教学课件·电子技术(基础篇

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1、半导体基础与器半导体基础与器件件第一章本章导读自然界中的物质，按导电能力的不同，可分为导体和绝缘体。人们又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是半导体。电子技术是利用半导体器件完成对电信号处理的技术，它包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分。当被处理的电信号在时间和数值上都是连续变化的信号时，我们称为模拟信号；处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。当被处理的电信号为不连续变化、只有在其高低电平中包含有信号时，我们称电路为数字信号；处理数字信号的电子电路称为数字电路。组成模拟电路和数字电路的最基本的器件都是二极管、三极管和场效应管等半导体器件。半导体基础与器半导体基础与器件件

2、半导体的基本特性1.1半导体二极管1.2半导体三极管1.3场效应管1.4第一章半导体的基本特性1.11.1.1半导体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前用来制造半导体器件的材料主要是锗和硅，它们都是4价元素，具有晶体结构，如图1-1所示。在常温下，大多数的价电子均被束缚在原子周围，不易自由移动，只有少量的价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，自由电子逸出的空位就形成空穴。完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。由于在常温状况下，纯净半导体内的自由电子和空穴浓度很低，所以导电能力也较弱。图1-1半导体晶体结构示意图半导体的基本特性1.11.1.2N型半导体和P型半导体N型半导体是

3、在纯净半导体硅或锗中掺入微量磷、砷等5价元素，这类杂质半导体特点是：自由电子数量多，空穴数量少，参与导电的主要是带负电的自由电子，故又称为电子型半导体。P型半导体是在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素。这类掺杂导体的特点是：空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴，故又称为空穴型半导体。半导体的基本特性1.11.1.3PN结及单向导电特性采用掺杂工艺，使硅或锗的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体区域，在P区和N区的交界面形成一个具有特殊电性能的空间电荷区薄层，称为PN结。PN结正偏：PN结P区的电位高于N区的电位称为正向偏置，简称正偏。PN结反偏：PN结P区的电位低于

4、N区的电位称为反向偏置，简称反偏。图1-2PN结示意图半导体的基本特性1.11.1.3PN结及单向导电特性PN结正向偏置时，呈现低阻性，可称为导通；PN结反向偏置时，呈现高阻性，可称为截止。这种特性称为PN结的单向导电性。单向导电性PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结的反向击穿。若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。PN结具有一定的电容效应，该电容称为PN结的结电容。反向击穿热击穿结电容半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号电子产品中有各种不同封装形式的二极管，二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负

5、电极。如图1-3 、图1-4、图1-5、图1-6所示。 外形1半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号电子产品中有各种不同封装形式的二极管，二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。如图1-3 、图1-4、图1-5、图1-6所示。 外形1半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型(如图1-7a)、面接触型(如图1-7b)和平面型(如图1-7c)。结构2半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号如图1-8所示，箭头表示正向导通电流的方向。符号3图1-8二极管的正负极半导体二极管1.21.2.1二极管的结构

6、与符号导电特性4为了观察二极管的导电特性，将二极管(如1N4004)联到电池和小灯泡组成的电路中。如图1-9所示。图1-9二极管的单向导电性实验c半导体二极管1.21.2.2二极管的特性与参数二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。图1-10二极管伏安特性测试电路半导体二极管1.21.2.2二极管的特性与参数1 1二极管的正向特性(1)当正向电压较小时，正向电流极小，称为死区，死区电压：硅0.5 V，锗0.2 V。(2)当正向电压大于死区电压时，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。(3)二极管导通后，两端电压基本稳定，一般硅为0.

7、7 V，锗为0.3 V。半导体二极管1.21.2.2二极管的特性与参数2 2二极管的反向特性(1)当加反向电压时，二极管反向电阻很大，电流极小，此时电流称为反向饱和电流。(2)当反向电压不超过反向击穿电压时，反向饱和电流几乎与反向电压无关。(3)当反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。普通二极管不允许出现此种状态。有一种专用二极管(习称稳压二极管)可工作于此状态。图1-11硅二极管的伏安特性曲线半导体二极管1.21.2.2二极管的特性与参数3 3半导体二极管的主要参数(1)最大整流电流 IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。(2)最高反向工作电压

8、VRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值，也叫反向击穿电压。(3)反向漏电流 IR：是指在规定的反向电压和环境温度下的二极管反向电流值。IR越小，二极管的单向导电性能越好。半导体二极管1.21.2.2二极管的特性与参数例1-1 有同型号的二极管三只,测得数据如下表1-1所示,试问哪个管子性能好?解:甲管单向导电性能最好,因为它耐压高,反向电流小,正向电压相同的情况下,正向电流大。表1-1 二极管性能比较半导体二极管1.21.2.3特殊二极管及应用1 1稳压二极管图1-13稳压管电路符号图1-12稳压管外形半导体二极管1.21.2.3特殊二极管及应用2 2发光二极管图1-15发光二极管电路符号图

9、1-14发光二极管实物图半导体三极管1.31.2.3特殊二极管及应用1晶体三极管的基本结构(1)外形。近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率三极管多采用金属封装，通常做成扁平形状并有安装孔。图1-16所示，为各种不同封装的晶体三极管。图1-16晶体三极管的各种外形半导体三极管1.31.3.1三极管的结构1晶体三极管的基本结构(2)三极管的结构。三极管的核心是两个互相联系的PN结，PN结的组合方式不同，构成不同极性的三极管，即PNP型和NPN型两类。见图1-17。图1-17三极管的结构示意图半导体三极管1.31.3.1三极管的结构1晶体三极管的基本结构(3)特点发射区掺杂浓度较大，以

10、利于发射区向基区发射载流子。基区很薄，掺杂少，载流子易于通过。集电区比发射区体积大且掺杂少，收集载流子。注意：三极管并不是两个PN结的简单组合，不能用两个二极管代替。半导体三极管1.31.3.1三极管的结构2分类三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：(1)按半导体制造材料可分为：硅管和锗管。硅管受温度影响较小、工作稳定，因此在电子产品中常用硅管。(2)按三极管内部基本结构可分为：NPN型和PNP型两类。(3)按工作频率可分为：高频管和低频管。工作频率高于3MHz为高频管，工作频率在3MHz以下为低频管。(4)按功率可分为：小功率管和大功率管。耗散功率小于1W为小功率管，耗散功率大于1W为大

11、功率管。(5)按用途可分为：普通放大三极管和开关三极管等。半导体三极管1.31.3.1三极管的结构3图形符号三极管的图形符号如图1-18所示。图1-18三极管的图形符号半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用1电流分配关系三极管的特殊构造，使三极管具有特殊作用。(1)NPN型三极管电流分配实验电路如图1-21所示。图1-21三极管电流分配实验电路半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用1电流分配关系三极管的特殊构造，使三极管具有特殊作用。(1)三极管三个电极上的电流分配实验数据如表1-2。表1-2三极管三个电极上的电流分配半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用 2电流

12、放大作用由表 1-2 的数据可看出，当基极电流 IB 由 0.03 mA 变到 0.04 mA 时，集电极电流IC由 1.74 mA 变到 2.33 mA 。上面两个变化量之比为(1)当IB有较小变化时，IC就有较大变化。(2)直流电流放大系数 (3)交流电流放大系数半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用 2电流放大作用显然,(1-2)和(1-3)两式的意义是不同的。前者反映的是静态(直流工作状态)时集电极与基极电流之比，而后者反映的是动态(交流工作状态)时三极管的电流放大特性。即 (4)IC与IB之间的关系为：IC IBICEO上式中，当基极开路，IB =0时，集电极有一个小于1微

13、安的电流流向发射极，这个电流称为穿透电流，用 ICEO表示。 IBICEO ,故 ICEO 一般可忽略,即 ICIB。半导体三极管1.31.3.3三极管在放大电路中的三种连接方式1三极管的工作电压(1)三极管工作在放大状态时，发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。如图1-19所示。(2)偏置电压：基极与发射极之间的电压。图1-19三极管工作电路示意图半导体三极管1.31.3.3三极管在放大电路中的三种连接方式2三极管在电路中的基本连接方式在实际放大电路中，除了共发射极连接方式外，还有共集电极和共基极连接方式，这三种连接方法即构成单管放大器的三种组态，其差异是采用了不同电极作为公共端。图1

14、-20三极管的三种基本连接方式半导体三极管1.31.3.4三极管的伏安特性曲线及工作区图1-22为三极管特性测试电路。左边为基极和发射极组成的回路称输入回路，右边由集电极和发射极组成的回路称为输出回路。图1-22三极管输入、输出特性测试实验电路半导体三极管1.31.3.4三极管的伏安特性曲线及工作区三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线两种。三极管的特性曲线可根据实验数据绘出，也可由晶体管特性图示仪直接测绘出。图1-23输入特性曲线图1-24输出特性曲线半导体三极管1.31.3.4三极管的伏安特性曲线及工作区三极管工作状态由偏置情况决定。见表1-3。工作状 态放 大截 止饱 和PN结发

15、射结正偏集电结反偏发射结反偏或零偏发射结正偏集电结正偏NPNVCVBVEVBVEVBVE，VCVEPNPVCVBVEVBVEVBVE，VCVE表1-3三极管的不同工作状态半导体三极管1.31.3.5三极管的参数及选用1三极管的主要性能参数(1)共发射极电流放大系数。(2)反向饱和电流。2三极管的主要极限参数(1)集电极最大允许电流ICM。(2)集电极最大允许耗散功率PCM。(3)集电极发射极反向击穿电压UCEO。3.国产半导体器件的命名方法第一部分：用阿拉伯数字表示器件的电极数目；第二部分：用英文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；

16、第五部分：用汉语拼音字母表示规格号。场效应管1.41.4.1结型场效应管1 1分类、符号及外形图图1-31结型场效晶体管的电路符号图1-32结型场效晶体管外形图场效应管1.41.4.1结型场效应管2 2工作原理图1-33N沟道结型场效应晶体管工作电路示意图(1)电路连接。N沟道结型场效应晶体管工作电路连接见图1-33。(2)工作原理。当UGS=0，N沟道在 作用下，形成电流ID，此时，电流ID最大。当UGS PN结受反向偏压PN结加宽N沟道变窄电阻变大ID减小。当UGS 达到一定值，PN结变得较宽，以至N沟道被两边PN结夹断，则ID = 0 。 结论：通过调节 可控制漏极电流ID的变化；P沟道

17、与N沟道工作原理相同(UGS 0， UGS 0)； 使PN结反偏；场效应晶体管只有多数载流子导电，称为单极晶体管。场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-34场效应晶体管测试电路场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测

