第一章 半导体器件(6学时)
绪 论电子技术是一门发展迅速的基础科学,他已经深入到了生产和生活的各个方面,尤其是计算机的出现,使电子技术在通讯,自控、医疗、航天等自然科学和人文科学的各个领域,可以说无处不在,一些领域如果离开了电子技术,将寸步难行。
电子技术的主要部分是电子线路,它由电子元件和电子器件组成,像电容、电阻、变压器和开关等叫电子元件,二极管、三极管等角电子器件。要搞清楚电子线路的功能和用途我们必须从组成电子线路的元器件入手,逐步深入的学习。
物质的导电性
一 物质的导电的类型:
导体:能够导电的物质叫导体,如铜铁等绝缘体:不能导电的物质叫绝缘体,如塑料,橡胶,木头等半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,生活中见的较少,但却用得很多,如硅,锗,砷化钾等,它不是导体,也不是绝缘体,他有些情况下导电,有些情况下不导电。
二 导电的机理为什麽会出现有些物质导电,有些不导电,而有些物质有时导电有时不导电?这须从原子结构说起。
Ge
si
物质是由原子构成的,而原子是由原子核和核外电子组成,原子核对核外电子有吸引力,核外电子围绕原子核运动,如果核外电子数较多时电子在外层按照一定的规律分层排列,除最外层电子外,原子核对内层电子引力较强,最外层电子由于在化学反应中能形成化学键,所以我们叫他价电子,物质的稳定性主要取决于价电子,对于导体而言,最外层的价电子受原子核的吸引力很弱,这些价电子在电场力的作用下,就会逆着电场力的方向运动形成电流,所以这种物质就导电,如果原子核对价电子吸引力很强,那价电子只在原子核周围运动,即使电场力很强,价电子也不会在电场力的作用下运动形成电流,所以不导电,就是绝缘体,对有些物质,原子核对外层电子吸引力很强,一般情况下,这些物质的价电子不能在电场力的作用下形成电流,这是物质呈绝缘体的性质,但当物质的价电子获得能量以后就会摆脱原子核的束缚,这种情况下,就会在电场力的作用下形成电流,这时,这种物质呈导体的性质,像这种有些情况下呈导体性质有些情况下成绝缘体性质的物质就是半导体。
综上所述,我们可以看出,物质导电的原因是物质的价电子能够自由移动,也就是说,物质要导电,物质内部必须有可自由移动的电子,没有自由移动的电子,物质就不导电。
第二节 半导体及其特性
半导体的特性 (1学时)
上一节讲过,半导体的最外层电子,如果获得能量,就会摆脱原子核的束缚成为自由电子,半导体就会导电,价电子获得能量的方法又有两种,一种是给半导体加热,给半导体加热后半导体的导电性能会增强,这种特性叫半导体的热敏性。另一种方法是光照,我们知道,光具有能量,当光照射到半导体上时,价电子也可获得能量,而成为自由电子,半导体呈导体的特性,这种特性叫半导体的光敏性。
光敏性:光照的情况下,半导体的导电性能增强热敏性:。。。。。。
我们所讲的半导体是指半导体的晶体,非晶体的半导体原子构成的物质较多晶体,他不具有上述性质。
二 本征半导体由于我们所说的半导体是半导体晶体,那什麽是晶体,晶体就构成物质的原子,有规律的排列,每一个硅原子周围有四个硅原子,这四个硅原子处在正四面体的四个顶点,这一个硅原子处在正四面体的中心,中心位置的硅原子提供一个电子,其他四个硅原子各提供一个电子,这样,处在中心位置的这个硅原子与周围的四个硅原子形成共价键,如上图所示。如果杂乱无章的排列,就不是晶体,对一个半导体晶体来说,如果里面没有杂质,而且原子排列整齐,没有缺陷,这样的一块半导体就叫本征半导体。
这是一种理想状态的半导体,对于这样的一种半导体即使存在,也没有使用价值,在我们的电子产品中,要用半导体按照人们的愿望和要求来导电,需要对半导体的导电性能进行改变。通常的方法是掺杂质。
三 杂质半导体参杂是有要求的,即参入五价的元素如磷元素,或者三价的元素入硼元素,不是随意参入杂质。
当参入五价的磷元素以后,半导体中就有了可自由移动的电子,这种半导体叫N型半导体,可见N型半导体中有可导电电子。
下面是示意图
当参入三价的硼元素以后,半导体中就有了可自由移动的空穴,这种半导体叫P型半导体,可见P型半导体中有可导电空穴。
四 PN结(1学时)
PN结的形成当P型半导体和N型半导体接触以后,由于P区的空穴多,空穴就会向N区扩散,而N区的电子也会向P区扩散,与P区的空穴中和,这样,在接触面的两侧,因N区一侧失去电子而带正电,P区一测得到电子而带负电,这样,在接触面的两侧,就会形成一个N区一侧带正电P区一侧带负电的特殊的区域,这个区域叫PN结,在PN结所在的区域内,自由电子和空穴都中和了,就没有了可自由移动的电子和空穴,所以,这个区域不导电,又由于整体正负电荷相等,所以不显电性。
PN结特性
PN结一侧带正电,另一侧带负电,在这个区域内,就会形成一个电场,这个电场在半导体内部,我们叫他内电场。当我们给PN结加一个与内电场一致的电场时,这个区域会扩大,也就是说不导电的区域会扩大,这种情况下,他不导电;当加一个与内电场方向相反的电场时,就会使这个区域变薄,甚至消失,这样由于半导体内又可自由移动电子和空穴,这是他就导电。他有两个方向,一个方向可以导电,另一个方向不能导电,这就叫PN结的单向导电性。
注意:和内电场方向一致的外电场电压叫反向电压,和内电场方向相反的外电场的电压叫反向电压。
第三节 二极管
一 结构
二极管有一个PN结,两个区,P区和N区,
两个电极,所以叫二极管,他在电路中的符号
及结构图如右图所示
N …… PN 。。。 P
,…,结 。。。
。。。
P
二 特性曲线将加在二极管两个电极之间的 I
得电压与流过的电流分别作为坐标轴绘制出电流与电压的关系曲线叫特性曲线。
右图中可以看出 U
当电压达到一定值以后,电流变化很大而电压却变化较小。眼见头方向是正向电压另一个反向示范向电压。
对于硅管,开启电压为0.7V,对锗管为0.3V
也就是说,对硅管,正向有0.7V得电压就有电流流过,有电流流过PN结两端的电压就是0.7V,锗管是0.3V。这也是判断管子材料的重要依据。记住!!!
反向是不是一直不通呢?不是!由于二极管反向不道通,但当反向电压达到一定值以后,二极管反向会突然道通,这种现象叫击穿。是二极管反向击穿的电压叫反向击穿电压。
三 击穿的类型:
雪崩击穿:当二极管加的反向电压很强时,虽然没有可自由移动的电子,但仍有少量的电子存在,这种电子,会在反响电场中获得很大的能量,从而去碰撞其他的原子,,使这些原子释放出电子,释放出的电子又会在反向电场中获得能量,去碰撞其他原子,这样,在PN结内,一个自由电子,可碰撞产生两个自由电子,两个自由电子,可碰撞产生四个自由电子,这种倍增效应现象就像雪崩一样,是本不导通的PN结突然导通,这种击穿叫雪崩击穿。
齐纳击穿:是强电场的电场力将价电子从原子中拖出,成为自由电子,使PN结突然导通,这种击穿叫齐纳击穿。如果二极管反向击穿,可能是两种击穿共同作用的结果。这两种击穿是电击穿,电击穿后管子会发热,如果热不能及时散发后会烧坏管子,使管子不能恢复原有状态,这种击穿叫热击穿,电击穿是允许的,但热击穿应尽量得避免。
四 二极管的主要参数直流参数最大整流电流IF:流过又不烧坏管子的最大电流。
反向击穿电压
直流电阻,一般+向为几十欧到几千欧,反响几十千欧到几百千欧。
反向电流:反向漏过的电流
2.交流参数:二极管的电容五 二极管的种类
1.稳压管
利用反向击穿特性,制成的二极管,在电路中起到稳定电压的作用,这种管子教稳压管。看反向特性曲线说明。注意散热。
整流二极管
将交流两个方向便成一个方向的二极管叫整流二极管,用得很广。
发光二极管用特殊的工艺制成,当有电流流过时,自由电子要回到价电子状态时将所携带的能量以广的形式释放出来,这样二极管就会发出光来,这种二极管叫发光二极管。用作指示灯。
检波二极管
光电二极管,将光信号变为电信号的二极管。
第四节 三极管一、双极型三极管 (2学时)
三极管的结构三层三个区,两个pn结,三个电极组成根据导电类型的不同有NPN型PNP型三个区分别叫发射区,基区和集电区,和三个区分别相连的电极叫叫发射极,基极和集电极,发射区和基区的PN结叫发射结,基区和集电区之间的PN结叫集电结。
2.在电路中的图形符号
NPN PNP
3.三极管的放大作用:
三极管在电路中具有放大作用,条件是:发射结加正向电压集电结加反向电压。
以NPN型三极管为例加以说明:
由于三极管的发射结记得是正向电压,发射结的PN结会消失,这时,发射区的电子会在电场里的作用下向基区扩散,形成发射极电流,进入基区的电子,会分成两部分,已稍部分和基极流入的正电荷中和,形成基极电流;三极管虽然是三层结构,但是在制造是,将基区做得很薄,一般是几微米,这样进入基区的电子,在电场里的作用下,会很快到达集电结基区一侧(如果基区太厚的话,电子在到达集电结是会损失很大,就失去了放大作用)由于集电结上加的是反向电压,PN结的区域变厚,电场增强,那样,电子就会在电场里的作用下从基区漂移进入集电区形成集电极电流。当基极电流有一个很小的变化时,集电极电流有一个很大的变化。这就是三极管的放大机理。我们可以看出,三极管放大的是电流的变化量,并不是电流本身被放大。
如果基极电流用Ib来表示集电极电流用IC,变化量分别是:⊿Ib和⊿IC,那三极管的电流放大倍数
β=⊿IC/⊿Ib
只要控制了基极电流,那集电极电流就能得到控制,所以三极管是电流控制器件。在作近似计算时也有
β≈IC/Ib
IC=βIb
对npn型三个电极之间的电流关系是
IE =IC+IB=βIB+IB=(1+β)IB
管的共射特性曲线不同的基极电流决定不同的曲线如图所示当IB为0时,发射极与集电极之间有两个背靠背得P
N结,发射极与集电极之间几乎没有电流,所以不通,
这种状态叫截至状态。从图中还可以看出,当基极电流一定是,随着集电极与发射极之间的电压增加,开始时,
集电极电流变化很大,当电压增加到一定的值以后,随着电压的增加,电流变化不大,把途中拐弯的点连起来的曲线将电流变化分成两个区,随电压的增加,电流变化加大的区域叫饱和区,电流变化比较平直的区域叫放大区。所以,特性曲线图总共有三个区分别是,饱和区,放大区和截止区。在放大电路中,三极管就工作在放大区。模拟电路中,三极管都工作在放大区,数字电路中,三极管工作在饱和区或者截止区,这点以后在讲。
三极管的主要参数
(1)电流放大倍数,β=⊿IC/⊿Ib
β≈IC/Ib
(2)极间反向电流:
IE=0集电极与基极之间的反向电流 ICBO
IB=0集电极与发射极之间的反向饱和电流 ICEO
又叫穿透电流
(3)极限参数
最大集电极电流ICM
集电极最大允许功耗PCM
二 场效应三极管 (2学时)
结型场效应三极管结构:它是在一个N(或者P)型半导体两侧扩散上P(或者N)型半导体,这样两次就有两个PN结,两侧的电极叫栅极(用G来表示),中间部分是电流通过的通道,叫导电沟道,如果这一部分是N型的叫N沟道场效应管,如果是P型叫P沟道场效应管,沟道的两端一端叫源极(用S来表示),一端叫漏极(用D来表示),和三极管不同的是这两个极可以互换。
工作原理:当两侧的PN结加反向电压是,区域会向中间扩展,使导电沟道变窄,电流变小,反之,则变宽,电流变大。这样只要控制栅极电压,即可控制输出电流。所以场效应管是电压控制器件。
输出特性曲线。与三极管类似三个区,饱和区,可变电阻区和击穿区.
4、主要参数,1)夹断电压 Vp
2)饱和漏电流IDSS VGS=0时的 IDS
3)最大漏源电压BVDS 雪崩击穿时VDS
4)最大栅源电压BVGS 栅源电流急剧增加的电压
5)直流输入电阻RGS DS 之间短路是漏源极之间的电阻
(二)MOS刑场效应管(绝缘栅型场效应管)效应三极管
1.结构:它是由三层完全不同的材料制成的,一个金属层中间有一个绝缘氧化层,氧化层下面是一层半导体层,所以叫绝缘栅型场效应管。半导体层是电流通路叫沟道,如果半导体层是P型的叫P沟道,如果是N型的叫N沟道场效应管。金属层做一个电极,叫栅极G,半导体两端各做一个电极,一端是源极S,一端是漏极D.如果原来半导体层中没有可自由移动的电荷,在栅极电压为0时,漏源极之间加上电压以后没有电流,这种类型的器件叫增强型;如果原来半导体层中就注入有可自由移动的电荷,即使栅极电压为0时,没有感应电荷,漏源极之间加上电压以后就有电流,这种类型的器件叫耗尽型,所以这种管子共有四种类型:N沟道增强型MOS场效应管N沟道耗尽型MOS场效应管,P沟道增强型MOS场效应管,P沟道耗型MOS场效应管
2.工作原理:半导体要导电,内部必须有自由电子,果半导体中的自由电子很少,或者没有自由电子,那我们给氧化层两侧加上电压,就像电容一样,在氧化层两侧带上了感应电荷,这种电荷在半导体中就是可自由移动的,这样就可使半导体导电。通过控制这个电压,就可控制半导体层中感应电荷的多少,从而达到控制半导体层中电流大小的目的。所以MOS场效应管也是电压控制器件。
3.输出特性曲线。与栅极管类似三个区,放大区,可变电阻区和击穿区.
4、主要参数,
1)夹断电压Up:对耗尽型管子,加上UDS就有电流IDS,当IDS=0时的UGS就是夹断电压。
2)开启电压UT:对增强型管子,半导体中没有到点电荷,加上UDS后IDS=0,要让漏源之间有电流,就必须有足够的感应电荷才行,是漏源之间有电流流过的栅源电压UGS就是开启电压
3)饱和漏电流IDSS:对耗尽型,当UGS=0时,加一定的UDS 漏极电流ID的值.
4)直流输入电阻RGS UDS 一定是漏源极之间的直流电阻.
5)夸导 漏极电流变化量ΔID与栅源电压变化量ΔUGS之比
(三)使用注意事项:
注意偏值电压的极性
MOS管的栅极不能开路不能用万用表测管脚极性输入电阻极高的地方注意防潮
第二章 放大电路的基本原理(12学时)
1.放大的概念 (0.5学时)能对微弱的信号进行放大,这样的电路叫放大电路,向收音机,扩音机,无线电设备等。根据电路的结构分为单极放大和多级放大,因为单极放大电路一般工作在小信号状态下,所以又叫小信号放大电路;根据元器件的接法,又可分为共发射及,共基极和共集电极放大电路。
2.放大电路的参数:1)直流参数
IB IC UCE
2)交流参数
电压放大倍数Av
输入电组 ri
输入电组 ro
3.放大电路的小信号模型:
第一节 单管共射放大电路 (1学时)
组成:由一个三极管、电阻RB,RC 和电源 UCC电容C1C2
个元件的作用:Ucc是给放大电路提供能量和工作环境。
RB是基极偏值电阻,给三极管提供工作在放大状态下得的工作电流。
Rc是将电流放大转换为电压放大输出。又叫负载电阻
C1C2起隔断直流传递交流的作用。
三极管是放大电路的核心,起电流放大作用。
工作原理
UB是基极电位Ube=UB当有号u=Umsinωt加入时,
Ube=Ub=UB+u
这时 IB=Ube/rbe
其中热rbe是b极与e极之间的电阻
rbe=300+(1+β)26/IE
IE的单位是mA
Ic=βIB
uc=Ucc-IcRc
ui↑→Ube↑→IB↑→Ic↑→uc↓
所以,输入和输出反相,这种电路又叫反向器
(3)放大电路的基本分析方法(3学时)
1.直流通路和交流通路直流通路就是只考虑直流电的路径,不考虑交流电的通路.
方法是去掉电容所在支路后的电路。
交流通路就是只考虑交流电的路径,不考虑直流电的通路方法是去掉电源和电容短路后的电路。
2.静态工作点及其估算
IB=(Ucc-Ube)/RB
IC=βIB
UCE= Ucc- IC RC
当Ucc>>Ube时 IB≈Ucc/RB
3.图解法以UCE= Ucc- IC RC为方程在输出伏安曲线上画直线找直线的中点为工作点。
4.微变等效电路法
又叫小信号模型,即将三极管作等效变换。
(4)电路主要技术指标 (0.5学时)
也就是交流参数
电压放大倍数Av Av=Uo/Ui
输入电组 ri ri =Ui/Ii
输入电组 ro ro=Uo/Io
RB rbe Rc RL
IRB βIB
计算交流参数是,首先要画交流通路,在对交流通路进行等效变换,再将三极管变化成小信号模型。这样电路就变成了普通的串并联电路,就可以用传统的串并联知识计算了。
Ui=Ibrbe
IRB= Ui/RB= Ibrbe/RB
Ii=Ib+ IRB=Ib+ Ibrbe/RB
ri=Ui/Ii= RBrbe/( RB+rbe)
Uo=IoRc=βIbRc
ro=Rc
Av=Uo/Ui=βIbRc/ Ibrbe=βRc/ rbe
(5)、工作点稳定问题 (1学时)
温度对静态天工作点的影响
由于半导体具有热敏性,三极管中有电流流过时三极管会发热,发热IB增加,近而视IC增加,这会使工作点漂移,破坏放大电路的稳定性,要稳定需对电路进行优化,使电路具有自我调节功能,
典型的静态工作点稳定电路
分压式如图常用的方法是,分压式偏置电路.
