電子技能與實(shí)訓(xùn)

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電子教學(xué)參考資料包主編遲欽河電子技能與實(shí)訓(xùn)目錄第1章元件第2章電子線路基礎(chǔ)第3章常用電子儀器第4章焊接和元器件裝配第5章印刷電路板的設(shè)計和制作第6章電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗第7章課程設(shè)計第8章電子電路實(shí)訓(xùn)3／5811.1電阻器

1.3電感器1.6集成運(yùn)放和穩(wěn)壓器1.2電容器1.4變壓器和繼電器1.7接插件1.5半導(dǎo)體二極管和三極管第1章元件4／581第1章元件1.1電阻器1.1.1

概述電阻器在所有的電子設(shè)備中是必不可少的，在電路中常用來進(jìn)行電壓、電流的控制和傳送。電阻器通常按如下方法進(jìn)行分類：按材料分：主要有碳質(zhì)電阻、碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等。按結(jié)構(gòu)分：主要分為固定電阻和可變電阻。按用途分：有精密電阻、高頻電阻、高壓電阻、大功率電阻、熱敏電阻等。1.1.2電阻器的參數(shù)電阻器的參數(shù)主要包括標(biāo)稱阻值、額定功率、精度、最高工作溫度、最高工作電壓、噪聲系數(shù)及高頻特性等，在挑選電阻器的時候主要考慮其阻值、額定功率及精度。至于其他參數(shù)，如最高工作溫度、高頻特性等只在特定的電氣條件下才予以考慮。1．標(biāo)稱阻值電阻器的標(biāo)稱阻值通常在電阻的表面標(biāo)出。標(biāo)稱阻值包括阻值及阻值的最大偏差兩部分，通常所說的電阻值即標(biāo)稱電阻中的阻值，這是一個近似值。它與實(shí)際的阻值是有一定偏差的。標(biāo)稱值按誤差等級分類，國家規(guī)定有E24、E12、E6系列，如表1.1所示。5／581第1章元件阻值系列最大誤差偏差等級標(biāo)

稱

值E24±5%Ⅰ1.0,1.1,1.2,1.3,1.5,1.6,1.8,2.0,2.4,2.7,3.0,3.3,3.6,3.9,4.3,5.1,5.6,6.2,6.8,7.5,8.2,9.1E12±10%Ⅱ1.0,1.2,1.5,1.8,2.2,2.7,3.3,3.9,4.7,5.6,6.8,8.2E6±20%Ⅲ1.0,1.5,2.2,3.3,3.9,4.7,5.6,6.8,8.2表1.1E24、E12、E6系列的具體規(guī)定6／581第1章元件標(biāo)稱值一般用色標(biāo)法、直標(biāo)法和文字符號描述法來表示。①色標(biāo)法：用不同的顏色表示不同的數(shù)值和誤差，詳見表1.2所示，電阻器有三環(huán)表示和四環(huán)表示兩種表示方法。表1.2電阻色環(huán)與數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系顏

色黑棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白金銀無色表示數(shù)值012345678910-110-2表示誤差（%）1234510207／581第1章元件下面以四環(huán)表示法為例來具體說明電阻是如何用色環(huán)表示的：第一色環(huán)（從電阻器上看是離端頭最近的一環(huán)）、第二色環(huán)、第三色環(huán)分別表示數(shù)值X、Y、Z則電阻阻值為R=XY×10Z，第四色環(huán)僅表示該電阻的誤差。三環(huán)表示的時候只有第一環(huán)表示基數(shù)，第二環(huán)表示十的指數(shù)，第三環(huán)表示誤差。②直標(biāo)法和文字符號表示法：直標(biāo)法就是在電阻上直接標(biāo)出電阻的數(shù)值。文字符號表示法是把文字、數(shù)字有規(guī)律的結(jié)合起來表示電阻的阻值和誤差。符號規(guī)定如下：歐姆用“”來表示，千歐姆用“k”來表示，兆歐姆用“M”來表示。2．電阻器的額定功率表示符號電阻器有電流流過時會發(fā)熱，如果溫度過高就會被燒毀。圖1.1表示在常溫、常壓下電阻器長期工作所能承受最大功率的表示方法。圖1.1電阻器額定功率與對應(yīng)符號8／581第1章元件1.1.3常用電阻器介紹1．碳質(zhì)電阻碳質(zhì)電阻由碳粉、填充劑等壓制而成，價格便宜但性能較差，現(xiàn)在已不常用。2．線繞電阻線繞電阻由電阻率較大、性能穩(wěn)定的錳銅、康銅等合金線涂上絕緣層，在絕緣棒上繞制而成。阻值R=

l/s，其中為合金線的電阻率，l為合金線長，s為合金線的截面積。當(dāng)、s為定值時電阻值和長度具有很好的線性關(guān)系，精度高，穩(wěn)定性好，但具有較大的分布電容，較多用在需要精密電阻的儀器儀表中。3．碳膜電阻器碳膜電阻器是由結(jié)晶碳沉積在磁棒或瓷管骨架上制成的，穩(wěn)定性好、高頻特性較好、并能工作在較高的溫度下（70C），目前在電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。其涂層多為綠色。9／581第1章元件4．金屬膜電阻與碳膜電阻相比，金屬膜電阻只是用合金粉替代了結(jié)晶碳，除具有碳膜電阻的特性外，能耐更高的工作溫度。其涂層多為紅色。5．熱敏電阻熱敏電阻的電阻值隨著溫度的變化而變化，一般用做溫度補(bǔ)償和限流保護(hù)等。從特性上可分為兩類：正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻。正溫度系數(shù)的阻值隨溫度升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)的電阻則相反。熱敏電阻在結(jié)構(gòu)上分為直熱式和旁熱式兩種。直熱式是利用電阻體本身通過電流產(chǎn)生熱量，使其電阻值發(fā)生變化，旁熱式熱敏電阻器由兩個電阻組成，一個電阻為熱源電阻，另一個為熱敏電阻。10／581第1章元件6．貼片電阻該類電阻目前常用在高集成度的電路板上，它體積很小，分布電感、分布電容都較小，適合在高頻電路中使用。一般用自動安裝機(jī)安裝，對電路板的設(shè)計精度有很高的要求，是新一代電路板設(shè)計的首選組件。1.1.4電位器電位器實(shí)際上是一種可變電阻器，可采用上述各種材料制成。電位器通常由兩個固定輸出端和一個滑動抽頭組成。按結(jié)構(gòu)電位器可分為單圈、多圈；單聯(lián)、雙聯(lián)；帶開關(guān)；鎖緊和非鎖緊電位器。按調(diào)節(jié)方式可分為旋轉(zhuǎn)式電位器、直滑式電位器。在旋轉(zhuǎn)式電位器中，按照電位器的阻值與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系可分為直線式、指數(shù)式、對數(shù)式。具體常用電位器形狀如圖1.2所示。表1.3是電位器使用材料與標(biāo)志符號。11／581第1章元件圖1.2常用電位器的外形和符號12／581第1章元件類

別碳膜電位器合成碳膜電位器線繞電位器有機(jī)實(shí)心電位器玻璃釉電位器標(biāo)志符號WTWTH(WH)WXWSWT表1.3電位器使用材料與標(biāo)志符號1.1.5用萬用表測量電阻器、電位器的阻值電阻器的測量電阻器在使用時要進(jìn)行測量，看其阻值與標(biāo)稱值是否相符。用萬用表測量電阻時，應(yīng)用萬用表中的歐姆檔進(jìn)行測量，測量電阻時應(yīng)根據(jù)電阻值的大小選擇合適的量程，以提高測量精度。同時在測量時應(yīng)注意手不能同時接觸被測電阻的兩根引線以避免人體電阻的影響。13／581第1章元件電位器的測量如圖1.2所式，電位器的引線腳分別為A、B、C，開關(guān)引線腳為K和S。首先用萬用表測電位器的標(biāo)稱值。然后再測量A、B兩端或B、C兩端的電阻值。并慢慢地旋轉(zhuǎn)軸，若這時表針平穩(wěn)的朝一個方向移動沒有跳躍現(xiàn)象，表明滑動觸點(diǎn)與電阻體接觸良好，最后再測量K與S之間開關(guān)功能。14／581第1章元件1.2電容器1.2.1概述電容就是用來存儲電荷的容器。比較簡單的模型是兩個金屬板中間夾上一層絕緣材料，這層絕緣材料也可以是空氣。圖1.3為幾種常用電容器的圖形符號。電容器在電路中通常用來隔直流、級間耦合及濾波等，在調(diào)諧電路中和電感一起構(gòu)成諧振回路。在電子設(shè)備中，電容是不可缺少的組件。電容器的種類很多，其分類如下：按結(jié)構(gòu)分：分為固定電容器、半可變電容器、可變電容器。按介質(zhì)材料分：分為氣體介質(zhì)電容器、液體介質(zhì)電容器、無機(jī)固質(zhì)電容器、電解電容器（又分液式和干式）。按陽極材料分：分為鋁、鉭、鈮、鈦電解電容等。按極性分：分為有極性、無極性。15／581第1章元件新國標(biāo)舊國標(biāo)新國標(biāo)舊國標(biāo)圖1.3電容器常用符號16／581第1章元件1.2.2電容器主要參數(shù)1．電容器型號命名例如，某電容器標(biāo)注為CZD-250-0.47-10%，其含義如下：名稱：電容器紙介質(zhì)低壓額定工作電壓標(biāo)稱電容量：0.47F允許誤差：10%