18、试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-35转移特性曲线场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特

19、性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-36输出特性曲线场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管1 1分类、符号及外形图(1)分类。分为N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型四种类型。(2)电路符号。四种场效晶体管的电路符号如图1-25所示。图1-25四种绝缘栅场效应晶体管的电路符号场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管2 2结构和工作原理图1-27N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管图1-28工作原理示意图场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟道增强型MOSFET的转移特性和输出特性图1-29转移特性曲线(1)转移特性。在漏源电压为确定值时，漏极电流

20、与栅源电压之间的关系曲线，称为转移特性。N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如图1-29所示。当VT时，ID=0；当VT时，ID随的。(2)N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线如图1-30所示。场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟道增强型MOSFET的转移特性和输出特性图1-30输出特性曲线(1) 转移特性。在漏源电压uDS为确定值时，漏极电流 iD与栅源电压uGS之间的关系曲线，称为转移特性。N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如图1-29所示。当 UGSVT 时，ID = 0；当 UGS VT 时，ID随 的。(2)N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线如图1-30所示。

21、场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟道增强型MOSFET的转移特性和输出特性当UGS UT且一定时，三个区域特点比较见表1-5。表1-5输出特性曲线的三个区域特点场效应管1.41.4.3场效应晶体管的主要参数和特点1 1场效应晶体管的主要参数(1)开启电压UT ：指UDS为定值时，使增强型绝缘栅场效应管开始导通的栅源电压。(2)夹断电压UP：指UDS为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截止的栅源电压，N沟道管子的UP为负值，属耗尽型场效应管的参数。(3)跨导gm：指 为定值时，栅源输入信号UGS与由它引起的漏极电流ID之比，这是表征栅源电压UGS对漏极电流ID控制作用大小的重

22、要参数。(4)最高工作频率fM：它是保证管子正常工作的频率最高限额。场效应管三个电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。(5)漏源击穿电压U(BR)DS ：指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时，会使PN结反向击穿。(6)最大耗散功率PDSM：指ID与UDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度对管子提出的限制条件。 场效应管1.41.4.3场效应晶体管的主要参数和特点2 2场效应晶体管与普通三极管特点比较半导体基础与器件第一章本章小结半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性，因而成为制造电子元器件的关键材料。二极管是由一个PN结构成，其最主要的特性是具有单向导电性

23、，二极管的特性可由伏安特性曲线准确描述。选用二极管必须考虑最大整流电流、最高反向工作电压两个主要参数，工作于高频电路时还应考虑最高工作频率。特殊二极管主要有稳压二极管、发光二极管、光电二极管等。稳压管是利用它在反向击穿状态下的恒压特性来构成稳定工作电压的电路。发光二极管起着将电信号转换为光信号的作用，而光电二极管则是将光信号转换为电信号。半导体基础与器件第一章本章小结三极管是一种电流控制器件，有NPN型和PNP型两大类型。三极管内部有发射结、集电结两个PN结，外部有基极、集电极、发射极三个电极。在发射结正偏、集电结反偏的条件下，具有电流放大作用；在发射结和集电结均反偏时处于截止状态。在发射结和

24、集电结均正偏时处于饱和状态。三极管的放大功能和开关功能得到广泛的应用。三极管的特性曲线和参数是正确运用器件的依据，根据它们可以判断管子的质量以及正确使用的范围。表示电流放大能力大小；PCM、ICM、V(BR)CEO 规定了三极管的安全运用范围；ICEO、ICBO反映了管子温度稳定性。半导体基础与器件第一章本章小结场效晶体管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两大类，每类又有P沟道和N沟道的区分。场效晶体管用转移曲线和输出曲线来表征管子的性能。场效晶体管的三个工作区域是：可调电阻区、放大区(或饱和区)和击穿区。MOS 管是一种电压控制器件。MOS 管的优点是：输入阻抗高、受幅射和温度影响小、集

25、成工艺简单。超大规模集成电路主要用 MOS 管。基本放大电基本放大电路路第二章本章导读在实际生活与实践中常常要用到放大电路，例如麦克风采集到的语音信号需要经过放大处理才能有效扩音。放大电路是用来放大电信号的一种装置，有共射极、共集电极、共基极三种基本形式。基本放大电基本放大电路路共射极放大电路2.1图解法2.2微变等效电路2.3放大电路的偏置电路2.4第二章共集电极放大电路和共基极放大电路2.5多极放大电路2.6场效应管放大电路2.7共射极放大电路2.12.1.1放大电路组成三极管基本放大电路由直流电源、信号源、负载、三极管、相应的偏置电路组成，如图所示。放大电路组成框图共射极放大电路2.12

26、.1.1放大电路组成共射极放大电路如图所示。共射极放大电路共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理以共射极放大电路为例，分析放大电路的工作原理。见图。输入交流信号ui通过电容C1的耦合送到三极管的基极和发射极。共射极放大电路共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理以共射极放大电路为例，分析放大电路的工作原理。见图。输入交流信号ui通过电容C1的耦合送到三极管的基极和发射极。 交流信号ub与直流偏压UB叠加的 波形如图（a），基极电流 产生相应的变化，波形如图（b）所示。 共射极放大电路各极电流电压变化波形电流ic经放大后获得对应的集电极电流 ，如图（c）所示。集射极电压uCE波形与

27、输出电流ic变化情况相反，如图（d）所示。 uCE经耦合电容C2隔离直流成分，输出的只是放大信号的交流成分uo 。共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理了解放大电路的性能指标有利于更好地的分析放大电路的性能。主要指标有以下几种:增益1增益，又称作放大倍数，用来衡量放大电路放大能力的参数。（1）电压增益 。它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。它可定义为输出电压与输入电压之比，即 共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理（2）电流增益 。它是用来衡量放大电路的电流放大能力。它可定义为输出电流与输入电流之比。即越大表明放大能力越好。(3)功率增益。它定义为输出功率与输入功率之比。

28、即共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理输入电阻R R i2放大电路与信号源相连时，就要从信号源索取电流。索取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响，所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信号源的影响。当信号频率不高时，电抗效应不考虑，则 共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理输出电阻R R o3从输出端看进去的放大电路的等效电阻，称为输出电阻，输出电阻代表放大电路带负载的能力。Ro越小表明带负载能力越强。则共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理通频带4通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降

29、并产生相移。如图所示为某放大电路的幅频特性曲线共射极放大电路图中， 为下限截止频率， 为上限截止频率，这两处的放大倍数的数值等于0.707倍的。即0.707Aum。其中是该放大电路最大电压增益。通频带BW：就是上限频率与下限频率之间的中频段。即图解法2.2放大电路的分析主要分析放大电路的静态参数和动态参数，即分析电路的静态工作点和放大倍数、输入电阻、输出电阻等。常用的方法有两种：图解法和微变等效法。在分析时，我们常常需要将电路图进行处理以便分析，即分析静态工作点时绘制直流通路，分析动态时绘制交流通路和微变等效图。方法如下：1、对直流通路，电容视为开路，电感视为短路，其他不变。2、对交流通路，电

30、容和电源视为短路。3、微变等效图，在交流通路的基础上，将晶体三极管等效变化后得到的图。在三极管特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的工作情况，称为图解法。这种方法直观，物理意义清楚。图解法2.22.2.1静态分析静态工作点：所谓静态工作点，就是输入信号为0时，电路中三极管各级的静 态 电 流 和 极 间 电 压 ， 下 标 用 Q表 示 。 对 应 的 电 流 、 电 压 分 别 为 。图解法2.22.2.1静态分析直流负载线法例2-1 使用直流负载线法求解图（a）所示电路的静态工作点。解：将图（a）所示基本放大电路图画成如图（b）所示的直流电路图。分析电路可以得到下式：(a)共射极放大电路

31、(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点图解法2.22.2.1静态分析直流负载线法直流负载线的作法：将 分别代入公式（2-7）中，即可以在三极管特性曲线上两个特殊点 M 和 N 点。计算方法如下：(a)共射极放大电路(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点图解法2.22.2.1静态分析确定静态工作点2通过确定基极电流 值，找到MN与三极管特性曲线相交点Q，从而确定静态工作点。计算方法如下：(a)共射极放大电路(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点将参数带入上式中计算可得到 ，从而确定Q点如图2-6（c）所示。Q点确定了，就可以从图中求出对应的 。即图解法2.22

32、.2.2动态分析通过绘制交流负载线作动态分析。方法如下：绘图法分析动态参数以图（a）为例，将其绘制为交流通路图如图（b）所示。绘制交流通路图(a)共射极放大电路(b)交流通路图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2交流负载线图解法2.22.2.2动态分析图解分析放大倍数3交流负载线如图所示。如果知道 的变化范围，从图中可得出工作点的变化范围Q1Q2和输出电压的动态范围，则输出信号在该范围内以Q点为中心按照正弦规律变化。 所以输出电压的幅值 ；若输入信号的幅值为，则放大器的电压放大倍数为图解法2.2

33、2.2.3用图解法分析波形的非线性失真静态工作点对放大电路的影响。放大电路的静态工作点设置不合适，将导致放大输出的波形产生失真。静态工作点对放大电路的影响微变等效电路2.32.3.1三极管微变等效电路三极管各极电压和电流的变化关系，在较大的范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号下，其特性可以近似地看作是线性的。因此可以使用一个线性电路来代替三极管。三极管的微变等效变化如图所示。晶体三极管及微变等效图（a）三极管 （b）三极管微变等效图将三极管的b、e端等效为电阻 ，将c、e端等效为恒流源，电流大小是 ，方向与 同向，c、e端等效为电阻 。微变等效电路2.32.3.2放大电路的微变等效电路放大

34、电路的微变等效电路是在交流通路的基础上，将三极管作微变等效变化得来的。首先绘制放大电路（a）的交流通路，如图（b）所示，再将三极管按照微变等效的方法做变化就得到了放大电路的微变等效图，由于 远远大于 ，因此在放大电路微变等效图中将其省去，如图（c）所示。共射极放大电路微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路用微变等效电路求动态参数。根据放大电路的微变等效图分析可以得到各项性能指标的求法如下：（1）电压放大倍数其中，常取值为300。微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路（2）输入电阻放大器对信号源来说是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载，也是从放大器

