第一章电子电路基础.pptx

1-1 电路基本量电压（U）：电路中两点间电位的差值电源电动势电流（I）功率（W）第1页/共74页1-1 电路基本量电源电阻R电阻定律对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，还与材料的导电能力有关第2页/共74页1-2 基本定律欧姆定律导体两端流过的电流与电压成正比全电路欧姆定律电路中的电流I与电源电动势E成正比，与整个电路中的电阻成反比。第3页/共74页1-2 基尔霍夫定律节点电流定律（第一定律）电路中任意时刻流入任一节点的电流恒等于流出这个点的电流回路电压定律（第二定律）沿着某一闭合回路绕行一周，电路中各个元件上电压降的代数和恒为零第4页/共74页1-2 戴维南定律任何一个线性的有两个端口的网络，对外电路而言，可以用一个电压源和一个内电阻相串联的电路模型来代替，电压源的电压是有源二端网络的开路电压；内电阻等于有源二端网络中所有电压源电压置零、电流源电流置零时的等效电阻第5页/共74页1-2 叠加原理线性电路中，当有多个电源作用时，电路中任何一个支路的电流或电压是电路中各个电源单独作用时，在该支路上产生的电流或电压的代数和。（单独作用指将其它电源置零，即电压源短路，电流源开路）第6页/共74页1-3 正弦交流电正弦量三要素：频率、初相位、振幅有效值第7页/共74页1-3 正弦交流电三相交流电物征电压幅值相等、频率相同、相位互差120度两种联接方式：星形与三角形星形：相电压220V，线电压380V三角形：220V第8页/共74页1-4 正弦交流电路的元件特性电阻元件电阻上的电压与电流同相第9页/共74页1-4 正弦交流电路的元件特性电感元件电压超前于电流Pi/2电感具有通低频阻高频的特性第10页/共74页1-4 正弦交流电路的元件特性电容元件电流超前于电压Pi/2电容具有通高频阻低频的特性第11页/共74页第二节 基本电子器件二极管、三极管（掌握）基本构造输入、输出特性曲线医用传感器（熟悉）第12页/共74页2-1 二极管PN结 将N型半导体与P型半导体采用特殊的工艺结合在一起时，在其交界处会形成一种特殊的阻挡层，这就是PN结。PN结具有很重要的特性单向导电性。正向偏置反向偏置第13页/共74页2-1 二极管半导体二极管 由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成。由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。导通时的电流方向是从阳极通过管子内部流向阴极。正向偏置反向偏置第14页/共74页2-1 二极管二极管的伏安特性曲线DEOA：死区开启电压：VthAB：近似指数规律BC：近似恒压源导通电压：VonOD：近似恒流源DE：反向击穿特性击穿电压：V(BR)反向电流：IR第15页/共74页2-1 二极管主要参数 最大整流电流IF 是二极管长期运行时允许通过的最大半波整流电流平均值。整流电流超过此值时，二极管将被烧坏。反向击穿电压V(BR)当反向电压超过V(BR)时，反向电流剧增，二极管的单向导电性能被破坏，甚至引起二极管损坏。反向电流IR 反向电流越小，管子的单向导电性越好。最高工作频率、反向恢复时间 第16页/共74页光电二极管正常工作在反偏状态。无光照时，只有很小的反向饱和电流，称为暗电流；有光照时，PN结受光激发，产生大量电子空穴对，形成较大的光电流。通常由硅材料制成，管壳有接收光照的透镜窗口。光电二极管的电流与照度成正比，用于信号检测、光电传感器、电机转速测量等。第17页/共74页发光二极管电致发光器件，将电信号转换成光信号。通常由磷砷化镓（GaAsP)、磷化镓（GaP)制成光的波长（颜色）与材料有关正偏导通时发光发光二极管的开启电压和正向导通电压比普通二极管大，正向电压一般为1.52.5V。亮度与正向电流成正比，一般5-15mA。第18页/共74页2-2 三极管三极管结构第19页/共74页2-2 三极管 无论 PNP型还是NPN型晶体三极管都有相同的名称：晶体三极管中间的区域为基区，两边的分别为发射区和集电区。三个电极分别称为基极(用b表示)、发射极(用e表示)、集电极(用c表示)。发射极与基极之间的PN结称为发射结（简称e结）；集电极与基极之间的PN结称为集电结（简称c结）。第20页/共74页2-2 三极管结构特点基区：最薄，掺杂最少，多子浓度最低；用于传递和控制载流子发射区：掺杂最多，多子浓度最大；用于发射多子集电区：掺杂较多，多子浓度较大；用于收集载流子。集电区的载面积大于发射区的载面积第21页/共74页2-2 三极管三种连接方式集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端第22页/共74页2-2 三极管放大原理：基极电流对集电极电流的控制作用来实现电流放大第23页/共74页输入输出特性曲线共射极输入特性基极电流iB与发射结电压vBE之间的关系与PN结正向伏安特性曲线相似，当vCE1时，输入伏安特性基本不变。