电工电子技术基础 课件汇 李丽琼 项目6-10 二极管及整流电路 -触发器和时序逻辑电路

项目6二极管及整流电路项目6、二极管及整流电路

【学习目标】通过本项目的学习，了解半导体材料特性，理解P型半导体、N型半导体材料的特点，掌握二极管的单向导电性，掌握二极管极性、好坏的判断及二极管的应用。【能力目标】通过本项目的学习，学生应掌握二极管的基本特性和用途，能使用万用表检测二极管极性、好坏，能应用二极管构建一些具有特定功能的电路。任务6.1认识半导体【工作任务及任务要求】了解半导体材料的性能、内部原子结构和特点，掌握P型、N型半导体产生的原因。

◆知识摘要：

☼半导体的共价键结构

☼本征半导体

◆任务目标：

☼掌握引起半导体导电性能改变的几种条件

☼掌握P型、N型半导体产生的原因

任务6.1认识半导体6.1.1半导体的共价键结构

半导体材料硅和锗的原子模型如图所示。半导体具有晶体结构，它的原子形成了有序的排列，相邻的原子之间通过共价键的结构连接在一起，如图所示。任务6.1认识半导体6.1.2本征半导体

完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为“本征半导体”。价电子从外界得到足够的随机热振动能量后，会脱离共价键的束缚而形成自由电子，从而改变半导体的导电性能，这种现象称为“本征激发”。当本征半导体从外界得到足够的随机热振动能量，电子脱离了共价键的束缚而形成自由电子后，共价键中就出现了一个空闲的位置，该位置称为“空穴”，如图所示。

任务6.1认识半导体不管是自由电子还是空穴，都可以看成是物质导电的根本原因，把自由电子和空穴统称为“载流子”，叫做“自由电子空穴对”。外界温度、光照变化时，将影响本征半导体中的载流子的数量。因此，温度越高光照越强，半导体的导电能力就越强。任务6.2认识PN结与二极管

【工作任务及任务要求】了解P型、N型半导体的形成与特点，掌握二极管的结构及其特性。

◆知识摘要：

☼PN结的形成

☼PN结的单向导电性

☼二极管的结构及其基本特性

◆任务目标：

☼掌握二极管的基本特性

☼掌握二极管的使用和检测方法任务6.2认识PN结与二极管

6.2.1PN结的形成（1）N型半导体在纯净的半导体材料中加入少量的五价元素形成N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空穴为少数载流子。在整个N型半导体中，电荷是守恒的，它对外界不显电性。（2）P型半导体在纯净的半导体材料中加入少量的三价元素形成P型半导体中，空穴为多数载流子，而自由电子为少数载流子。在整个P型半导体中，电荷是守恒的，它对外界不显电性。任务6.2认识PN结与二极管

（3）PN结的形成将P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异，使得P型半导体内的空穴向N型半导体扩散，N型半导体的电子向P型半导体扩散，在它们的交界处空穴和电子进行中和（复合），如图所示。任务6.2认识PN结与二极管

在交界处，P型半导体由于少了空穴，形成带负电的区域；同样，N型半导体因为少了电子而形成带正电的区域，它们虽然带有正、负电性，但由于物质结构（离子质量较大）的关系，不能任意移动，因此不能参与导电（自由移动）。这个不能移动的带电性区域，通常称为“空间电荷区（或耗尽区）”，它们集中在P型半导体和N型半导体交界附近，形成一个很薄的空间电荷区域，称为“PN结”。任务6.2认识PN结与二极管

6.2.2PN结的单向导电性（1）外加正向电压如图所示，把PN结的P型端接电源正极，N型端接电源的负极，则在两种半导体中形成一个外加电场，该电场的方向与PN结内电场方向相反。在正向偏置下，PN结对外电路呈现较小的电阻（理想情况下电阻为零），这时称PN结处于“导通状态”，而外加电压称为PN结的“正向偏置电压”。任务6.2认识PN结与二极管

（2）外加反向电压如图所示，把PN结的P型端接电源负极，N型端接电源的正极，形成的外电场方向和PN结内电场方向相同，外电场使P型端的空穴远离PN结，同时外电场使N型端的自由电子也远离PN结，PN结变宽，内电场增加，在反向偏置下，PN结对外电路呈现很大的电阻（理想情况下电阻为无穷大），这时称PN结处于“截止状态”，而外加电压称为PN结的“反向偏置电压”。任务6.2认识PN结与二极管

（3）PN结的反向击穿给PN结加反向偏置电压后，当反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加，这个现象称为PN结“反向击穿”。发生击穿所需的反向电压UBR称为“反向击穿电压”。任务6.2认识PN结与二极管

6.2.3二极管的结构及基本特性（1）二极管的结构半导体二极管的核心组成部分为一个PN结。按其制造工艺不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管两种。普通二极管外观及电路符号如图所示。任务6.2认识PN结与二极管

（2）二极管的伏安特性曲线①正向特性②反向特性③反向击穿特性图6.11任务6.2认识PN结与二极管

（3）二极管的主要参数①额定电流IF②最大整流电流IOM③正向电压UF④反向击穿电压U

BR⑤反向电流IR⑥最高工作频率f

M⑦结电容C任务6.2认识PN结与二极管

（4）二极管电路的分析方法①理想模型。二极管理想模型是指当二极管处于正向偏置时，二极管立刻导通，导通后二极管视为短路、无压降。当二极管处于反向偏置时，二极管截止，视为开路，如图所示。