35、输入端看进去的输入电阻Ri。输入电阻定义为放大器输入端的输入电压与输入电流之比，即（3）输出电阻放大器对负载来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻 。即从输出端向内看到的电阻值：微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路例2-2 在上图共射极放大电路（a）中，设 =12V， =200 k ，静态电流 = 2.1 mA ，晶体管 = 35。当输出端负载电阻 时，求基极静态电流、电压放大倍数、输出电阻。解放大电路的偏置电放大电路的偏置电路路2.42.4.1固定偏置电路固定偏置电路如图所示。由直流通路可见，偏置电流 是通过偏置电阻 由电源 提供，当 U 时，只要 和 为定值， 就

36、是一个常数，故把这种电路称为固定偏置电路。因此，当环境温度升高时，虽然 为常数，但 和 的增大会导致 的增大。可见，该电路的温度稳定性较差。只能用在环境温度变化不大，要求不高的场合。固定偏置电路放大电路的偏置电放大电路的偏置电路路2.42.4.2分压偏置电路分压式偏置电路如图所示。由于此时 ，基本恒定，不受温度影响，当环境温度上升时，引起 增大，导致 增大，使增大。由于 ， 减小，于是基极偏流 减小，使集电极电流 的增大受到限制，从而达到稳定静态工作点的目的。稳定工作点的过程简述如下：。分压式电路主要用在交流耦合的分立元件放大电路中，它能提高静态工作点的热稳定性。分压式偏置电路共集电极电路和共

37、基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路如图（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号，因此共集电极电路又称为射极输出器、电压跟随器。此电路的优点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入极、输出极或缓冲极。它的交流通路图如图(c)所示，可以看出输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。共集电极放大电路（1）静态分析。由图（b）所示的直流通路图，可以得到：共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路如图（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号，因此共集电极电路又称为射极输出器、电压跟随器。

38、此电路的优点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入极、输出极或缓冲极。它的交流通路图如图(c)所示，可以看出输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。共集电极放大电路（2）动态分析。根据图（d）所示，可以得到共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.2共基极放大电路常见的共基极放大电路如图（a）图所示，其信号是从发射极输入，集电极是信号输出端，基极是信号公共端。（1）静态分析。共基极放大电路的直流通路如图（b）所示。如果忽略基极电流对分压电阻 的分流作用，则基极静态工作点为：共基极放大电路共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.2共基极放大电路（2

39、）动态分析。共基极放大电路交流通路图如图（c），微变等效电路如图（d）所示，分析动态参数如下：共基极放大电路由以上分析可以看出共基极放大电路电压放大倍数约为1，输入与输出同相；输入电阻比共射极放大电路小，输出电阻相同。共基极放大电路的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基极放大电路。多极放大电多极放大电路路2.6在实际应用中为了得到足够的增益或考虑到输入电阻和输出电阻的特殊要求，放大电路常常是由多个放大电路组成的，成为多级放大器。多级放大器是由输入级、中间级、输出级组成的。如图所示。多级放大电路组成框图多极放大电多极放大电路路2.6利用电容作为耦合和隔离直流信号元件的电路，如图所示。阻容

40、耦合两极放大电路2.6.1级间耦合方式阻容耦合1多极放大电多极放大电路路2.6将变压器前级输出端与后级输入端相连接的耦合方式，如图所示。变压器耦合两极放大电路2.6.1级间耦合方式变压器耦合2多极放大电多极放大电路路2.6将前后级直接连接在一起的耦合方式。如图所示。直接耦合两级放大电路2.6.1级间耦合方式直接耦合3多极放大电多极放大电路路2.6在多级放大电路中，如果各级放大电路的增益是 ， 则多级放大电路的总增益为各级放大电路增益的乘积。即2.6.2多级放大器的性能指标多级放大电路的放大倍数1多级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻，多级放大电路的输出电阻就是最后一级放大电路的输出

41、电阻。多极放大电多极放大电路路2.6图(a)、(b)为两级参数完全相同的单级放大器的幅频特性曲线，组成两级放大器后放大倍数相乘，其幅频特性曲线如图(c)，两级放大器比单级放大器的通频带变窄。放大器级数越多，通频带就越窄。2.6.2多级放大器的性能指标多级放大器的频率特性2单级与多级放大电路频率响应比较场效应管放大电场效应管放大电路路2.7场效应管与三极管一样，可以组成放大电路，由于场效应管只有工作在恒流区才具有放大作用，因此场效应管放大电路同样需要有直流偏置，以保证场效应管正常工作。根据场效应管放大电路公共端的不同，可以分为共源极、共漏极、共栅极三种放大电路。下面以共源极放大电路为例进行介绍。

42、场效应管放大电场效应管放大电路路2.7场效管是电压控制元件，静态时需要有合适的栅极电压。场效管有不同的种类，偏置电路应根据不同的管子选自不同的电路形式和电压极性。一般常用的偏置电路有分压偏置电路和自偏压电路。2.7.1偏置电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.1偏置电路分压偏置电路1分压偏置电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.1偏置电路自偏压电路2自偏压电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析静态分析1场效应管放大电路静态分析方法与三极管放大电路分析方法相似，可以使用图解法或是公式法。下面以共源极分压偏置电路为例进行分析。做直流分析时，将电容作开路

43、处理，由于Rg3上没有电流，所以场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析动态分析2 场效应管放大电路在动态分析时仍采用小信号模型进行分析。（1）场效应管小信号模型。场效应管小信号模型场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析动态分析2 （2）动态参数分析。将上图中的电路作等效变化，如下图所示。由图可知场效应管放大电路等效电路该电路的动态参数是基本放大电路第二章本章小结1. 放大的本质是能量控制作用，即使用能量较小的输入信号控制另一个能源，从而使得负载上获得较大的能量（输出信号）。2. 为了实现放大作用常采用有放大作用的器件如:三极管、场效应管等组成的放大电路。这些

44、具有放大作用的器件构成了放大电路的核心。3. 对放大电路的分析常采用两种基本方法：图解法和等效电路法。图解法简单直观，等效电路法适合分析复杂电路。4. 放大电路中存在电抗元件，其中包括电容、电感，这些元件对直流信号和不同频率的交流信号呈现的阻抗是不同的，从而放大电路对不同频率的交流信号器放大作用是不同的。基本放大电路第二章本章小结5. 多级放大电路常见的耦合方式有：阻容耦合，直接耦合，变压器耦合三种。6. 为提高信号的传输效率，多级放大要考虑级间的合理配合，同时还要考虑传输信号的类型，例如传输电压信号，则希望低输出电阻与高输入电阻配合。负反馈放大器及集成运算放负反馈放大器及集成运算放大器大器第

45、三章本章导读反馈在电子线路中应用十分广泛，特别是在放大电路中引入负反馈，可以大大改善电路的性能。本章介绍反馈的基本概念、反馈电路的结构、反馈类型及其判别方法。讨论不同的负反馈组态对放大电路的影响。本章还介绍了基本差分放大电路的组成、分析方法及其电路的改进；集成运算放大器的电路结构、参数；集成运算放大器基本电路的分析及应用；振荡器的自激条件及RC振荡器和LC振荡器；介绍非正弦波振荡器典型电路，并以信号发生器为例讲解振荡器的工程应用。负反馈放大器及集成运算放负反馈放大器及集成运算放大器大器负反馈放大器3.1差分放大器3.2集成运算放大器3.3集成运算放大器的基本运算电路3.4第三章正弦波振荡器3.

46、5非正弦波振荡器3.6工程应用正弦波信号发生器的设计制作3.7负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某一电路送回输入端，称为反馈。具有反馈作用的放大器叫反馈放大器。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。由输出信号形成反馈信号的电路叫反馈电路或反馈网络。构成反馈网络的元件叫反馈元件。反馈信号与输出信号之比叫反馈系数。如果反馈信号削弱了输入信号使放大电路的净输入减小，导致电路的放大倍数降低的反馈称为负反馈，反之，则为正反馈。反馈环方框图反馈的基本概念1反馈放大器的结构2负反馈放大电路分为两部分:一个是基本放大电路;另一个是反馈电

47、路（或称反馈网络）。通常用反馈环方框图表示，如图所示。负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态反馈的分类3（3）电压反馈与电流反馈（1）正反馈与负反馈（4）串联反馈与并联反馈（2）直流反馈与交流反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态反馈类型的判别4在分析实际反馈电路时，必须首先判别其属于哪种反馈类型。在判别反馈类型之前，首先应看放大器的输出端与输入端之间有无电路连接，以便确定有无反馈。反馈类型的判别负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（1）电压串联负反馈电压串联负反馈实际电路和连接方框图分别如图（a）

48、、（b）所示。电压串联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（2）电压并联负反馈电压并联负反馈电路和连接方框图分别如图（a）、（b）所示。电压并联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（3）电流串联负反馈电流串联负反馈实际电路和交流通路分别如图（a）与（b）所示。电流串联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（4）电流并联负反馈电流并联负反馈实际电路和交流通路分别如图（a）与（b）所示。电流并联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1

49、反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5信号源内阻对于负反馈的效果是有影响的。串联负反馈适用于信号源内阻小的电压源;并联负反馈适用于信号源内阻大的电流源。小知识负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响提高放大倍数的稳定性1根据图所示，负反馈放大器的开环放大倍数为负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响提高放大倍数的稳定性1负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响展宽通频带2通频带BW 反映放大电路对输入信号频率变化的适应能力。图表示负反馈放大电路展宽通频带的原理。负反馈放大电路展宽通频带负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.