1.稳定过程如下:
T↑→IB↑→Ic↑→IE↑→UE↑→UBE→IB↓
2.静态分析:
因为一般IB很小,IRB1≈IRB2
RB1和RB2是串联,UB=Ucc/( RB1+RB2)
IE=(UB-Ube)/RE
IB≈IE /β
Ic≈IE
UCE=Ucc- IE(RE+RC)
RE起自我调节功能,CE是通交流的作用,减小对放大倍数的影响。
3.交流通路
4.动态分析:
RB =RB1‖RB2
ri= RB‖rbe
ro=Rc
Ui=Ibrbe
Uo=IoRc=βIbRc
Av=Uo/Ui=βIbRc/ Ibrbe=βRc/ rbe
6、放大电路三种基本组态(2学时)
共集电路(又叫射极输出器)
1.电路如图
2.静态分析
Ucc=IBRB+UBE+IERE
=IBRB+UBE+(1+β)IBRE
IB= (Ucc- UBE)/[RB+(1+β)RE]
≈Ucc/[RB+(1+β)RE]
Ic= IβB
UCE=Ucc-(1+β)IBRE
动态分析
RL′=RE‖RL
Ui=Ibrbe+(1+βIb)RL′=Ib[rbe+(1+β)RL′]
Uo=(1+β) Ib RL′
Av= Uo/ Ui=(1+β) Ib RL′/Ib[rbe+(1+β)RL′]
= (1+β) RL′/[rbe+(1+β)RL′]
电压放大倍数小于1但接近1
ri′= Ui/Ib= rbe+(1+β)RL′
ri=RB‖ri′= RB [ rbe+(1+β)RL′]/ [RB + rbe+(1+β)RL′]
RB [ (1+β)RL′]/ [RB + (1+β)RL′]
I=Ie+Ib+Ic= Ie+(1+β)Ib = U/RE+(1+β)U/(rbe+Rs‖RB)
=I/U= 1/RE+(1+β)/(rbe+Rs‖RB)
=[rbe+Rs‖RB+ (1+β) RE]/ RE(rbe+Rs′) 其中Rs′= Rs‖RB
≈[rbe+Rs′ + (1+β) RE]/
输入电阻很大
ro =1/ Go= RE(rbe+Rs′)/ [rbe+Rs′ + (1+β) RE]
即 ro= RE‖(rbe+Rs′)/(1+β)
输出电阻很小共集电极放大电路的特点是1,电压放大倍数小于1但接近1
2输入电阻很大.
3,输出电阻很小
(2)共基电路
(3)三种组态比较
7、场效应管放大电路(2学时)
(1)场效应管特点
(2)共源放大电路
(3)分压自偏式共源电路
(4)共漏电路
8、多级放大电路(2学时)
(1)多级电路的耦合方式
(2)多极电路放大倍数和输入、输出电阻
重点难点:
1、放大电路中的基本概念,放大的本质,静态和动态直流 通路和交流通路,负载线,工作点,非线性失真,放大倍数,输入电 阻,输出电阻。
2、放大电路两基本分析方法----微变等效电路法和图解法
教学要求:
⑴、熟练掌握用微变等效电路法分析放大电路Av,Ri和Ro,掌握Rbe估算公式。 正确理解用图解法分析放大电路静态和动态工作 情况。
⑵、掌握放大电路三种基本组态工作工作原理和特点
⑶、正确理解温度变化对三极管参数的影响,掌握分压式工 作点稳定电路工作原理和计算方法。
⑷、掌握由场效应管组成的共源和共漏放大电路工作原理及 用微变等效电路法,分析Av,Ri和Ro,了解与双极型三这相比的特点。
⑸、掌握直接耦合多级放大电路工作原理,Av计算,正确理 解零点漂移,一般了解阻容和变压器耦合方式特点。
第三章 放大电路的频率响应 (6学时)
1、频率响应的一般概念(2学时)
(1)幅频特性和相频特性
(2)下限频率,上限频率和通频带
(3)频率失真
(4)波特图
2、三极管的频率参数(1学时)
(1)共射截止频率
(2)特征频率
(3)共基截止频率
3、单管共射电路频率响应2学时)
(1)混合π等效电路
(2)阻容耦合共射频率响应
(3)直接耦合共射频率响应
4、多级放大电路频率响应(1学时)
(1)多级电路的幅频和相频特性
(2)多级电路的了限和下限频率
重点难点:
1、放大电路频率响应的概念及成因
2、放大电路频率响应的定量分析,波特图的意义和画法
教学要求:
掌握频率响应的概念以及含一个时间常数单管共射电路fl、fh估算方法,正确理解波特图的意义和画法。了解三极管频率参数的含义及频率失真、增益带宽积的含义。
第四章 集成运算放大电路(6学时)
1、集成放大电路的特点(0.5学时)
2、集成运放的基本组成(2学时)
(1)偏置电路
(2)差分放大输入级
(3)中间级
(4)输出级
3、集成运放的典型电路F007原理
4、集成运放主要技术指标(3、4共0.5学时)
5、理想运放(2学时)
(1)理想运放主要技术指标
(2)工作在线性区的特点
(3)工作在非线性区的特点
6、各类集成运放性能特点(1学时)
7、集成运放使用中的几个具问题
(1)参数测试
(2)使用中可能出现的异常现象
(3)保护措施
重点难点:
1、集成放大电路有别发立元件电路的特殊电路,如偏置电路,差分输入有源负载,互补输出等的分析计算。
2、理想运放及其两种的工作状态
教学要求:掌握差分放大电路工作原理及四种不同输入输出方式 的特点,掌握差模放大倍数,差模输入电阻和输出电阻的概念以及估 算方法,掌握集成运放主要技术指标含义,掌握理想运放概念,正确 理解“虚短”“虚断”的含义,正确理解不同类型集成运放特点,了解运放使用中的具体问题,了解集成运放电路特点,各基本组成部分 作用,了解典型电路原理。
第五章 放大电路中的反馈(8学时)
1、反馈的基本概念(2学时)
(1)反馈概念的建立
(2)反馈的分类
(3)负反馈四种组态
(4)反馈的一般表达式
2、负反馈对放大电路性能的影响(2学时)
(1)提高放大稳定性
(2)减小非线性失真抑制干扰
(3)展宽频带
(4)改变输入、输出电阻
3、负反馈放大电路的分析估算(2学时)
(1)利用关系式 估算闭环电压放大倍数
(2)利用关系式 估算闭环电压放大倍数
4、负反馈放大电路的自激振荡(2学时)
(1)产生自激振荡的原因
(2)常用的校正措施
本章重点难点:四种组态的交流负反馈及其改善电路性能的作用,深度负反馈的估算
教学要求:
1、掌握反馈的概念和类型,会判断反馈的存在和类型,正确理解的含义
2、掌握负反馈对放大电路性能的影响,正确理解如何根据需要引入适当的反馈
3、掌握深度负反馈闭环电压放大倍数估算方法
4、正确理解负反馈电路产生自激的条件,了解常用的消除自激的校正措施
第六章 模拟信号运算电路(4学时)
1、比例运算电路(2学时)
(1)反相比例运算电路
(2)同相比例运算电路
(3)差分比例运算电路
(4)比例电路应用实例
2、求和电路(2学时)
(1)反相输入求和电路
(2)同相输入求和电路
(3)积分和微分电路
①积分电路 *②微分电路
*4、对数和指数电路
(1)对数电路
(2)指数电路
*5、乘法和除法电路
(1)由对数指数电路组成的乘除电路
(2)模拟乘法器
本章重点难点:比例,求和和积分运算电路工作原理
教学要求:掌握比例、求和及积分三种基本运算电路的工作原理 和输入输出关系,了解微分、对数、指数电路以及模拟乘法器原理和 用途
第七章 信号处理电路 (2学时)
1、有源滤波器(0.5学时)
(1)滤波电路的作用和分类
(2)低通滤波器(LPF)
(3)变通滤波器(HPF)
(4)带通滤波器(BPF)
(5)带阻滤波器(B F)
2、电压比较器(1.5学时)
(1)过零比较器
(2)单限比较器
(3)滞回比较器
(4)双限比较器
本章重点难点:各种电压比较器电路,四类滤波器特点、功能
教学要求:掌握各种电压比较器工作原理的传输特性,正确理解二阶低通滤波器原理及对数幅频特性,了解其它滤波器特点及原理。
第八章 波形发生电路(6学时)
1、正弦波振荡电路的分析方法(1学时)
(1)产生正弦振荡的条件
(2)正弦振荡电路组成和分析步骤
2、RC正弦振荡电路(2学时)
(1)RC串并网络振荡电路
(2)其它形式RC振荡电路
3、LC正弦振荡电路(2学时)
(1)LC 磁电路的特性
(2)变压器反馈式振荡电路
(3)电感三点式振荡电路
(4)电容三点式振荡电路
(5)电容三点式改进型振荡电路
4、石英晶体振荡器(0.5学时)
(1)石英晶体的基本特性和等效电路
(2)石英晶体振荡电路
5、非正弦波发生电路(0.5学时)
(1)矩形波发生电路
(2)三角波发生电路
(3)锯齿波发生电路
重点难点:正弦振荡产生条件,RC串并网络振荡电路组成,工作 原理分析及估算,典型的LC正弦振荡电路工作原理分析及估算。