CZD2500.47±10%17／581第1章元件2．電容量電容量是指電容器儲存電荷的能力。常用單位：法（F）、微法（F）、皮法（pF）。三者的關(guān)系為：1pF=10-6F=10-12pF。通常，容量在微法級的電容器直接在上面標(biāo)注其容量，如47F，但皮法級的電容用數(shù)字標(biāo)注其容量，如332即表明容量為3300pF，即最后位為十的指數(shù)，這和用數(shù)字表示電阻值的方法是一樣的。3．其他參數(shù)①額定直流工作電壓：即電容器在常溫常壓下，能長期可靠工作在所能承受的最大直流電壓下，如果電容器工作在交流電路中，交流電壓的幅值不能超過電容額定直流工作電壓。②絕緣電阻：電容器的絕緣電阻是指電容器兩極之間的電阻，或稱漏電阻。漏電流與漏電阻的乘積為電容器兩端所加的電壓。絕緣電阻的大小決定了一個電容器介質(zhì)性能的好壞。國家規(guī)定了一系列容量值作為產(chǎn)品標(biāo)稱。固定電容器的標(biāo)稱容量系列如表1.4所示。18／581第1章元件2．電容量電容量是指電容器儲存電荷的能力。常用單位：法（F）、微法（F）、皮法（pF）。三者的關(guān)系為：1pF=10-6F=10-12pF。通常，容量在微法級的電容器直接在上面標(biāo)注其容量，如47F，但皮法級的電容用數(shù)字標(biāo)注其容量，如332即表明容量為3300pF，即最后位為十的指數(shù)，這和用數(shù)字表示電阻值的方法是一樣的。3．其他參數(shù)①額定直流工作電壓：即電容器在常溫常壓下，能長期可靠工作在所能承受的最大直流電壓下，如果電容器工作在交流電路中，交流電壓的幅值不能超過電容額定直流工作電壓。②絕緣電阻：電容器的絕緣電阻是指電容器兩極之間的電阻，或稱漏電阻。漏電流與漏電阻的乘積為電容器兩端所加的電壓。絕緣電阻的大小決定了一個電容器介質(zhì)性能的好壞。國家規(guī)定了一系列容量值作為產(chǎn)品標(biāo)稱。固定電容器的標(biāo)稱容量系列如表1.4所示。19／581第1章元件標(biāo)

稱

值最

大

誤

差偏

差

等

級標(biāo)

稱

值E24±5%Ⅰ1.0,1.1,1.2,1.3,1.5,1.6,1.8,2.0,2.2,2.4,2.7,3.0,3.3,3.9,4.3,4.7,5.1,5.6,6.2,6.8,7.5,8.2,9.1E12±10%Ⅱ1.0,1.2,1.5,1.8,2.2,2.7,3.3,3.9,4.7,5.6,6.8,8.2E6±20%Ⅲ1.0,1.5,2.2,3.3,4.7,6.8表1.4固定式標(biāo)稱容量系列E24、E12、E620／581第1章元件1.2.3常用電容器1．電解電容器電解電容器是目前用得較多的大容量電容器，它體積小、耐壓高（一般耐壓越高體積也就越大），其介質(zhì)為正極金屬片表面上形成的一層氧化膜。負(fù)極為液體、半液體或膠狀的電解液。因其有正負(fù)極之分，故只能工作在直流狀態(tài)下，如果極性用反，將使漏電流劇增，在此情況下電容器將會急劇變熱而損壞，甚至?xí)鸨?。一般廠家會在電容器的表面上標(biāo)出正極或負(fù)極，新買來的電容器引腳長的一端為正極。目前鋁電容用的較多，鉭、鈮、鈦電容相比之下漏電流小，體積小，但成本高，通常用在性能要求較高的電路中。2．云母電容用云母片做介質(zhì)的電容器，高頻性能穩(wěn)定，耐壓高（幾百伏～幾千伏），漏電流小，但容量小，體積大。21／581第1章元件3．瓷質(zhì)電容采用高介電常數(shù)、低損耗的陶瓷材料作介質(zhì)，電容器的體積小、損耗小、絕緣電阻大、漏電流小、性能穩(wěn)定，可工作在超高頻段，但耐壓低，機(jī)械強(qiáng)度較差。4．玻璃釉電容玻璃釉電容具有瓷質(zhì)電容的優(yōu)點(diǎn)，但比同容量的瓷質(zhì)電容體積小，工作頻帶較寬，可在125C下工作。5．紙介電容紙介電容的電極用鋁箔、錫箔做成，絕緣介質(zhì)是浸醋的紙，錫箔或鋁箔與紙相疊后卷成圓柱體，外包防潮物質(zhì)。體積小、容量大，但性能不穩(wěn)定，高頻性能差。6．聚苯乙烯電容器聚苯乙烯電容器是一種有機(jī)薄膜電容器。以聚苯乙烯為介質(zhì)，用鋁箔或直接在聚苯乙烯薄膜上蒸上一層金屬膜為電極。絕緣電阻大、耐壓高、漏電流小、精度高，但耐熱性差，焊接時，過熱會損壞電容。22／581第1章元件7．片狀電容器目前，片狀電容器廣泛用在混合集成電路、電子手表電路和計算機(jī)中。有片狀陶瓷電容、片狀鉭電容、片狀陶瓷微調(diào)電容等。其體積小、容量大。8．獨(dú)石電容獨(dú)石電容器是以鈦酸鋇為主的陶瓷材料燒結(jié)而成的一種瓷介質(zhì)電容器，體積小、耐高溫、絕緣性能好、成本低，多用于小型和超小型電子設(shè)備中。9．可變電容器可變電容器種類很多，按結(jié)構(gòu)可分為單連（一組定片，一組動片）、雙連（二組動片，二組定片）、三連、四連等。按介質(zhì)可分為空氣介質(zhì)、薄膜介質(zhì)電容器等。其中空氣介質(zhì)電容器使用壽命長，但體積大。一般單連用于直放式收音機(jī)的調(diào)諧電路，雙連用于超外差式收音機(jī)。薄膜介質(zhì)電容器在動片和定片之間以云母或塑料片做介質(zhì)，其體積小，重量輕。圖1.4所示為空氣單連、雙連可變電容器及其在電路中的符號。23／581第1章元件圖1.4空氣單連、雙連可變電容器及在電路中的符號表示24／581第1章元件10．半可調(diào)電容器（微調(diào)電容器）半可調(diào)電容器在電路中主要用做補(bǔ)償和校正。調(diào)節(jié)范圍為幾十皮法。常用的半可調(diào)電容器有：有機(jī)薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器、瓷介質(zhì)微調(diào)電容器、拉線微調(diào)電容器和云母微調(diào)電容器等。圖1.5為幾種微調(diào)電容的外形圖及其在電路中的符號。25／581第1章元件圖1.5各種微調(diào)電容的外形和電路中的符號26／581第1章元件1.2.4用萬用表檢測電容器在電容器使用前，必須對電容器進(jìn)行測量，對于電容器的測量應(yīng)用專用儀器，如電容測量儀。在某些情況下，對電容量大于0.1μF的電容器，可用萬用表進(jìn)行檢測。其檢測方法是：首先根據(jù)電容器容量的大小選擇合適的量程，通常為：0.1-10μF選用R*K檔，10-300μF選用R*10K檔。然后用表筆分別接觸電容器的兩根引線，表針若先朝順時針方向轉(zhuǎn)動，然后又慢慢地向反方向退回到R=∞的位置（零點(diǎn)位置）。當(dāng)指針不能回到零點(diǎn)時說明電容器漏電，如果表針距零點(diǎn)位置較遠(yuǎn)，表示電容器漏電嚴(yán)重，不能使用。1.3電感器1.3.1概述電感器有存儲電磁能的作用，在電路中表現(xiàn)為阻礙電流的變化。多用漆包線、紗包線繞在鐵心、磁心上構(gòu)成，圈與圈之間相互絕緣。電路中用L表示。圖1.6為幾種電感器的符號。電感按形式可分為固定電感、可變電感和微調(diào)電感。按磁體的性質(zhì)可分為空心線圈、磁心線圈。按結(jié)構(gòu)分為單層線圈、多層線圈。27／581第1章元件