50、2负反馈对放大电路的影响减小非线性失真3负反馈可以减小非线性失真。需要注意的是，负反馈减小的是放大器非线性所产生的失真，而输入信号本身固有的失真并不能减小。此外负反馈不能完全消除非线性失真。负反馈对输入电阻的影响4（1）串联负反馈提高输入电阻ri为开环时基本放大电路的输入电阻，rif为闭环时负反馈放大电路的输入电阻。可以证明：（2）并联负反馈降低输入电阻 ri为开环时基本放大电路的输入电阻， rif为闭环时负反馈放大电路的输入电阻。可以证明：负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响负反馈对输出电阻的影响5（1）电压负反馈降低输出电阻ro为开环时基本放大电路的输出电阻，ro

51、f为闭环时负反馈放大电路的输出电阻。可以证明：（2）电流负反馈提高输出电阻 ro为开环时基本放大电路的输出电阻， rof为闭环时负反馈放大电路的输出电阻。可以证明：由于放大电路的输出电阻降低了，因此电压负反馈放大电路增强了带负载能力。差分放大差分放大器器3.23.2.1基本差分放大器及抑制零漂的原理直接耦合放大器中的特殊问题1在多级放大电路中采用直接耦合，虽然可以解决传输缓变信号及使设备小型化，但存在两个特殊问题：一是级间静态工作点互相影响，二是零点漂移问题。差分放大差分放大器器3.23.2.1基本差分放大器及抑制零漂的原理基本差分放大器2图所示为基本的差分放大器，它由完全相同的单管放大器组成

52、。基本差分放大器静态时，输入信号为零，即ui1=ui2=0。由于电路对称，即IC1=IC2，或UC1=UC2，故输出电压为UO=UC1UC2=0。差分放大差分放大器器3.23.2.1基本差分放大器及抑制零漂的原理差分放大器抑制零漂的原理3当电源波动或温度变化时，两管集电极电位将同时发生变化。比如温度升高，两管集电极电流同步增加，其集电极电位则同步下降。由于电路对称，两管变化量相等，即uc1=uc2，因此输出电压为uo=uc1-uc2=0，可见，尽管每个三极管都存在零漂，但两管各自的零漂电压在输出端相互抵消，使差分放大电路整体零漂被抑制。差分放大差分放大器器3.23.2.2输入信号类型及电压放大

53、倍数差分放大器的输入信号可分为两种，即共模信号和差模信号。在放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相同的信号，即ui1=ui2时，这种输入方式称为共模输入，所输入的信号称为共模（输入）信号。共模输入信号常用uic表示，即uic=ui1=ui2。在放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即ui1=-ui2，这种输入方式为差模输入，所输入的信号称为差模（输入）信号。差模输入信号常用uid表示，即 ui1=uid2ui2=-uid2差分放大差分放大器器3.23.2.2输入信号类型及电压放大倍数设两管的电压放大倍数均为A，则两管输出电压分别为uo1，uo2，则差分放大器的输入方式差分放大

54、差分放大器器3.23.2.2输入信号类型及电压放大倍数差分放大差分放大器器3.23.2.2输入信号类型及电压放大倍数当两个输入信号电压既非共模、又非差模，而是任意的两个信号时，可先将它们分解成共模信号和差模信号，然后再去处理。其中差模信号是两个输入信号之差，共模信号是两个输入信号的平均值。小知识差分放大差分放大器器3.23.2.3共模抑制比为了全面衡量一个差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，我们用共模抑制比来综合表征这一性质。共模抑制比的定义为有时也用对数形式表示差分放大差分放大器器3.23.2.4差分放大器的输入、输出单端输入、单端输出0404单端输入、双端输出0303双端输入、单端

55、输出0202双端输入、双端输出0101差分放大器的不同接法不论何种输入方式，只要是双端输出，其差模放大倍数就等于单管放大倍数，输出电阻就等于2RC；只要是单端输出，差模放大倍数及输出电阻均减少一半。另外，输入方式对输入电阻没有影响。小知识差分放大差分放大器器3.23.2.4差分放大器的输入、输出长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器差分放大差分放大器器3.23.2.4差分放大器的输入、输出加调零电位器的差分放大器带恒流源的差分放大器集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.1运算放大器概述集成电路就是将某一功能或单元电路的元器件和连线制作在同一硅片上。随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将

56、数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) 、中规模集成电路(简称MSI)、大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放。集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.2集成运算放大器的内部电路组成集成运放内部是一个多级直接耦合放大电路，一般由4部分构成：输入级、中间级、输出级和偏置电路，其电路结构框图如图所示。集成运放的电路结构框图集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.2集成运算放大器的

57、内部电路组成集成运放的外引脚排列因型号而异。图（b）所示为国产集成运放F007的引脚功能情况。集成运放符号及F007的引脚集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.3集成运算放大器的主要技术指标输入误差特性参数用来表示集成运放的失调特性，描述这类特性的主要是以下几个参数：输入误差特性参数1输入失调电压VOS（1）输入偏置电流IB（3）输入失调电压的温漂（2）输入失调电流（4）输入失调电流温漂（5）集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.3集成运算放大器的主要技术指标开环差模特性参数用来表示集成运放在差模输入作用下的传输特性。描述这类特性的参数有开环电压增益、最大差模输入电压、差模输入阻抗、开

58、环频率相应及其3dB带宽。开环差模特性参数23dB带宽（3）差模输入电阻Rid（4）开环差模电压增益（1）最大差模输入电压（2）集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.3集成运算放大器的主要技术指标共模特性参数3共模抑制比KCMR（1）最大共模输入电压（2）集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.3集成运算放大器的主要技术指标输出瞬态特性参数4输出瞬态特性参数用来表示集成运放输出信号的瞬态特性，描述这类特性的参数主要是转换速率。转换速率是指运放在闭环状态下，输入为大信号(如阶跃信号)时，放大器输出电压对时间的最大变化速率。转换速率的大小与很多因素有关，其中主要与运放所加的补偿电容、运放本身

59、各级三极管的极间电容、杂散电容，以及放大器的充电电流等因素有关。集成运算放大集成运算放大器器3.33.3.3集成运算放大器的主要技术指标电源特性参数5电源特性参数主要有静态功耗等。静态功耗指运放零输入情况下的功耗。F007的静态功耗为120mW。集成运算放大器的基本运算集成运算放大器的基本运算电路电路3.43.4.1理想运算放大器的特点集成运放的理想化条件1由于集成运放具有开环差模电压增益高，输入阻抗高，输出阻抗低及共模抑制比高等特点，为了分析方便，常将它的各项指标理想化。集成运放的理想化条件为： （1）开环差模电压放大倍数A0d ； （2）输入电阻rid ； （3）输出电阻ro 0； （4）

60、共模抑制比KCMR ； （5）失调电压VOS、失调电流IOS均为零； （6）上限频率fH 。由于实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此，在分析电路时，用理想运放代替实际运放一般是允许的。本书除特别指出外，均按理想运放考虑。集成运算放大器的基本运算集成运算放大器的基本运算电路电路3.43.4.1理想运算放大器的特点理想运放的工作特性2（1）线性区当理想运放工作于线性区时uo=A0d(u+u-) 而A0d ，因此u+u-=0 即u+=u-， (3-19)又由输入电阻rid可知，流进运放同相输入端和反相输入端的电流i+=i-=0 (3-20)可见，当理想运放工作于线性区时，同相输入端与反相输入端

61、的电位相等，流进同相输入端和反相输入端的电流为0。u+=u-就是u+和u-两个电位点短路，但是由于没有电流，所以称为虚短路，简称“虚短”；而i+=i-=0表示流过电流i+、i-的电路断开了，但是实际上没有断开，所以称为虚断路，简称“虚断”。集成运算放大器的基本运算集成运算放大器的基本运算电路电路3.43.4.1理想运算放大器的特点理想运放的工作特性2（2）非线性区工作于非线性区的理想运放仍然有输入电阻Rid，因此i+=i-=0；但由于uo A0d (u+u-)，不存在u+=u-，由电压传输特性可知其特点为当u+u-时，uo=Uom；当u+10，所以二-十进制译码器是不完全译码器。常用的二-十进

62、制译码器如74LS42、CC4028等。下面是74LS42的逻辑符号和逻辑图以及功能表。二-十进制译码器74LS142编码器和译码编码器和译码器器6.26.2.2译码器二-十进制译码器2编码器和译码编码器和译码器器6.26.2.2译码器显示译码器3数码显示电路示意图LED数码显示器外形图编码器和译码编码器和译码器器6.26.2.2译码器显示译码器3LED数码管的内部接线图LED数码管根据连接方式不同分为共阴极和共阳极两种连接方法，如果将七个发光二级管的阴极接在一起就叫做共阴极接法，此时需要用高电平（逻辑1）来驱动发光二级管发光；如果将七个发光二级管的阳极接在一起就叫做共阳极接法，此时需要用低电

63、平来驱动发光二级管发光。数据选择器和数据分数据选择器和数据分配器配器6.36.3.1数据选择器数据选择器又称“多路开关”或“多路调制器”。它的功能是从多个数据输入通道中选择某一通道的数据传输至输出端。数据选择器示意图数据选择器和数据分数据选择器和数据分配器配器6.36.3.2数据分配器数据分配器的工作原理正好与数据选择器相反，数据分配器的逻辑功能是将1个输入数据传送到多个输出端中的1个输出端，具体传送到哪一个输出端是由一组选择控制信号（地址码）确定。数据分配器示意图加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.1加法器如果不考虑来自低位的进位，将两个一位二进制数相加，给出和数和

64、进位，称为半加；完成此功能的电路称为半加器。如在第i位的两个加数Ai和Bi相加，它除产生本位和数Si之外，还有一个向高位的进位数Co，因此有两个输入信号（加数Ai、被加数Bi ）和两个输出信号（本位和Si、向高位的进位Co）。由半加器真值表可得表达式：半加器半加器1加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.1加法器不仅考虑相加的两个一位二进制数，而且还考虑来自低位进位的运算称为全加，能完成全加运算的电路称为全加器。如在第i位二进制数相加时，被加数、加数和来自低位的进位数分别为Ai、Bi、Ci，本位输出和向相邻高位的进位数为Si、Ci。因此有三个输入信号（加数Ai、被加数Bi

65、、来自低位的进位Ci），两个输出信号（本位和Si、向高位的进位Co ）。输出与输入之间的逻辑表达式为：全加器逻辑图全加器2加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.1加法器多位全加器是将多个一位全加器按照低位全加器的进位输出Co接到高位全加器的进位输入端Ci并将最低位进位输入端Ci接地的方式连接而成。4位串行进位加法器多位加法器3加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.2数值比较器两个1位数A和B的大小比较，不外三种情况：AB；AB；Y2=1表示AB（AB）、IAB（AB、AB接低电平、A=B接高电平。若需扩大比较器的位数时，可用多片连接。多位数值比较

66、器2加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.2数值比较器如图所示为由片74LSB85组成的12位数值比较器的逻辑电路。多位数值比较器2用3片85组成12位数值比较器的逻辑电路加法器与数据比较器及加法器与数据比较器及芯片芯片6.46.4.2数值比较器组合逻辑电路第六章本章小结本章讲述了组合逻辑电路的特点，组合逻辑电路的分析方法和设计方法，编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、加法器和数值比较的电路与原理以及这些功能电路的中规模集成芯片。学习组合逻辑电路的应用首先要学习集成化的组合逻辑电路芯片的使用，本章对各个功能电路均通过一个常用的集成芯片为例分析其真值表、输入输出管脚的

67、功能与使用，以期同学们在此基础上举一反三逐步掌握集成芯片的功能与使用。掌握了电路分析的一般方法，就可以识别给定电路的逻辑功能；掌握了电路设计的一般方法，就可以根据给定的逻辑要求设计出相应的逻辑电路。因此，学习本章内容时组合电路的分析方法和设计方法是重点之一。时序逻辑电时序逻辑电路路第七章本章导读自然界中的物质，按导电能力的不同，可分为导体和绝缘体。人们又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是半导体。电子技术是利用半导体器件完成对电信号处理的技术，它包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分。当被处理的电信号在时间和数值上都是连续变化的信号时，我们称为模拟信号；处理模拟信号的电