教学要求:掌握正弦振荡产生条件,掌握RC串并网络振荡电路工 作原理,振荡频率,起振条件,正确理解典型LC正弦振荡电路工作原 理及振荡频率估算,正确理解非正弦波发生电路工作原理,了解石英 晶振电路特点及工作原理。
第九章 功率放大电路(3学时)
1、功率放大电路的特点(0.5学时)
2、互补对称式功率放大电路(2学时)
(1)OTL功放电路
(2)OCL功放电路
3、实际功放电路
4、集成功率放大器(3、4共0.5学时)
重点难点:OTL、OCL互补对称式功放电路分析和估算
教学要求:掌握OTL、OCL互补对称功放电路工作原理,最大输出 功率和效率的估算,熟悉功放电路非线性失真概念,了解对功放电路 一般要求及集成功放特点。
第十章 直流电源( 10学时)
1、直流电源的组成
2、单个整流电路(1、2共2学时)
(1)单相半波整流电路
(2)单相全波整流电路
(3)单相桥式整流电路
(4)整流电路主要参数
3、滤波电路 (1.5学时)
(1)电容滤波电路
(2)RCπ型滤波电路
(3)电感滤波电路和LC滤波电路
(4)LCπ型滤波电路
4、倍压整流电路(0.5学时)
(1)二倍压整流电路
(2)多倍压整流电路
5、硅稳压管稳压电路(2学时)
(1)主要指标
(2)稳压管特性
(3)稳压电路
6、串联型稳压电路(2学时)
(1)电路组成和工作原理
(2)输出电压调节范围
(3)调整管选择
(4)过载保护
7、集成稳压器(1学时)
(1)组成
(2)参数
(3)应用
8、开关型稳压电路(1学时)
(1)特点和分类
(2)组成和工作原理
重点难点:单相桥式整流电路,电容滤波电路,硅稳压管和串联 型稳压电路
教学要求:掌握单相桥式整流电路工作原理,输出与输入关系,掌握电容滤波电路特点,电容C的选择,输出电压估算,掌握硅稳压 管稳压电路工作原理,参数的估算,限流电阻,选择原则,掌握串联 型稳压电路组成工作原理,输出估算,正确理解三分离集成成稳压器 优点、组成、使用方法,正确硎 压电路特点和工作原理。
,电子线路基础,(数字部分)(63学时)
第一章、逻辑代数基础(10学时)
0、概述(0.5课时)
(1)逻辑代数
(2)二进制表示法
(3)二进制代码
1、基本概念、公式和定理(1.5课时)
(1)基本和常用逻辑运算
(2)公式和定理
2、逻辑函数的化简方法
(1)标准式和最简式
(2)公式化简法
(3)图形化简法
(4)具有约束的函数的化简
3、逻辑函数的表示方法及其相互转换(4课时)
(1)几种表示方法
(2)几种表示法的相互转换
重点难点:逻辑代数的公式、定理及应用
逻辑函数各种表示方法及其相互转换
逻辑函数的化简(包括具有约束的函数)
教学要求:掌握逻辑函数四种表示方法,能熟练地相互转换,会根据输入画输出波形;
掌握逻辑函数两种仪器方法,正确理解约束条件,并能在化简中熟练运用。
第二章、门电路 (10学时)
0、概述半导体二极管、三极管和MOS管开关特性(3课时)
(1)理想开关的开关特性
(2)半导体二极管开关特性
(3)半导体三极管开关特性
(4)MOS管开关特性
2、分立元件门电路(2课时)
(1)二极管与门,或门
3、CMOS门电路(3课时)
(1)CMOS反相器
(2)CMOS与非门、或非门、与门和或门
(3)COMS与或非门和异或门
(4)COMS传输门、三志门、漏极开路门
(5)COMS电路产品主要特点,使用应注意问题
4、TTL集成门电路(2课时)
(1)TTL反相器
(2)TTL与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门
(3)TTL集电极开路门和三志门
(4)TTL集成电路和其他双极型集成电路
重点难点:
1、各种TTL门电路符号,功能及其描述方法
2、TTL门电路外特性含义及其在电路连接中的应用
3、CMOS门电路结构特点及应用注意事项
教学要求:
1、掌握常见TTL门电路及CMOS门电路符号,结构特点,功能及其表示方法
2、掌握TTL门电路外特性,会利用外特性解决电路连接问题
3、了解各种门电路各自性能特点
第三章 组合逻辑电路(12学时)
组合电路的基本分析方法和设计方法(1课时)
(1)基本分析方法
(2)基本设计方法加法器和数据比较法(2课时)
(1)加法器
(2)数据比较法
3、编码器和数值比较器(2课时)
(1)编码器
(2)译码器
4、数据选择器和分配器(2课时)
(1)数据选择器
(2)数据加法器
5、用中规模集成电路实现组合逻辑函数(2课时)
(1)用数据选择器实现组合逻辑函数
(2)用译码器实现组合逻辑函数
6、只读存储器(ROM)(2课时)
(1)ROM结构及工作原理
(2)ROM 应用举例及扩展
7、组合电路中的竞争冒险(1课时)
(1)竞争冒险概念及成因
(2)消除竞争冒险的方法
重点难点:组合电路分析方法,组合电路设计方法
常用组合电路部件功能和应用
教学要求:掌握组合电路分析方法,能熟练地对给定电路进行分析,并能用各种表示方法表达其功能
掌握组合电路设计的一般步骤,能根据要求设计简单组合电路
掌握常用组合电路部件功能,会用译码器数据选择器ROM,PLA实现所需画数
正确理解组合电路中竞争冒险产生原因,了解消除险 象的常用方法
第四章 触发器(8课时)
1、基本触发器
(1)用与非门组成的基本触发器(1课时)
(2)用或非门组成的基本触发器
(3)集成基本触发器
2、同步触发器(1课时)
(1)同步RS触发器
(2)同步D触发器
3、主从触发器(1课时)
(1)主从RS触发器
(2)主从JK触发器
4、边沿触发器(1课时)
(1)边沿D触发器
(2)边沿JN触发器
5、时钟触发器的功能分类及转换(1课时)
(1)功能分类
(2)不同类型见得 转换
6、触发器逻辑功能表示方法及转换(2课时)
(1)功能表示方法
(2)各种表示法间的转换
7、触发器的电器特性(1课时)
(1)静态特性
(2)动态特性
重点难点:触发器基本特性和按逻辑功能的分类
触发器不同结构及其动作特点
触发器向的转换方法
教学要求:掌握触发器的基本特点,不同功能触发器状态变换规 律,熟知各种功能描述方法。正确理解不同结构的不同动作特点,会 根据输入波形画出输出波形,知道常见的几种用D,JK触发器转换成其 它功能触发器的方法
第 五章、时序逻辑电路(10学时)
时序电路的基本分析和设计方法(2课时)
基本分析方法基本设计方法
2、计数器(4课时)
(1)特点和分类
(2)二进制计数器
(3)十进制计数器
(4)N进制计数器
3、寄存器和读/写存储器(3课时)
(1)寄存器的主要特点和分类
(2)基本寄存器
(3)移位寄存器
(4)移位寄存器型计数器
(5)读/写存储器
4、顺序脉冲发生器(1课时)
(1)一般步骤
(2)设计举例
重点难点:掌握时序电路的特点和分析方法,能熟练地根据给定 电路,用各种方法分析电路功能,画出状态出表和状态图时序图。掌 握时序电路设计和一般步骤,会根据要求设计简单的时序电路。熟知 计数器、寄存器、移位寄存器等常见时序电路功能特点,会用集成计 数器构成任意进制计数器
第六章、脉冲产生、整形电路(6学时)
1、多谐振荡器(2课时)
(1)用555定时器构成的多谐振荡器
(2)石英晶体多谐振荡器
(3)应用举例
2、施密特触发器(2课时)
(1)用555定时器构成的施密特触发器
(2)集成施密特触发器
(3)应用举例
3、单稳态触发器(2课时)
(1)用 555定时器构成的单稳态触发器
(2)集成单稳态触发器
(3)应用举例
重点难点:多谐振荡器施密特触器,单稳态触发器,主要特点,典型电路及其应用教学要求:掌握RC环形振荡器构成,工作原理,会画各点波形,会估算振荡频率,正确理 解施密特触发器及单稳态触发器工作原理和特点,了解主要用途,会画典型电路波形,了解单稳输出脉宽决定因素,会估算脉宽大小,正确理解555 集成负时器工作原理
第七章、数模、模数转换电路(6课时)
1、D/A转换器(2课时)
(1)D/A转换基本
(1)D/A转换基本主要参数
2、A/D转换器(4课时)
(1)A/D转换的一般步骤和取样定理
(2)取样保持电路
(3)逐次渐近A/D转换器
(4)双积分型A/D转换器
(5)并联比较型A/D转换器
(6)转换精度和转换速度
重点难点:D/A转换和A/D转换的和般步骤,主要指标典型电路工作原理教学要求:正确理解D/A转换和A/D转换基本原理,会估算权电阻型和T型电阻型D/A转换输出模拟电 压值,了解两种典型A/D转换电路工作原理
四、实验内容(42学时)
1、常用电子一起使用练习
2、单级共射放大电路