圖1.6各種電感器符號28／581第1章元件1.3.2電感器的主要參數(shù)1．電感量電感量的單位有亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（H）。換算關(guān)系為1H=103mH=106H。2．品質(zhì)因數(shù)（Q值）品質(zhì)因數(shù)是電感的主要參數(shù)，如果線圈的損耗小則Q值就高，反之Q值低。3．分布電容由于絕緣的線圈相當(dāng)于電容器的兩極，則電感上就會分布有許多的小電容，稱為分布電容。分布電容的存在是導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)下降的主要因素。所以一般通過各種方法來減小分布電容。4．額定電流額定電流主要對高頻電感器和大功率調(diào)諧電感器而言，要求正常工作時通過電感器的電流小于其額定電流。29／581第1章元件1.3.3常用電感介紹1．固定電感線圈固定電感線圈一般是將絕緣銅線繞在磁心上，外層包上環(huán)氧樹脂或塑料。固定電感線圈體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)牢固，廣泛應(yīng)用在電視機(jī)、收錄機(jī)中。有立式和臥式兩種。工作頻率在10kHz~200MHz。

2．可變電感線圈通過改變插入線圈中的磁心的位置來改變電感量。磁棒式天線線圈是可變電感線圈，在收音機(jī)中與可變電容器組成調(diào)諧回路，用于接收無線電波信號。3．微調(diào)電感器微調(diào)電感器用于小范圍的改變電感量，調(diào)整局部電路的參數(shù)。4．阻流圈阻流圈亦稱為扼流圈。分為高頻扼流圈和低頻扼流圈兩種。高頻扼流圈用來阻止高頻分量的通過；低頻扼流圈又叫做濾波線圈，它可與電容器組成濾波電路。30／581第1章元件1.4變壓器和繼電器1.4.1變壓器1．概述變壓器一般用絕緣銅線繞在磁心或鐵心外制成。主要用于改變交流電壓和交流電流的大小，也作阻抗變換和隔直流用。有電源變壓器、線間變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器和高頻變壓器等。圖1.7為變壓器外形和它在電路中的符號。圖1.7變壓器外形和電路中的符號31／581第1章元件2．常用變壓器①音頻變壓器。這類變壓器主要用來對音頻（小于3400Hz）信號進(jìn)行處理。用做阻抗匹配、耦合、倒相等。一般有兩組或兩組以上的線圈，輸入線圈的阻值較高，輸出線圈的阻值較低。②中頻變壓器。中頻變壓器又叫做中周，與電容器組成諧振回路，在超外差式（機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個與外部輸入信號有一個固定差值的信號，經(jīng)調(diào)制產(chǎn)生一個中頻的有用信號）收音機(jī)和電視機(jī)中使用。有單調(diào)諧和雙調(diào)諧兩種，雙調(diào)諧即指有兩組諧振回路。③行輸出變壓器。行輸出變壓器又稱逆行程變壓器，用在電視機(jī)掃描輸出級，為顯像管提供陽極高壓、加速極電壓、聚焦極電壓和其他電路所需的直流電壓。有高壓線圈、低壓線圈、U形磁心及骨架組成。④電源變壓器。電壓變壓器用做電壓的變換，產(chǎn)生各種電路所需的電壓。32／581第1章元件1.4.2繼電器1．概述繼電器起控制和轉(zhuǎn)換電路的作用。在大電流、高壓等危險地方的自動控制設(shè)備中經(jīng)常采用。繼電器種類很多，按用途可分為啟動繼電器、限時繼電器和延時繼電器等。2．繼電器的主要參數(shù)①額定工作電壓。繼電器正常工作所需電壓。有交、直流之分。②觸點(diǎn)的切換電壓和電流。繼電器允許加載的最大電壓和電流，決定繼電器能控制的電壓和電流的大小。③吸合電流。使繼電器產(chǎn)生吸合動作而需要的最小電流，這是保證繼電器正常工作的最低電流，當(dāng)繼電器的輸入電阻已知時，也可以在說明中給出其最小電壓。④釋放電流。釋放電流是使繼電器無法保持吸合狀態(tài)的最大電流，這個電流要比吸合電流小得多。33／581第1章元件3．繼電器觸點(diǎn)繼電器的觸點(diǎn)有三種形式，常開觸點(diǎn)（用H表示）、常閉觸點(diǎn)（用D表示）、轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)（用Z表示）。常開觸點(diǎn)的繼電器在不通電的時候兩個觸點(diǎn)是斷開的，常閉觸點(diǎn)則相反。轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)繼電器有三組觸點(diǎn)，線圈不通電的時候中間觸點(diǎn)與其中的一組閉合，與另一組分開。通電后使原來閉合的變成斷開，斷開的變成閉合。其名稱和符號如圖1.8所示。名

稱符

號繼電器在吸合時名

稱符

號繼電器吸合時接點(diǎn)接點(diǎn)閉合雙轉(zhuǎn)換接點(diǎn)兩組常閉接點(diǎn)斷開接點(diǎn)接點(diǎn)斷開雙常閉（動斷）接點(diǎn)同時斷開雙常開（動合）接點(diǎn)同時閉合轉(zhuǎn)換接點(diǎn)常閉接點(diǎn)斷開圖1.8觸點(diǎn)名稱和符號34／581第1章元件1.5半導(dǎo)體二極管和三極管1.5.1二極管1．概述半導(dǎo)體二極管和三極管的出現(xiàn)代表著晶體管時代的到來，晶體管的大量應(yīng)用使得電子設(shè)備的體積大大縮小，速度也越來越快。半導(dǎo)體二極管有許多種類。按材料分為鍺管、硅管和砷化鎵管等。按結(jié)構(gòu)分為點(diǎn)接觸型和面接觸型。面接觸型能通過較大的電流，但結(jié)電容較大。點(diǎn)接觸型則相反。按用途分為整流、檢波、變?nèi)?、穩(wěn)壓、開關(guān)、發(fā)光二極管等。圖1.9是常用二極管的符號。圖1.9常用二極管符號35／581第1章元件所有的半導(dǎo)體二極管都有這樣的特性：施加一個大于開啟電壓的正向電壓的時候，其電阻很小，正向壓降硅管在0.7V左右、鍺管0.3V左右，也被稱為開啟電壓；施加一定范圍的反向電壓時，其電阻很大，但當(dāng)反向電壓大于一定值的時候，反向電流迅速增加，這個電壓叫做反向擊穿電壓，一般二極管正常工作時要求反向電壓小于其反向擊穿電壓。但有些特殊的二極管如穩(wěn)壓二極管就是工作在反向擊穿電壓區(qū)的。2．常用二極管介紹（1）整流二極管整流二極管用于整流電路，把交流電換成脈動的直流電。采用面接觸型，結(jié)電容較大，故一般工作在3kHz以下。有把4個二極管做成橋式整流封裝起來使用的。也有專門用于高壓、高頻整流電路的高壓整流堆。（2）穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是利用二極管反向擊穿時其兩端電壓基本保持不變的特性制成的。穩(wěn)壓二極管正常工作時要求輸入電壓應(yīng)在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)輸入電壓超過一定值，使流過穩(wěn)壓管的電流超過其上限值時，將會使穩(wěn)壓管損壞，而當(dāng)輸入電壓小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓范圍時，電路將得不到預(yù)期的穩(wěn)定電壓。36／581第1章元件（3）變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管一般工作于反偏狀態(tài)，其勢壘電容會隨著外加電壓的變化而變化。電壓變大電容就變小，在高頻自動調(diào)諧電路中，用電壓去控制變?nèi)荻O管從而控制電路的諧振頻率。自動選臺的電視機(jī)就要用到這種電容。（4）發(fā)光二極管發(fā)光二極管能把電能轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光二極管正向?qū)〞r能發(fā)出紅、綠、藍(lán)、黃及紅外光，可用做指示燈和微光照明?？梢杂弥绷?、交流（要考慮反向峰值電壓是否會超過反向擊穿電壓）、脈動電流驅(qū)動。一般發(fā)光二極管的正向電阻較小，圖1.10所示為幾種發(fā)光二極管和驅(qū)動電路，改變R的大小就可改變發(fā)光二極管的亮度。表1.5給出了幾種發(fā)光二極管的參數(shù)。37／581第1章元件圖1.10發(fā)光二極管和驅(qū)動電路

