电工学电子技术下册电工学电子技术下册期末总复习 第一篇 电子器件与电子电路基础本篇的主要内容半导体材料本征半导体P型、N型半导体 PN结半导体二极管半导体二极管 （一个PN结）二极管的外特性、主要电参数二极管电路组成及电路分析第一章 半导体二极管及电路分析结构，导电机理外特性，主要电参数放大电路、开关电路组成及其电路分析 晶体三极管（二个PN结） CCCS场效应管（电场控制器件）VCCS结构，导电机理外特性，主要电参数放大电路、开关电路组成及其电路分析1.1.1 半导体二极管的结构、特性与参数一、二极管的结构与类型二极管由一个PN结，加相应的电极引线和管壳封装而成。电路符号（P）（N）空心三角形箭头表示实际电流方向： 电流从P流向N。本征半导体的电特性 硅单晶体的原子结构排列的非常整齐； 每个原子外层的四个电子与相邻四周的原子外层电子形成稳定的共价键结构； 绝对零度时，价电子无法争脱本身原子核束缚，此时本征半导体呈现绝缘体特性；在室温下，本征半导体非常容易受热激发产生电子空穴对；这时的载流子浓度称本征浓度，本征浓度随温度的上升而增大，所以本征载流子浓度是温度的函数。二二 极极 管管杂质半导体杂质半导体N N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电（主要载流子为电子，电子半导体）子半导体）P P型半导体型半导体（主要载流子为空穴，空（主要载流子为空穴，空穴半导体）穴半导体）扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。伏安特性伏安特性UI导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小， A级）级） 稳压二极管稳压二极管IZmax+-稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作当稳压二极管工作在反向击穿状态下在反向击穿状态下,当工作电流当工作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间时之间时,其两端电压近似为其两端电压近似为常数常数正向同正向同二极管二极管稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途：二极管的用途： 1. 1.整流：将正弦交流信号变为单向信号整流：将正弦交流信号变为单向信号整流：将正弦交流信号变为单向信号整流：将正弦交流信号变为单向信号 2. 2.检波：将周期非正弦信号变为单向信号检波：将周期非正弦信号变为单向信号检波：将周期非正弦信号变为单向信号检波：将周期非正弦信号变为单向信号 3. 3.钳位：二极管一端与钳位：二极管一端与钳位：二极管一端与钳位：二极管一端与固定电位固定电位固定电位固定电位相连接，另一端相连接，另一端相连接，另一端相连接，另一端 不高于（低于）该不高于（低于）该不高于（低于）该不高于（低于）该电位。电位。电位。电位。 不同方向钳位构成限幅电路不同方向钳位构成限幅电路不同方向钳位构成限幅电路不同方向钳位构成限幅电路 4. 4.开关：用于数字电路开关：用于数字电路开关：用于数字电路开关：用于数字电路 5. 5.元件保护：二极管反向并联，限制其端电压元件保护：二极管反向并联，限制其端电压元件保护：二极管反向并联，限制其端电压元件保护：二极管反向并联，限制其端电压 6. 6.温度补偿：利用半导体的温度特性温度补偿：利用半导体的温度特性温度补偿：利用半导体的温度特性温度补偿：利用半导体的温度特性三极管特性曲线三极管特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBUSCUSB 实验线路实验线路(共发射极接法共发射极接法)CBERC输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB , 且且 IC = IB 。此区域此区域称为线称为线性放大区。性放大区。此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。此区域中此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区截止区 UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 输出回路方程输出特性曲线 双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源CCCS() 电压控制电流源VCCS(gm) 双极型三极管 场效应三极管噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成第2篇数字电路和系统令开关闭合和灯亮为逻辑“1”，开关断开和灯暗为逻辑“0”时，有如表所示的真值表。1.“与”逻辑关系及运算 决定结果成立的所有条件都具备时，结果才成立，这种条件与结果之间的关系称为“与”逻辑。以二只串联开关控制一只电灯为例，只有当二只开关都闭合时，电灯才亮。ABL000010100111该“与”逻辑关系也可写成逻辑表达式形式。