68、子电路称为模拟电路。当被处理的电信号为不连续变化、只有在其高低电平中包含有信号时，我们称电路为数字信号；处理数字信号的电子电路称为数字电路。组成模拟电路和数字电路的最基本的器件都是二极管、三极管和场效应管等半导体器件。时序逻辑电时序逻辑电路路RS触发器及芯片7.1防止“空翻”的触发器及芯片7.2二进制计数器及芯片7.3十进制计数器7.4第七章集成计数器及其功能扩展7.5寄存器和移位寄存器及芯片7.6工程应用（抢答器）7.7RS触发器及芯片7.17.1.1基本RS触发器基本RS触发器，如图（a）所示，是由两个与非门交叉直接耦合组成的，使与非门的两个输山端 有稳定的输出信号“1”和“0”，或“0”

69、和“1”，且在两个输入端 上输入信号，可以很方便地将触发器输出端的信号置成“1”或“0”。 图（b）是它的逻辑符号。基本RS触发器电路组成1在数字电路中，用触发器输出端Q的状态来定义触发器的状态。当触发器的输出端Q为高电平信号“1”时，称触发器的状态为“1”，当触发器的输出端Q为低电平信号“0”时，称触发器的状态为“0”。RS触发器及芯片7.17.1.1基本RS触发器规定其约束方程：电路组成1综合上述分析，基本RS触发器的逻辑功能可由表描述。RS触发器及芯片7.17.1.1基本RS触发器例7-1 基本RS触发器如基本RS触发器图所示。试根据下图中给定的输入信号波形对应画出输出Q和 的波形。解：

70、根据上表，基本RS触发器输出端的波形如下图中Q和 所示。图中虚线部分表示Q和 状态无法确定。电路组成例7-1输入/输出波形图1RS触发器及芯片7.17.1.2同步RS触发器在基本RS触发器前面增加一级输入控制门电路，即可组成同步RS触发器，如图所示。电路组成1同步RS触发器RS触发器及芯片7.17.1.2同步RS触发器R和S应满足约束方程：逻辑功能2RS触发器及芯片7.17.1.2同步RS触发器例7-2同步RS触发器的波形如图所示，设初始状态为逻辑0，试画出相应的输出Q波形。逻辑功能2例7-2输入波形图例7-2输入输出波形图解：CP=0时，触发器保持原态不变；CP=1时，触发器按照同步RS触发

71、器的功能表的功能改变状态。RS触发器及芯片7.17.1.2同步RS触发器在同步RS触发器的使用过程中，触发器虽然能按一定的时间节拍进行翻转动作，但它在CP为1期间，输入条件的变化会导致输出状态的变化，即如果在CP=1时，输入条件R、S发生跳变，将会使触发器发生一次以上的翻转，也就是所谓的“空翻”现象。“空翻”会造成节拍混乱和系统工作不稳定。这就要求同步RS触发器在CP脉冲触发期间的输入信号严格保持不变。同步RS触发器的空翻问题3防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.1主从型JK触发器主从型JK触发器逻辑图如图（a）所示，逻辑符号如图（b）所示。主从JK触发器是由两个同步RS触发器串联组成的，

72、其中与非门 、 、 、 组成主触发器，与非门 、 、 、 组成从触发器。且两个同步RS触发器CP脉冲的相位正好相反。从触发器的输出Q和 分别接回至主触发器接收门的输入端。电路组成及逻辑符号1主从型JK触发器防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.1主从型JK触发器根据主从JK触发器的次态真值表可得特性方程：逻辑功能2主从JK触发器的功能是：防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.1主从型JK触发器例7-3 主从JK触发器的时钟脉冲CP和J、K信号的波形如图所示，画出输出端波形。设触发器初始状态为0。解：根据主从JK触发器的功能表，可画出Q、 端的波形，如图所示。逻辑功能2例7-3的波形图防止“

73、空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器（1）电路组成及逻辑符号由六个与非门构成的维持阻塞结构正边沿D触发器如图所示。 、 构成基本RS触发器、 构成维持阻塞电路，D是输入端。 和 分别称为直接置“0”端和直接置“1”端，低电平有效。在不做直接置“0”和直接置“1”操作时， 和 保持高电平。维持阻塞结构正边沿D触发器1维持阻塞结构正边沿D触发防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器特性方程：维持阻塞结构正边沿D触发器1例7-4波形图例7-4 维持阻塞D触发器 ，根据给定的CP和D的波形，设初态为1，画出Q的波形。解：根据维持阻塞D触发器的功能表(维持阻塞正边沿D触发器功能表)

74、可画出Q的波形如图。注意：当 D 端信号和 CP 作用沿同时跳变时，触发器存入的是 D 跳变前的状态。防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器负边沿JK触发器2负边沿JK触发器（1）电路组成及逻辑符号图（a）给出了负边沿JK触发器的逻辑图，它由两部分组成： 、 组成的与或非门和 、 、 组成的与或非门共同构成RS触发器； 、 是引导门。时钟脉冲一路送给 、 ，另一路送给 、 。值得注意的是CP脉冲是经过 、 延时，所以送到 、 的时间比到达 、 的时间晚一个与非门的延时时间，这就保证了触发器的翻转对准的是CP的负边沿。防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器负边沿JK触

75、发器2例7-5波形图例7-5 负边沿JK触发器，给定CP、J、K的波形如下图，试画出相应的输出 Q 和 输出波形。设初始状态为0。 解：根据对负边沿JK触发器逻辑功能的分析画出波形如图。防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器T触发器3T触发器如果将JK触发器的J、K端连接在一起，并将输入端命名为T，就得到T触发器。如图（a）,图（b）是它的逻辑符号。防止“空翻”的触发器及芯片7.27.2.2边沿触发器T触发器3T触发器具有保持和翻转功能。功能表见表。二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构1晶体三极管的基本结构图是3位异步二进制加法计数器原理图，它由3个下降沿JK 触发器作

76、3位计数单元。J=K=1，每来一个CP脉冲的下降沿时触发器就翻转一次；低位触发器的输出作为高位触发器的CP 脉冲，这种连接称为异步工作方式。工作波形如图。3位异步二进制加法计数器原理图工作波形二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构2异步二进制减法计数器图（a）是4位异步二进制减法计数器的原理图，图（b）是该计数器的工作波形图，为清零端。清零后，在第一个CP脉冲作用后，各触发器输出翻转为1111，这是一个“置位”动作，以后每来一个CP脉冲计数器就减1，直到0000为止，符合二进制减法计数的规律。4位异步二进制减法计数器二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构3计数器逻辑功能的分析与

77、表示方法对于时序逻辑电路，如何分析它们的工作原理，描述它们的逻辑功能呢？对于时序逻辑电路的分析一般按照以下步骤进行：（1）写出电路的驱动方程和输出方程。（如果是异步时序电路则还要列出CP方程）（2）将驱动方程代入触发器的特性方程，求出电路的状态方程（表达式）。（3）根据次态方程列出电路的状态转换表，并画出电路的状态转换图和时序图。（4）用时序图和文字描述电路的逻辑功能。二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构例7-6试分析图所示电路的逻辑功能。二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构（3）根据状态方程列出状态转换表。状态转换表：将触发器所有的现态依次列举出来，再分别代入状态方程中，

78、求出相应的次态并列出表格，这种表格就是状态转换真值表，简称状态表。见表，假设逻辑电路初态为000，下一个状态即其次态为001,001又是下个状态的初态，依次类推，可得表。二进制计数器及芯片7.37.3.1三极管的结构（4）画状态转换图。将逻辑电路状态转换用图形方式来描述，这种图形称为状态转换图，如图7-21所示。图中，箭头表示状态转换的方向（由初态到次态）。3个触发器有8种工作状态，由000110这七种状态形成的循环称为有效循环，还有一种状态111没有利用，称为无效状态。如果无效状态在若干个CP作用后，最终能进入有效循环，就称该电路具有自启动功能。例7-6状态转换图二进制计数器及芯片7.37.

79、3.1三极管的结构（5）画时序图，如图所示。时序图（工作波形）：将时序逻辑电路中各触发器的输出状态用波形来表示，这种波形就是时序图，它形象的表示了输入、输出信号在时间上的对应关系。例7-6时序图（6）说明逻辑电路的逻辑功能。这是一个同步七进制加法计数器，Y为进位脉冲，能够自启动。二进制计数器及芯片7.3计数脉冲同时加到所有触发器的时钟信号输入端，使应翻转的触发器同时翻转的计数器，称作同步计数器。相比于异步计数器，同步计数器的工作速度较快，工作频率也较高。二进制计数器及芯片7.37.3.2同步二进制计数器1同步二进制加法计数器用四个T触发器构成的4位同步二进制加法计数器电路如图所示。4位同步二进

80、制加法计数器由图可得各触发器的驱动方程和输出方程：二进制计数器及芯片7.37.3.2同步二进制计数器由于第一个触发器的=1，来一个CP脉冲翻转一次，的波形如图所示；第二触发器的，当时，触发器状态保持，当时，在CP脉冲触发下翻转，的波形图如图所示，同理可得波形图。同步二进制加法计数器波形图二进制计数器及芯片7.37.3.2同步二进制计数器根据计数器的波形图可以得到状态转换表，如表。二进制计数器及芯片7.37.3.2同步二进制计数器根据状态转换表画出状态转换图如图所示。同步二进制加法计数器状态转换图二进制计数器及芯片7.37.3.2同步二进制计数器2同步二进制减法计数器由JK触发器构成的四位同步二

81、进制减法计数器电路如图所示，4个JK触发器都接成了T触发器。B是借位输出端，有图可知，B=4位同步二进制加法计数器十进制计数十进制计数器器7.47.4.1同步十进制加法计数器由JK触发器组成的同步十进制加法计数器如图所示。同步十进制加法计数器十进制计数十进制计数器器7.47.4.2同步十进制减法计数器由JK触发器组成的同步十进制加法计数器如图所示。同步十进制减法计数器集成计数器及其功能集成计数器及其功能扩展扩展7.57.5.1集成异步计数器74LS29074LS290是常用的集成异步计数器，它的逻辑图如图所示。由图可见，它是由四个JK触发器和两个与非门构成。74LS290十进制计数器逻辑图电路