任务6.2认识PN结与二极管

②恒压降模型。二极管恒压降模型是指当二极管正向偏置电压大于二极管的管压降（一般取0.7V）时，二极管立刻导通，导通后二极管两端的电压始终恒定为二极管的管压降。当二极管所加正向电压小于管压降或是处于反向偏置时，二极管截止，二极管视为开路，如图所示。任务6.3整流电路【工作任务及任务要求】了解二极管整流电路的构成方式，掌握二极管整流电路的整流原理。

◆知识摘要：

☼单相半波整流电路

☼单相桥式整流电路

◆任务目标：

☼掌握几种整流电路的组成及工作原理

☼掌握全波整流电路典型故障的排除方法任务6.3整流电路6.3.1单相半波整流电路单相半波整流电路如图所示。当正弦交流电压u2为正半周期（0≤

t≤

）时，二极管VD处于正向偏置而导通，流过二极管的电流为iD=

uo/R，负载电阻上电压为uo≈u2。当交流电压u2为负半周期（

≤

t≤2

）时，根据二极管的单向导电性，此时二极管VD处于反向偏置而截止，流过二极管的电流为iD=

0，负载电阻上电压为uo=0。u2、uo、iD波形如图所示。任务6.3整流电路半波整流电路输出电压的平均值U

o为流过二极管的平均电流I

D为

半波整流电路结构简单，使用元器件少，但整流效率低，输出电压脉动大。因此，它只适用于要求不高的场合。任务6.3整流电路6.3.2单相桥式整流电路任务6.3整流电路在交流电压u2的整个周期内始终有电流流过电阻R，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均为Uo=0.9U

2由于每只二极管在整个周期内只导通半个周期，所以流过每只二极管的电流平均值为桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压Uo提高，脉动成分减少了。任务6.4相关知识扩展

【工作任务及任务要求】了解各类二极管的结构与特点，掌握各类二极管的工作条件及其检测方法。

◆知识摘要：

☼特殊二极管

☼二极管的识别与检测

◆任务目标：

☼掌握二极管的分类及特点

☼掌握各类二极管的检测方法任务6.4相关知识扩展（1）发光二极管（LED）①发光二极管的结构。其核心是PN结。具有一般PN结的特性，此外，发光二极管处于正向偏置时，具有发光特性。发光二极管可发出红色、橙色、绿色（又细分成黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。电路中用VL表示，其电路符号如图所示。任务6.4相关知识扩展②发光二极管的主要参数a．正向工作电流IFb．正向工作电压UFc．允许功耗PMd．最大正向直流电流IFMe．最大反向电压URM任务6.4相关知识扩展（2）光电二极管①光电二极管的结构。它是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结，电路中用VD表示，其电路符号如图所示。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1mA），称为“暗电流”。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，称为“光电流”。有光照时，光电流增加，光照强度与光电流的大小形成正比关系。任务6.4相关知识扩展②光电二极管的主要参数a．最高反向工作电压b．灵敏度c．噪声等效功率d．响应率任务6.4相关知识扩展（3）稳压二极管（也称为齐纳二极管）①稳压二极管的结构。它是一种特殊的面接触型硅二极管，其基本特性仍然是单向导通。若反向电压不超过管子的反向耐压值，且限制反向电流值，管子虽然被击穿却不会被烧毁。管子反向击穿后，在反向电流变化很大的情况下，反向电压变化很小，从而有很好的稳压作用，电路中用VS表示稳压二极管，其电路符号如图所示。任务6.4相关知识扩展②稳压二极管的主要参数a．稳定电压值b．工作电流c．动态电阻d．额定功耗任务6.4相关知识扩展6.4.2二极管的识别与检测（1）二极管的识别（2）二极管的检测

如图所示，将万用表置于R×100或R×1k档，调零后用表笔分别正接、反接于二极管的两个引脚，这样可分别测得大、小两个电阻值。若测得较大一个电阻值，该值是二极管的反向电阻值，即此时与黑表笔相连的一端为阴极，与红表笔相连的一端为阳极。若测得较小一个电阻值，该值是二极管的正向电阻值，即此时与黑表笔相连的一端为阳极，与红表笔相连的一端为阴极。在检测二极管时，一定要测量二次，因为当二极管被击穿损坏后，正接、反接所测得的电阻都较大，无法判断阴极和阳极。

任务6.4相关知识扩展项目7、

三极管及基本放大电路项目7、三极管及基本放大电路【学习目标】通过本项目的学习，了解三极管的结构和主要参数、基本放大电路的组成，理解三极管的工作原理和特性曲线，掌握三极管的电流分配和电流放大作用及其检测方法，掌握基本放大电路的主要功能和工作过程。【能力目标】通过本项目的学习，能对三极管的类别、型号和引脚进行识别，能使用三极管完成简单电路的安装，熟悉放大电路的结构和工作过程，具备对放大电路分析的能力。

