二极管稳压电路(1)当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知

输入电压VI的增加时：VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。(2)当负载电流变化时如何稳压

负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑三、放大电路（二）运算放大电路（一）共发射极基本放大电路（一）

共射极基本放大电路1、

共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2、

基本放大电路各元件作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2、

基本放大电路各元件作用集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE负载

基本放大电路的组成单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEUBEIB无输入信号(ui

=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时uCE=UCC－iC

RCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC3、共射放大电路的电压放大作用ui+–+UCCRBRCC1C2T++uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO直、流通路和交流通路

因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB

、IC

、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE

放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui

=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

(1)

使放大电路的放大信号不失真；

(2)

使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE

。静态分析：确定放大电路的静态值。

用估算法确定静态值1.

直流通路估算IB根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时，由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBRBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。交流通路

用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE短路短路对地短路

放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：

微变等效电路法，图解法。所用电路：

放大电路的交流通路。动态分析:

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：

各极电压和电流的交流分量。目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。

当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。UBEIB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。(1)输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻

晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO(2)输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性

输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。ICUCEQOibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-

晶体管的微变等效电路rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。放大电路的微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii3.电压放大倍数的计算

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS

运算放大电路具有较高的输入阻抗，较大的负载能力，很高的开环放大倍数，其芯片内部结构复杂，而外部结构简单，所以得到广泛的应用，我们通常无需了解其内部的结构，只需熟悉其管脚的排列和一些基本的电气参数就可以应用了。

（二）

运算放大电路1、集成运算放大器的外形及表示符号2、集成运放电路的结构

集成运放电路由四部分电路组成：输入级、中间级、输出级和偏置电路，如下图所示3、理想运放的主要性能指标1.开环差模放大倍数：AOd→∞2.差模输入电阻：Rid→∞3.输出电阻：R0→04.共模抑制比：KCMR→∞5.－3dB带宽:fBW＝fH→∞4.输入偏置电流：IIB→06.输入失调电压及其温漂：UIO,dUIO/dT→07.输入失调电压及其温漂：IIO,dIIO/dT→04、集成运算放大电路的电压传输特性U0=f(UP-UN)5、集成运放的两个工作区（1）线性放大区曲线的斜率为电压放大倍数引入（深度）负反馈U0=AOd(UP-UN)其中AOd非常高

140dB

∞（2）非线性放大区开环或者引入正反馈

UP＞UN时，UO=+UOMUP＜UN时,UO=-UOM6、基本运算电路的原理反相比例运算电路（1）反相比例运算：

由于：U+=U-I+=I-=0

所以反相输入端U-为“虚地”点，且输入电流I-=0，故:Ii=If

基本运算原理电路图（2）同相比例运算：由于：U+=U-I+=I-=0由于反相输入端不再为“虚地”点，且输入电流Ii=0，故:IR=If

即：（3）反相加法运算电路：如图所示。由于：U+=U-I+=I-=0所以反相输入端U-为“虚地”点，且输入电流I-=0，反相加法运算电路的函数关系式为：若取R1=R2=R，则有:

反相加法运算原理图运算中，调节某一路信号的输入电阻时，不会影响其他输入电压与输出电压的比例关系，因而调节方便。（4）减法运算电路：如图所示：实际应用中，要求R1=R2,R3=Rf，且须严格配对，这有利于提高放大器的共模抑制比及减小失调。运算关系为：减法运算原理图（5）积分运算电路如图所示：由于：U+=U-I+=I-=0所以反相输入端U-为“虚地”点，且输入电流I-=0，积分运算电路的运算关系式为：积分运算电路（6）微分运算电路：微分运算电路1、数制

2、逻辑函数的表示方法四、逻辑门电路1、数制几种常用的计数体制十进制(Decimal)二进制(Binary)十六进制(Hexadecimal)与八进制（Octal）

(an-1an-2…a1a0.a-1a-2…a-m)rN=an-1×rn-1+…+a0×r0+a-1×r-1+…+a-m×r–m

缩写方式：

二进制选择二进制的原因：两个状态的材料最容易获得基本运算规则简单，运算操作方便十——二进制的转换二进制→十进制：每一位二进制数乘以位权，然后相加十进制→二进制：整数部分：除2取余小数部分：乘2取整例：将二进制数10101转换成十进制数。

用每一位二进制数乘以位权，然后相加

1×24+0×23+1×22+0×21+1×20

=16+0+4+0+1

=21

则（10101)B=（21)D

例：将十进制数23转换成二进制数。

用“除2取余”法转换:

则（23)D=（10111)B2、逻辑函数的表示方法四种表示方法逻辑真值表（简称真值表）用0和1分别代表不同输入量的状态，列表表示输入与输出之间关系的表格逻辑表达式（或称逻辑函数式，简称逻辑式或函数式）把逻辑函数的输入与输出的关系写成与、或、非等逻辑运算的组合式逻辑图将逻辑函数式中各变量之间的与、或、非等关系用相应的逻辑符号表示出来卡诺图与逻辑举例：设1表示开关闭合或灯亮；0表示开关不闭合或灯不亮则得真值表：

与运算——只有当决定一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才会发生。这种因果关系称为与逻辑。若用逻辑表达式来描述，则可写为与运算其它符号：and,&或运算——当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生。这种因果关系称为或逻辑。

或逻辑举例：

若用逻辑表达式来描述，则可写为：

L＝A+B

或运算其它符号：or,|非运算非运算——某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生。非逻辑举例：

若用逻辑表达式来描述，则可写为：

其它符号：not,~,!其他常用逻辑运算（1）与非：由与运算和非运算组合而成或非：由或运算和非运算组合而成五、数模D/A和模数A/D转换1、

概述2、

数模转换器3、

模数转换器传感器(温度、压力、流量等模拟量）A/D计算机（数字量）显示器D/A执行部件（模拟量控制）打印机1、

概述能够将模拟量转换为数字量的器件称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。能够