基于三極管伏安特曲線(xiàn)簡(jiǎn)談線(xiàn)電路與非線(xiàn)電路模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別

1、 數(shù)字電子技術(shù)研究性課題論文學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 通信工程 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 侯建軍 2013年11月基于三極管伏安特性曲線(xiàn)，簡(jiǎn)談線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路，模擬電路與數(shù)字電路摘要本文從三極管的輸入、輸出特性曲線(xiàn)出發(fā)，簡(jiǎn)要分析了線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路的各自特點(diǎn)、分析方法以及它們的區(qū)別，模擬電路與數(shù)字電路各自的組成、特點(diǎn)以及它們的關(guān)系與區(qū)別，并列舉了涉及該領(lǐng)域的幾項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:三極管 輸入輸出特性曲線(xiàn) 線(xiàn)性電路 非線(xiàn)性電路 模擬電路 數(shù)字電路Based on Transistor voltage characteristic curve simply talk linear ci

2、rcuit，and nonlinear circuit theory, analog circuits and digital circuitsAbstractBased on the volt-ampere characteristic curve, this paper briefly analyzed the characteristics of linear circuit and nonlinear circuit, analysis methods and the difference between them. Briefly analyzed analog circuit an

3、d digital circuit of their respective characteristics and their differences, and cited involving several applications in the field.Keywords: Transistor; Input-output characteristic curve; Linear circuit; Nonlinear circuit; Analog circuits; Digital circuits目錄摘要1Abstract2第1章 緒論1第2章 三極管及其特性簡(jiǎn)單介紹11. 三極管介

4、紹12. 三極管的輸入輸出特性曲線(xiàn)3第3章 線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路51.線(xiàn)性電路52.非線(xiàn)性電路63.線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路比較8第4章 模擬電路與數(shù)字電路101. 模擬電路102數(shù)字電路113模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別13第5章 總結(jié)14參考文獻(xiàn)16第1章 緒論本文主要以三極管的輸入輸出特性曲線(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)三極管的輸入輸出特性曲線(xiàn)的研究，進(jìn)一步了解線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路的聯(lián)系與區(qū)別，再進(jìn)一步的了解模擬電路與數(shù)字電路的聯(lián)系與區(qū)別。文章通過(guò)層層遞進(jìn)的方式，找出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別，通過(guò)不斷地闡述比較，進(jìn)而達(dá)到對(duì)整個(gè)模擬電路與數(shù)字電路的整體架構(gòu)的分型。 第2章 三極管及其特性簡(jiǎn)單介紹1. 三極管

5、介紹1. 三極管，全稱(chēng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是把微弱信號(hào)放大成幅值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管是于1947年12月23日在美國(guó)新澤西州墨累山的貝爾實(shí)驗(yàn)室里由3位科學(xué)家巴丁博士、布萊頓博士和肖克萊博士發(fā)現(xiàn)，這3位科學(xué)家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體管的發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了“固態(tài)革命”，進(jìn)而推動(dòng)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時(shí)、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于晶體管徹底改變了電子線(xiàn)路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生，這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類(lèi)的高精密裝置就變成

6、了現(xiàn)實(shí)。三極管按材料分有兩種,：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，因此下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié),三條引線(xiàn)分別稱(chēng)為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)

7、電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過(guò)發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱(chēng)為發(fā)射極電流了。2. 三極管放大時(shí)管子內(nèi)部的工作原理發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電源Ub經(jīng)過(guò)電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子）不斷地越過(guò)發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但

8、由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流?；鶇^(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場(chǎng)拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很?。┡c基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力如圖1.1.2，。集電區(qū)收集電子由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，