【工作任务及任务要求】了解三极管的结构和主要参数，理解三极管的工作原理和特性曲线，掌握三极管的电流分配和电流放大作用及其检测方法。◆知识摘要：☼三极管的结构与分类☼三极管的工作原理☼三极管的参数和检测◆任务目标：☼掌握三极管的电流分配和电流放大作用☼掌握三极管的检测方法任务7.1认识三极管任务7.1认识三极管7.1.1三极管的结构与分类（1）三极管的结构三极管的构成都是通过一定的工艺在一块半导体基片上的不同区域“掺杂”，产生三个不同的“N”区和“P”区，形成两个不同的PN结，由三个不同的“N”区和“P”区再引出三个电极，最后用管壳封装而得到的。几种常见的三极管外观如图所示。任务7.1认识三极管三极管分为NPN型和PNP型，结构示意图如图所示，其结构归结为三区、三电极、两结。任务7.1认识三极管NPN型三极管和PNP型三极管的电路符号如图所示，图中发射极的箭头有两层含义：①三极管的类型；②电流的方向。任务7.1认识三极管（2）三极管的分类（3）三极管的型号及命名三极管型号第一部分的“3”表示三极管；第二部分用汉语拼音字母表示器件的材料和极性；第三部分用汉语拼音字母表示器件的类型；第四部分用阿拉伯数字表示序号；第五部分用汉语拼音字母表示规格号。任务7.1认识三极管7.1.2三极管的工作原理（1）三极管的电流分配关系和电流放大作用①三极管的电流分配关系：Ie=Ic+Ib。②三极管的电流放大作用：Ic=βIb

三极管要具备电流放大作用，需同时满足内部条件和外部条件。内部条件：①基区很薄，且掺杂浓度低；②发射区掺杂浓度比基区和集电区高得多；③集电结的面积比发射结大。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。任务7.1认识三极管（2）三极管内部载流子的运动过程①发射区向基区发射电子。②电子在基区的扩散与复合。③集电区收集电子。任务7.1认识三极管（3）三极管的特性曲线①输入特性曲线ib=f(ube)且Uce=常数

任务7.1认识三极管②输出特性曲线ic=f(uce)且Ib

=常数

三极管的输出特性曲线分为三个区域，即截止区、饱和区及放大区。任务7.1认识三极管7.1.3三极管的参数和检测（1）三极管的主要参数①电流放大系数β和。②极间反向电流。③极限参数。（2）三极管的检测①管型及基极的判断。②集电极c和发射极e的判断。③三极管的好坏判断。任务7.2分析基本放大电路及其应用【工作任务及任务要求】了解基本放大电路的组成，掌握基本放大电路的主要功能和工作过程。◆知识摘要：☼单管共射基本放大电路☼分压式偏置电路☼共集放大电路☼共基放大电路☼放大电路三种基本接法的特点及用途◆任务目标：☼掌握放大电路的主要功能和工作过程☼掌握放大电路的分析方法任务7.2分析基本放大电路及其应用7.2.1单管共射基本放大电路（1）单管共射基本放大电路的组成①放大电路组成原则a.保证三极管处于放大状态。b.保证信号畅通。c.保证信号放大失真尽可能小。任务7.2分析基本放大电路及其应用②单管共射基本放大电路的组成单管共射放大电路如图所示。电路中发射极作为输入回路和输出回路的公共端，故这种电路组成方式称为“共发射极电路”。任务7.2分析基本放大电路及其应用（2）共射放大电路的静态分析①“公式法”求解静态工作点I

bQ=(VCC-UbeQ)/RbIcQ=βI

bQUceQ=VCC–IcQRc任务7.2分析基本放大电路及其应用②“图解法”求解静态工作点a.计算Ib。b.作直流负载线。c.确定Q点。三极管静态工作点的图解如图所示。任务7.2分析基本放大电路及其应用（3）静态工作点与输出波形的关系①截止失真任务7.2分析基本放大电路及其应用②饱和失真任务7.2分析基本放大电路及其应用（4）共射放大电路的动态分析①三极管的微变等效电路任务7.2分析基本放大电路及其应用②共射放大电路的动态分析用微变等效电路对放大电路进行动态分析，可采用如下步骤：a．计算三极管简化微变等效电路的参数rbe。b．画放大电路的微变等效电路。c．按照分析线性电路的方法分析放大电路的微变等效电路求电压放大倍数Au、输入电阻值R

i和输出电阻值Ro。任务7.2分析基本放大电路及其应用任务7.2分析基本放大电路及其应用共射放大电路性能指标的估算a．电压放大倍数Aub．输入电阻值Ric．输出电阻值Ro任务7.2分析基本放大电路及其应用7.2.2分压式偏置电路（1）温度对静态工作点的影响Q点随温度而变的现象称为“Q点的温度漂移”。克服温漂的方法：当温度升高时，设法减小Ib，使Ic的变化尽量小。实现上述设想的电路是“分压式偏置电路”，又称“射极偏置电路”。任务7.2分析基本放大电路及其应用（2）分压式偏置放大电路①电路组成任务7.2分析基本放大电路及其应用②稳定静态工作点原理当温度升高时，基极电流Ib增大，集电极电流Ic增大，发射极电流Ie也增大，因而发射极电位Ve

=IeRe也增大，由于Ube=Vb

-Ve，而Vb恒定，则Ube减小，基极电流Ib随之减小，从而导致Ic也减小，这样就可达到稳定静态工作点的目的。该过程可简单表述为：T↑→Ib↑→I

c↑→I

e↑→V

e↑→U

be↓→I

b↓→I

c↓任务7.2分析基本放大电路及其应用（3）静态分析Vb

=Rb2VCC/(Rb1+Rb2)IcQ≈IeQ=(Vb-Ube)/Re≈Vb/Re

IbQ=IcQ/βUceQ=VCC-IcQRc-IeQRe≈VCC-IcQ(Rc

+Re)任务7.2分析基本放大电路及其应用（4）动态分析分压式偏置放大电路的交流通路分压式偏置放大电路的微变等效电路任务7.2分析基本放大电路及其应用①电压放大倍数Au②输入电阻值Ri