3、差分放大电路负
4、负反馈放大电路
5、基本运算电路
6、波形产生电路
7、TTL逻辑门电路
8、数字学习机及TTL与非门常见逻辑门
9、用SSI构成的组合电路
10、用MSI构成的组合电路
11、集成触发器
12、用SSI构成的时序电路
13、用MSI构成的时序电路
14、555集成定时器
五、教学方法及建议
绪 论电子技术是一门发展迅速的基础科学,他已经深入到了生产和生活的各个方面,尤其是计算机的出现,使电子技术在通讯,自控、医疗、航天等自然科学和人文科学的各个领域,可以说无处不在,一些领域如果离开了电子技术,将寸步难行。
电子技术的主要部分是电子线路,它由电子元件和电子器件组成,像电容、电阻、变压器和开关等叫电子元件,二极管、三极管等角电子器件。要搞清楚电子线路的功能和用途我们必须从组成电子线路的元器件入手,逐步深入的学习。
物质的导电性
一 物质的导电的类型:
导体:能够导电的物质叫导体,如铜铁等绝缘体:不能导电的物质叫绝缘体,如塑料,橡胶,木头等半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,生活中见的较少,但却用得很多,如硅,锗,砷化钾等,它不是导体,也不是绝缘体,他有些情况下导电,有些情况下不导电。
二 导电的机理为什麽会出现有些物质导电,有些不导电,而有些物质有时导电有时不导电?这须从原子结构说起。
Ge
si
物质是由原子构成的,而原子是由原子核和核外电子组成,原子核对核外电子有吸引力,核外电子围绕原子核运动,如果核外电子数较多时电子在外层按照一定的规律分层排列,除最外层电子外,原子核对内层电子引力较强,最外层电子由于在化学反应中能形成化学键,所以我们叫他价电子,物质的稳定性主要取决于价电子,对于导体而言,最外层的价电子受原子核的吸引力很弱,这些价电子在电场力的作用下,就会逆着电场力的方向运动形成电流,所以这种物质就导电,如果原子核对价电子吸引力很强,那价电子只在原子核周围运动,即使电场力很强,价电子也不会在电场力的作用下运动形成电流,所以不导电,就是绝缘体,对有些物质,原子核对外层电子吸引力很强,一般情况下,这些物质的价电子不能在电场力的作用下形成电流,这是物质呈绝缘体的性质,但当物质的价电子获得能量以后就会摆脱原子核的束缚,这种情况下,就会在电场力的作用下形成电流,这时,这种物质呈导体的性质,像这种有些情况下呈导体性质有些情况下成绝缘体性质的物质就是半导体。
综上所述,我们可以看出,物质导电的原因是物质的价电子能够自由移动,也就是说,物质要导电,物质内部必须有可自由移动的电子,没有自由移动的电子,物质就不导电。
第二节 半导体及其特性
半导体的特性 (1学时)
上一节讲过,半导体的最外层电子,如果获得能量,就会摆脱原子核的束缚成为自由电子,半导体就会导电,价电子获得能量的方法又有两种,一种是给半导体加热,给半导体加热后半导体的导电性能会增强,这种特性叫半导体的热敏性。另一种方法是光照,我们知道,光具有能量,当光照射到半导体上时,价电子也可获得能量,而成为自由电子,半导体呈导体的特性,这种特性叫半导体的光敏性。
光敏性:光照的情况下,半导体的导电性能增强热敏性:。。。。。。
我们所讲的半导体是指半导体的晶体,非晶体的半导体原子构成的物质较多晶体,他不具有上述性质。
二 本征半导体由于我们所说的半导体是半导体晶体,那什麽是晶体,晶体就构成物质的原子,有规律的排列,每一个硅原子周围有四个硅原子,这四个硅原子处在正四面体的四个顶点,这一个硅原子处在正四面体的中心,中心位置的硅原子提供一个电子,其他四个硅原子各提供一个电子,这样,处在中心位置的这个硅原子与周围的四个硅原子形成共价键,如上图所示。如果杂乱无章的排列,就不是晶体,对一个半导体晶体来说,如果里面没有杂质,而且原子排列整齐,没有缺陷,这样的一块半导体就叫本征半导体。
这是一种理想状态的半导体,对于这样的一种半导体即使存在,也没有使用价值,在我们的电子产品中,要用半导体按照人们的愿望和要求来导电,需要对半导体的导电性能进行改变。通常的方法是掺杂质。
三 杂质半导体参杂是有要求的,即参入五价的元素如磷元素,或者三价的元素入硼元素,不是随意参入杂质。
当参入五价的磷元素以后,半导体中就有了可自由移动的电子,这种半导体叫N型半导体,可见N型半导体中有可导电电子。
下面是示意图
当参入三价的硼元素以后,半导体中就有了可自由移动的空穴,这种半导体叫P型半导体,可见P型半导体中有可导电空穴。
四 PN结(1学时)
PN结的形成当P型半导体和N型半导体接触以后,由于P区的空穴多,空穴就会向N区扩散,而N区的电子也会向P区扩散,与P区的空穴中和,这样,在接触面的两侧,因N区一侧失去电子而带正电,P区一测得到电子而带负电,这样,在接触面的两侧,就会形成一个N区一侧带正电P区一侧带负电的特殊的区域,这个区域叫PN结,在PN结所在的区域内,自由电子和空穴都中和了,就没有了可自由移动的电子和空穴,所以,这个区域不导电,又由于整体正负电荷相等,所以不显电性。
PN结特性
PN结一侧带正电,另一侧带负电,在这个区域内,就会形成一个电场,这个电场在半导体内部,我们叫他内电场。当我们给PN结加一个与内电场一致的电场时,这个区域会扩大,也就是说不导电的区域会扩大,这种情况下,他不导电;当加一个与内电场方向相反的电场时,就会使这个区域变薄,甚至消失,这样由于半导体内又可自由移动电子和空穴,这是他就导电。他有两个方向,一个方向可以导电,另一个方向不能导电,这就叫PN结的单向导电性。
注意:和内电场方向一致的外电场电压叫反向电压,和内电场方向相反的外电场的电压叫反向电压。
第三节 二极管
一 结构
二极管有一个PN结,两个区,P区和N区,
两个电极,所以叫二极管,他在电路中的符号
及结构图如右图所示
N …… PN 。。。 P
,…,结 。。。
。。。
P
二 特性曲线将加在二极管两个电极之间的 I
得电压与流过的电流分别作为坐标轴绘制出电流与电压的关系曲线叫特性曲线。
右图中可以看出 U
当电压达到一定值以后,电流变化很大而电压却变化较小。眼见头方向是正向电压另一个反向示范向电压。
对于硅管,开启电压为0.7V,对锗管为0.3V
也就是说,对硅管,正向有0.7V得电压就有电流流过,有电流流过PN结两端的电压就是0.7V,锗管是0.3V。这也是判断管子材料的重要依据。记住!!!
反向是不是一直不通呢?不是!由于二极管反向不道通,但当反向电压达到一定值以后,二极管反向会突然道通,这种现象叫击穿。是二极管反向击穿的电压叫反向击穿电压。
三 击穿的类型:
雪崩击穿:当二极管加的反向电压很强时,虽然没有可自由移动的电子,但仍有少量的电子存在,这种电子,会在反响电场中获得很大的能量,从而去碰撞其他的原子,,使这些原子释放出电子,释放出的电子又会在反向电场中获得能量,去碰撞其他原子,这样,在PN结内,一个自由电子,可碰撞产生两个自由电子,两个自由电子,可碰撞产生四个自由电子,这种倍增效应现象就像雪崩一样,是本不导通的PN结突然导通,这种击穿叫雪崩击穿。
齐纳击穿:是强电场的电场力将价电子从原子中拖出,成为自由电子,使PN结突然导通,这种击穿叫齐纳击穿。如果二极管反向击穿,可能是两种击穿共同作用的结果。这两种击穿是电击穿,电击穿后管子会发热,如果热不能及时散发后会烧坏管子,使管子不能恢复原有状态,这种击穿叫热击穿,电击穿是允许的,但热击穿应尽量得避免。
四 二极管的主要参数直流参数最大整流电流IF:流过又不烧坏管子的最大电流。
反向击穿电压
直流电阻,一般+向为几十欧到几千欧,反响几十千欧到几百千欧。
反向电流:反向漏过的电流
2.交流参数:二极管的电容五 二极管的种类
1.稳压管
利用反向击穿特性,制成的二极管,在电路中起到稳定电压的作用,这种管子教稳压管。看反向特性曲线说明。注意散热。
整流二极管
将交流两个方向便成一个方向的二极管叫整流二极管,用得很广。
发光二极管用特殊的工艺制成,当有电流流过时,自由电子要回到价电子状态时将所携带的能量以广的形式释放出来,这样二极管就会发出光来,这种二极管叫发光二极管。用作指示灯。
检波二极管
光电二极管,将光信号变为电信号的二极管。
第四节 三极管一、双极型三极管 (2学时)
三极管的结构三层三个区,两个pn结,三个电极组成根据导电类型的不同有NPN型PNP型三个区分别叫发射区,基区和集电区,和三个区分别相连的电极叫叫发射极,基极和集电极,发射区和基区的PN结叫发射结,基区和集电区之间的PN结叫集电结。
2.在电路中的图形符号
NPN PNP
3.三极管的放大作用:
三极管在电路中具有放大作用,条件是:发射结加正向电压集电结加反向电压。
以NPN型三极管为例加以说明:
由于三极管的发射结记得是正向电压,发射结的PN结会消失,这时,发射区的电子会在电场里的作用下向基区扩散,形成发射极电流,进入基区的电子,会分成两部分,已稍部分和基极流入的正电荷中和,形成基极电流;三极管虽然是三层结构,但是在制造是,将基区做得很薄,一般是几微米,这样进入基区的电子,在电场里的作用下,会很快到达集电结基区一侧(如果基区太厚的话,电子在到达集电结是会损失很大,就失去了放大作用)由于集电结上加的是反向电压,PN结的区域变厚,电场增强,那样,电子就会在电场里的作用下从基区漂移进入集电区形成集电极电流。当基极电流有一个很小的变化时,集电极电流有一个很大的变化。这就是三极管的放大机理。我们可以看出,三极管放大的是电流的变化量,并不是电流本身被放大。
如果基极电流用Ib来表示集电极电流用IC,变化量分别是:⊿Ib和⊿IC,那三极管的电流放大倍数
β=⊿IC/⊿Ib
只要控制了基极电流,那集电极电流就能得到控制,所以三极管是电流控制器件。在作近似计算时也有
β≈IC/Ib
IC=βIb
对npn型三个电极之间的电流关系是
IE =IC+IB=βIB+IB=(1+β)IB
管的共射特性曲线不同的基极电流决定不同的曲线如图所示当IB为0时,发射极与集电极之间有两个背靠背得P
N结,发射极与集电极之间几乎没有电流,所以不通,
这种状态叫截至状态。从图中还可以看出,当基极电流一定是,随着集电极与发射极之间的电压增加,开始时,
集电极电流变化很大,当电压增加到一定的值以后,随着电压的增加,电流变化不大,把途中拐弯的点连起来的曲线将电流变化分成两个区,随电压的增加,电流变化加大的区域叫饱和区,电流变化比较平直的区域叫放大区。所以,特性曲线图总共有三个区分别是,饱和区,放大区和截止区。在放大电路中,三极管就工作在放大区。模拟电路中,三极管都工作在放大区,数字电路中,三极管工作在饱和区或者截止区,这点以后在讲。
三极管的主要参数
(1)电流放大倍数,β=⊿IC/⊿Ib
β≈IC/Ib
(2)极间反向电流:
IE=0集电极与基极之间的反向电流 ICBO
IB=0集电极与发射极之间的反向饱和电流 ICEO
又叫穿透电流
(3)极限参数
最大集电极电流ICM
集电极最大允许功耗PCM
二 场效应三极管 (2学时)
结型场效应三极管结构:它是在一个N(或者P)型半导体两侧扩散上P(或者N)型半导体,这样两次就有两个PN结,两侧的电极叫栅极(用G来表示),中间部分是电流通过的通道,叫导电沟道,如果这一部分是N型的叫N沟道场效应管,如果是P型叫P沟道场效应管,沟道的两端一端叫源极(用S来表示),一端叫漏极(用D来表示),和三极管不同的是这两个极可以互换。
工作原理:当两侧的PN结加反向电压是,区域会向中间扩展,使导电沟道变窄,电流变小,反之,则变宽,电流变大。这样只要控制栅极电压,即可控制输出电流。所以场效应管是电压控制器件。
输出特性曲线。与三极管类似三个区,饱和区,可变电阻区和击穿区.
4、主要参数,1)夹断电压 Vp
2)饱和漏电流IDSS VGS=0时的 IDS
3)最大漏源电压BVDS 雪崩击穿时VDS
4)最大栅源电压BVGS 栅源电流急剧增加的电压
5)直流输入电阻RGS DS 之间短路是漏源极之间的电阻
(二)MOS刑场效应管(绝缘栅型场效应管)效应三极管
1.结构:它是由三层完全不同的材料制成的,一个金属层中间有一个绝缘氧化层,氧化层下面是一层半导体层,所以叫绝缘栅型场效应管。半导体层是电流通路叫沟道,如果半导体层是P型的叫P沟道,如果是N型的叫N沟道场效应管。金属层做一个电极,叫栅极G,半导体两端各做一个电极,一端是源极S,一端是漏极D.如果原来半导体层中没有可自由移动的电荷,在栅极电压为0时,漏源极之间加上电压以后没有电流,这种类型的器件叫增强型;如果原来半导体层中就注入有可自由移动的电荷,即使栅极电压为0时,没有感应电荷,漏源极之间加上电压以后就有电流,这种类型的器件叫耗尽型,所以这种管子共有四种类型:N沟道增强型MOS场效应管N沟道耗尽型MOS场效应管,P沟道增强型MOS场效应管,P沟道耗型MOS场效应管
2.工作原理:半导体要导电,内部必须有自由电子,果半导体中的自由电子很少,或者没有自由电子,那我们给氧化层两侧加上电压,就像电容一样,在氧化层两侧带上了感应电荷,这种电荷在半导体中就是可自由移动的,这样就可使半导体导电。通过控制这个电压,就可控制半导体层中感应电荷的多少,从而达到控制半导体层中电流大小的目的。所以MOS场效应管也是电压控制器件。
3.输出特性曲线。与栅极管类似三个区,放大区,可变电阻区和击穿区.
4、主要参数,
1)夹断电压Up:对耗尽型管子,加上UDS就有电流IDS,当IDS=0时的UGS就是夹断电压。
2)开启电压UT:对增强型管子,半导体中没有到点电荷,加上UDS后IDS=0,要让漏源之间有电流,就必须有足够的感应电荷才行,是漏源之间有电流流过的栅源电压UGS就是开启电压
3)饱和漏电流IDSS:对耗尽型,当UGS=0时,加一定的UDS 漏极电流ID的值.
4)直流输入电阻RGS UDS 一定是漏源极之间的直流电阻.
5)夸导 漏极电流变化量ΔID与栅源电压变化量ΔUGS之比
(三)使用注意事项:
注意偏值电压的极性
MOS管的栅极不能开路不能用万用表测管脚极性输入电阻极高的地方注意防潮
第二章 放大电路的基本原理(12学时)
1.放大的概念 (0.5学时)能对微弱的信号进行放大,这样的电路叫放大电路,向收音机,扩音机,无线电设备等。根据电路的结构分为单极放大和多级放大,因为单极放大电路一般工作在小信号状态下,所以又叫小信号放大电路;根据元器件的接法,又可分为共发射及,共基极和共集电极放大电路。
2.放大电路的参数:1)直流参数
IB IC UCE
2)交流参数
电压放大倍数Av
输入电组 ri
输入电组 ro
3.放大电路的小信号模型:
第一节 单管共射放大电路 (1学时)
组成:由一个三极管、电阻RB,RC 和电源 UCC电容C1C2
个元件的作用:Ucc是给放大电路提供能量和工作环境。
RB是基极偏值电阻,给三极管提供工作在放大状态下得的工作电流。
Rc是将电流放大转换为电压放大输出。又叫负载电阻
C1C2起隔断直流传递交流的作用。
三极管是放大电路的核心,起电流放大作用。
工作原理
UB是基极电位Ube=UB当有号u=Umsinωt加入时,
Ube=Ub=UB+u
这时 IB=Ube/rbe
其中热rbe是b极与e极之间的电阻
rbe=300+(1+β)26/IE
IE的单位是mA
Ic=βIB
uc=Ucc-IcRc
ui↑→Ube↑→IB↑→Ic↑→uc↓
所以,输入和输出反相,这种电路又叫反向器
(3)放大电路的基本分析方法(3学时)
1.直流通路和交流通路直流通路就是只考虑直流电的路径,不考虑交流电的通路.
方法是去掉电容所在支路后的电路。
交流通路就是只考虑交流电的路径,不考虑直流电的通路方法是去掉电源和电容短路后的电路。
2.静态工作点及其估算
IB=(Ucc-Ube)/RB
IC=βIB
UCE= Ucc- IC RC
当Ucc>>Ube时 IB≈Ucc/RB
3.图解法以UCE= Ucc- IC RC为方程在输出伏安曲线上画直线找直线的中点为工作点。
4.微变等效电路法
又叫小信号模型,即将三极管作等效变换。
(4)电路主要技术指标 (0.5学时)
也就是交流参数
电压放大倍数Av Av=Uo/Ui
输入电组 ri ri =Ui/Ii
输入电组 ro ro=Uo/Io
RB rbe Rc RL
IRB βIB
计算交流参数是,首先要画交流通路,在对交流通路进行等效变换,再将三极管变化成小信号模型。这样电路就变成了普通的串并联电路,就可以用传统的串并联知识计算了。
Ui=Ibrbe
IRB= Ui/RB= Ibrbe/RB
Ii=Ib+ IRB=Ib+ Ibrbe/RB
ri=Ui/Ii= RBrbe/( RB+rbe)
Uo=IoRc=βIbRc
ro=Rc
Av=Uo/Ui=βIbRc/ Ibrbe=βRc/ rbe
(5)、工作点稳定问题 (1学时)
温度对静态天工作点的影响
由于半导体具有热敏性,三极管中有电流流过时三极管会发热,发热IB增加,近而视IC增加,这会使工作点漂移,破坏放大电路的稳定性,要稳定需对电路进行优化,使电路具有自我调节功能,
典型的静态工作点稳定电路
分压式如图常用的方法是,分压式偏置电路.