9、流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來(lái)表示，其數(shù)值很小，但對(duì)溫度卻異常敏感。2. 三極管的輸入輸出特性曲線(xiàn)晶體三極管作為四段網(wǎng)絡(luò)時(shí)，共有共基、共集、共射三種組態(tài)，以下均以共射組態(tài)為例。1. 三極管輸入特性曲線(xiàn)研究 Ib=f(Ube)12 Uce=C其中，Ib是輸入電流，Ube是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。如圖1.2.1所示對(duì)于共射組態(tài)，輸入特性曲線(xiàn)描述了在管子輸出電壓Uce一定的情況下，基極電流Ib與發(fā)射結(jié)壓降Ube之間的函數(shù)關(guān)系。1.Uce=0V時(shí)，發(fā)射極與集電極短路，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏，實(shí)際上是兩個(gè)二極管并聯(lián)的正向特性曲線(xiàn)。2.當(dāng)Uce 1V時(shí)， Ucb= Uce - Ube >

10、;0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集載流子，且基區(qū)復(fù)合減少， Ic/ Ib增大，特性曲線(xiàn)將向右稍微移動(dòng)一些。但Uce再增加時(shí)，曲線(xiàn)右移很不明顯。通常只畫(huà)一條。312圖3.三極管的輸入特性曲線(xiàn)通常可以分為三個(gè)區(qū)：1.死區(qū)，2.非線(xiàn)性區(qū)，3.線(xiàn)性區(qū)，如圖2. 三極管輸出特性曲線(xiàn)研究 IC=f(Uce)½ Ib=C其中，Ic是輸出電流，Uce是輸出電壓，從C、E兩電極取出。如圖所示：輸出特性曲線(xiàn)可以分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。飽和區(qū): Ic受Uce顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)Uce的數(shù)值較小，一般Uce0.7V(硅管)。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。Uces=0.3V左右。截止區(qū)： I

11、b=0的曲線(xiàn)的下方的區(qū)域。此時(shí)Ib=0 Ic= Iceo。對(duì)于NPN管：Ube0.5V,管子就處于截止態(tài)。放大區(qū): Ic平行于Uce軸的區(qū)域，曲線(xiàn)基本平行等距。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓Ube大于0.7V左右(硅管)。Ic=bIb,即Ic主要受Ib的控制，b。通常該區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。 圖判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)表1.三極管工作模式工作模式射極電壓集電極電壓飽和正向偏壓正向偏壓線(xiàn)性正向偏壓反向偏壓反向反向偏壓正向偏壓截止反向偏壓反向偏壓一般情況下對(duì)于硅來(lái)說(shuō)Ube£0.5V、鍺Ube£0.2V是工作在截止區(qū)的。3. 三極管輸入輸出特性曲線(xiàn)分析從上面晶體三極管的伏

12、安特性曲線(xiàn)可以看出，曲線(xiàn)既有線(xiàn)性部分也有非線(xiàn)性部分，根據(jù)電路的條件不同，可以決定其工作狀態(tài)（線(xiàn)性或非線(xiàn)性）。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)電子元件都是非線(xiàn)性的，因此線(xiàn)性電路是將電路中所有元件的工作狀態(tài)限定在線(xiàn)性區(qū)域的電路，而非線(xiàn)性電路則是利用元件的非線(xiàn)性特性工作的電路。從晶體三極管的輸出特性曲線(xiàn)可以看出，晶體管可以工作在三個(gè)區(qū)：飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。這一特點(diǎn)決定了晶體管具有放大特性與開(kāi)關(guān)特性，而模擬電路與數(shù)字電路則是分別利用了這兩個(gè)特性。1.放大特性：為了在放大模式信號(hào)時(shí)不產(chǎn)生明顯的失真，三極管應(yīng)該工作在輸入特性的線(xiàn)性部分，而且始終工作在輸出特性的放大區(qū)，不能工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，為了保證三極管工作在放大區(qū)，在組

13、成放大電路時(shí)，外加的電源的極性應(yīng)使三有管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)則處于反向偏置狀態(tài)，即使三極管工作在放大區(qū)，由于其輸入，輸出特性并不完全理想，因此放大后的波形仍有一定程度的非線(xiàn)性失真。由于三極管是一個(gè)非線(xiàn)性元件，其各項(xiàng)參數(shù)（如、rbe等）都不是常數(shù)，因此在分析三極管組成的放大電路時(shí)，不能簡(jiǎn)單地采用線(xiàn)性電路的分析方法。而放大電路的基本分析方法是圖解法和微變等效電路（小信號(hào)電路分析）法。2.開(kāi)關(guān)特性（循環(huán)工作在飽和模式和截止模式下）：三極管的開(kāi)關(guān)特性在數(shù)字電路中用得非常廣泛，是數(shù)電路中最基本的開(kāi)關(guān)元件，通常工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，而放大區(qū)只是出現(xiàn)在三極管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)轱柡偷倪^(guò)渡