第24页/共74页输入输出特性曲线共射极输出特性输出特性曲线族 截止区 饱和区 放大区第25页/共74页截止区发射结反偏，集电结反偏 等效电路第26页/共74页饱和区发射结正偏，集电结正偏等效电路第27页/共74页放大区发射结正偏，集电结反偏 等效电路第28页/共74页三极管基本参数 共射极直流电流放大倍数 共射极交流电流放大倍数 集电结反向饱和电流 ICBO。穿透电流 ICEO 集电极最大允许电流 ICM 集电极最大允许功耗 PCM 反向击穿电压第29页/共74页2-3 MOS场效应管场效应管是一种电压控制的、只有一种极性的载流子参于导电的单极性半导体器件。按结构分：结型和绝缘栅型（MOS）按工作性能分：耗尽型和增强型按基片（衬底）材料分：P沟道和N沟道PMOSNMOS第30页/共74页2-4 医用传感器 电极 通过与生物体的接触耦合，将生物体内的电位和生物电流有效地导出的敏感元件 化学传感器 基于化学原理的、以化学物质为检测对象的一类传感器。主要有离子传感器和气体传感器等 生物传感器 利用某些生物活性物质所具有的高度选择性，来识别待检测生物化学物质的一类传感器第31页/共74页2-4 医用传感器 物理传感器 根据检测对象不同，又分为：温度传感器压力传感器血流量传感器心电传感器脉搏传感器呼吸传感器第32页/共74页第三节 基本模拟电路小信号放大电路（掌握）基本结构工作原理功率放大电路（了解）基本集成运算放大电路（掌握）基本结构工作原理第33页/共74页3-1 小信号放大电路一、共发射极放大电路共发射极基本放大电路的习惯画法及其直流通路第34页/共74页3-1 小信号放大电路静态工作点（Q点）在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。此时，晶体管的基极电流I IB，集电极电流I IC，b-e间电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点（简称Q点），常将这四个物理量记作I IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。调整基极电阻Rb，改变电流I IB B，可以调整Q点第35页/共74页动态分析(vi0)vBE=VBEQ+vbe=VBEQ+viiB=IBQ+ib iC=ICQ+ic=ICQ+ib vCE=VCEQ+vce=VCEQ-icRL vo=vce=-icRL 共射放大电路的输出电压与输入电压相位相反第36页/共74页分压式稳定工作点偏置电路自动调整过程图2-8 分压偏置工作点稳定电路T(oC)ICQ UEQ UBEQ IBQ ICQ第37页/共74页3-1 小信号放大电路二、共集电极放大电路共集电极基本放大电路的习惯画法及其直流通路电阻Re具有稳定静态工作点的作用电压放大倍数恒小于1而接近于1具有一定的电流放大作用和功率放大作用第38页/共74页3-1 小信号放大电路三、多极放大电路为了推动负载工作，输入信号必须经多级放大后，才能获得一定幅度的电压和足够的功率常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合概念：阻容耦合，直接耦合，零点漂移（P18）第39页/共74页3-1 小信号放大电路四、差分放大电路基本差分式放大电路 差模信号是指两个输入信号之差 共模信号是指两个输入信号的算术平均值第40页/共74页3-2 低频功率放大器主要任务是输出大的信号功率，它的输入、输出电压和电流都较大，是大信号放大电路按晶体管静态工作点Q在交流负载上的位置不同，可分为甲类、乙类和甲乙类。第41页/共74页3-3 集成运算放大器集成运算放大器简称集成运放，一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。具有两个输入端和一个输出端集成运放的理想化参数是：开环差模增益（放大倍数）Aod=；差模输入电阻Rid=；输出电阻Ro=0；共模抑制比KCMR=；第42页/共74页两条重要结论理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即理想集成运放的两输入端电流均为零。即通常称为“虚短路”通常称为“虚断路”第43页/共74页3-3 集成运算放大器反相比例运算电路同相比例运算电路加法运算电路减法运算电路积分运算电路微分运算电路测量放大电路电压比较器第44页/共74页反相比例运算电路根据两条重要结论，分析可得：整理得：反馈：在电子电路系统中，通过适当的方式，将放大电路输出回路中某一量（电压或电流）的一部分或全部馈送到放大电路的输入回路中，用来影响输入量，这种电压或电流的反送过程称为反馈负反馈：反馈信号使基本放大电路的输入信号减小的反馈第45页/共74页同相比例运算电路 根据理想集成运放的两条重要结论，利用“虚短路”和“虚断路”的概念，有：将uN=up=uI 代入上式：电压跟随器第46页/共74页加法运算电路 反相加法运算电路 式中负号是因为在反相端输入所引起的。