光電電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用21基礎(chǔ)知識(shí)概述教材

1、2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系1第二章 基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 概述2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系21、頻率與周期頻率：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，常用頻率：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，常用f f或或v v表示，單位為赫茲表示，單位為赫茲(Hz)(Hz)。周期：周期：交變電流完成一次完整的變化所需要的時(shí)間叫做周期，交變電流完成一次完整的變化所需要的時(shí)間叫做周期，常用常用T T表示。周期的單位是秒（表示。周期的單位是秒（s s）, ,也常用毫秒（也常用毫秒（msms）或）或微秒（微秒（usus）做單位。如圖所示為一個(gè)正弦波的周期）做單位。如圖所示為一

2、個(gè)正弦波的周期T T。一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系32、占空比 在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。即高電平所占周期時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比值，如圖所示。 一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系43、增益o反映了放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為信號能量的能力。在放大電路中可分為電壓增益、電流增益、互阻增益、互導(dǎo)增益等。表示相應(yīng)電路參數(shù)的放大倍數(shù),以相應(yīng)的輸出值同相應(yīng)的輸入值的比值的常用對數(shù)表示,單位為分貝(dB)。o如圖所示電壓增益Av=20lg(Vout/V

3、in)Av=20lg(Vout/Vin)。 一、基本概念與原理一、基本概念與原理例例:已知某放大電路的放大倍數(shù)為已知某放大電路的放大倍數(shù)為100倍，倍，請問用分貝表示是多少分貝？請問用分貝表示是多少分貝？2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系54、頻率響應(yīng) 實(shí)際的放大電路中，總是存在一些電抗性電抗性元件，如電容、電感、電子器件的極間電容以及接線電容與接線電感等。因此，放大電路的放大電路的輸出和輸入之間的關(guān)系必然和信號頻率有關(guān)輸出和輸入之間的關(guān)系必然和信號頻率有關(guān)。放大電路的頻率響應(yīng)：放大電路的頻率響應(yīng)：是指在輸入正弦信號情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 (

4、)()()oViVjAjVj&( )( ) VVAA&若考慮電抗性元件的作用和信號角頻率變?nèi)艨紤]電抗性元件的作用和信號角頻率變量，則放大電路的電壓增益可表達(dá)為量，則放大電路的電壓增益可表達(dá)為或或一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系64、頻率響應(yīng)幅頻幅頻響應(yīng)響應(yīng)相頻相頻響應(yīng)響應(yīng)一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系75、帶寬o一般把幅頻響應(yīng)的高、低兩個(gè)半功率點(diǎn)間的頻率差兩個(gè)半功率點(diǎn)間的頻率差定義為放大電路的帶寬。o半功率點(diǎn)是指在輸入信號幅值保持不變條件下，增益下降3dB的頻率點(diǎn)，其輸出功率約等于最高

5、功率的一半。一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系86、鎖相o鎖相環(huán)(PLL: Phase-locked loops)是一種利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步技術(shù)，其作用是將電路輸出的時(shí)鐘與其外部的參考時(shí)鐘保持同步。當(dāng)參考時(shí)鐘的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相環(huán)會(huì)檢測到這種變化，并且通過其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步，這種同步又稱為“鎖相”。一、基本概念與原理一、基本概念與原理2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系9二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹o常用器件主要有電阻、電容、電位器、三極管、二極管、集成電路、發(fā)光器件、光電器件、電

6、源器件等。 2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系101、電阻o導(dǎo)體對電流的阻礙作用就叫該導(dǎo)體的電阻。二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹（1 1）電阻的阻值標(biāo)法）電阻的阻值標(biāo)法- -色環(huán)法，數(shù)字法和數(shù)碼法色環(huán)法，數(shù)字法和數(shù)碼法 色環(huán)法色環(huán)法2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系111、電阻二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹色環(huán)法讀數(shù)：色環(huán)法讀數(shù)：五環(huán)電阻為精密電阻，前五環(huán)電阻為精密電阻，前三環(huán)為數(shù)值，最后一環(huán)還三環(huán)為數(shù)值，最后一環(huán)還是誤差色環(huán)，通常也是金、是誤差色環(huán)，通常也是金、銀和棕三種顏色，金的誤銀和棕三種顏色，金的誤差為差為5%，銀的誤差為，銀的誤差為10%，棕色的誤差為，棕