14、過(guò)程中，因此對(duì)開(kāi)關(guān)管，要特別注意其開(kāi)關(guān)條件和它在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的工作特點(diǎn)。第3章 線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路1. 線(xiàn)性電路線(xiàn)性電路是指完全由線(xiàn)性元件、獨(dú)立源或線(xiàn)性受控源構(gòu)成的電路。在向量圖上電路中電壓電流互相保持同相，互相之間即不超前，也不滯后。比如：純電阻電路、晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管之類(lèi)的在很小的工作范圍內(nèi)也可以視為線(xiàn)形電路。線(xiàn)性電路特點(diǎn)：通常在一定的輸入條件下，線(xiàn)性電路只有一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，電路中參數(shù)為恒定值，不隨外界電壓或電流的變化而變化。線(xiàn)性電路的應(yīng)用：小信號(hào)功率放大器（甲類(lèi)功率放大器）、運(yùn)算放大器構(gòu)成基本運(yùn)算電路（如比較器、加法器、積分器、微分器等）、信號(hào)系統(tǒng)中為避免失真，通常采用線(xiàn)性電路。線(xiàn)性原

15、件：電阻、運(yùn)算放大器。線(xiàn)性電路分析方法：線(xiàn)性電路分析比較簡(jiǎn)單，首先，在電路中輸入輸出之間有線(xiàn)性關(guān)系，且電路中參數(shù)為恒常量；其次，在線(xiàn)性電路中有多種定理定理（如歐姆定理，基爾霍夫電壓電流定律，戴維南定理，疊加定理等）。2. 非線(xiàn)性電路非線(xiàn)性電路：簡(jiǎn)單的說(shuō)就是含有非線(xiàn)性元件的電路。1. 非線(xiàn)性電路的特點(diǎn)有穩(wěn)態(tài)不唯一、自激振蕩、諧波、跳躍現(xiàn)象、頻率捕捉、混沌。穩(wěn)態(tài)不唯一指用開(kāi)關(guān)斷開(kāi)直流電路時(shí)，由于電弧的非線(xiàn)性使這時(shí)的電路出現(xiàn)由不同起始條件決定的兩個(gè)穩(wěn)態(tài):一個(gè)有電弧，因而電路中有電流；另一個(gè)電弧熄滅，因而電路中無(wú)電流。線(xiàn)性電路通常只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)。但有些非線(xiàn)性電路的穩(wěn)態(tài)可以不止一個(gè)。電路處于何種穩(wěn)態(tài)由起始

16、條件決定。自激振蕩指在有些非線(xiàn)性電路里，獨(dú)立電源雖然是直流電源，電路的穩(wěn)態(tài)電壓（或電流）卻可以有周期變化的分量，電路里出現(xiàn)了自激振蕩。音頻信號(hào)發(fā)生器的自激振蕩電路中因有放大器這一非線(xiàn)性元件，可產(chǎn)生其波形接近正弦的周期振蕩。在含有直流獨(dú)立電源的線(xiàn)性電路中，穩(wěn)態(tài)下的電壓、電流是不隨時(shí)間變化的直流電壓、直流電流。但在有些非線(xiàn)性電路里，獨(dú)立電源雖然是直流電源，電路的穩(wěn)態(tài)電壓(或電流)卻可以有周期變化的分量，電路里出現(xiàn)了自激振蕩。自激振蕩可以分為兩種,軟激勵(lì)：電路接通后就能激起振蕩,硬激勵(lì)：電路接通后，一般不能激起振蕩，電路處于直流穩(wěn)態(tài),必須另外加一個(gè)幅度較大、作用時(shí)間很短的激勵(lì)，電路里才會(huì)激起振蕩。在