82、结构1集成计数器及其功能集成计数器及其功能扩展扩展7.57.5.1集成异步计数器74LS29074LS290外引脚和逻辑符号电路结构1集成计数器及其功能集成计数器及其功能扩展扩展7.57.5.1集成异步计数器74LS29074LS290构成二十三进制计数器例7-7利用两片74LS290构成二十三进制加法计数器。解：先将两片接成8421BCD码十进制的74LS290级联组成1010=100进制异步加法计数器。再将状态“00100011”通过反馈与门输出至异步置0端，从而实现23进制计数器。如图所示。集成计数器及其功能集成计数器及其功能扩展扩展7.57.5.2同步集成计数器74LS161寄存器和移

83、位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.1寄存器可以寄存二进制代码的器件称为寄存器，广泛地用于数字系统和数字计算机中。电路结构1在接收指令（在计算机中称为写指令）控制下，将数据送入寄存器存放；需要时可在输出指令（读出指令）控制下，将数据由寄存器输出。图是由D触发器组成的四位寄存器的逻辑图。它有四个数据输入端，和一个异步复位端和一个送数控制端CP。由D触发器组成的四位寄存器寄存器和移位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.1寄存器工作原理2寄存器和移位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.2移位寄存器单向移位寄存器1单向移位寄存器，是指仅具有左移功能或右移功能

84、的移位寄存器。（1）电路结构将寄存器中各个触发器的输出依次与后一级触发器的输入连接，就构成了移位寄存器。图给出了用D触发器组成的四位右移移位寄存器的逻辑图。图中为串行输入端，为串行输出端，为并行输出端。由D触发器组成的四位右移位寄存器寄存器和移位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.2移位寄存器双向移位寄存器2数据既可以左移又可以右移的寄存器叫双向移位寄存器。寄存器和移位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.2移位寄存器集成双向移位寄存器芯片3双向移位寄存器74LS194寄存器和移位寄存器及寄存器和移位寄存器及芯片芯片7.67.6.2移位寄存器集成双向移位寄存器芯片3工

85、程应用（抢答器）工程应用（抢答器）7.7在智力竞赛中，参赛者通过抢先按动按钮，取得答题权。图是由4个D触发器和2个与非门、1个非门等组成的4人抢答器。4人抢答器电路时序逻辑电路第七章本章小结1.触发器是数字系统中具有记忆功能的基本逻辑部件，具有置“0”、置“l”及保持等功能。可用来构成寄存器、移位寄存器及计数器等逻辑电路。2.触发器的逻辑功能是指触发器次态与输人信号及原态之间的关系。描述触发器逻辑功能的方法有特性方程、特性表、驱动表、状态转换图及时序图等。虽然它们的形式不同，但内涵是一致的，可以由任一种形式推出其他形式。其中特性方程最为重要。时序逻辑电路第七章本章小结3根据逻辑功能不同，触发器

86、分为RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。同一逻辑功能的触发器可用不同结构形式的电路实现。结构形式不同，触发方式就不同，控制方式也不同、也就是动作特点不同。按结构形式不同，触发器分为：基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器。在选用触发器时，不仅需要知道触发器的逻辑功能，还必须了解它的结构类型。时序逻辑电路第七章本章小结4.时序逻辑电路必须含有存储电路，而且存储电路的输出和外加输入一起，共同决定电路的输出状态，这就是时序电路在结构上的特点。这种结构上的特点使时序电路在任意时刻的输出不仅和当时的输入信号有关，而且还和电路原来的状态有关，也就是时序电路具有记忆功能，这就是时序电路在逻

87、辑功能方面的特点。根据组成时序电路中各个触发器动作变化与CP的关系，可分为同步时序电路和异步时序电路。时序逻辑电路第七章本章小结5.计数器的主要作用，一是对输入脉冲个数进行累加计数，二是对输入脉冲信号进行分频等。计数器按照计数方式可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按计数长度可分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器。常用的集成计数器芯片多为二进制计数器和十进制计数器，用它可以方便地组成任意进制的计数器，也可用多片计数器扩展计数器的位数。时序逻辑电路第七章本章小结6.寄存器和移位寄存器也是常用的时序逻辑电路。寄存器可以存放二进制代码，移位寄存器除了可以存放二进制代码，还能对二进制代码

88、进行移位操作。移位寄存器可用来实现数据的串并变换和并串变换，还可以构成移位型计数器及顺序脉冲发生器等。脉冲波形的产生和整脉冲波形的产生和整形形第八章本章导读在数字电路中，提供时钟脉冲信号CP及各种不同频率的脉冲信号一般有两种方法，一是由矩形波振荡器提供，二是利用整形电路将已有的信号变换成所需要的脉冲波形（如矩形波、尖脉冲波、锯齿波等）。本章主要介绍集成555定时器、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器和相应的集成电路产品及其应用等。脉冲波形的产生和整脉冲波形的产生和整形形脉冲电路概述8.1集成555定时器8.2施密特触发器8.3第八章单稳态触发器8.4多谐振荡器8.5工程应用简易脉搏测试仪的

89、制作8.6脉冲电路概述8.1数字电路系统中，除组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有一种是脉冲电路。脉冲电路的主要作用是参产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换。常用的脉冲信号波形如左图所示。由于脉冲波形是各种各样的，所以用以描绘各种不同脉冲波形特征的参数也不一样。下面仅以矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的参数，如右图所示。矩形脉冲的参数几种常用的脉冲波形集成集成555定时定时器器8.2555定时器是一种中规模集成定时电路（也称555时基电路），它的应用十分广泛，通常只要外接几个阻容元件就可以构成各种不同用途的脉冲电路。同时，在工业自动控制定时、仿声、报警等方面也获得了广泛应用。555定时电路的产品有双极型和

90、CMOS型两种，现介绍双极型中规模集成555定时电路，该电路电源电压为4. 516V，驱动电流也较大，并能提供与TTL、MOS电路相兼容的逻辑电平。集成集成555定时定时器器8.2电路形式1555集成电路内部结构框图集成集成555定时定时器器8.2功能2施密特触发施密特触发器器8.3施密特触发器的符号如图所示。施密特触发器特性及定性符号施密特触发施密特触发器器8.38.3.1由555定时器构成的施密特触发器电路组成1将555定时器阈值输入端R（6脚）和触发输入端 （2脚）连在一起作输入，由Q端（3脚）或由放电端 (7脚)输出，加上拉电阻 R 和电源VDD ，可构成施密特触发器，如图所示。 由

91、放电输出端输出的信号高电平可由VDD电源加以调节，来配合不同负载的要求。由定时器构成的施密特触发器施密特触发施密特触发器器8.38.3.1由555定时器构成的施密特触发器施密特触发器的工作波形工作原理2R和 连接后输入I，I为如图所示的三角波信号。表所示为555定时器功能表，此电路的工作情况如下：施密特触发施密特触发器器8.38.3.2回差电压可调的施密特触发器回差电压可调的施密特触发器回差现象是施密特触发器的又一重要特点。实践中有些场合需要利用回差，有时又希望回差尽量小。因此，组成回差电压可调的施密特触发器具有更大的实用价值。图是一个通过射极跟随器射极电阻分压比来改变回差电压的施密特触发器及

92、其输入、输出波形的施密特触发器。施密特触发施密特触发器器8.38.3.3施密特触发器的应用波形变换1将正弦波、三角波变换成矩形波，如图所示。波形变换施密特触发施密特触发器器8.38.3.3施密特触发器的应用信号整形2一些测量装置的输出信号经放大后，波形可能很不规则，且顶部易受干扰，如图（a）所示，经施密特触发器整形后变成如图（b）所示的合乎要求的脉冲波形。若回差电压较小，顶部干扰将对输出波形造成不良影响，如图（c）所示，这时，适当增加回差，可提高触发器抗干扰能力。从波形变换和整形两方面应用可见，两者是相通的。波形变换施密特触发施密特触发器器8.38.3.3施密特触发器的应用幅度鉴别3利用施密特

93、触发器状态取决于输出信号的幅值这一特点，可以作成幅度鉴别电路。将幅度不等的一串脉冲信号送入施密特触发器输入端，超过VT+的脉冲，使触发器翻转，有脉冲输出；小于VT+的脉冲不能使触发器翻转，无脉冲输出，达到了幅度鉴别的目的。如图所示。幅度鉴别单稳态触发单稳态触发器器8.4单稳态触发器是除施密特触发器外，数字系统中常用的另一类脉冲整形电路。单稳态触发器的种类很多，现介绍一些在数字系统和计算机中常用的单稳态电路及集成芯片。单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.1由555定时器构成的单稳态触发器1 1电路组成如图所示为一个由555定电路构成的单稳态触发器。555定电路构成的单稳态触发器单稳态触发单稳态

94、触发器器8.48.4.1由555定时器构成的单稳态触发器2 2工作原理单稳态触发器的工作过程一般分为五个阶段：单稳态触发器波形图（5）恢复阶段（4）自动返回（2）触发翻转（3）暂稳态（1）稳态单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.1由555定时器构成的单稳态触发器3 3主要参数（2）恢复时间tre（3）最高工作频率fmax（1）输出脉冲宽度tpO单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.2集成单稳态电路集成单稳态触发器通常可以分成两大类：一类是可重复触发单稳态触发器，其图形符号如图（a）所示，另一类是不可重复触发单稳态触发器，其图形符号如图（b）所示。最常用的有双极型的74121、74122、74

95、123、74221及CMOS型的CC1428等。集成单稳态触发器符号单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.2集成单稳态电路1 1不可重复触发单稳态触发器7412174121图形符号单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.2集成单稳态电路2 2可重复触发单稳态触发器7412274122图形符号单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.2集成单稳态电路3 3单稳态触发器的应用单稳态触发器被广泛地用作脉冲波形的整形、定时和延时等。（1）整形由于单稳态触发器输出的脉冲宽度和幅度仅决定于电路本身的参数，而与触发器脉冲无关。因此，不管输入到单稳态触发器的脉冲波形如何，只要能使单稳态触发器翻转，就能在输出端获得一

96、定宽度和幅度的规则矩形脉冲波，通常称为脉冲整形，如图所示。单稳态触发器作整形电路单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.2集成单稳态电路3 3单稳态触发器的应用（2）定时单稳态触发器输出是具有一定宽度的矩形脉冲，用它作与门的控制信号，当B为低电平时封锁与门，A不能通过；B为高电平时开启与门，A信号通过与门，如图所示。可见，单稳态触发器可广泛用于定时操作控制电路。（3）延时图（a）中单稳态触发器输出的矩形波B下降沿比输入触发脉冲I下降沿滞后了tpO时间，如图（b）所示。若再利用B的下降沿去触发其他电路，就比直接利用I触发延迟了tpO时间。单稳态触发器作整形电路单稳态触发单稳态触发器器8.48.4.