③输入电阻值Ro任务7.2分析基本放大电路及其应用7.2.3共集放大电路（1）电路构成共集电极放大电路的输入信号加在基极与集电极之间，输出信号取自发射极与集电极之间，集电极是输入、输出回路的公共端，所以是“共集电极电路”；也被称为“射极输出器”。电路及交流通路如图所示。任务7.2分析基本放大电路及其应用（2）静态分析共集电极放大电路的直流通路如图所示。IbQ=(VCC-Ube)/[Rb+(1+β)Re]IcQ=βIbQ，IeQ=(1+β)IbQUceQ=VCC-IeQRe任务7.2分析基本放大电路及其应用（3）动态分析共集电极放大电路的微变等效电路如图所示。Ri=

Rb∥[rbe+(1+β)]

Ro≈

任务7.2分析基本放大电路及其应用7.2.4共基放大电路（1）电路构成共基极放大电路的输入信号加在基极与发射极之间，输出信号取自基极与集电极之间，故基极是输入输出回路的公共端称为“共基极电路”。电路及交流通路如图所示。任务7.2分析基本放大电路及其应用（2）静态分析共基极放大电路的直流通路如图所示。

Vb=Rb2VCC/(Rb1+Rb2)IcQ

≈IeQ

=(Vb-Ube)/Re≈Vb/ReIbQ

=IcQ/βUceQ=VCC-IcQRc

-IeQRe

≈VCC-IcQ(Rc

+Re)任务7.2分析基本放大电路及其应用（3）动态分析共基极放大电路的微变等效电路如图所示。Ri=

Ro=Rc任务7.3认识电路中的反馈【工作任务及任务要求】了解反馈的概念及类型，掌握负反馈对放大电路性能的影响。◆知识摘要：☼反馈的概念☼反馈的类型☼负反馈的作用◆任务目标：☼掌握反馈的类型☼掌握负反馈对放大电路性能的影响任务7.3认识电路中的反馈7.3.1反馈的概念所谓反馈就是在电路中将输出量（电压或电流）的一部分或全部以某种方式送回输入端，使原来输入信号增大或减小，并因此影响放大电路某些性能的过程。反馈放大电路的组成如图所示。任务7.3认识电路中的反馈7.3.2反馈的类型（1）正反馈与负反馈（2）电压反馈与电流反馈（3）直流反馈与交流反馈（4）串联反馈与并联反馈任务7.3认识电路中的反馈7.3.3负反馈的作用（1）降低放大电路的放大倍数（2）提高放大倍数的稳定性（3）减小非线性失真（4）对放大电路输入电阻和输出电阻的影响任务7.4认识功率放大电路【工作任务及任务要求】了解功率放大电路基本知识，掌握功率放大电路的特点及作用。◆知识摘要：☼概述☼乙类双电源互补对称功率放大电路☼其他常见功率放大电路◆任务目标：☼掌握功率放大电路的作用☼掌握乙类、甲乙类功率放大电路的应用任务7.4认识功率放大电路7.4.1概述（1）功率放大电路的特点从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质区别，都是能量转换电路，但它们也有不同之处：电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，其主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等，输出功率并不一定大，工作于小信号状态下；而功率放大电路则主要要求获得较大的输出功率，其主要性能指标有最大输出功率、效率等，工作于大信号状态下。

（2）对功率放大电路的要求（3）功率放大电路的分类根据三极管的静态工作点的位置不同，功率放大电路可分成甲类、甲乙类、乙类。任务7.4认识功率放大电路7.4.2乙类双电源互补对称功率放大电路（1）电路组成（2）工作原理任务7.4认识功率放大电路（3）交越失真问题任务7.4认识功率放大电路7.4.3其他常见功率放大电路（1）甲乙类互补对称功率放大电路任务7.4认识功率放大电路（2）单电源互补对称功率放大电路（3）集成功率放大器*任务7.5相关知识扩展【工作任务及任务要求】了解多级放大电路、滤波电路、集成稳压电路的组成、原理及应用。◆知识摘要：☼多级放大电路☼滤波电路☼集成稳压电路◆任务目标：☼掌握滤波电路的应用☼掌握集成稳压电路的应用*任务7.5相关知识扩展7.5.1多级放大电路（1）多级放大电路的组成*任务7.5相关知识扩展（2）多级放大电路的耦合①阻容耦合*任务7.5相关知识扩展②直接耦合*任务7.5相关知识扩展（3）多级放大电路的动态分析（阻容耦合）①输入电阻。总输入电阻为第一级的输入电阻。②输出电阻。总输出电阻为最后一级的输出电阻。③电压放大倍数。总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。

*任务7.5相关知识扩展7.5.2滤波电路（1）电容滤波电路*任务7.5相关知识扩展*任务7.5相关知识扩展（2）电感滤波电路*任务7.5相关知识扩展（3）LCπ型滤波电路*任务7.5相关知识扩展7.5.3集成稳压电路（1）串联型稳压电路串联型稳压电路框图及电路如图所示。它由调整管、取样电路、基准电压和比较放大电路等部分组成，由于调整管与负载串联，故称为“串联型稳压电路”。*任务7.5相关知识扩展（2）三端固定式集成稳压器将串联型稳压电源电路全部集成在一块硅片上，加以封装后引出三端引脚，就构成了“三端集成稳压电源”。串联型稳压电路框图如图所示。项目8、集成运算放大器项目8、集成运算放大器【学习目标】通过本项目的学习，了解集成运算放大器的外形特征、内部结构及其分类，理解集成运放的应用条件及基本运算电路的工作原理，掌握基本运算电路的结构及功能。