17、這樣的電路中便有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)：一個(gè)是直流穩(wěn)態(tài)，一個(gè)是含周期振蕩的穩(wěn)態(tài)。諧波指正弦激勵(lì)作用于非線(xiàn)性電路且電路有周期響應(yīng)時(shí)，響應(yīng)的波形一般為非正弦的，含有高次諧波分量或次諧波分量。跳躍現(xiàn)象指非線(xiàn)性電路中，參數(shù)（電阻、電感、振幅、頻率等）改變到分岔值時(shí)響應(yīng)會(huì)突變，出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象。頻率捕捉指正弦激勵(lì)作用于自激振蕩電路時(shí)，若激勵(lì)頻率與自激振蕩頻率二者相差很小，響應(yīng)會(huì)與激勵(lì)同步。正弦激勵(lì)作用于自激振蕩電路時(shí)，看來(lái)有兩種頻率的振蕩在電路里起作用，一個(gè)是激勵(lì)的頻率，一個(gè)是自激振蕩頻率。但當(dāng)二者相差很小時(shí)，電路里只存在頻率為激勵(lì)頻率的振蕩：響應(yīng)與激勵(lì)同步。這種現(xiàn)象稱(chēng)為頻率捕捉?；煦缰阜蔷€(xiàn)性電路可以出現(xiàn)的一種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)波

18、形，看似無(wú)規(guī)律可循，類(lèi)似隨機(jī)輸出。它的頻譜中有連續(xù)頻譜成分。響應(yīng)對(duì)起始條件極為敏感。在兩組相差極微小的起始條件下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間以后兩個(gè)響應(yīng)的波形差別很大。這種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是一種混沌現(xiàn)象。在三階（或三階以上）自治電路和二階（或二階以上）非自治電路里可以出現(xiàn)混沌。低階電路的混沌常作為理論研究對(duì)象。1. 非線(xiàn)性電路的應(yīng)用1. 模擬電子線(xiàn)路中，廣泛應(yīng)用了非線(xiàn)性元件的非線(xiàn)性特性（如三極管的放大功能、振蕩、鎖相環(huán)、調(diào)諧、解調(diào)等）。分析非線(xiàn)性器件響應(yīng)特性時(shí),必須注明它的控制變量,控制變量不同,描述非線(xiàn)性器件的函數(shù)也不同. 非線(xiàn)性器件的描述與控制變量有關(guān),并且可能出現(xiàn)負(fù)值參數(shù)。非線(xiàn)性器件分析不滿(mǎn)足疊加原理。 （

19、利用自激振蕩、諧波、頻率捕捉等特點(diǎn)） 2. 構(gòu)成多種分力式模塊（如乘法器、鎖相環(huán)、存儲(chǔ)器等）3. 具有非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)的晶體稱(chēng)為非線(xiàn)性光學(xué)晶體。利用晶體的非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)，可以制成二次諧波發(fā)生器，上、下頻率轉(zhuǎn)換器，光參量振蕩器等非線(xiàn)光學(xué)器件。激光器產(chǎn)生的激光可通過(guò)非線(xiàn)性光學(xué)器件進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，從而獲得得更多有用波長(zhǎng)的激光，使激光器得到更廣泛的應(yīng)用。4 在液壓系統(tǒng)中，控制閥幾乎都是非線(xiàn)性器件，其輸入與輸出之間的關(guān)系或是“凹”,或是“凸”,或是“S”型。甚至還有一些控制閥的動(dòng)作極不正常,使流量控制問(wèn)題變得更糟。而變頻驅(qū)動(dòng)(VFD)其本身是一個(gè)非線(xiàn)性設(shè)備,但是能節(jié)省能源。2. 非線(xiàn)性元件:輸入與輸出比例關(guān)