“与”逻辑关系用“与”门逻辑符号表示：从逻辑运算上，是逻辑乘关系，00=0，0 1=0，1 0=0，1 1=1这种关系在日常生活中也是非常普遍的。以二只并联开关控制一只电灯为例，当其中一只开关闭合时，电灯就亮。令开关闭合和灯亮为逻辑“1”，开关断开和灯暗为逻辑“0”时，有如表所示的真值表。ABL2202.“或”逻辑关系及运算决定结果成立的所有条件只要有一个具备时，结果就成立，这种条件与结果之间的关系称为“或”逻辑。ABL000011101111逻辑关系式为：逻辑运算为逻辑加：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1逻辑符号如下：真值表条件 A结果 L 0 1 1 0逻辑式为：是求反运算逻辑符号如下：3.“非”逻辑关系及运算条件具备时，结果不成立，条件不具备时结果成立，这种条件与结果之间的关系称为“非”逻辑真值表二个条件相同时，结果不成立，二个条件相异时，结果成立。 条件A B 结果 L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0函数式逻辑符号4.复杂和复合逻辑关系（1）异或逻辑关系二个条件相同时，结果成立，二个条件相异时，结果不成立。 条件A B 结果 L 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1函数式逻辑符号（2）同或逻辑关系（3）复合逻辑关系它由“与”、“或”、“非”三种基本逻辑关系组合而成。其中后四个定律可以用前四个进行证明成立，也可用真值表证明等式成立。分配律荻魔根定律令开关合上为“1”，不合为“0”，灯亮为“1”，暗为“0”时真值表ABCLABCL00001000001010110100110001111111（2）函数表达式表示（1）真值表表示（3）逻辑图和波形图表示（4）卡诺图2.逻辑函数的标准“与或”表达式三开关控制一只电灯的逻辑问题的三种表达式例2. 卡诺图化简结果为:画出四变量卡诺图3.包围“1”格得原函数，包围“0”格得反函数，经二次求反后分别可用“与非”逻辑和“或非”逻辑实现。 卡诺图化简时的一般原则和规律：1.只能对 个相邻方格实施包围，包围圈越大，式子越简；2.小方格可以重复包围，但每一包围必须含有一个未被包围过的方格，否则多余； 本章讨论的是实现各种功能逻辑功能的具体电子电路。如实现“与”逻辑功能的具体电路，“或非”逻辑功能的具体电路等等。由于“与”、“或”、“非”、“与非”、“或非”、“与或非”等逻辑功能已经了解。所以，我们只介绍两种主要的电路类型和结构。即电路的基本类型 、结构、定性的工作原理、电路的外特性、以及使用时的注意事项等。第二章 集成逻辑门电路五、TTL其它逻辑门电路 或非门、集电极开路与非门（OC）、 三态输出门（TS）等1.TTL或非门2.TTL集电极开路与非门（OC门）L1L2OC门的线与连接OC门电路符号3.TTL三态输出门使能控制端三态门使能，即D1、D2截止，A和L实现了反相输出， ； =1，在A=0或1这两种情况下，注意：三态输出门的电路符号有多种：数据A输出L11110001高阻态001LA三态门的应用信号双向传输总线结构2.2.3 各类门电路应用时的注意事项一、多余输入端的处理（1）对于与非门电路：把多余输入端接正电源或者与有用端并联使用；（2）对于或非门电路：把多余输入端接地或与有用端并联使用，通过电阻接地时，对TTL这只串联电阻阻值只能在500欧姆以下；特别注意：不能把多余输入端悬空。对TTL电路，悬空虽相当于高电平，但易引入干扰；对CMOS电路，悬空低电位，使相应管子截止，破坏了逻辑关系，也会引入干扰。 组合逻辑电路的特点是：在任何时刻的输出状态（结果），只决定于该时刻的输入取值。一旦输入取值确定后，输出结果就可以明确确定。它的电路框图如图所示：第3章 组合逻辑电路逻逻辑辑电电路路组合逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路现时的输出仅取现时的输出仅取决于现时的输入决于现时的输入除与现时输入有除与现时输入有关外还与原状态关外还与原状态 有关有关 3.1 3.1 概述概述1.由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式。由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式。分析步骤：分析步骤：2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。行化简。3.列出输入输出状态表并得出结论。列出输入输出状态表并得出结论。电路电路 结构结构输入输出之间输入输出之间的逻辑关系的逻辑关系组合逻辑电路分析组合逻辑电路分析例：分析下图的逻辑功能。例：分析下图的逻辑功能。 &ABF任务任务要求要求最简单的最简单的逻辑电路逻辑电路1.指定实际问题的逻辑含义，列出真值指定实际问题的逻辑含义，列出真值表，进而写出逻辑表达式。表，进而写出逻辑表达式。2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。行化简。3.列出输入输出状态表并画出逻辑电路列出输入输出状态表并画出逻辑电路图。