參數(shù)型號最大工作電流/mA反向擊穿電壓/V正向電壓/V正向工作電流/mA發(fā)光波長/m光顏色2EF2175≥3≤1.5500.54綠2EF3130≥5≤210.66～0.68紅2EF3220≥5≤20.80.66～0.68紅2EF3315≥5≤20.50.66～0.68紅表1.5幾種發(fā)光二極管的參數(shù)38／581第1章元件（5）光電二極管光電二極管和發(fā)光二極管一樣是由一個PN結(jié)構(gòu)成，但它的結(jié)面積較大，可接收入射光。其PN結(jié)接反向電壓時，在一定頻率光的照射下，反向電阻會隨光強(qiáng)度的增大而變小，反向電流增大。光電二極管在光通信中可作為光電轉(zhuǎn)換器件。它總是工作在反向偏置狀態(tài)。光電二極管的主要參數(shù)有：暗電流（無光照射時的反向電流）、光電流（有光照射時的反向電流）、最高工作電壓（指暗電流不超過允許值的最高反向電壓）。光學(xué)參數(shù)：①靈敏度：給定波長的入射光產(chǎn)生的光電流與光照強(qiáng)度的比值。②頻譜范圍：指光電二極管所能接受的光的頻譜范圍，鍺管的光譜范圍比硅管寬。③峰值波長：光電二極管達(dá)到最大靈敏度時入射光的波長。鍺管為1.465m、硅管為0.9m。④響應(yīng)時間：光電二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號所需要的時間39／581第1章元件3.用萬用表測試半導(dǎo)體二極管通?？捎每捎萌f用表來檢測萬用表的好壞。當(dāng)使用指針式萬用表測量二極管時，萬用表的紅表筆接二極管的陰極，黑表筆接二極管的陽極，測量的是二極管的正向電阻。將紅、黑表筆對調(diào)測得的是反向電阻。對于鍺小功率二極管，其正向電阻一般為100-1000歐姆之間，而硅二極管的正向電阻一般為幾百到幾千歐姆之間。它們的反向電阻都在幾百千歐姆以上。當(dāng)使用數(shù)字式萬用表時，萬用表的紅表筆接二極管的陽極，黑表筆接二極管的陰極，測得的是二極管的正向電阻。將紅、黑表筆對調(diào)測得的是反向電阻。40／581第1章元件1.5.2三極管半導(dǎo)體三極管可分為雙極型（BJT）、場效應(yīng)管（FET）和光電三極管。1．雙極型半導(dǎo)體三極管（1）概述雙極型三極管的三個引腳命名為基極（B）、發(fā)射極（E）和集電極（C）。雙極型三極管有多種分類方法。按材料分可分為鍺管和硅管；按結(jié)構(gòu)分可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型；按工作頻率分可分為高頻管、低頻管、開關(guān)管；按功率分可分為大、中、小型三極管；按PN結(jié)的不同可分為PNP、NPN型。（2）主要參數(shù)雙極型三極管有直流參數(shù)（三極管在正常工作時需要的直流偏置，亦稱直流工作點(diǎn)）。交流參數(shù)（放大倍數(shù)）和工作頻率f等。通常三極管的外殼上會有不同的色標(biāo)來表明該三極管放大倍數(shù)所處的范圍。41／581第1章元件硅、鍺開關(guān)管，高低頻小功率管，硅低頻大功率管D系列，DD系列，3CD系列的標(biāo)記為：0~1515~2525~4040~5555~8080~120120~180180~270270~400400~600棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白黑鍺低頻大功率3AD系列的標(biāo)記為：20~3030~4040~6060~9090~140棕紅橙黃綠42／581第1章元件（3）雙極型三極管的使用選用三極管時，需要考慮它的特征頻率、電流放大倍數(shù)、集電極耗散功率、反向擊穿電壓等參數(shù)，三極管的生產(chǎn)廠家會給出這類參數(shù)。選擇三極管時，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。①特征頻率應(yīng)高于工作電路頻率的3~5倍，以保證三極管放大倍數(shù)在工作頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，但不可太高，否則易引起高頻振蕩。②三極管電流放大倍數(shù)應(yīng)根據(jù)具體電路加以選擇，目前有些數(shù)字萬用表可直接測得值，但會有一定的誤差。③三極管的集電極最大耗散功率要大于它工作時的功耗（輸入電壓與輸入電流的乘積）。④反向擊穿電壓應(yīng)大于電源電壓。⑤用新三極管替換原來的三極管時，一般遵循就高不就低的原則，即所選管子的各種性能不能低于原來的管子。⑥大功率管使用時散熱器要和管子的底部接觸良好，必要時中間可涂導(dǎo)熱有機(jī)硅膠。43／581第1章元件2．場效應(yīng)管（1）概述場效應(yīng)管因具有很高的輸入電阻（109~1014）、小的輸出電阻并且本身的功耗很小，噪聲低、抗輻射能力強(qiáng)、便于集成而得到廣泛應(yīng)用。在超大規(guī)模集成電路中最小單位往往是場效應(yīng)管。數(shù)字電路中常用的與門、或門等簡單門電路也常用場效應(yīng)管構(gòu)成。場效應(yīng)管的三個極分別為門極（G），也叫柵極，漏極（D）和源極(S)。場效應(yīng)管按溝道注入離子的不同分為P型和N型，按其柵極的不同生成方式分為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管。絕緣柵型按工作狀態(tài)又可分為增強(qiáng)型和耗盡型。圖1.11為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管的電路符號。44／581第1章元件圖1.11場效應(yīng)管45／581第1章元件（2）場效應(yīng)管的主要參數(shù)及注意事項①場效應(yīng)管的主要參數(shù)：夾斷電壓（開啟電壓）U、飽和漏電流I、直流輸入電阻、跨導(dǎo)和擊穿電壓等。除耗盡型場效應(yīng)管外，其他的類型都需要一個開啟電壓V才能正常工作。表1.6所示為兩種常用場效應(yīng)管的參數(shù)。表1.6

常用場效應(yīng)管的參數(shù)參數(shù)MOS管N溝道結(jié)型MOS管N溝道耗盡型3DJ23DJ43DJ63DJ73DJ013DJ023DJ04飽和電流0.3~100.3~100.3~100.35~1.80.35~100.35~250.35~10.5夾斷電流＜1~91＜1~91＜1~91＜1~91＜1~91＜1~91＜1~91正向跨導(dǎo)＞2000＞2000＞1000＞3000≥1000≥4000≥2000最大漏源電壓＞20＞20＞20＞20＞20＞12~20＞20最大耗散功率10010010010010025~100100柵源絕緣電阻≥108≥109≥108≥108≥108≥108≥10946／581第1章元件②注意事項。a.由于場效應(yīng)管的輸入電阻很高，容易造成柵極上電荷積累而導(dǎo)致感應(yīng)電壓過高而被擊穿。焊接、保存及運(yùn)送過程要保證場效應(yīng)管有著很好的釋放電荷的途徑，現(xiàn)在好多的場效應(yīng)管本身就具有保護(hù)放電電路，這樣使用起來會方便些。b.結(jié)型場效應(yīng)管的源極和漏極是對稱的，源極和漏極互換使用不影響效果47／581第1章元件1.6集成運(yùn)算放大器和集成穩(wěn)壓器1.6.1概述集成電路是指把能實(shí)現(xiàn)一定功能的電路做在一塊硅芯片上。按功能可劃分為數(shù)字集成電路、模擬集成電路和微波集成電路等。圖1.12運(yùn)算放大器電路符號在模擬集成電路方面主要有集成運(yùn)算放大器、集成穩(wěn)壓電源及一些音像、圖像專用集成電路。1．集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器按用途分為通用性和專用性。通用性有低、中、高增益三類。其功耗、精度、輸入阻抗等各項指標(biāo)比較均勻，適合通用型電子線路。專用型一般在某些指標(biāo)上比較突出，適用于專用領(lǐng)域。48／581第1章元件（1）集成運(yùn)算放大器的分類專用型運(yùn)算放大器主要有以下幾種：①高精度型。高精度型運(yùn)算放大器具有低溫漂、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。一般用于精密測量、自控儀表等信號量為毫伏級或微伏級的信號處理電路中。②低功耗型。這類運(yùn)算放大器的功耗很小，一般采用有源負(fù)載（即用一些場效應(yīng)管或三極管構(gòu)成一個需要靜態(tài)偏置電流但又具有很高的交流電阻的電路）替代高阻電阻，以此來保證小的靜態(tài)偏置電流和小的功耗。③高速型。高速型運(yùn)算放大器一般具有大的工作頻帶和高的轉(zhuǎn)換速率，國產(chǎn)型號有：F715、F722、F318、4E321。國外型號有A207，它的＝500V/s。高速型主要用于快速A/D、D/A轉(zhuǎn)換、有源濾波、高速采樣保持電路及鎖相環(huán)等高速電路中。④大功率型。大功率型的輸出電流可達(dá)到安培級，功率在幾十瓦。一般集成運(yùn)算放大器的輸出電流在毫安級。大功率運(yùn)算放大器一般可直接向負(fù)載輸出信號電流。⑤程控型。程控型運(yùn)算放大器的參數(shù)會隨外部偏置電流的改變而改變。可用在要求電參數(shù)變化的電路中。49／581第1章元件（2）集成運(yùn)算放大器的測試集成運(yùn)算放大器的具體性能及參數(shù)需采用相應(yīng)的測試電路來確定，現(xiàn)在介紹用萬用表粗測LM324各引腳的電阻值。圖1.13為LM324的管腳排列和內(nèi)部的簡化電路。圖中VCC+、GND分別為正電源端和地，IN、IN分別為同相輸入端和反相輸入端，OUT為輸出端。