20、系或者參數(shù)之間的關(guān)系是非線(xiàn)性關(guān)系的元件。模擬電路中包括運(yùn)算放大器 、晶體三級(jí)管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等各種有源器件；結(jié)電容、分布電容、擴(kuò)散電容等頻率控制器件；變?nèi)荻O管。數(shù)字電路各種門(mén)電路（與非門(mén)、觸發(fā)器、可編程器件等）。3. 非線(xiàn)性電路的分析方法非線(xiàn)性電路因其特性，疊加定理、互易定理等均不適用，因此其分析較線(xiàn)性電路而言更為復(fù)雜。常用的分析方法有：1、直接分析法一般應(yīng)用于對(duì)非線(xiàn)性二端元件的函數(shù)關(guān)系較簡(jiǎn)單時(shí)使用，結(jié)合并運(yùn)用線(xiàn)性元件電路的分析方法和一些定理，同時(shí)列寫(xiě)出非線(xiàn)性的補(bǔ)充方程，最后通過(guò)求解數(shù)學(xué)問(wèn)題并結(jié)合電路實(shí)際解答的方法。2、數(shù)值分析法,當(dāng)所求非線(xiàn)性的函數(shù)關(guān)系不是簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系時(shí)，已經(jīng)不能用已有的

21、公式去求解，這時(shí)就需要在誤差精度允許的范圍內(nèi)，運(yùn)用計(jì)算方法學(xué)的知識(shí)尋求所需的解。3、圖形分析法,許多非線(xiàn)性電路無(wú)法用直接分析法求解，而又不需要具體的數(shù)據(jù)作支持時(shí)，通常我們需要在計(jì)算機(jī)上用嘗試并求誤差的方法求解這樣的問(wèn)題。這種解法可以提供答案，但通常不能對(duì)電路的性能和設(shè)計(jì)給出深入的分析。另一方面，雖然圖形法犧牲了一定的精度，但可得到對(duì)電路的深刻理解和認(rèn)識(shí)。4、分段線(xiàn)性分析法,實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，有些非線(xiàn)性的研究不可能或沒(méi)必要達(dá)到百分之百的精確，也找不出它的具體函數(shù)表達(dá)式，因此不能列寫(xiě)非線(xiàn)性電路方程，也就不能求解析解。這時(shí)可以采用分段線(xiàn)性分析法或折線(xiàn)法，在誤差允許范圍值和要求精度之內(nèi)我們可以將端口非

22、線(xiàn)性關(guān)系在局部近似的看作線(xiàn)性的來(lái)處理，在每一個(gè)討論的區(qū)間中進(jìn)行線(xiàn)性分析，然后對(duì)所得出的解進(jìn)行篩選和取舍。5、小信號(hào)分析法是工程上分析非線(xiàn)性電路的一個(gè)重要方法。它的實(shí)質(zhì)就是將非線(xiàn)性電路分別對(duì)直流偏置和交流小信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性化處理，然后按線(xiàn)性電路分析方法進(jìn)行計(jì)算的一種方法。根據(jù)待分析的內(nèi)容，選擇不同的分析方法：對(duì)于電阻電路，采用各種電阻電路的分析方法；對(duì)于正弦穩(wěn)態(tài)電路，采用相量法分析；對(duì)于一階動(dòng)態(tài)電路，采用時(shí)域分析法；對(duì)于復(fù)雜動(dòng)態(tài)電路，采用復(fù)頻域分析法。3. 線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路比較從電路組成上來(lái)說(shuō)，電子器件嚴(yán)格上均為非線(xiàn)性的，故所構(gòu)成的電子線(xiàn)路均為非線(xiàn)性電子線(xiàn)路。但是，依據(jù)器件的使用條件不同，所表現(xiàn)

23、的非線(xiàn)性程度不同。構(gòu)成現(xiàn)代電路與信號(hào)理論的線(xiàn)性假設(shè)只是一種工程近似。例如小信號(hào)放大器由于較弱的非線(xiàn)性特性，因此可以看成是線(xiàn)性的。三極管的基極與發(fā)射極電壓與發(fā)射極電流之間的關(guān)系是指數(shù)特性，這個(gè)特性用級(jí)數(shù)展開(kāi)，在小信號(hào)情況下，忽略平方項(xiàng)，三次項(xiàng)，近似認(rèn)為發(fā)射極電流與控制電壓之間是線(xiàn)性關(guān)系。線(xiàn)性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線(xiàn)性部分。電路基本是線(xiàn)性的，但存在不希望有的失真。非線(xiàn)性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線(xiàn)性部分，利用器件的非線(xiàn)性完成振蕩、頻率變換等功能。小信號(hào)條件下，由于輸入信號(hào)足夠小，電路可以用線(xiàn)性等效電路表示，如線(xiàn)性電子線(xiàn)路部分討論過(guò)的各種小信號(hào)放大器。器件的特性，