1.稳定过程如下:
T↑→IB↑→Ic↑→IE↑→UE↑→UBE→IB↓
2.静态分析:
因为一般IB很小,IRB1≈IRB2
RB1和RB2是串联,UB=Ucc/( RB1+RB2)
IE=(UB-Ube)/RE
IB≈IE /β
Ic≈IE
UCE=Ucc- IE(RE+RC)
RE起自我调节功能,CE是通交流的作用,减小对放大倍数的影响。
3.交流通路
4.动态分析:
RB =RB1‖RB2
ri= RB‖rbe
ro=Rc
Ui=Ibrbe
Uo=IoRc=βIbRc
Av=Uo/Ui=βIbRc/ Ibrbe=βRc/ rbe
6、放大电路三种基本组态(2学时)
共集电路(又叫射极输出器)
1.电路如图
2.静态分析
Ucc=IBRB+UBE+IERE
=IBRB+UBE+(1+β)IBRE
IB= (Ucc- UBE)/[RB+(1+β)RE]
≈Ucc/[RB+(1+β)RE]
Ic= IβB
UCE=Ucc-(1+β)IBRE
动态分析
RL′=RE‖RL
Ui=Ibrbe+(1+βIb)RL′=Ib[rbe+(1+β)RL′]
Uo=(1+β) Ib RL′
Av= Uo/ Ui=(1+β) Ib RL′/Ib[rbe+(1+β)RL′]
= (1+β) RL′/[rbe+(1+β)RL′]
电压放大倍数小于1但接近1
ri′= Ui/Ib= rbe+(1+β)RL′
ri=RB‖ri′= RB [ rbe+(1+β)RL′]/ [RB + rbe+(1+β)RL′]
RB [ (1+β)RL′]/ [RB + (1+β)RL′]
I=Ie+Ib+Ic= Ie+(1+β)Ib = U/RE+(1+β)U/(rbe+Rs‖RB)
=I/U= 1/RE+(1+β)/(rbe+Rs‖RB)
=[rbe+Rs‖RB+ (1+β) RE]/ RE(rbe+Rs′) 其中Rs′= Rs‖RB
≈[rbe+Rs′ + (1+β) RE]/
输入电阻很大
ro =1/ Go= RE(rbe+Rs′)/ [rbe+Rs′ + (1+β) RE]
即 ro= RE‖(rbe+Rs′)/(1+β)
输出电阻很小共集电极放大电路的特点是1,电压放大倍数小于1但接近1
2输入电阻很大.
3,输出电阻很小
(2)共基电路
(3)三种组态比较
7、场效应管放大电路(2学时)
(1)场效应管特点
(2)共源放大电路
(3)分压自偏式共源电路
(4)共漏电路
8、多级放大电路(2学时)
(1)多级电路的耦合方式
(2)多极电路放大倍数和输入、输出电阻
重点难点:
1、放大电路中的基本概念,放大的本质,静态和动态直流 通路和交流通路,负载线,工作点,非线性失真,放大倍数,输入电 阻,输出电阻。
2、放大电路两基本分析方法----微变等效电路法和图解法
教学要求:
⑴、熟练掌握用微变等效电路法分析放大电路Av,Ri和Ro,掌握Rbe估算公式。 正确理解用图解法分析放大电路静态和动态工作 情况。
⑵、掌握放大电路三种基本组态工作工作原理和特点
⑶、正确理解温度变化对三极管参数的影响,掌握分压式工 作点稳定电路工作原理和计算方法。
⑷、掌握由场效应管组成的共源和共漏放大电路工作原理及 用微变等效电路法,分析Av,Ri和Ro,了解与双极型三这相比的特点。
⑸、掌握直接耦合多级放大电路工作原理,Av计算,正确理 解零点漂移,一般了解阻容和变压器耦合方式特点。
第三章 放大电路的频率响应 (6学时)
1、频率响应的一般概念(2学时)
(1)幅频特性和相频特性
(2)下限频率,上限频率和通频带
(3)频率失真
(4)波特图
2、三极管的频率参数(1学时)
(1)共射截止频率
(2)特征频率
(3)共基截止频率
3、单管共射电路频率响应2学时)
(1)混合π等效电路
(2)阻容耦合共射频率响应
(3)直接耦合共射频率响应
4、多级放大电路频率响应(1学时)
(1)多级电路的幅频和相频特性
(2)多级电路的了限和下限频率
重点难点:
1、放大电路频率响应的概念及成因
2、放大电路频率响应的定量分析,波特图的意义和画法
教学要求:
掌握频率响应的概念以及含一个时间常数单管共射电路fl、fh估算方法,正确理解波特图的意义和画法。了解三极管频率参数的含义及频率失真、增益带宽积的含义。
第四章 集成运算放大电路(6学时)
1、集成放大电路的特点(0.5学时)
2、集成运放的基本组成(2学时)
(1)偏置电路
(2)差分放大输入级
(3)中间级
(4)输出级
3、集成运放的典型电路F007原理
4、集成运放主要技术指标(3、4共0.5学时)
5、理想运放(2学时)
(1)理想运放主要技术指标
(2)工作在线性区的特点
(3)工作在非线性区的特点
6、各类集成运放性能特点(1学时)
7、集成运放使用中的几个具问题
(1)参数测试
(2)使用中可能出现的异常现象
(3)保护措施
重点难点:
1、集成放大电路有别发立元件电路的特殊电路,如偏置电路,差分输入有源负载,互补输出等的分析计算。
2、理想运放及其两种的工作状态
教学要求:掌握差分放大电路工作原理及四种不同输入输出方式 的特点,掌握差模放大倍数,差模输入电阻和输出电阻的概念以及估 算方法,掌握集成运放主要技术指标含义,掌握理想运放概念,正确 理解“虚短”“虚断”的含义,正确理解不同类型集成运放特点,了解运放使用中的具体问题,了解集成运放电路特点,各基本组成部分 作用,了解典型电路原理。
第五章 放大电路中的反馈(8学时)
1、反馈的基本概念(2学时)
(1)反馈概念的建立
(2)反馈的分类
(3)负反馈四种组态
(4)反馈的一般表达式
2、负反馈对放大电路性能的影响(2学时)
(1)提高放大稳定性
(2)减小非线性失真抑制干扰
(3)展宽频带
(4)改变输入、输出电阻
3、负反馈放大电路的分析估算(2学时)
(1)利用关系式 估算闭环电压放大倍数
(2)利用关系式 估算闭环电压放大倍数
4、负反馈放大电路的自激振荡(2学时)
(1)产生自激振荡的原因
(2)常用的校正措施
本章重点难点:四种组态的交流负反馈及其改善电路性能的作用,深度负反馈的估算
教学要求:
1、掌握反馈的概念和类型,会判断反馈的存在和类型,正确理解的含义
2、掌握负反馈对放大电路性能的影响,正确理解如何根据需要引入适当的反馈
3、掌握深度负反馈闭环电压放大倍数估算方法
4、正确理解负反馈电路产生自激的条件,了解常用的消除自激的校正措施
第六章 模拟信号运算电路(4学时)
1、比例运算电路(2学时)
(1)反相比例运算电路
(2)同相比例运算电路
(3)差分比例运算电路
(4)比例电路应用实例
2、求和电路(2学时)
(1)反相输入求和电路
(2)同相输入求和电路
(3)积分和微分电路
①积分电路 *②微分电路
*4、对数和指数电路
(1)对数电路
(2)指数电路
*5、乘法和除法电路
(1)由对数指数电路组成的乘除电路
(2)模拟乘法器
本章重点难点:比例,求和和积分运算电路工作原理
教学要求:掌握比例、求和及积分三种基本运算电路的工作原理 和输入输出关系,了解微分、对数、指数电路以及模拟乘法器原理和 用途
第七章 信号处理电路 (2学时)
1、有源滤波器(0.5学时)
(1)滤波电路的作用和分类
(2)低通滤波器(LPF)
(3)变通滤波器(HPF)
(4)带通滤波器(BPF)
(5)带阻滤波器(B F)
2、电压比较器(1.5学时)
(1)过零比较器
(2)单限比较器
(3)滞回比较器
(4)双限比较器
本章重点难点:各种电压比较器电路,四类滤波器特点、功能
教学要求:掌握各种电压比较器工作原理的传输特性,正确理解二阶低通滤波器原理及对数幅频特性,了解其它滤波器特点及原理。
第八章 波形发生电路(6学时)
1、正弦波振荡电路的分析方法(1学时)
(1)产生正弦振荡的条件
(2)正弦振荡电路组成和分析步骤
2、RC正弦振荡电路(2学时)
(1)RC串并网络振荡电路
(2)其它形式RC振荡电路
3、LC正弦振荡电路(2学时)
(1)LC 磁电路的特性
(2)变压器反馈式振荡电路
(3)电感三点式振荡电路
(4)电容三点式振荡电路
(5)电容三点式改进型振荡电路
4、石英晶体振荡器(0.5学时)
(1)石英晶体的基本特性和等效电路
(2)石英晶体振荡电路
5、非正弦波发生电路(0.5学时)
(1)矩形波发生电路
(2)三角波发生电路
(3)锯齿波发生电路
重点难点:正弦振荡产生条件,RC串并网络振荡电路组成,工作 原理分析及估算,典型的LC正弦振荡电路工作原理分析及估算。
教学要求:掌握正弦振荡产生条件,掌握RC串并网络振荡电路工 作原理,振荡频率,起振条件,正确理解典型LC正弦振荡电路工作原 理及振荡频率估算,正确理解非正弦波发生电路工作原理,了解石英 晶振电路特点及工作原理。