圖1.13LM324管腳排列50／581第1章元件表1.7是用R1k擋測得的各引腳電阻值的典型資料。（萬用表的正極所在）（萬用表的負(fù)極所在）正常電阻/k不正常電阻VCC+GND16~17－GNDVCC+5~6－VCC+IN+500或∞續(xù)表（萬用表的正極所在）（萬用表的負(fù)極所在）正常電阻/k不正常電阻VCC+IN-55－OUTVCC+20－OUTGND60~65－表1.7LM324各引腳電阻值的典型值51／581第1章元件1.6.2集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源常用在電子設(shè)備的電源電路中，當(dāng)輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時集成穩(wěn)壓電源可輸出一個穩(wěn)定的電壓。集成穩(wěn)壓電源有三端固定式、三端可調(diào)式和單片開關(guān)電源等。1．三端固定式三端固定式是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，把取樣、補(bǔ)償、保護(hù)電路做在一個片子上，有三個引腳。根據(jù)不同電路要求可選擇具有不同輸出電壓的三端固定式穩(wěn)壓器。三端固定式穩(wěn)壓器使用非常方便，因此獲得廣泛應(yīng)用。其典型產(chǎn)品有輸出正電壓的W7800系列和輸出負(fù)電壓的W7900系列。每個系列按其輸出電壓值的大小分為5V、6V、7V、8V、9V、10V、11V、12V、15V、18V、24V等11種。2．三端可調(diào)式與三端固定式相比，三端可調(diào)式的輸出電壓為可調(diào)，且輸出電壓紋波小，只需變換兩只外接電阻的阻值就可獲得不同的輸出電壓。52／581第1章元件3．開關(guān)式集成穩(wěn)壓電源開關(guān)式集成穩(wěn)壓電源的效率特別高，工作時先把直流變成高頻交流再變回直流。這樣做并非多此一舉，開關(guān)電源內(nèi)部的各個管子工作于開關(guān)狀態(tài)，使得片子本身損耗的功率很小。開關(guān)式集成穩(wěn)壓電源的控制方式有脈寬調(diào)制和脈沖控制兩種方式。1.7接插件接插件俗稱插座又稱連接器。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中為了便于組裝、維修、置換、擴(kuò)充而設(shè)計了許多類型的接插件，用在集成電路、印制電路板與分立元器件、基板與面板等之間。接插件主要用于傳輸信號和電流及控制所連接的電路的接通和斷開。在具體應(yīng)用中要求接插件接觸可靠、好的導(dǎo)電性、高的絕緣性、足夠的機(jī)械強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)牟灏瘟Α?.7.1接插件介紹1．矩形連接器矩形連接器如圖1.14所示，矩形排列能充分利用空間，所以廣泛用于機(jī)內(nèi)互聯(lián)，當(dāng)帶有外殼或鎖緊裝置時也可用于機(jī)外電纜的連接，我們可以看到計算機(jī)的顯示器和顯示卡相連的部位就采用帶有鎖緊螺絲的矩形連接器。53／581第1章元件2．帶狀扁平電纜接插頭帶狀電纜是一種由多條導(dǎo)線做成的扁平電纜，如圖1.15所示。它占用空間小容易實(shí)現(xiàn)跳線和模塊互聯(lián)，在高密度的印制電路板中用得很多，帶狀電纜連接器的斷頭靠刀頭刺破絕緣層來實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)連接。目前廣泛應(yīng)用的有D型9心、25心、37心；用于計算機(jī)系統(tǒng)的10、20等偶數(shù)引腳的矩形插頭和插座。

圖1.14矩形連接器

54／581第1章元件

圖1.15帶狀電纜接插頭

圖1.16圓形連接器55／581第1章元件3．圓形連接器圓形連接器如圖1.16所示。它有一個標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)，具有防水、密封及電磁場的屏蔽功能。故在惡劣的環(huán)境下這種連接器用得較多。4．印制板連接器印制板連接器的結(jié)構(gòu)形式有直接型、繞接型、間接型和鉸鏈型，如圖1.17所示。圖1.17印制板連接器56／581第1章元件1.7.2接插件注意事項（1）選用接插件應(yīng)根據(jù)具體使用環(huán)境和電氣、機(jī)械要求，留有一定余量。比如一個地方的環(huán)境溫度為-30℃～40℃，那么最好使用工作溫度在-50℃～50℃的接插件。（2）接插件接觸表面要保持干凈，避免不必要的插拔。（3）在一些對安全性要求較高的互聯(lián)電路中，可并聯(lián)多個接插件以提高可靠性。（4）應(yīng)盡量減少使用接插件的數(shù)量。57／581第2章電子電路基礎(chǔ)為了學(xué)好本門課程，掌握電子電路的基本知識是非常必要的，本章主要介紹模擬和數(shù)字電路中的一些基本電路和集成電路模塊，熟悉和掌握這些基本電路和集成電路模塊是非常重要的。2.1二極管整流電路2.1.1二極管整流電路半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?。常用在整流、鉗位、隔離、保護(hù)及開關(guān)等電路中。下面介紹二極管整流電路。二極管整流主要分為半波整流和全波整流。1．半波整流電路圖2.1是一個單相半波整流電路，它由變壓器、二極管VD及負(fù)載電阻RL組成。設(shè)，正半波時，a點(diǎn)為“+”，b點(diǎn)為“-”。此時二極管加正向電壓（又稱正向偏置，簡稱正偏），二極管導(dǎo)通，負(fù)載RL中流過電流，在上產(chǎn)生壓降，極性為上“+”下“-”。負(fù)半周時二極管截止，負(fù)載上沒有電流流過，上壓降為0。若忽略二極管的管壓降，在負(fù)載電阻上的電壓即為變壓器副邊電壓，半波整流電路的輸入、輸出，波形如圖2.2所示。58／581第2章電子電路基礎(chǔ)

圖2.1單相半波整流電路圖

圖2.2單相半波整流電路的波形圖59／581第2章電子電路基礎(chǔ)由圖2.2可以看出，利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪O性變化的交流電變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電。在這里，二極管VD起整流作用。2．橋式全波整流電路半波整流電路只有半個周期的正弦電壓輸出到負(fù)載，因此電路效率較低。為了提高整流電路的效率，可將另一半周期的電壓也引到負(fù)載上，即正負(fù)半周都有電流按同一個方向流過負(fù)載，這種方式稱為全波整流。圖2.3（a）為一橋式全波整流電路，其工作原理如下：60／581第2章電子電路基礎(chǔ)

圖2.3橋式全波整流電路

61／581第2章電子電路基礎(chǔ)①在電源的正半周，二極管VD2、VD4正向?qū)?，而VD1、VD3反向截止，電流沿a-VD2-c-RL-d-VD4-b路徑流過,兩端的電壓為上正下負(fù)。②在電源的負(fù)半周，二極管VD1、VD3正向?qū)ǎ鳹D2、VD4反向截止，電流沿b-VD3-c-RL-d-VD1-a路徑流過，