24、歸屬線(xiàn)性電子線(xiàn)路。大信號(hào)條件下，由于輸入信號(hào)較大，必然涉及到器件的非線(xiàn)性部分，例如功率放大器，這樣就不能用線(xiàn)性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線(xiàn)性電路的分析方法。所以功放歸在非線(xiàn)性電子線(xiàn)路的范疇。從電路特點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，通常在一定的輸入條件下，線(xiàn)性電路只有一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，電路中參數(shù)為恒定值，它不隨外界電壓或電流的變化而變化。而非線(xiàn)性電路的特性更為復(fù)雜，主要有穩(wěn)態(tài)不唯一、自激振蕩、諧波、跳躍現(xiàn)象、頻率捕捉、混沌6個(gè)特點(diǎn)。非線(xiàn)性電路線(xiàn)性電路構(gòu)成由非線(xiàn)性元件構(gòu)成的電路由線(xiàn)性元件構(gòu)成的電路電路特點(diǎn)輸入、輸出伏安特性為曲線(xiàn)，參數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，且其值與外加電壓或通過(guò)的電流大小有關(guān)能夠產(chǎn)生新的頻率分量，

25、具有頻率變換作用；非線(xiàn)性電路分析上不適用疊加定理，當(dāng)作用信號(hào)很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時(shí)，非線(xiàn)性電路可近似按線(xiàn)性電路進(jìn)行分析；非線(xiàn)性電路具有能量變換的作用，能將小信號(hào)放大；穩(wěn)態(tài)不唯一，易產(chǎn)生自激振蕩；伏安特性曲線(xiàn)為直線(xiàn)滿(mǎn)足歐姆定理，戴維南定理，疊加定理特勒根和互易定理；電路中參數(shù)為恒定值，它不隨外界電壓或電流的變化而變化應(yīng)用調(diào)制電路頻率轉(zhuǎn)換電路放大器數(shù)字門(mén)電路，存儲(chǔ)器避雷器的非線(xiàn)性特性表現(xiàn)為高電壓下電阻值變小，這可用于保護(hù)雷電下的電工設(shè)備實(shí)驗(yàn)分析；信號(hào)放大（要求無(wú)失真）；工程上采用分段線(xiàn)性的方法分析非線(xiàn)性電路；甲類(lèi)功率放大器；優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)能量的變換，使小信號(hào)的能力增大，便于傳輸；頻率變換，實(shí)現(xiàn)了通信

26、系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的調(diào)制，以使信號(hào)更有效、可靠的傳輸；由于疊加定理，使得某些量在經(jīng)過(guò)線(xiàn)性系統(tǒng)之后，可以無(wú)失真的傳輸（如數(shù)據(jù)，圖像等信號(hào)）元件非線(xiàn)性電阻，有源器件，半導(dǎo)體器件（二極管、三級(jí)管、MOS管等）；線(xiàn)性電阻、電容、電感、運(yùn)算放大器一、二、第4章 模擬電路與數(shù)字電路1. 模擬電路模擬電路：處理模擬信號(hào)的電子電路。模擬信號(hào)：時(shí)間和幅度都連續(xù)的信號(hào)（連續(xù)的含義是在某以取值范圍那可以取無(wú)窮多個(gè)數(shù)值）。1.模擬電路特點(diǎn)函數(shù)的取值為無(wú)限多個(gè)；當(dāng)圖像信息和聲音信息改變時(shí)，信號(hào)的波形也改變，即模擬信號(hào)待傳播的信息包含在它的波形之中（信息變化規(guī)律直接反映在模擬信號(hào)的幅度、頻率和相位的變化上）；初級(jí)模擬電路主要解