图。分析步骤：分析步骤： 组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计例：设计三人表决电路（例：设计三人表决电路（A、B、C）。）。每人每人一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。一个按键，如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。否则不亮。1.首先指明逻辑符号取首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义的含义。三个按键三个按键A、B、C按下时为按下时为“1”，不按时为，不按时为“0”。输出量为。输出量为 F，多数赞成时是多数赞成时是“1”，否，否则是则是“0”。2.根据题意列出逻辑状态表根据题意列出逻辑状态表。逻辑状态表逻辑状态表3.画出卡诺图：画出卡诺图：用卡诺图化简用卡诺图化简ABC0001111001ABACBC4.根据逻辑表达式画出逻辑图。根据逻辑表达式画出逻辑图。& 1&AB BCF&ABCF若用与非门实现若用与非门实现第四章 集成触发器和时序逻辑电路 时序逻辑电路的工作特点与组合逻辑电路不同，时序电路某时刻的输出状态不但与该时刻的输入取值有关，还与前一时刻的输出状态有关。因此，必须把前一时刻的输出记忆下来。为此，增加了电路的复杂性。下面是时序电路的基本框图,它由组合电路和记忆电路（触发器）两部分组成。第四章 集成触发器第四章 集成触发器 式中X是电路输入，Z是电路输出，Qn记忆电路的初态，Qn+1是记忆电路的次态。显然，除X以外，其它量都与时钟CP有关，说明电路需要一个时钟脉冲信号来触发或协调工作。触发器部分小结电路结构：基本RS、电平触发、边沿触发（主从触发器）等，可从CP脉冲引入端的符号加以区别。与非门组成的基本RS触发器高电平触发RS触发器低电平触发RS触发器第四章 集成触发器上升沿触发的D触发器下降沿触发的D触发器上升沿触发JK触发器下降沿触发JK触发器JK端分别有二个与逻辑变量&第四章 集成触发器逻辑功能RS 三种功能：置0，置1，保持，约束RS=0D 二种功能：置0，置1JK 四种功能：置0，置1，保持，翻转（计数） T 二种功能：翻转，保持第四章 集成触发器第四章 集成触发器例：已知CP、D以及 和 的波形，试画出上升沿D和高电平D两种触发器的Q端波形图。第三篇模拟电路和系统第一章 放大电路的动态和频响分析 3.1.1 放大电路的主要性能指标输出信号源放大电路的等效电路图主要技术指标主要技术指标输出信号源(1)增益又称放大倍数，衡量放大电路放大电信号的能力。最常用的是电压增益电压增益：分贝分贝增益常用分贝（dB)作为单位，1分贝1/10贝尔，源于功率增益的对数：当用于电压增益时 ：输出信号源(2)(2)输入电阻输入电阻R Ri i 输入电阻Ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压与输入电流之比。 输入电阻反映了放大电路从信号源所汲取电压的能力。Ri越大，则信号电压损失越小，输入电压越接近信号源电压。输入电阻影响源电压增益情况(3)输出电阻Ro 放大电路负载开路时从输出端看进去的等效电阻。输出电阻Ro的大小，反映了放大电路带负载的能力。Ro越小，则放大电路带负载能力越强，电路输出越接近恒压源输出。3.1.2 半导体三极管和场效应管的低频小信号模型在分析计算放大电路的具体指标时，可用作图方法图解法，也可通过电路模型计算法处理。常用的是通过模型进行计算来求取各种技术指标：器件模型化的基本条件： 放大信号频率在低频范围 器件工作在线性放大区； 器件的动态工作范围在工作点附近的较小一段认为是直线；由于内电压反馈系数很小，常略。而输出电导也很小，输出电阻很大。所以，晶体三极管的低频小信号模型如下：简化模型1简化模型2在应用三极管低频小信号模型时应注意：和rbe可用H参数测试仪测得，而rbe可用公式估算 ：只适用于低频小信号条件下;变化量或交流分量，不允许出现直流量或瞬时量符号;模型中的参数，与Q点有关，不是固定常数;电流源“ib” 方向和大小由ib 决定; 其中，rbb为晶体三极管的基区体电阻，约为100300；VT26mV（室温下，是电压的温度档量）；IEQ为发射极静态电流。 计算动态性能指标（如Av、Ri、Ro）。放大电路分析的一般步骤：二、基本放大电路的动态分析二、基本放大电路的动态分析 求静态工作点，根据Q点计算小信号模型参数，如rbe； 确定交流通路； 画出微变等效电路；3.2.1 集成运算放大器的典型结构及特点 集成运算放大器是通过半导体集成工艺制成的一种高增益直接耦合式多级放大器。 集成运算放大器是非常重要的一种线性集成电路，它的应用十分广泛。它用在模拟信号的运算、放大、检测、变换、处理、信号产生等等场合。差模成分：两个输入信号之差。共模共模成分：两个输入信号平均值平均值。所以可见，差动放大器若在端和端输入信号时，这信号中即包含有差模信号 ，又含有共模信号 。这时，差分放大器的输出电压应包括对差模信号放大后的电压 ，和对共模信号放大后的输出电压 。即有：差模电压放大倍数共模电压放大倍数Avd大Avc小