第九章 功率放大电路(3学时)
1、功率放大电路的特点(0.5学时)
2、互补对称式功率放大电路(2学时)
(1)OTL功放电路
(2)OCL功放电路
3、实际功放电路
4、集成功率放大器(3、4共0.5学时)
重点难点:OTL、OCL互补对称式功放电路分析和估算
教学要求:掌握OTL、OCL互补对称功放电路工作原理,最大输出 功率和效率的估算,熟悉功放电路非线性失真概念,了解对功放电路 一般要求及集成功放特点。
第十章 直流电源( 10学时)
1、直流电源的组成
2、单个整流电路(1、2共2学时)
(1)单相半波整流电路
(2)单相全波整流电路
(3)单相桥式整流电路
(4)整流电路主要参数
3、滤波电路 (1.5学时)
(1)电容滤波电路
(2)RCπ型滤波电路
(3)电感滤波电路和LC滤波电路
(4)LCπ型滤波电路
4、倍压整流电路(0.5学时)
(1)二倍压整流电路
(2)多倍压整流电路
5、硅稳压管稳压电路(2学时)
(1)主要指标
(2)稳压管特性
(3)稳压电路
6、串联型稳压电路(2学时)
(1)电路组成和工作原理
(2)输出电压调节范围
(3)调整管选择
(4)过载保护
7、集成稳压器(1学时)
(1)组成
(2)参数
(3)应用
8、开关型稳压电路(1学时)
(1)特点和分类
(2)组成和工作原理
重点难点:单相桥式整流电路,电容滤波电路,硅稳压管和串联 型稳压电路
教学要求:掌握单相桥式整流电路工作原理,输出与输入关系,掌握电容滤波电路特点,电容C的选择,输出电压估算,掌握硅稳压 管稳压电路工作原理,参数的估算,限流电阻,选择原则,掌握串联 型稳压电路组成工作原理,输出估算,正确理解三分离集成成稳压器 优点、组成、使用方法,正确硎 压电路特点和工作原理。
,电子线路基础,(数字部分)(63学时)
第一章、逻辑代数基础(10学时)
0、概述(0.5课时)
(1)逻辑代数
(2)二进制表示法
(3)二进制代码
1、基本概念、公式和定理(1.5课时)
(1)基本和常用逻辑运算
(2)公式和定理
2、逻辑函数的化简方法
(1)标准式和最简式
(2)公式化简法
(3)图形化简法
(4)具有约束的函数的化简
3、逻辑函数的表示方法及其相互转换(4课时)
(1)几种表示方法
(2)几种表示法的相互转换
重点难点:逻辑代数的公式、定理及应用
逻辑函数各种表示方法及其相互转换
逻辑函数的化简(包括具有约束的函数)
教学要求:掌握逻辑函数四种表示方法,能熟练地相互转换,会根据输入画输出波形;
掌握逻辑函数两种仪器方法,正确理解约束条件,并能在化简中熟练运用。
第二章、门电路 (10学时)
0、概述半导体二极管、三极管和MOS管开关特性(3课时)
(1)理想开关的开关特性
(2)半导体二极管开关特性
(3)半导体三极管开关特性
(4)MOS管开关特性
2、分立元件门电路(2课时)
(1)二极管与门,或门
3、CMOS门电路(3课时)
(1)CMOS反相器
(2)CMOS与非门、或非门、与门和或门
(3)COMS与或非门和异或门
(4)COMS传输门、三志门、漏极开路门
(5)COMS电路产品主要特点,使用应注意问题
4、TTL集成门电路(2课时)
(1)TTL反相器
(2)TTL与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门
(3)TTL集电极开路门和三志门
(4)TTL集成电路和其他双极型集成电路
重点难点:
1、各种TTL门电路符号,功能及其描述方法
2、TTL门电路外特性含义及其在电路连接中的应用
3、CMOS门电路结构特点及应用注意事项
教学要求:
1、掌握常见TTL门电路及CMOS门电路符号,结构特点,功能及其表示方法
2、掌握TTL门电路外特性,会利用外特性解决电路连接问题
3、了解各种门电路各自性能特点
第三章 组合逻辑电路(12学时)
组合电路的基本分析方法和设计方法(1课时)
(1)基本分析方法
(2)基本设计方法加法器和数据比较法(2课时)
(1)加法器
(2)数据比较法
3、编码器和数值比较器(2课时)
(1)编码器
(2)译码器
4、数据选择器和分配器(2课时)
(1)数据选择器
(2)数据加法器
5、用中规模集成电路实现组合逻辑函数(2课时)
(1)用数据选择器实现组合逻辑函数
(2)用译码器实现组合逻辑函数
6、只读存储器(ROM)(2课时)
(1)ROM结构及工作原理
(2)ROM 应用举例及扩展
7、组合电路中的竞争冒险(1课时)
(1)竞争冒险概念及成因
(2)消除竞争冒险的方法
重点难点:组合电路分析方法,组合电路设计方法
常用组合电路部件功能和应用
教学要求:掌握组合电路分析方法,能熟练地对给定电路进行分析,并能用各种表示方法表达其功能
掌握组合电路设计的一般步骤,能根据要求设计简单组合电路
掌握常用组合电路部件功能,会用译码器数据选择器ROM,PLA实现所需画数
正确理解组合电路中竞争冒险产生原因,了解消除险 象的常用方法
第四章 触发器(8课时)
1、基本触发器
(1)用与非门组成的基本触发器(1课时)
(2)用或非门组成的基本触发器
(3)集成基本触发器
2、同步触发器(1课时)
(1)同步RS触发器
(2)同步D触发器
3、主从触发器(1课时)
(1)主从RS触发器
(2)主从JK触发器
4、边沿触发器(1课时)
(1)边沿D触发器
(2)边沿JN触发器
5、时钟触发器的功能分类及转换(1课时)
(1)功能分类
(2)不同类型见得 转换
6、触发器逻辑功能表示方法及转换(2课时)
(1)功能表示方法
(2)各种表示法间的转换
7、触发器的电器特性(1课时)
(1)静态特性
(2)动态特性
重点难点:触发器基本特性和按逻辑功能的分类
触发器不同结构及其动作特点
触发器向的转换方法
教学要求:掌握触发器的基本特点,不同功能触发器状态变换规 律,熟知各种功能描述方法。正确理解不同结构的不同动作特点,会 根据输入波形画出输出波形,知道常见的几种用D,JK触发器转换成其 它功能触发器的方法
第 五章、时序逻辑电路(10学时)
时序电路的基本分析和设计方法(2课时)
基本分析方法基本设计方法
2、计数器(4课时)
(1)特点和分类
(2)二进制计数器
(3)十进制计数器
(4)N进制计数器
3、寄存器和读/写存储器(3课时)
(1)寄存器的主要特点和分类
(2)基本寄存器
(3)移位寄存器
(4)移位寄存器型计数器
(5)读/写存储器
4、顺序脉冲发生器(1课时)
(1)一般步骤
(2)设计举例
重点难点:掌握时序电路的特点和分析方法,能熟练地根据给定 电路,用各种方法分析电路功能,画出状态出表和状态图时序图。掌 握时序电路设计和一般步骤,会根据要求设计简单的时序电路。熟知 计数器、寄存器、移位寄存器等常见时序电路功能特点,会用集成计 数器构成任意进制计数器
第六章、脉冲产生、整形电路(6学时)
1、多谐振荡器(2课时)
(1)用555定时器构成的多谐振荡器
(2)石英晶体多谐振荡器
(3)应用举例
2、施密特触发器(2课时)
(1)用555定时器构成的施密特触发器
(2)集成施密特触发器
(3)应用举例
3、单稳态触发器(2课时)
(1)用 555定时器构成的单稳态触发器
(2)集成单稳态触发器
(3)应用举例
重点难点:多谐振荡器施密特触器,单稳态触发器,主要特点,典型电路及其应用教学要求:掌握RC环形振荡器构成,工作原理,会画各点波形,会估算振荡频率,正确理 解施密特触发器及单稳态触发器工作原理和特点,了解主要用途,会画典型电路波形,了解单稳输出脉宽决定因素,会估算脉宽大小,正确理解555 集成负时器工作原理
第七章、数模、模数转换电路(6课时)
1、D/A转换器(2课时)
(1)D/A转换基本
(1)D/A转换基本主要参数
2、A/D转换器(4课时)
(1)A/D转换的一般步骤和取样定理
(2)取样保持电路
(3)逐次渐近A/D转换器
(4)双积分型A/D转换器
(5)并联比较型A/D转换器
(6)转换精度和转换速度
重点难点:D/A转换和A/D转换的和般步骤,主要指标典型电路工作原理教学要求:正确理解D/A转换和A/D转换基本原理,会估算权电阻型和T型电阻型D/A转换输出模拟电 压值,了解两种典型A/D转换电路工作原理
四、实验内容(42学时)
1、常用电子一起使用练习
2、单级共射放大电路
3、差分放大电路负
4、负反馈放大电路
5、基本运算电路
6、波形产生电路
7、TTL逻辑门电路
8、数字学习机及TTL与非门常见逻辑门
9、用SSI构成的组合电路
10、用MSI构成的组合电路
11、集成触发器
12、用SSI构成的时序电路
13、用MSI构成的时序电路
14、555集成定时器
五、教学方法及建议