27、決兩個(gè)大的方面：放大與信號(hào)源；模擬信號(hào)具有連續(xù)性。2.常見(jiàn)模擬電路功能放大電路：用于信號(hào)的電壓、電流或功率放大；濾波電路：用于信號(hào)的提取、變換或抗干擾；運(yùn)算電路：完成信號(hào)的比例、加、減、乘、除、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等運(yùn)算；信號(hào)轉(zhuǎn)換電路：用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或?qū)㈦妷盒盘?hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)、將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)或?qū)⒔涣餍盘?hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)、將直流電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率；信號(hào)發(fā)生電路：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波；直流電源：將220V、50Hz交流電轉(zhuǎn)換成不同輸出電壓和電流的直流電，作為各種電子線(xiàn)路的供電電源。3.常用分析方法：圖解法和微變等效電路法4.模擬電路快速發(fā)展的原動(dòng)力

28、推動(dòng)模擬電路快速發(fā)展的原動(dòng)力，首先是產(chǎn)品數(shù)字化數(shù)字系統(tǒng)的不斷發(fā)展，必須依靠模擬器件與人類(lèi)相溝通，促使后者隨之?dāng)U大。第二，在便攜式產(chǎn)品等的驅(qū)動(dòng)下，電源管理集成電路增長(zhǎng)也很迅速其次，加工工藝日益微細(xì)化，電路幾何尺寸不斷變小，而優(yōu)良品質(zhì)的模擬電路很難集成進(jìn)去因此，設(shè)計(jì)人員不得不把模擬電路另做在小封裝里牽引分立模擬電路發(fā)展；第三，語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信的融合也對(duì)模擬電路產(chǎn)生積極影響，電視電纜語(yǔ)音傳送，數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)語(yǔ)音傳送等都對(duì)模擬和混合信號(hào)電路有很大的依賴(lài)性；第四，隨著設(shè)備電源從5V降到3V，有時(shí)甚至到1.8V，電源處理變得日益重要，由此推動(dòng)了AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC變換器、電源管理IC等的發(fā)展。便攜性、連

29、接性和電源處理是模擬集成電路生產(chǎn)必須面對(duì)的三大技術(shù)方向。無(wú)源元件集成、性能保持和縮短上市時(shí)間則是模擬集成電路廠(chǎng)商生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中關(guān)注的三大主題。例如，RF模塊上無(wú)源元件集成就很重要，無(wú)源元件有可能在板上占有最大的空間。由于功能是集成的，因此在性能上很可能要作一番權(quán)衡，上市時(shí)間的重要性自不待言。開(kāi)關(guān)電源DC/DC變換器會(huì)產(chǎn)生噪聲，這是模擬集成電路廠(chǎng)商面臨的又一大課題。在通信基礎(chǔ)設(shè)施方面，廠(chǎng)商還必須滿(mǎn)足熱插拔，在設(shè)備的重新配置和維修中，當(dāng)一塊板替換另一塊時(shí)，通過(guò)熱插拔整個(gè)系統(tǒng)就不用關(guān)掉。世界從事模擬集成電路生產(chǎn)最大的公司依次是TI，ST，Philips，Infineon，ONSemi，NS，AD，這7家

30、公司共占有60%。2數(shù)字電路數(shù)字電路：用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路，或稱(chēng)為數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱(chēng)數(shù)字邏輯電路。現(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門(mén)是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整體上看，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類(lèi)。1.數(shù)字電路特點(diǎn)同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算（與、或、非、判斷、比較、處理等），因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系

31、統(tǒng)可靠。以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒(méi)有影響，溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。集成度高，功能實(shí)現(xiàn)容易，集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來(lái)越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展也從元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。電路的設(shè)計(jì)組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過(guò)編程的