兩端的電壓仍然為上正下負(fù)。由以上分析可知，當(dāng)電源電壓正、負(fù)交替變化時，由于VD1、VD2、VD3、VD4四個二極管的作用，

兩端的電壓始終不變，這就叫做整流。橋式全波整流電路的波形如圖2.4所示。橋式整流電路的習(xí)慣畫法如圖2.3（b）所示，因為與電橋的結(jié)構(gòu)類似，所以稱做橋式整流電路。圖2.3（c）是市場上常見的產(chǎn)品外形圖，引線分別與a、b、c、d對應(yīng)。62／581第2章電子電路基礎(chǔ)圖2.4橋式整流的波形圖63／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.1.2電容濾波電路經(jīng)過整流后的輸出電壓波形含有很大的脈動分量，距所要求的平滑直流輸出相差甚遠(yuǎn)。因此還要加入濾波電路。電容濾波電路是利用電容器兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電阻并聯(lián)，以達(dá)到使輸出電壓波形基本平滑的目的。電源設(shè)備中濾波電路的作用是抑制所有的交流成分而只保留直流成分。圖2.5（a）是最簡單的電容濾波電路。圖2.5空載時電容濾波電路及輸入、輸出波形64／581第2章電子電路基礎(chǔ)空載時電容濾波電路及輸入、輸出波形如圖2.5（b）所示。此時負(fù)載電阻

未接入。設(shè)初始時電容電壓為零，在t=時接通電源，則由負(fù)過零后，二極管VD導(dǎo)通，

隨上升（若忽略管壓降則

與相同。當(dāng)t＝時，也達(dá)到峰值。此后開始下降，但由于此時VD處于截止?fàn)顟B(tài)，若二極管為理想二極管，即二極管的反向電流和電容C的泄漏電流均為零，則將保持在的數(shù)值，并且輸出電壓沒有紋波。但注意此時二極管承受的反向峰值電壓較高。另外，當(dāng)二極管在最初導(dǎo)通瞬間，將有很大的瞬時沖擊電流流過二極管。因此，要選擇大容量的整流管。當(dāng)有負(fù)載接入時，電路的直流輸出電壓將低于，并且也將有小的紋波存在。65／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.2三極管及其放大電路電子電路中的信號可分為兩大類，一類是信號幅值隨時間連續(xù)變化的信號，叫做模擬信號；另一類是時間和幅值都是離散變量的信號，叫做數(shù)字信號。處理模擬信號的電路叫做模擬電子電路，處理數(shù)字信號的電路叫做數(shù)字電路。在模擬電路中，晶體三極管通常工作在放大狀態(tài)，這時晶體三極管對輸入信號有放大作用。2.2.1三極管各管腳的電流關(guān)系圖2.6三極管各管腳的電流關(guān)系圖2.6表示晶體管的一種接法，由于發(fā)射極是輸入回路和輸出回路所共有的，故稱為共射極接法。圖中各電流關(guān)系為：=（1+）=

稱為共射極電流放大倍數(shù)，通常在20～120之間，典型值為60。66／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.2.2共射極放大電路利用晶體三極管可構(gòu)成三種形式的基本放大電路，圖2.7為共射極放大電路，在此電路中Ec、Rb、Rc為晶體三極管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使其工作在放大狀態(tài)，C1、C2為隔直電容，它隔離直流并耦合交流信號，經(jīng)放大的交流信號在RL上輸出。共射電路不僅具有電流放大作用，而且具有電壓放大作用，一般用于中間放大級。電壓放大倍數(shù)一般為20~80。

圖2.7共射極放大電路圖2.8共集電極放大電路67／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.2.3共集電極放大電路（射極跟隨器）圖2.8為共集電極放大電路，因為信號從發(fā)射極輸出，輸出電壓近似等于輸入電壓，又稱為射極輸出器。Rb、Re與三極管構(gòu)成放大電路，C1與C2為隔直流電容，交流放大信號uo從RL輸出。共集電極放大電路的輸出電壓近似等于輸入電壓，無電壓放大作用，但有電流放大作用。該電路具有較高的輸入電阻和較小的輸出電阻，一般用于電路的前置放大和末級放大，可驅(qū)動較大的負(fù)載。2.2.4互補(bǔ)推挽功率放大電路圖2.9所示為乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路，一般用于功率輸出級，直接驅(qū)動大功率設(shè)備，該電路是由互補(bǔ)對稱的PNP與NPN共集電極放大電路組成的。在輸入信號ui的正半周期，NPN管T1導(dǎo)通，PNP管T2截止，信號ui經(jīng)T1流向負(fù)載RL；在輸入信號ui的負(fù)半周期，NPN管T1截止，PNP管T2導(dǎo)通，信號ui經(jīng)T2流向負(fù)載RL。68／581第2章電子電路基礎(chǔ)

圖2.9乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路圖2.10例2.1圖69／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.2.5理想運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是一種高增益的多級放大電路。由于集成運(yùn)算放大器具有高輸入阻抗，高電壓增益等特性，利用集成運(yùn)算放大器可以非常方便的實(shí)現(xiàn)對模擬信號的加、減、乘、除、微分及積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算。集成運(yùn)算放大器在信號處理、測量、波形產(chǎn)生等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中可以把集成運(yùn)算放大器看作是理想運(yùn)算放大器。理想運(yùn)算放大器具有如下一些特點(diǎn)：（1）反相端和同相端之間的輸入電流為零，稱之為“虛斷（路）”；（2）反相輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等，稱之為“虛短（路）”。合理地運(yùn)用這兩條規(guī)則，并與節(jié)點(diǎn)法結(jié)合起來，將使這類電路的分析大為簡化。下面舉一些實(shí)例來說明。例2.1圖2.10所示電路稱為同相比例放大器。試求輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的關(guān)系。70／581第2章電子電路基礎(chǔ)解：按規(guī)則1，有i1＝i2＝0，故有按規(guī)則2，有

ui＝u+＝u-＝u2

所以

如果運(yùn)放的一個輸入端接地，則另一個沒有接地的輸入端電壓將等于零，故稱之為“虛地”。選擇不同的

R1和R2，可以獲得不同的值，而比值一定大于1，同時又是同相的。

71／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.2.6反相加法器用理想運(yùn)算放大器可做成加法器。如圖2.11所示為一個反相加法器。由規(guī)則1，得i＝i1+i2+i3，所以圖2.11反向加法器由規(guī)則2，得u-＝0，所以若令R1＝R2＝R3＝Rf，則uo＝-（u

1+u

2+u

3）式中負(fù)號說明輸出電壓和輸入電壓反相。如直接對節(jié)點(diǎn)1寫節(jié)點(diǎn)電壓方程（un1＝0，i-=0），得所得結(jié)果將與上面一致。72／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.3二進(jìn)制表示方法我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|最多的是十進(jìn)制數(shù)，我們先分析一下十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)。（1）十進(jìn)制數(shù)是由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個數(shù)字符號和小數(shù)點(diǎn)組成的。（2）當(dāng)我們要表示一個大于9的數(shù)時，采用幾個數(shù)字復(fù)合的方式，在這個過程中我們遵循逢十進(jìn)一的原則。10是這種計數(shù)制的進(jìn)位基數(shù)，如125.63＝1×+2×+5×+6×+3×。同理可知，二進(jìn)制有0、1兩個數(shù)字符號組成，二進(jìn)制數(shù)遵循逢二進(jìn)一的原則。二為基數(shù)。如二進(jìn)制