若R1=R2=Rf，则输出电压的表达式变为 uo=-(uI1+uI2)第47页/共74页减法运算电路减法运算电路若 R1=R2=R3=Rf 时，则：第48页/共74页积分运算电路积分电路上式表明，输出电压uO为输入电压uI对时间的积分，所以称为积分电路。负号表示它们在相位上是相反的。第49页/共74页微分运算电路微分电路上式表明，输出电压uO与输入电压uI的微分成正比，该电路实现了对输入信号求微分的运算，故称之为微分电路。第50页/共74页第四节 数字电路基础基本逻辑门（掌握）与门、或门、非门常用组合逻辑电路（熟悉）触发器（掌握）RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器时序逻辑电路（熟悉）寄存器及计数器单片机（了解）第51页/共74页第四节 数字电路基础二-十进制转换编码用二进制数表示十进制数或其它特殊信息的过程原码、反码、补码之间的关系BCD码第52页/共74页4-1 逻辑门电路规定：如果高电平用“1”表示，低电平用“0”表示，则称这种表示方法为正逻辑。与逻辑：Y=AB或逻辑：Y=A+B非逻辑：实现与逻辑的电路称为与门实现或逻辑的电路称为或门实现非逻辑的电路称为非门第53页/共74页4-1 逻辑门电路真值表：把所有可能的条件组合及其对应结果一一列出来的表格(a)“与”逻辑真值表 (b)“或”逻辑真值表 (c)“非”逻辑真值表第54页/共74页几种常用的组合逻辑运算A BAB与非或非与或非异或同或第55页/共74页4-2 常用组合逻辑电路加法器编码器译码器数据选择器数据分配器第56页/共74页加法器半加：只考虑将两个二进制数相加，不考虑低位向本位的进位全加：不仅需要考虑两个加数的相加，还要考虑低一位向本位的进位第57页/共74页编码：对输入赋予一定的二进制代码，在输出端输出译码：还原逻辑信号的逻辑原意，即译码器输入的是一组代码，输出的是与代码相对应的高、低电平数据选择：从一组输入数据选出其中需要的一个数据作为输出的过程数据分配：将一路输入数据根据地址选择分配给多路数据中的其中一路第58页/共74页A/D和D/A转换器模-数(A/D)转换：模拟量到数字量的转换D/A转换器的位数越多，精度越高，转换误差也越小数-模(D/A)转换：数字量到模拟量的转换一般过程：采样、保持、量化、编码按工作原理分：直接型和间接型DAD中间量A第59页/共74页4-3 触发器与时序逻辑电路触发器（掌握）触发器特点RS触发器JK触发器D触发器T触发器时序逻辑电路（熟悉）寄存器计数器第60页/共74页4-3-1 触发器通常将能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器。特点具有两个互补的输出端Q和具有预置功能在外加信号的作用下，可能使触发器状态发生改变基本功能：记忆、预置、触发第61页/共74页基本RS触发器保持11置10101置01010禁用00说明第62页/共74页同步RS触发器由一时钟脉冲信号CP控制的RS触发器当CP=1时才工作缺点：有空翻现象空翻：当CP=1期间，R、S信号改变时，Q端会发生变化改进：主从RS触发器第63页/共74页JK触发器主从JK触发器将输出Q和 交叉反馈至输入端，通过两个与门使加到R和S端的信号不能同时为1，从而满足RS触发器要求的约束条件缺点：有一次变化现象CP=1期间，主触发器只翻转一次边沿JK触发器仅在CP脉冲的下降沿时接收输入信号，改变输出状态第64页/共74页D触发器在JK触发器的K端前面加一个非门再接到J端，使输入端只有一个，称为D触发器1置11011置0000说明D第65页/共74页T触发器又称锁存器T=0时，状态保持不变T=1时，每来一个CP脉冲，触发器状态就改变一次输入输出功能TQ n+10Q n保持1翻转第66页/共74页4-3-2 时序逻辑电路特点电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且与电路的原有状态有关同步时序电路：所有触发器都受同一信号控制常用时序逻辑电路寄存器计数器第67页/共74页4-4 单片机单片机集成在一块芯片上的完整计算机系统基本组成CPU、数据和程序存储器、总线系统、中断系统、输入输出接口、定时器等机器语言汇编语言第68页/共74页第五节 电源电路基础交流电转换为直流电的过程串联稳压电路（掌握）开关电源充电电源第69页/共74页交流转换为直流变压：将220V交流电压转换为各种电路设备所需要的交流电压整流：用单向导电器件将交流电转换为脉动直流电第70页/共74页交流转换为直流滤波：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电稳压：利用电路调整作用使输出电压稳定第71页/共74页串联稳压电路由四部分组成：取样环节、基准电压、比较放大环节、调整环节第72页/共74页开关式稳压电源采用功率半导体器件作为调整管，通过控制开关的占空比来调整输出电压充电电源恒压充电恒流充电准恒流充电浮充方式初期：电池电压低电流高；后期：电压高电流小第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页