97、2集成单稳态电路4 4微分型单稳态触发器除由555定时器构成的单稳态触发器外，常用的单稳态触发器中有一种由与非门电路构成的微分型单稳态触发器。多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.1由555定时器构成的多谐振荡器1 1电路结构图(a)所示为一个由555定时器构成的多谐振荡器，在此电路中，定时元件除电容C外，还有两个串联的电阻RA和RB，电容C和电阻RB的连接点接到两个比较器C1、C2的输入端R、（6脚、2脚），RA和RB的连接点接到放电管V1的输出端（7脚，）。由555定时器构成的多谐振荡器多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.1由555定时器构成的多谐振荡器4 4应用举例（1）模拟声响发生器图（a）

98、所示为两个振荡器构成的模拟声响发生器。若调节定时元件RA1、RB1、C1使第个振荡器振荡频率为1HZ，调节定时元件RA2、RB2、C2使第振荡器振荡频率为2 kHZ。由于低频振荡器的输出接到高频振荡器的复位端（4脚），因此在O1输出高电平时，允许振荡器振荡；O1输出低电平时振荡器被复位，停止振荡。扬声器便发出“呜呜”的间隙声响，其工作波形如图（b）所示。模拟声响发生器多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.1由555定时器构成的多谐振荡器4 4应用举例（2）电压频率变换器由555定时器构成的多谐振荡器中，若控制端VM不再通过电容0.01F接地，而在5脚上加一个可变电压，则调节5电压的大小可以改变比较

99、器C1、C2的参考电压，上比较器的参考电压为5，下比较器的参考电压为5，5电压越大，参考电压值越大，输出脉冲周期越大，频率越大；反之，5越小，输出脉冲频率越高。由此可见，只要改变控制电压5，就可以改变其输出频率，此时，555振荡器就可以认为是一个电压频率变换器。多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.2由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器由两个集成单稳态触发器构成的多谐振荡器多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.3石英晶体振荡器石英晶体振荡器为了获得频率稳定度更高的时钟脉冲，目前普遍采用石英晶体振荡器，简称晶振。如计算机中的时钟脉冲即由晶振产生。石英晶体振荡器电路如左图所示。石英晶体具有如右图所示的阻

100、抗频率特性。石英晶体的阻抗频率特性多谐振荡多谐振荡器器8.58.5.4环形多谐振荡器环形多谐振荡器电路由三个与非门G1、G2、G3和可调电阻R、电容C以及保护内阻RS构成。RS100。环形多谐振荡器工程应用工程应用简易脉搏测试仪的简易脉搏测试仪的制作制作8.6一种简易脉搏测试仪，利用光线传感器件将人手指尖透光性随脉搏跳动的微弱变化转换成电信号，经有关电路放大处理后，再通过声、光电路把脉搏跳动是情况反映出来。该脉搏测试仪电路由电源电路、光线传感器、整形放大电路和声、光电路组成，如图所示。工程应用工程应用简易脉搏测试仪的简易脉搏测试仪的制作制作8.6环形多谐振荡器脉冲波形的产生和整形第八章本章小结

101、1.施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两种整形电路。施密特触发器输出脉冲的宽度由输入信号决定，输出电压波形有明显改善。单稳态触发器输出信号宽度由电路参数决定，与输入信号无关，输入信号只起触发作用，所以单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号。2.自激的脉冲振荡器不需要外加输入信号，只要接通供电电源，就自动产生矩形脉冲信号。3.555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。大规模集成电大规模集成电路路第九章本章导读计算机需要使用存储电路储存计算过程中的信息和计算结果。早期主要使用磁芯存储器作内存。由于磁芯存储器存在容量小、

102、速度慢、体积大、可靠性低，制约了计算机产业的发展。随着电子技术的发展，大规模集成电路得以广泛使用，半导体存储器的集成度、可靠性和存取速度迅速提高，制造工艺更为简便，价格迅速下降，从20世纪70年代开始，半导体存储器逐渐取代磁芯存储器。本章主要内容如下1.ROM的分类、结构及工作原理；2.RAM的分类、结构及工作原理；3.可编程逻辑器件的结构及应用大规模集成电大规模集成电路路只读存储器（ROM）9.1可编程逻辑器件（PLD）9.2随机存储器（RAM）9.3第九章只读存储器（ROM）9.19.1.1概述ROM（Read-Only Memory）即只读存储器，它是一种半导体内存，其特性是一旦储存资料

103、就不会因为电源关闭而消失。ROM只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。它所存数据一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。只读存储器（ROM）9.19.1.1概述（1）ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；（2）ROM结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。只读存储器的特点1只读存储器（ROM）9.19.1.1概述实际上，只读存储器只是一个相对概念，随着电子技术制造的发展，只读已经发展为可擦除。只读知识相对RAM(随机存储器)而言，现在，只读存储器可以分为以下类型。（1）掩膜型ROM(固定ROM)数据在制造时就

104、写在芯片中，用户无法更改数据，只能读出数据。这种类型的ROM使用受到很大限制，市场上使用不多。（2）可编程ROMPROM可将数据写入芯片。一旦写入，也不能进行修改。这种芯片现在使用也不多了。（3）可擦除可编程ROMEPROM可以将数据写入芯片中，也可以使用特殊手段将芯片中的数据擦除，重新写入新数据，亦即可以中重复使用。（4）电可擦除ROM-E2PROM可以使用电压在线擦除芯片中内容，重新写入数据。只读存储器分类2只读存储器（ROM）9.19.1.2掩膜型ROM（固定型ROM）只读内存（Read-Only Memory）是一种只能读取资料的内存。这种类型存储器的基本存储电路有二极管构成的，也有晶

105、体管构成的，也有MOS构成的。只读存储器（ROM）9.19.1.3可编程ROM-PROM可编程ROM（Programmable ROM，PROM）所有字位均有管子（二极管、晶体管或MOS管），这样每位都是1，在每位的管子管脚上有镕丝，视需要利用电流将其烧断，可编ROM仅能写录一次。只读存储器（ROM）9.19.1.4可擦除可编程ROM-EPROM可擦除可编程ROM芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。擦除信息时，需要将器件从系统上拆卸下来，并在紫外线照射下，擦除信息。而且，只能将整个芯片中的信息整体擦除，显然，使用起来，不太方便。 只读存储器（ROM）9.19.1.5电可

106、擦除ROM（E2PROM）E2PROM是一种电可擦除可编程只读存储器，并且其内容在掉电的时候也不会丢失。在平常情况下，EEPROM与EPROM一样是只读的，需要写入时，在指定的引脚加上 一个高电压即可写入或擦除，而且其擦除的速度极快！通常EEPROM芯片又分为串行EEPROM和并行EEPROM两种，串行EEPROM在读写时数据的 输入输出是通过2线、3线、4线或SPI总线等接口方式进行的，而并行EEPROM的数据输入输出则是通过并行总线进行的。主要IC有28XX系列。可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.2目前常见的PLD产品有：编程只读存储器（Programmable Read Only

107、 Memory，PROM），现场可编程逻辑阵列（Field Programmable Logic Array，FPLA），可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，PAL），通用阵列逻辑（Generic Array Logic，GAL），可擦除的可编程逻辑器件（Erasable Programmable Logic Array，EPLA），复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等类型。PLD器件从规模上又可以细分为简单PL

108、D（SPLD）、复杂PLD（CPLD）以及FPGA。它们内部结构的实现方法各不相同。 可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.2可编程逻辑器件(PLD)的基本结构是由它主要由输入缓冲、与阵列、或阵列和输出结构等四部分组成。如图所示：可编程逻辑器件的核心部分是可以实现与或逻辑的与阵列和或阵。PLD的基本结构可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.1PLD的特点集成度高01加快了电子系统的设计速度02高的性能03高可靠性04成本低05系统具有加密功能06可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.2SPLD的原理简单的阵列结构PLD（SPLD)是出现最早的PLD。SPLD中的

109、与阵列和或阵列可以由晶体三极管组成（双极型）组成或大量的MOS场效应管（MOS型）组成。可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法如图(a)所示，他的输出是输入的原码和反码。SPLD的符号可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法2.与门表示方法SPLD的符号图（b）是标准与门逻辑符号，在SPLD中的表示符号是图（c）。输入只画一根输入线，通常称为乘积线，四根输入线画为与乘积线垂直的四根竖线，这种多输入在SPLD中构成乘积项。竖线和乘积线的交叉点要么是一个“.”，要么是一个“X”，要么什么也不画。画

110、点表示固定连接，不可编程，画叉表示可编程连接，可以通过编程决定连接。交叉点什么也不画，表示不连接。图（c）可以编程实现F=ABC。可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法2.与门表示方法SPLD的符号图（d）表示或门的标准逻辑符号，图（e）是SPLD中的或门符号。同样，F=A+B。在图（f）中，表示或门有四个乘积项，F=A+B+C+D。3.或门表示方法可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法2.与门表示方法4.与门的几种特殊情况3.或门表示方法图为几种与门特殊情况符号。在输出为E的与门中，两个输

111、入缓冲器的输出全部加在乘积线上，显然，输出E永远为0。这种情况会经常遇到，可以用与门框内打“X”来简单表示，如图中的输出为F的与门所示，F输出永远为0。在输出为G的与门中，乘积线没有输入连接，表示输出永远为1，即G=1。与门的三种特殊情况符号可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法2.与门表示方法4.与门的几种特殊情况5.阵列图3.或门表示方法例9-1 阵列图如图所示，试写出输出逻辑表达式。 例9-1阵列图可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.3SPLD的符号1.输入缓冲器表示方法2.与门表示方法4.与门的几种特殊情况5.阵列图3

112、.或门表示方法可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.4可编程逻辑阵列器件（PLA）PLA有组合型和时序型两种类型，分别使用于实现组合函数和时序函数。可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.5可编程阵列逻辑器件（PAL器件）PAL (Programmable Array Logic)器件是美国MMI公司于20世纪70年代后期推出的可编程逻辑器件，采用了阵列逻辑技术，既有规则的阵列结构，又能实现灵活多变的逻辑功能，且编程简单，易于实现。由于PLD技术的飞速发展，这类器件已经使用不多，但是，后继推出的GAL器件及CPLD是以它为基础的，这里介绍PAL的基本原理。可编程逻辑器