也就是十進(jìn)制中的11。任意一個十進(jìn)制數(shù)值都可以用相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)來表示，反之亦然。73／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.4基本邏輯門電路在數(shù)字電路中，門電路是基本的邏輯元件，它的應(yīng)用極為廣泛。由于半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，目前數(shù)字電路中所使用的各種門電路，幾乎全部采用集成元件。但是，為了敘述和理解的方便，我們?nèi)匀粡姆至⒃T電路講起。74／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.4.1基本概念所謂“門”就是一種開關(guān)，在一定的條件下它能允許信號通過，條件不滿足，信號就不能通過。因此門電路的輸入信號與輸出信號之間存在一定的邏輯關(guān)系，所以門電路又稱邏輯門電路。邏輯電路只有兩種相反的工作狀態(tài)，即電位（或叫電平）的高和低兩種狀態(tài)，通?？捎谩?”和“0”來表示這兩種狀態(tài)。門電路輸入和輸出信號都是用電位（或叫電平）的高低來表示的。若規(guī)定高電位為“1”，低電位為“0”，稱為正邏輯。若規(guī)定低電位為“1”，高電位為“0”，稱為負(fù)邏輯。分析一個邏輯電路時，首先要弄清是正邏輯還是負(fù)邏輯。本書中，均采用正邏輯。75／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.4.2基本門電路最基本的邏輯門電路有三種，它們是“與”邏輯門、“或”邏輯門和“非”邏輯門。下面分別介紹。1．“與”門電路所謂“與”邏輯即當(dāng)某一事件發(fā)生的條件全部滿足后，此事件才發(fā)生。這樣的邏輯關(guān)系稱為“與”邏輯。滿足這種邏輯關(guān)系的電路稱為“與”門電路。例如，用兩個開關(guān)串聯(lián)來控制一盞電燈，如圖2.12（a）所示。當(dāng)開關(guān)A與B同時接通時，電燈F才亮。只要有一個開關(guān)斷開，電燈F就不亮。在這里，開關(guān)全部接通是燈亮的條件。因此，稱開關(guān)A與B對電燈F的關(guān)系為“與”關(guān)系。由這兩個開關(guān)串聯(lián)控制燈泡的電路就是一個“與”門邏輯電路。這里，A、B的開與關(guān)作為與門的輸入信號，F(xiàn)的亮與不亮作為與門的輸出信號。下面分析二極管組成的與門電路。電路圖和邏輯符號如圖2.12（b）、（c）所示。76／581第2章電子電路基礎(chǔ)圖2.12與門電路和邏輯符號77／581第2章電子電路基礎(chǔ)在圖2.12（b）中為正邏輯，規(guī)定高電位（1態(tài)）為+5V，低電平（0態(tài)）為0V。下面分兩種情況討論。①當(dāng)輸入端A、B、C全為“1”時，即均為+5V高電平時，二極管VDA、VDB、VDC均加正向電壓，3個二極管都導(dǎo)通。若忽略二極管導(dǎo)通時的管壓降（這里一般采用鍺管，其正向壓降只有0.3V），則輸出端的電位約為5.3V，輸出高電平。也就是說當(dāng)A＝B＝C＝1時，F(xiàn)＝1。②當(dāng)輸入端A、B、C中有一個或兩個以上為“0”時，設(shè)A＝0，B＝1，C＝1。此時VDA將優(yōu)先導(dǎo)通，電源正端將經(jīng)過電阻向處于“0”態(tài)的A端流通電流。輸出端的電位將被二極管鉗制在0V左右，即F＝0。二極管VDB/VDC則因承受反向電壓而截止。當(dāng)輸入端A、B、C都為“0”態(tài)時，3個二極管將都導(dǎo)通，而，即F=0。78／581第2章電子電路基礎(chǔ)由以上討論可知對二極管與門電路，只有當(dāng)輸入端全為“1”時，輸出端F才為“1”這滿足“與”邏輯的關(guān)系。此關(guān)系可寫成下面的表達(dá)式F＝A·B·C在上述電路中有三個輸入端，輸入信號有“1”和“0”，兩種狀態(tài)，共八種組合，即輸入端可能有八種情況。把這八種輸入端的情況及相應(yīng)的輸出端的情況列出一個表格（見表2.1）稱為真值表。此表表達(dá)了該電路所有可能的邏輯關(guān)系。以上與門電路是由二極管組成的，它還可以由晶體管、場效應(yīng)管組成。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展已使與門電路集成化，制造出集成與門電路。例如，74LS08、74HC08等都是集成與門電路，不論哪一種，其功能是相同的。在邏輯電路中統(tǒng)一用圖2.12（c）中符號表示。79／581第2章電子電路基礎(chǔ)ABCF00001111001100110101010100000001表2.1與門電路真值表80／581第2章電子電路基礎(chǔ)例2.2與門的輸入端A為一串方波信號，如圖2.13（a）所示。試畫出當(dāng)輸入端B＝0及B＝1時，輸出端F的波形。解：當(dāng)B＝0時，不論A端的狀態(tài)如何，輸出端F為0，如圖2.13（b）所示。當(dāng)B＝1時，輸出端F的波形即為輸入端A的波形，如圖2.13（c）所示。由此例子可得出結(jié)論：當(dāng)B＝0時，與門關(guān)閉，A端信號被封鎖。當(dāng)B＝1時，與門打開，A端信號通過。圖2.13例2.2輸入輸出信號波形圖81／581第2章電子電路基礎(chǔ)2．“或”門電路所謂“或”邏輯是指只要滿足所有條件之中的一個條件，事件就能發(fā)生的邏輯關(guān)系，稱為“或”邏輯。具有這種功能的電路稱為“或”門電路。圖2.14（a）所示電路，開關(guān)A、B是并聯(lián)的，當(dāng)開關(guān)A、B中有一個接通，燈就亮。因此，開關(guān)中至少要有一個接通是燈亮的條件。開關(guān)A、B對電燈F的這種邏輯關(guān)系為“或”邏輯關(guān)系。圖2.14（b）所示電路是由二極管組成的或門電路，下面分析其邏輯關(guān)系。①當(dāng)VA＝VB＝VC＝0V時，即A＝B＝C＝0，VDA、VDB、VDC都導(dǎo)通，則VF＝0，即F＝0。②當(dāng)輸入端A、B、C中有一個或兩個為高電平，設(shè)VA＝+5V，VB＝VC＝0，即A＝1，B＝C＝0，VDA優(yōu)先導(dǎo)通，使F點(diǎn)電位，即F＝1，VDB、VDC因承受反壓而截止。③當(dāng)VA＝VB＝VC＝+5V時，即A＝B＝C＝1，3個二極管都導(dǎo)通，VF＝+5V，即F＝1。由以上分析可知，輸入端只要有一個高電平，其輸出就為高電平；當(dāng)輸入端全為低電平時，輸出才是低電平。因此或門的邏輯關(guān)系為F＝A+B+C82／581第2章電子電路基礎(chǔ)圖2.14或門電路和邏輯符號83／581第2章電子電路基礎(chǔ)其真值表如表2.2所示。其功能為：全“0”出“0”，有“1”出“1”。ABCF00001111001100110101010101111111表2.2或門電路真值表同與門電路一樣，或門電路目前也普遍應(yīng)用集成電路，其邏輯功能與分立元件或門電路相同，在邏輯電路中都用圖2.14（c）中所示的符號表示。84／581第2章電子電路基礎(chǔ)3．非門電路所謂“非”邏輯即相反的意思。如圖2.15（a）所示電路，當(dāng)開關(guān)A閉合時，燈不亮；當(dāng)開關(guān)斷開時，燈亮。因此開關(guān)A和電燈F之間的邏輯關(guān)系相反。圖2.15（b）所示電路是由晶體管構(gòu)成的非門電路。非門電路的輸入端只有一個，其輸出和輸入狀態(tài)總是相反，當(dāng)輸入端A＝1時（設(shè)其電位為+5V），使晶體管處于飽和狀態(tài)，其集電極電位近似為0V（晶體管飽和壓降Uces=0.3V），即V，F(xiàn)＝0；當(dāng)A＝0，即Va＝0V，晶體管在負(fù)電源的作用下，使發(fā)射結(jié)反偏，晶體管截止。此時集電極電位Vc=Vf+5V（晶體管截止時，F(xiàn)點(diǎn)的電位被鉗制在+5V），即F=1。由此可見，其輸出和輸入狀態(tài)相反，符合非邏輯。其真值表如表2.3所示。非門電路可由分立元件構(gòu)成，亦有集成非門電路，目前常用的非門集成電路有74LS04、74HC04等。在邏輯電路中均用圖2.15所示的邏輯符號表示。85／581第2章電子電路基礎(chǔ)表2.3