【能力目标】通过本项目的学习，掌握基本运算电路的结构及功能，能按照具体要求设计典型的功能电路。

任务8.1认识集成运放

【工作任务及任务要求】了解集成运算放大器的外形特征及内部结构，掌握集成运放的元器件符号、主要参数及应用条件。

◆知识摘要☼认识实际集成运算放大器元器件

☼集成运算放大器电路的组成及作用☼集成运放的应用条件

◆任务目标☼掌握集成运算放大器的主要参数☼掌握集成运放的应用条件

任务8.1认识集成运放集成运算放大器元件实物图8.1.1认识实际集成运算放大器元器件任务8.1认识集成运放8.1.2集成运算放大器电路的组成及作用（1）集成运放电路的组成及作用

集成运放电路示意图任务8.1认识集成运放（2）集成运放的电路元件符号uo=Auo(u+-u-)

任务8.1认识集成运放（3）集成运放的主要参数①开环差模电压放大倍数Aud

。②开环共模电压放大倍数Auc。③开环差模输入电阻Rid。④开环差模输出电阻Rod。⑤共模抑制比KCMR。⑥最大差模与共模输入电压。任务8.1认识集成运放8.1.3集成运放的应用条件（1）集成运放的理想性能指标开环差模电压放大倍数Aud=；开环差模输入电阻Rid=；开环差模输出电阻Rod=0；共模抑制比KCMR=。（2）集成运放工作于线性区的特点①虚短。u+=u-

②虚断。

i+=i-=0任务8.2分析基本运算放大电路【工作任务及任务要求】了解集成运算放大器的外形特征及内部结构，掌握集成运放的元器件符号、主要参数及应用条件。◆知识摘要☼理想集成运放的应用☼理想集成运放的非线性应用☼使用集成运放时应该注意的几个问题◆任务目标☼掌握基本运算电路的结构及功能☼掌握理想集成运放非线性应用的典型电路及功能任务8.2分析基本运算放大电路8.2.1理想集成运放的应用（1）反相比例运算电路uo==-uiRf/R1

反相比例运算放大电路任务8.2分析基本运算放大电路（2）同相比例运算电路同相比例运算放大电路uo=(1+Rf/R1)ui

若取Rf=0或R1=，则uo=ui，称此时的电路为“电压跟随器”电压跟随器任务8.2分析基本运算放大电路（3）反相加法运算电路uo=-(ui1Rf/R1+ui2Rf/R2)

反相加法运算电路任务8.2分析基本运算放大电路（4）减法运算电路减法运算电路

uo=(1+Rf/R1)[R3ui2/(R2+R3)]-ui1Rf/R1

任务8.2分析基本运算放大电路（5）积分运算电路积分运算电路图

uo=-(1/CfR1)dt任务8.2分析基本运算放大电路（6）微分运算电路微分运算电路uo=-(CRf)dui/dt

任务8.2分析基本运算放大电路8.2.2理想集成运放的非线性应用（1）电压比较器电压比较器任务8.2分析基本运算放大电路（2）滞回比较器滞回比较器及其传输特性任务8.2分析基本运算放大电路8.2.3使用集成运放时应该注意的几个问题（1）合理选用集成运放的型号（2）集成运放的调零和消振（3）集成运放的保护措施①输入保护②输出过压保护。③电源保护。

*任务8.3相关知识扩展【工作任务及任务要求】了解集成运放典型应用的工作原理，掌握集成运放典型应用电路的结构及功能。◆知识摘要☼矩形波发生器

☼三角波发生器

☼锯齿波发生器◆任务目标☼掌握集成运放典型应用电路的结构及功能

*任务8.3相关知识扩展矩形波产生电路uo和uC波形图8.3.1矩形波发生器

*任务8.3相关知识扩展三角波产生电路uo和uo1波形图8.3.2三角波发生器*任务8.3相关知识扩展锯齿波产生电路uo和uo1波形图8.3.3锯齿波发生器项目9、组合逻辑电路项目9、组合逻辑电路

【学习目标】通过本项目的学习，了解数字电路的分类及优点，数的进制和码制，基本逻辑门电路功能；理解逻辑代数的运算和化简，以及小规模数字集成电路的功能；掌握组合逻辑电路的基本分析和设计方法，以及小规模数字集成电路的应用。【能力目标】通过本项目的学习，掌握逻辑代数的运算和化简，以及常用小规模数字集成电路的功能，能分析组合逻辑电路的功能并根据需要设计相应的组合逻辑电路。

任务9.1认识基本门电路【工作任务及任务要求】了解基本逻辑门的分类及结构，掌握基本逻辑门电路的功能及其检测。◆知识摘要☼数字电路概述

☼基本逻辑门电路结构及功能

☼复合逻辑门电路结构及功能

◆任务目标☼掌握基本逻辑门电路功能及其检测

☼掌握复合逻辑门电路功能及其检测

任务9.1认识基本门电路9.1.1数字电路概述（1）电子电路分类

在电子电路中将信号分为两类：一类信号在时间和数值上都是连续变化的，称为“模拟信号”。另一类信号在时间和数值上的变化是不连续的、离散的，称为“数字信号”，也叫脉冲信号。

常见电压信号波形任务9.1认识基本门电路（2）数字电路特点①数字电路处理的是脉冲信号，只有高、低电平两种状态，分别对应二进制中的数字1和0。②数字电路分析的主要问题是电路输入和输出之间的逻辑关系。③数字电路分析工具为逻辑代数，表示逻辑关系的方法主要有真值表、逻辑表达式、逻辑图、波形图和卡诺图等。④数字电路具有结构简单、易于制造、便于集成、工作可靠和精度高等优点。任务9.1认识基本门电路9.1.2基本逻辑门电路结构及功能（1）与门和与逻辑①与逻辑关系