32、方法實(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。2.數(shù)字電路分析方法數(shù)字電路的研究方法是邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)，數(shù)字電路采用的分析工具主要是邏輯代數(shù)，用功能表、真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等來(lái)表達(dá)電路的主要功能。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為了分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)，還可以采用硬件描述語(yǔ)言，使用如ABEL語(yǔ)言等軟件，借助計(jì)算機(jī)來(lái)分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。3.數(shù)字電路研究方向數(shù)字電路中研究的主要問(wèn)題是輸出信號(hào)的狀態(tài)（“0”或“1”）和輸入信號(hào)（“0”或“1”）之間的邏輯關(guān)系，即電路的邏輯功能。4.數(shù)字電路優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性好：數(shù)字電路不像模擬電路那樣易受噪聲的干擾?？煽啃愿撸簲?shù)字電路中只需分辨出信號(hào)的有與無(wú)，故電路的組件參數(shù)，可

33、以允許有較大的變化（漂移）范圍。可長(zhǎng)期存儲(chǔ)：數(shù)字信息可以利用某種媒介，如磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期的存儲(chǔ)。便于計(jì)算機(jī)處理：數(shù)字信號(hào)的輸出除了具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)外，最主要的還是便于利用電子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行信息的處理。便于高度集成化：由于數(shù)字電路中基本單元電路的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且又允許組件有較大的分散性，這就使我們不僅可把眾多的基本單元做在同一塊硅片上，同時(shí)又能達(dá)到大批量生產(chǎn)所需要的良率。3模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別：模擬信號(hào)是用連續(xù)的模擬量來(lái)表示的，數(shù)字信號(hào)常用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。每位數(shù)有兩個(gè)數(shù)碼，即0和1。數(shù)字電路中器件常工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即飽和或截止?fàn)顟B(tài)，而模擬電路器件經(jīng)常工

34、作在放大狀態(tài)。數(shù)字電路研究的對(duì)象是電路輸入與輸出的邏輯關(guān)系，即邏輯功能，而模擬電路研究的對(duì)象是電路對(duì)輸入信號(hào)的放大和變換功能。數(shù)字電路的基本單元是邏輯門(mén)和觸發(fā)器，而模擬電路的基本單元是放大器。數(shù)字電路的分析工具是邏輯代數(shù)，表達(dá)電路的功能主要用功能表、真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖和卡諾圖等，而模擬電路采用的分析方法是圖解法和微變等效電路法。模擬電路數(shù)字電路處理信號(hào)模擬信號(hào)時(shí)間和幅度都連續(xù)的信號(hào)（連續(xù)含義是某以取值范圍可以取無(wú)窮多個(gè)數(shù)值）數(shù)字信號(hào)時(shí)間離散變化的信號(hào)，通常用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。電路結(jié)構(gòu)多種元器件構(gòu)成的電路各種門(mén)電路特點(diǎn)電壓.電流.頻率，周期的變化是互相制約的；可以在大電流高電壓下工作模擬電

35、路在電路中對(duì)信號(hào)的放大和削減是通過(guò)元器件的放大特性（如三極管）來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的；電壓.電流.頻率.周期的變化是離散的；只是在小電壓，小電流底功耗下工作，完成或產(chǎn)生穩(wěn)定的控制信號(hào)；數(shù)字電路是對(duì)信號(hào)的傳輸是通過(guò)開(kāi)關(guān)特性（如三極管）來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠集成度高、功能實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能應(yīng)用運(yùn)算放大器、模擬乘法器、鎖相環(huán)、電源管理芯片等數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、航天等科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域聯(lián)系模擬電路是為數(shù)字電路供給電源而又完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行。而數(shù)字電路是通過(guò)它特有的邏輯運(yùn)算來(lái)完成整個(gè)電路的操作過(guò)程；通過(guò)A/D、D/A將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相聯(lián)系，使得信號(hào)處理、傳輸?shù)认到y(tǒng)設(shè)備更加完善，促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展第5章 總結(jié)本文通過(guò)對(duì)三極管的伏安特性曲線(xiàn)的討論，簡(jiǎn)要分析了線(xiàn)性電路與非線(xiàn)性電路，模擬電路與數(shù)字電路的各自特點(diǎn)、應(yīng)用，以及它們的區(qū)