7、色的誤差為1%，無色的誤差為，無色的誤差為20%，另外偶爾還有以，另外偶爾還有以綠色代筆誤差的，綠色的綠色代筆誤差的，綠色的誤差為誤差為0.5%。精密電阻。精密電阻通常用于軍事，航天等方通常用于軍事，航天等方面。面。 2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系121、電阻數(shù)字法數(shù)字法二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹讀數(shù)方法：讀數(shù)方法：前兩位是基數(shù)，前兩位是基數(shù)，第三位是指數(shù)第三位是指數(shù) 391 10（1 1）電阻的阻值標(biāo)法）電阻的阻值標(biāo)法- -色環(huán)法，數(shù)字法和數(shù)碼法色環(huán)法，數(shù)字法和數(shù)碼法 2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系131、電阻二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹（2 2）電

8、阻的分類）電阻的分類a.a.按阻值特性按阻值特性- - 固定電阻、可調(diào)電阻固定電阻、可調(diào)電阻 不能調(diào)節(jié)的不能調(diào)節(jié)的, ,我們稱之為固定電阻我們稱之為固定電阻, ,而可以調(diào)節(jié)的而可以調(diào)節(jié)的, ,我們我們稱之為可調(diào)電阻稱之為可調(diào)電阻. .常見的例如收音機(jī)音量調(diào)節(jié)的常見的例如收音機(jī)音量調(diào)節(jié)的, ,主要應(yīng)用主要應(yīng)用于電壓分配的于電壓分配的, ,我們稱之為電位器。我們稱之為電位器。b.b.按制造材料按制造材料- - 碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻，捷比碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻，捷比信電阻，薄膜電阻等信電阻，薄膜電阻等. .c.c.按安裝方式按安裝方式- -插件電阻、貼片電阻插件電阻、貼片電阻d.d

9、.按功能分按功能分- -負(fù)載電阻，采樣電阻，分流電阻，保護(hù)電阻等負(fù)載電阻，采樣電阻，分流電阻，保護(hù)電阻等2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系141、電阻二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹（3）電阻的主要參數(shù)）電阻的主要參數(shù)a.a.標(biāo)稱阻值：標(biāo)稱阻值：標(biāo)稱在電阻器上的電阻值稱為標(biāo)稱值標(biāo)稱在電阻器上的電阻值稱為標(biāo)稱值. .單位單位: , k: , k，MM。標(biāo)稱值是根據(jù)國家制定的標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)注的標(biāo)稱值是根據(jù)國家制定的標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)注的, ,不是生產(chǎn)者任意不是生產(chǎn)者任意標(biāo)定的標(biāo)定的. . 不是所有阻值的電阻器都存在不是所有阻值的電阻器都存在. .b.b.允許誤差：允許誤差：電阻器的實(shí)際阻值對于標(biāo)稱

10、值的最大允許偏差范圍稱為允許電阻器的實(shí)際阻值對于標(biāo)稱值的最大允許偏差范圍稱為允許誤差誤差. .誤差代碼誤差代碼:F :F 、 G G 、 J J、 K K （常見的誤差范圍是：（常見的誤差范圍是：0.01%0.01%，0.05%0.05%，0.1%0.1%，0.5%0.5%，0.25%0.25%，1%1%，2%,5% 2%,5% 等）等）2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系151、電阻二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹（3）電阻的主要參數(shù)）電阻的主要參數(shù)c.c.額定功率：額定功率：指在規(guī)定的環(huán)境溫度下指在規(guī)定的環(huán)境溫度下, ,假設(shè)周圍空氣不流通假設(shè)周圍空氣不流通, ,在長期連續(xù)工在長期

11、連續(xù)工作而不損壞或基本不改變電阻器性能的情況下作而不損壞或基本不改變電阻器性能的情況下, ,電阻器上允電阻器上允許的消耗功率許的消耗功率. .常見的有常見的有1/16W 1/16W 、 1/8W 1/8W 、 1/4W 1/4W 、 1/2W 1/2W 、 1W 1W 、 2W 2W 、 5W 5W 、10W10W。2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系162、電容o電容是表征電容器容納電容是表征電容器容納電荷電荷本領(lǐng)的本領(lǐng)的物理物理量。我們量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加把電容器的兩極板間的電勢差增加1 1伏所需的伏所需的電量電量，叫做電容器的電容。電容從物理學(xué)上講，它是一叫做電容

12、器的電容。電容從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)。電容的用途較廣，是電子、種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)。電容的用途較廣，是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。o主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流等電路中。電容的符號是隔直流等電路中。電容的符號是C C。 二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系172、電容o在在國際單位制國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是號是F,F,常用的電容單位有毫法常用的電容單位有毫法(mF)(mF)、微法、微