:与逻辑真值表ABY000010100111任务9.1认识基本门电路②与门电路及功能

与门电路工作原理分析uAuBuYVD1VD20V0V0V导通导通0V5V0V导通截止5V0V0V截止导通5V5V5V截止截止与逻辑符号和二极管与门电路任务9.1认识基本门电路（2）或门和或逻辑①或逻辑关系:或逻辑关系功能测试示意图或逻辑真值表ABY000011101111任务9.1认识基本门电路②或门电路及功能

或门电路工作原理分析uAuBuYVD1VD20V0V0V截止截止0V5V5V截止导通5V0V5V导通截止5V5V5V导通导通或逻辑符号和二极管或门电路任务9.1认识基本门电路（3）非门和非逻辑①非逻辑关系

:非逻辑关系功能测试示意图非逻辑真值表AY0110任务9.1认识基本门电路②非门电路及功能

非逻辑符号和三极管非门电路非门电路工作原理分析uAuYVT10V5V截止5V0V饱和任务9.1认识基本门电路9.1.3复合逻辑门电路结构及功能（1）与非门和与非逻辑:与非逻辑关系功能测试及逻辑符号与非逻辑真值表ABY001011101110任务9.1认识基本门电路（2）或非门和或非逻辑:或非逻辑关系功能测试及逻辑符号或非逻辑真值表ABY001010100110任务9.1认识基本门电路（3）与或非门及逻辑关系：（4）异或门及逻辑关系：异或逻辑符号与或非逻辑符号任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简【工作任务及任务要求】了解数的进制和码制，掌握逻辑函数的表示方法、基本逻辑运算规则及逻辑电路的化简。

◆知识摘要☼数制和编码

☼逻辑函数的表示方法

☼基本逻辑运算规则和定律

☼逻辑电路的化简

◆任务目标☼掌握逻辑函数的表示方法

☼掌握基本逻辑运算规则

☼掌握逻辑电路的化简

任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简9.2.1数制与编码（1）数制①十进制：有0～9十个数码，以10为基数。运算规律：逢十进一，即9+1=10②二进制：有0、1两个数码，以2为基数。运算规律：逢二进一，即1+1=10。③八进制：有0～7八个数码，以8为基数。运算规律：逢八进一，即7+1=10。④十六进制：有0～9、A～F十六个数码，以16为基数。运算规律：逢十六进一，即F+1=10。

任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简（2）数制转换①二、八、十六进制数转换成十进制数。将二、八、十六进制数写成加权展开式，即可换成十进制数。②十进制数转换为二、八、十六进制数。方法是将整数部分连除相应基数取余。③二进制数和八进制数相互转换。方法是将二进制数由小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。④二进制数与十六进制数的相互转换。方法是将二进制数由小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每4位分成一组，不够4位补零，则每组二进制数便是一位十六进制数。任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简9.2.2逻辑函数的表示方法（1）真值表反映输入A、B、C和输出Y之间逻辑组合可能的表称为“真值表”。

任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简（2）逻辑表达式逻辑表达式也称为函数式或逻辑式，就是将逻辑关系用与、或、非等公式的形式表示出来。

真值表转换成逻辑表达式示意图任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简（3）逻辑图（4）波形图用与、或、非等等的逻辑符号用高、低电平的形式表示表示的电路，称为“逻辑图”。的图，称为“波形图”。

任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简9.2.3基本逻辑运算规则和定律（1）常量之间运算规则与运算：0·0=0；0·1=0；1·0=0；1·1=1。或运算：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1。非运算：=0；=1。（2）基本运算规则与运算：A·0=0；A·1=A；A·A=A；A·=0。或运算：A+0=A；A+1=1；A+A=A；A+=1。非运算：=A。任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简（3）基本定律交换律：A·B=B·A；A+B=B+A。结合律：(A·B)·C=A·(B·C)；(A+B)+C=A+(B+C)。分配律：A·(B+C)=A·B+A·C；

A+B·C=(A+B)·(A+C)。反演律（摩根定律）：=+；=·。吸收律：A+A·B=A；A·B+A·=A；A+·B=A+BA·B+·C+B·C·D=A·B+·C。任务9.2逻辑运算及逻辑电路的化简9.2.4逻辑电路的化简公式法化简常有以下几种方法：①利用公式，合并两项成一项。②利用公式，消除多余项。③利用公式，消除多余变量。④利用公式，为某项配上缺省变量。⑤利用公式，为某项配上其所能合并的项。任务9.3分析和设计组合逻辑电路【工作任务及任务要求】了解数的进制和码制，掌握逻辑函数的表示方法、基本逻辑运算规则及逻辑电路的化简。

◆知识摘要☼组合逻辑电路分析

☼组合逻辑电路设计

◆任务目标☼掌握组合逻辑电路分析方法

☼掌握组合逻辑电路设计方法

任务9.3分析和设计组合逻辑电路

9.3.1组合逻辑电路分析具体步骤为：①根据逻辑图，从左到右依次写出各基本逻辑门的输出逻辑表达式。②将逻辑表达式化成最简表达式，或化简成要求的表达形式。③将化简后的表达式，用真值表的形式表示。④根据真值表，分析电路的功能。有些电路根据逻辑表达式就可以分析出电路功能，可以省略列真值表的步骤。任务9.3分析和设计组合逻辑电路9.3.2组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计步骤：①根据功能要求进行逻辑假设，并列写真值表。②根据真值表，写出逻辑表达式。③将逻辑表达式化成最简表达式，或化简成要求的表达形式。④根据最简表达式，选用相应的逻辑门电路，画出对应的逻辑图。任务9.4认识编码器、译码器、加法器【工作任务及任务要求】了解数的进制和码制，掌握逻辑函数的表示方法、基本逻辑运算规则及逻辑电路的化简。