非門電路真值表10AF01

（a）

（b）

（c）圖2.15非門電路和邏輯符號86／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.4.3其他常用門電路1．與非門電路在實(shí)際工作中，經(jīng)常是將與門、或門及與非門聯(lián)合使用，組成與非門、或非門等其他門電路，以豐富邏輯功能，滿足實(shí)際需要。將與門放在前面，非門放在后面，兩個門串聯(lián)起來就構(gòu)成了“與非”門電路，其邏輯電路示意圖和邏輯符號如圖2.16所示。圖2.16與非門電路87／581第2章電子電路基礎(chǔ)由此可知，“與非”門電路的邏輯功能是先與后非，其邏輯表達(dá)式為其真值表如表2.4所示。由真值表可以看出，“與非”門電路具有：有“0”出“1”，全“1”出“0”的邏輯功能。ABCF00001111001100110101010111111110表2.4與非門電路真值表88／581第2章電子電路基礎(chǔ)目前常用的“與非”門集成電路有TTL“與非”門電路及CMOS“與非”門電路兩大類。所謂TTL“與非”門電路是指內(nèi)部的與門及非門電路是由晶體管組成的；CMOS“與非”門電路內(nèi)部電路是由場效應(yīng)管組成。74LS00集成“與非”門管腳排列如圖2.17所示。74LS00包括四個相同的“與非”門，每個“與非”門具有兩個輸入端，使用起來很方便。例2.3有一個三輸入端的“與非”門如圖2.18（a）所示，如果只使用兩個輸入端，不用的輸入端應(yīng)如何處理?圖2.1774LS00集成“與非”門管腳排列89／581第2章電子電路基礎(chǔ)解：“與非”門多余輸入端處理的原則是不影響“與非”門的邏輯功能。圖2.18（b）為“與非”門多余輸入端的三種處理方法，設(shè)邏輯C端為多余端。當(dāng)C＝0時，不論A、B的輸入端的狀態(tài)如何，“與非”門的輸出總為1，不能反映F與A、B之間的“與非”邏輯關(guān)系。當(dāng)C＝1時，“與非”門的輸出F和輸入信號A、B符合“與非”的邏輯關(guān)系。例如，A＝B＝1，F(xiàn)＝0；A＝0，B＝1，F(xiàn)＝1。因此多余端可接高電平。多余端也可與使用端相聯(lián)，變?yōu)槎斎攵恕芭c非”門。第三個辦法是把多余端懸空，懸空相當(dāng)于接高電平。但多余端懸空會引入干擾，所以一般多采用前面兩種處理方法。以上，我們對數(shù)字電路中常用的與門、或門、非門、與非門及或非門電路做了比較詳細(xì)的分析，這些門電路是組成數(shù)字電路的基本單元，因此我們必須對它們的邏輯功能、真值表、邏輯表達(dá)式做到熟練掌握。這樣，在分析問題時才能運(yùn)用自如。90／581第2章電子電路基礎(chǔ)圖2.18“與非”門不用輸入端的處理91／581第2章電子電路基礎(chǔ)2.5常用組合邏輯器件及其應(yīng)用2.5.1基本概念根據(jù)集成度的大小，集成電路分成SSI、MSI、LSI和VLSI四種，目前在數(shù)字系統(tǒng)中廣泛采用LSI及MSI，輔以一些SSI。采用以LSI、MSI器件為基礎(chǔ)的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計具有可靠性高、所需集成器件數(shù)量少、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。目前LSI及MSI產(chǎn)品主要有兩大系列：TTL邏輯系列及MOS邏輯系列（ECL系列僅在少數(shù)超高速電路中應(yīng)用）。通常，TTL系列用得較廣泛，目前隨著MOS工藝的發(fā)展，其器件速度也已逐步趕上TTL系列，但由于它功耗低、價格低，目前也應(yīng)用得很廣泛。從邏輯設(shè)計的設(shè)計方法上，應(yīng)用哪一系列并無大的差別，本節(jié)以MSI、TTL器件為例，討論它的邏輯特性及應(yīng)用。2.5.2譯碼器（Decoder）譯碼器是計算機(jī)及其他數(shù)字系統(tǒng)中使用最廣泛的一種多輸入、多輸出的邏輯器件，它把輸入代碼轉(zhuǎn)換成不同的輸出代碼。輸入代碼的位數(shù)少于輸出代碼，并且輸入代碼字與輸出代碼字是一對一的映射，即不同的輸入編碼字產(chǎn)生不同的輸出編碼字。譯碼器的一般結(jié)構(gòu)如圖2.19所示，圖中使能端（或稱允許）的作用是：當(dāng)且僅當(dāng)使能輸入全部有效時，譯碼器才能正確地執(zhí)行映射；否則譯碼器輸出為無效。譯碼器的種類很多，最常見的譯碼器有二進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器兩種。下面分別介紹它們的工作原理。92／581第2章電子電路基礎(chǔ)

圖2.19譯碼器的一般結(jié)構(gòu)

圖2.202/4譯碼器93／581第2章電子電路基礎(chǔ)1．二進(jìn)制譯碼器原理二進(jìn)制譯碼器，又稱n-譯碼器，是一種最常用的譯碼器。二進(jìn)制譯碼器的輸入為n位二進(jìn)制數(shù)，其輸出端為個，譯碼器的每個輸出端僅與輸入端的一種組合相對應(yīng)。2/4譯碼器的框圖及邏輯圖如圖2.20所示，其中A、B為二進(jìn)制數(shù)碼輸入端信號，為輸出端信號，為使能輸入端信號，低電平有效。當(dāng)=1時，譯碼器的輸出全部為1，為無效狀態(tài)；當(dāng)＝0時，對于輸入A、B的任一組合，其相應(yīng)的輸出端變?yōu)橛行В摧敵鰹?）。2/4譯碼器的真值表如表2.5所示。輸入輸出BA10000X0011X010111110111011101110111表2.52/4譯碼器真值表94／581第2章電子電路基礎(chǔ)2．MSI譯碼器（1）雙2/4譯碼器74LSl39雙2/4譯碼器是在一片器件內(nèi)封裝了兩個完全獨(dú)立且結(jié)構(gòu)相同的二進(jìn)制2/4譯碼器。其邏輯圖、真值表及邏輯符號與上面講的2/4譯碼器完全相同。從真值表及邏輯符號上可以看出，使能端G1、G2為低電平有效，輸出端也為低電平有效。注意：真值表表示的是邏輯符號框外的外部邏輯關(guān)系，是用正邏輯表示的。在一些手冊中常用H、L電平表示輸入、輸出的關(guān)系，有時又稱為功能表。（2）3/8譯碼器74LSl3874LSl38是常用的一種MSI器件，它的邏輯圖、邏輯符號如圖2.21所示，真值表如表2.6所示。輸出信號為低電平有效，它有三個使能輸入端（G1、、），只有在三個使能輸入全部有效時，輸出才有效。95／581第2章電子電路基礎(chǔ)圖2.2174LSl38（3/8譯碼器）96／581第2章電子電路基礎(chǔ)輸

入輸

出CBA0XX11111111X1X00000000XX100000000XXX00001111XXX00110011XXX010101011111111111011111111101111111110111111111011111111101111111110111111111011111111101111111表2.674LS128真值表

97／581第2章電子電路基礎(chǔ)74LSl38的內(nèi)部功能可用邏輯表達(dá)式描述如下：3/8線譯碼器設(shè)置了三個“使能”端，當(dāng)G1=1，、均為“0”時，譯碼器處于工作狀態(tài)；當(dāng)G1=0，或、中有一個為“1”時，譯碼器禁止工作。譯碼器處于工作狀態(tài)時，C、B、A可看作是一個3位二進(jìn)制數(shù)，A為最低位。這個二進(jìn)制數(shù)是幾，則第幾位輸出為0，其余輸出均為1。例如，當(dāng)外加使能輸入G1=1，、均為0，且C=1，B=0，A=1時101二進(jìn)制數(shù)是5，則為0，其余輸出均為1。（3）BCD譯碼器74LS4974LS49是常用的一種BCD碼MSI器件，它的輸入編碼為4位BCD碼、輸出為7位編碼字。與二進(jìn)制譯碼器不同的是，它的輸出編碼字中不是僅有一位為1（或0），而是按照輸入的BCD碼編碼字使對應(yīng)的某些輸出端為1，以驅(qū)動發(fā)光二極管（LED）或液晶顯示器件（LCD）顯示一位十進(jìn)制數(shù)。98／581第2章電子電路基礎(chǔ)由七段組成的一位十進(jìn)制數(shù)的顯示器件叫做七段顯示器，其結(jié)構(gòu)如圖2.22所示。適當(dāng)?shù)仳?qū)動a、b、c、d、e、f、g中某些段發(fā)光時，可分別顯示0～9中的十進(jìn)制數(shù)。大多數(shù)現(xiàn)代的七段顯示器件都可以由七段譯碼器74LS49直接驅(qū)動，74LS49的邏輯圖、邏輯符號如圖2.23所示，真值表如表2.7所示。B1端是禁止顯示控制端，它是低有效。當(dāng)B1