113、件可编程逻辑器件（PLD）9.29.2.6通用阵列逻辑器件（GAL）GAL器件的特性是：采用超高速，电可擦除的CMOS(E2CMOS)工艺制造，因而可以保证极好的技术特性和随时可擦除性；具有CMOS的低功耗的特性；具有输出逻辑宏单元(OLMC)，使用户能够按需要对输出信号组态；具有TTL可编程逻辑芯片的速度。随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.1静态随机存储器（SRAM）的结构RAM存储器按电路类型可以分为双极型和单极型（MOS）型两种。双极型存储器由于集成度低、功耗大、价格贵，在微型计算机中基本不被采用。而MOS型存储器由于集成度高，功耗低，价格便宜，在微机中得到普遍使用。MOS型R

114、AM又包括静态RAM（Static RAM）和动态RAM（Dynamic RAM）。静态存储器一般由地址译码器、存储矩阵、控制逻辑和三态双向缓冲器等部分组成。如图所示。静态随机存储器的结构随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.2RAM工作原理地址译码器单译码编址方式的存储器结构双译码编制方式的存储器结构随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.2RAM工作原理存储器控制电路随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.2RAM工作原理静态RAM的基本存储电路（单元）前面介绍过存储器的每一个存储单元又若干基本存储电路（又称基本存储单元）组成。每一个存储单元存储一个字，每一个基本存储单元存储

115、一位数据，既一个二进制代码“0”或“1”。静态RAM的基本存储单元如图所示。静态RAM基本存储电路随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.2RAM工作原理动态基本存储电路（单元）动态基本存储单元是以电荷的形式存储信息。信息以电荷的形式存储在MOS管柵源之间的极间电容上或直接存储在电容上。动态基本存储单元有六管型、四管型、三管型及单管型四种。其中单管型由于结构简单，集成度高，被广泛采用。图是一个单管型基本存储电路示意图。单管型动态RAM的基本存储电路随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.3RAM存储器容量扩展方法我们知道，RAM的容量是用K（或M）表示，但要真正知道其容量，还要知道存储

116、单元的位数。如我们前面知道的2186/2187片内具有8K8位，表示有8K单元，每个单元是8位，2114芯片是1K4位的，表示有1K单元，每个单元是4位。如果需要16K8位存储容量，显然就不能满足要求了，需要使用两片2186芯片。同样，要使用1K8位存储容量,使用1片2114也不能满足要求了，要使用2片2114芯片。前者是字数扩展，后者是位数扩展。随机存储器随机存储器（RAM）9.39.3.3RAM存储器容量扩展方法1.位数扩展2.字扩展3.字、位扩展大规模集成电路第九章本章小结1半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件，它可分为RAM和ROM两大类，绝大多数属于MOS工艺制

117、成的大规模数字集成电路。2ROM是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和 可 编 程 ROM。 后 者 又 可 细 分 为 PROM、 EPROM、E2PROM和快闪存储器等，特别是E2PROM和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了RAM的特性。大规模集成电路第九章本章小结3可编程逻辑罗器件PLD是70年代发展起来的电子器件，用户可以使用计算机软件或专用设备进行编程开发，决定PLD芯片的逻辑功能。它采用陈列结构组成与阵列和或阵列，根据电路和功能不同，可以分为PROM、PLA、PAL、GAL。它们的共同特征是把与-或阵列结构作为

118、片内基本逻辑资源进行编程。4RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其它存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读写存储器。它包含有SRAM和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而DRAM则必需定期刷新。数模与模数转数模与模数转换换第十章本章导读在电子电器、工业控制设备中，绝大部分系统的模拟量和数字量是同时存在的。如温度检测控制系统中，检测的温度是一个模拟信号，而处理控制系统一般使用数字信号，输出信号一般又要使用模拟信号，这样就需要将检测的模拟信号转换为数字信号提供给控制系统，控制系统计算完成后，又要

119、输出控制信号，需要转换成模拟信号，如电压信号控制加热器，提升或降低所控制的温度。模拟量转换为数字信号的过程叫做模数转换，简称A/D，把完成这种功能的电路叫模数转换器，简称ADC。把数字信号转换为模拟信号的过程叫做数模转换，简称D/A，完成这种功能的电路叫做数模转换器，简称DAC。本章简单介绍DAC、ADC的基本工作原理及典型器件。数模与模数转数模与模数转换换数模转换器（DAC）10.1模数转换器（ADC）10.2工程应用（ADC在智能温度控制系统中应用）10.3第十章数模转换器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模

120、拟开关。数模转换有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。三位DAC示意图数模转换器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念假设此DAC的输出满度值为1。则数字量与模拟量的对应关系如图所示。三位DAC数字量与模拟量的对应关系数模转换器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念如果输出模拟电压最大值为10V，则输入数字量与输出模拟量的关系如表所示。数模转换器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念数模转换器（DAC）10.110.1.权电阻网络DAC电路组成1权电阻网络DAC实际上是一个反向求和放大器，既加法器。它的原理图如图所示。它由电子切换开关、权电阻、运算放大器组成。权电

121、阻网络DAC原理图数模转换器（DAC）10.110.1.权电阻网络DAC工作原理2如图所示，权电阻分别是R、2R、4R、8R，位切换开关受四位二进制数控制，当二进制d3d2d1d0某一位是1时间，对应的开关闭合，反之，对应的开关打开。根据开关所在的位不同，放大器输出的电压是不同的。数模转换器（DAC）10.110.1.权电阻网络DAC工作原理2如图所示，权电阻分别是R、2R、4R、8R，位切换开关受四位二进制数控制，当二进制d3d2d1d0某一位是1时间，对应的开关闭合，反之，对应的开关打开。根据开关所在的位不同，放大器输出的电压是不同的。数模转换器（DAC）10.110.1.权电阻网络DAC

122、工作原理2可见，d3d2d1d0对输出模拟电压的贡献正好是符合8421权值。这样就把输入的二进制数转换成了模拟信号。这种方式在转换位数较多的二进制数时，由于权电阻的分散性较大，精度受到影响，所以集成DAC一般不使用该方法。数模转换器（DAC）10.110.1.3R R-2R RT形电阻网络DAC电路组成1R-2R T 形电阻DAC由T形电阻解码网络、模拟电子开关及求和放大器组成。四位T形电阻网络DAC原理图，如图所示。四位T形电阻网络DAC原理图数模转换器（DAC）10.110.1.4DAC的主要技术参数1.分辨率2.线性度3.转换速度（建立时间）4.失调误差5.输出极性及范围模数转换器（AD

123、C）10.2模数转换器（ADC）10.210.2.1采样/保持和ADC的基本概念采样/保持电路示意图（1）采样/保持电路1.采样/保持的基本概念模数转换器（ADC）10.210.2.1采样/保持和ADC的基本概念采样/保持波形（2）工作原理1.采样/保持的基本概念模数转换器（ADC）10.210.2.1采样/保持和ADC的基本概念三位ADC示意图我们使用一个三位ADC来说明ADC的基本概念。三位ADC示意图如图所示。2. ADC的基本概念模数转换器（ADC）10.210.2.2逐次逼近型模数转换器逐次逼近型A/D转换器工作原理图逐次逼近型是目前应用最多、使用较广的A/D转换器。图是逐次逼近型A

124、/D转换器的原理图。它由寄存器、D/A转换器、比较器和控制逻辑等组成。1.转换原理模数转换器（ADC）10.210.2.3双积分模数转换器双积分A/D转换器电路工作原理双积分式A/D转换器工作原理如图所示。它由电子开关、积分器、比较器、计数器和逻辑门等部分组成。双积分就是进行一次A/D转换需要进行两次积分。双积分电路工作过程积分器输出电压变化情况模数转换器（ADC）10.210.2.4并行模数转换器直接A/D转换器能把输入的模拟电压直接转换成输出的数字量而不需要经过中间变量.常用的电路有并联比较型和反馈比较型两类。三位并联比较型A/D转换器电路三位并行比较型A/D转换原理电路如图所示，它由电压

125、比较器、寄存器和代码转换器三部分组成。模数转换器（ADC）10.210.2.5ADC主要技术参数1.分辨率2.量化误差3.转换精度4.转换时间与转换速度模数转换器（ADC）10.210.2.6电子模拟开关模拟开关(有时简称为“开关”)是根据数字控制信号的电平切换或路由模拟信号(信号可以是规定范围内的任何电平)的开关器件。通常由“传输门电路”构成，模拟开关的功能类似于继电器。（1）信号可双向传输）信号可双向传输（2）开关断开后漏电流）开关断开后漏电流极小极小电子模拟电子模拟开关具有开关具有以下特性：以下特性：工程应用ADC在智能温度控制系统中的应用10.310.3.1温度智能控制系统概述在现代过

126、程控制及各种智能仪器和仪表中，为采集被控（被测）对象数据以达到由计算机进行实时检测、控制的目的，常用微处理器和A/D转换器组成数据采集系统。为了使水温保持在设定的温度范围你，要使用智能温度控制系统。智能温度测控装置框图如图所示。智能温度控制系统框图数模与模数转换第十章本章小结1.ADC、DAC是实现模拟电路和数字电路相互转换的桥梁，是数字电路系统重要的接口电路。2.DAC是将数字信号转换为模拟信号的电子线路，它主要由电阻网络、求和放大器、模拟开关等组成，它输出的模拟电压与输入的二进制数码呈线性对应关系。本章主要介绍了权电阻D/A转换器及倒T型电阻网络DAC的工作原理。3.ADC是将模拟信号转换

127、为数字信号的电路。逐次逼近型ADC是由D/A转换电路、比较器、输出寄存器、移位寄存器、控制电路与时钟产生脉冲电路组成。数模与模数转换第十章本章小结4. ADC0809/0808型A/D转换器有8路模拟输入信号，通过电子开关控制可以轮流对8路输入模拟信号进行A/D转换，是计算机数字控制系统中常见的ADC芯片，对引脚的功能学习及外部引用学习是重点。5.ADC、DAC的基准参考电压VREF是重要的概念，要理解其作用，特别是A/D中，它对量化误差、分辨路都有影响。数模与模数转换第十章本章小结6.逐次逼近型A/D转换器和双积分型A/D转换器具有各自的特点及各自的应用场合。在不同的场合，应选用不同的类型A/D转换器。当系统需要高速转换时，但精度要求不高时，可选用并联比较型A/D转换器，当系统要求精度高，但速度不高时，宜选用双积分型型A/D转换器，它嫉妒精度高、抗干扰能力强。逐次逼近型A/D转换器兼顾了上述两种A/D转换器的优点，速度较快、精度较高，价格适中，应用较普遍。