◆知识摘要☼编码器结构及功能

☼译码器结构及功能

☼加法器结构及功能

◆任务目标☼掌握集成编码器的应用及其功能检测

☼掌握集成译码器的应用及其功能检测

任务9.4认识编码器、译码器、加法器74LS148功能测试接线图

74LS148引脚图

9.4.1编码器结构及功能编码是将具有特定意义的信息编成相应二进制代码的过程，实现编码功能的电路称为“编码器”。编码器分为“普通编码器”和“优先编码器”。普通编码器任何时刻只有一个输入信号有效；优先编码器同一时刻可以出现多个输入信号，只对优先级别高的输入信号进行编码。

任务9.4认识编码器、译码器、加法器74LS148功能表任务9.4认识编码器、译码器、加法器74LS138功能测试接线图

74LS138引脚图9.4.2译码器结构及功能译码是编码的逆过程，即把代码状态的特定含义翻译出来的过程。实现译码功能的电路称为“译码器”，译码器根据功能分为变量译码器、显示译码器等。

（1）变量译码器任务9.4认识编码器、译码器、加法器74LS138功能表任务9.4认识编码器、译码器、加法器（2）显示译码器LED管的引脚及内部结构示意图任务9.4认识编码器、译码器、加法器9.4.3加法器结构及功能（1）半加器

能实现两个一位二进制数相加，不考虑低位进位的运算电路称为“半加器”。

半加器的逻辑电路、逻辑符号及真值表

任务9.4认识编码器、译码器、加法器（2）全加器

不仅考虑两个数的相加，而且考虑低位的进位运算的电路称为“全加器”。

全加器逻辑符号全加器真值表*任务9.5相关知识扩展【工作任务及任务要求】了解数据选择器和分配器的结构、功能及应用，掌握数字电路的一般故障检测方法。◆知识摘要☼数据选择器和分配器结构及功能☼用译码器实现组合逻辑函数

☼用数据选择器实现组合逻辑函数

☼数字电路的一般故障检测方法

◆任务目标☼掌握数据选择器和分配器功能及其检测

☼掌握数字电路常见故障的检测方法

*任务9.5相关知识扩展9.5.1数据选择器和分配器结构及功能（1）数据选择器

数据选择器是根据输入的地址，从多路数据中选出一路作为输出的电路。输入端分为两类：地址输入端和数据输入端。

74LS151引脚图74LS151功能表

*任务9.5相关知识扩展用74LS138实现数据分配器示意图9.5.2用译码器实现组合逻辑函数*任务9.5相关知识扩展9.5.4数字电路的一般故障检测方法（1）直观检查法（2）元件取代法（3）参数比较法项目10、触发器和时序逻辑电路

项目10、触发器和时序逻辑电路【学习目标】通过本项目的学习，了解时序逻辑电路的组成与特点，理解触发器的工作原理，掌握计数器、寄存器及存储器的原理和设计。【能力目标】

通过本项目的学习，掌握时序逻辑电路的特点、触发器的原理，能应用触发器设计和分析相关的时序逻辑电路。

任务10.1认识触发器【工作任务及任务要求】了解基本RS触发器的原理，掌握基本RS触发器和可控触发器的功能。◆知识摘要

☼基本RS触发器的组成和工作原理

☼可控RS触发器的组成和功能

◆任务目标☼掌握基本RS触发器的功能

☼掌握可控RS触发器的功能

任务10.1认识触发器10.1.1基本RS触发器的组成及工作原理（1）基本RS触发器的组成基本RS触发器由2个与非门构成，如图所示。任务10.1认识触发器（2）基本RS触发器的工作原理

①R=1，S=0状态。此时Q为1，称触发器置1状态。S为“置1端（低电平有效）”②R=0，S=1状态。此时Q为0，称触发器置0状态。R为“置0端（低电平有效）”。③R=S=1状态。此时Q的状态保持不变，直到R端或S端出现低电平，Q才发生变化。④R=S=0状态。这时触发器处于不正常的工作状态。称这种情况为不定状态，这种情况应当避免，即不允许R与S同时收到触发信号（也就是二者不能同时为0）。RSQ10101011保持不变00不确定任务10.1认识触发器10.1.2可控RS触发器的组成及功能（1）同步RS触发器与非门组成的同步RS触发器如图所示。任务10.1认识触发器同步RS触发器电路的逻辑功能表如表所示。SRQnQn+100001101001010011111—输出状态不定任务10.1认识触发器（2）主从触发器

主从触发器结构如图所示。主从触发器由两个同步触发器组成，这两个同步触发器分别是主触发器和从触发器。主触发器与输入端相连，用于直接接受输入信号，其状态由输入信号R、S决定。从触发器与输出端相连，其输出信号由主触发器的输出信号决定。任务10.1认识触发器当CP脉冲为1状态时，主触发器通过G7和G8接收输入信号R、S的状态，并通过G5、G6得到主触发器的输出信号。主触发器的输出信号Q'和'由输入信号决定。此时，CP脉冲通过非门G9后得到状态为0的控制脉冲，使从触发器的输出信号不受主触发器影响被封锁。当CP脉冲由1跳变到0时，主触发器被封锁，其输入信号R、S不能影响到主触发器的输出状态。此时，CP脉冲经过非门G9后变为1，使从触发器能够接收主触发器的信号，输出端Q和由主触发器的输出端Q'和'决定。从触发器的翻转是在CP由1变0时刻（CP的下降沿）发生的，CP一旦达到0电平后，主触发器被封锁，其状态不受R、S的影响，故从触发器的状态也不可能再改变，即它只在CP由1变0时刻触发翻转。任务10.2常见JK、D、T触发器【工作任务及任务要求】了解JK、D、T触发器的结构，掌握JK、D、T触发器的功能及相互间的转换。◆知识摘要