13、法(F)(F)、納法納法(nF)(nF)和皮法和皮法(pF)(pF)(皮法又稱微微法皮法又稱微微法) )等，換算關(guān)等，換算關(guān)系是：系是：1 1法拉法拉(F)= 1000(F)= 1000毫法毫法(mF)(mF)10000001000000微法微法(F)(F)1 1微法微法(F)=1000(F)=1000納法納法(nF)=1000000(nF)=1000000皮法皮法(pF)(pF)。二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系182、電容-電容的分類o按照按照材料材料可分為紙介電容器、有機(jī)薄膜電容器、可分為紙介電容器、有機(jī)薄膜電容器、瓷介電容器、玻璃釉電容器、

14、云母電容器、電解瓷介電容器、玻璃釉電容器、云母電容器、電解電容器等。電容器等。電解電容器包括鋁電解電容器和鉭電解電容。電解電容器包括鋁電解電容器和鉭電解電容。其中瓷介電容器和鋁電解電容器應(yīng)用最為普遍。其中瓷介電容器和鋁電解電容器應(yīng)用最為普遍。o按按容值容值特性又可分為固定值電容和可變電容。特性又可分為固定值電容和可變電容?？勺冸娙萜靼諝饪勺冸娙萜?、固體介質(zhì)可變可變電容器包括空氣可變電容器、固體介質(zhì)可變電容器和微調(diào)電容器，但可變電容器應(yīng)用較少。電容器和微調(diào)電容器，但可變電容器應(yīng)用較少。二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系192、電容二、常用元器件介紹

15、二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系202、電容二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系213、晶體二極管（1 1）晶體二極管是由一個(gè)）晶體二極管是由一個(gè)PNPN結(jié)、管殼、外引線等結(jié)、管殼、外引線等構(gòu)成。普通晶體二極管圖形符號如圖所示：構(gòu)成。普通晶體二極管圖形符號如圖所示：二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系223、晶體二極管（2 2）常用的二極管）常用的二極管o整流二極管整流二極管：將交流電整流為直流電的二極管。o檢波二級管檢波二級管：用于把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件。o開關(guān)二

16、極管開關(guān)二極管：在脈沖數(shù)字電路中，用于接通和關(guān)斷電路的二極管。特點(diǎn)是反向回復(fù)時(shí)間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。o穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管：利用PN結(jié)反向擊穿時(shí)的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點(diǎn)，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系233、晶體二極管（2）常用的二極管o光電二極管光電二極管：可把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變成電信號。其中PN結(jié)硅光敏二極管是最簡單、最具有代表性的光生伏特器件。oPINPIN型光敏二極管型光敏二極管：為了提高PN結(jié)硅光敏二極管的時(shí)間響應(yīng)，常采用在P區(qū)與N區(qū)之間生成I型層。oAPDAPD型雪崩光敏二極管型雪崩光敏二極管：由

17、于PIN管提高了PN結(jié)光敏二極管的時(shí)間響應(yīng)，但未能提高器件的光電靈敏度，為了提高光敏二級管的靈敏度，設(shè)計(jì)了雪崩光敏二極管。 二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系243、晶體二極管二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系254、晶體三極管o按材料分有兩種：鍺管和硅管。o每種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)。o經(jīng)常使用的是硅NPN和鍺PNP型三極管。兩者除了電源極性不同外，工作原理相同。 二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系265、場效應(yīng)管o場效應(yīng)管（FET）是電壓控制器件。用輸入電

18、壓控制輸出電流的變化。 二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系276、光電三極管o光電三極管是在光電二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起光電三極管是在光電二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光電器件，它本身具有來的光電器件，它本身具有放大放大功能。功能。o目前的光電三極管是采用硅材料制作而成的。目前的光電三極管是采用硅材料制作而成的。這是由于硅元件較鍺元件有小得多的暗電流這是由于硅元件較鍺元件有小得多的暗電流和較小的溫度系數(shù)。和較小的溫度系數(shù)。o硅光電三極管是用N型硅單晶做成NPN結(jié)構(gòu)的。管芯基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積卻做得較小，入射光線主要被基區(qū)吸收。二、常用元器件介紹二、常用元器件介紹2022-4-17安徽科技學(xué)院 物理電子系286、光電三極管二、常用元器件介紹二、常用