☼JK触发器

☼D触发器

☼T触发器◆任务目标☼掌握JK、D、T触发器的功能

☼掌握RS、JK、D、T触发器相互转换方式

任务10.2常见JK、D、T触发器10.2.1JK触发器

JK触发器如图所示，其CP脉冲触发方式也为下降沿触发。JK触发器的逻辑表达式为:任务10.2常见JK、D、T触发器

JK触发器电路逻辑功能表如表所示JKQnQn+1000011010010100111110110任务10.2常见JK、D、T触发器10.2.2T触发器

若把JK触发器的J和K输入端连在一起，即J=K=T，就形成了T触发器。T触发器的逻辑表达式为

T触发器的功能是T=1时，每到一个CP脉冲的下降沿输出信号就翻转一次。T=0时为保持状态。T触发器的逻辑功能如表所示。TQnQn+1000011101110任务10.2常见JK、D、T触发器10.2.3D触发器任务10.2常见JK、D、T触发器

①CP=0时，与非门G3和G4被封锁，输出端Q3和Q4输出为1；此时Q3和Q4又作为G5和G6的输入信号，使G5和G6打开，输入信号D进入G5，使Q5=，Q6=D。②当CP由0变为1时，G3和G4打开，Q5和Q6能够通过G3和G4把输入信号D送到基本RS触发器中，此时Q3==D，Q4==。由基本RS触发器的逻辑功能可知Q=D。

任务10.3认识计数器【工作任务及任务要求】了解时序逻辑电路的分析和设计方法，掌握计数器、计时器的功能和设计。◆知识摘要

☼时序逻辑电路

☼计数器

◆任务目标☼掌握不同的计数器的设计方法

☼掌握计数器的常用集成电路芯片的功能及特点

任务10.3认识计数器10.3.1时序逻辑电路（1）时序逻辑电路的基本概念时序逻辑电路在任一时刻的输出信号不仅与当时输入信号有关，而且还与电路的前一个输出状态有关。因此，时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，如图所示。任务10.3认识计数器（2）时序逻辑电路的分类按照存储单元状态变化的特点，时序逻辑电路可以分成同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。（3）时序逻辑电路功能的描述方法①逻辑方程式②状态表③

状态图。任务10.3认识计数器（4）时序逻辑电路的分析方法①从给定的逻辑图中，写出每个触发器的驱动方程、时钟方程和电路的输出方程。②求电路的状态方程，并标出时钟条件。③列出完整的状态转换真值表。④确定时序电路的逻辑功能。任务10.3认识计数器10.3.2计数器（1）二进制计数器①

二进制异步加法计数器。图为4位二进制异步加法计数器。任务10.3认识计数器4位的二进制异步加法计数器的时序图，如图所示。任务10.3认识计数器②

二进制异步减法计数器。图为4位二进制异步减法计数器

任务10.3认识计数器4位二进制异步减法计数器的时序图，如图所示。任务10.3认识计数器

③

二进制同步加法计数器。4位二进制同步加法计数器如图所示。任务10.3认识计数器4位同步二进制加法计数器时序图如图所示。任务10.3认识计数器（2）十进制计数器8421码十进制同步计数器，如图所示。任务10.3认识计数器①

逻辑状态方程

任务10.3认识计数器②

根据上面的逻辑状态返程可得状态转换表。计数脉冲现态次态进位输出序号Q3nQ2nQ1nQ0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1CO0000000010100010010020010001103001101000401000101050101011006011001110701111000081000100109100100001任务10.3认识计数器（3）常用的计数器集成电路简介①计数器集成电路74161。4位同步二进制可预置计数器74161的引脚图，如图所示。任务10.3认识计数器74161型计数器的功能表

任务10.3认识计数器②计数器集成电路74LS193。它是双时钟4位二进制同步可逆计数器，具有预置数码，加法、减法的同步计数功能，其引脚图如图所示。任务10.3认识计数器74LS193集成计数器功能表（4）任意进制计数器尽管集成计数芯片的种类很多，但也不可能任意进制计数器都有对应的集成芯片，因此可以借助一些现有的计数器集成芯片来完成不同进制的计数器。任务10.4认识寄存器和存储器

【工作任务及任务要求】了解寄存器、存储器的作用与用途，掌握寄存器、存储器的设计和分析方法。

◆知识摘要☼寄存器

☼存储器

◆任务目标☼掌握寄存器、存储器的存储原理

☼掌握寄存器、存储器的设计和分析方法

任务10.4认识寄存器和存储器10.4.1寄存器（1）寄存器

寄存器是用来存储代码或数据的逻辑部件。寄存器中的存储数据核心部分由触发器组成，一个触发器只能存储1位二进制代码，所以要存储n位二进制代码的寄存器，就需要n个触发器。一个4位寄存器的逻辑电路和集成芯片74LS175引脚图如图所示。

任务10.4认识寄存器和存储器74LS175功能表

任务10.4认识寄存器和存储器（2）移位寄存器

①移