電子基礎(chǔ)常識(shí)

1、電子創(chuàng)新能力培養(yǎng)（一） 二、常用儀器、工具的使用1、電烙鐵（功率、調(diào)溫、接地）、烙鐵架、高溫海綿、松香、助焊劑、洗板水2、萬(wàn)用板及焊接，覆銅板及腐蝕方法3、直流電源4、萬(wàn)用表：檔位、內(nèi)部正負(fù)、量程選擇5、信號(hào)發(fā)生器6、示波器三、常用元器件及參數(shù)測(cè)量1、電阻1/8W、1/4W、碳膜、金屬膜、色環(huán)、標(biāo)值（3、4位）、大功率2、電容瓷片、獨(dú)石、云母、滌綸、電解3、電感色環(huán)、空心、帶鐵心4、二極管常用1N4001、1N4007，5、三極管常用90136、IC封裝形式：常用DIP、表面貼裝四、電路基本理論知識(shí)精選l 常用無(wú)源器件特性：1、電阻特性服從歐姆定律： u=i * R, i=G * u G=1/

2、R 為電導(dǎo)（反映器件的導(dǎo)電能力）2、電感特性服從以下微分方程： 其中為電流對(duì)時(shí)間的微分，反映電流變化率（與物理學(xué)中加速度為速度的變化率類(lèi)似，即）；由于電壓u不可能為無(wú)窮大，故流過(guò)電感的電流i不能突變（如同對(duì)物體施加的力不能無(wú)窮大，則速度v不能突變，）。3、電容特性服從以下微分方程： 類(lèi)似于電感，由于充放電電流i不可能為無(wú)窮大，故電容兩端的電壓不能突變。l 參考方向，分析電路之前并不能確定電流或電壓的實(shí)際方向，故先假定一個(gè)參考方向，經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，由計(jì)算結(jié)果判斷實(shí)際方向。例：水管中的水流方向；電阻網(wǎng)絡(luò)中電流方向。l 幾個(gè)電路概念：支路電路中通過(guò)同一電流的分枝節(jié)點(diǎn)支路的連接點(diǎn)回路由支路構(gòu)成的閉合路徑

3、l 基爾霍夫電流定律（KCL）：對(duì)于電路中的任一節(jié)點(diǎn)，流入（或流出）此節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和恒等于0（流入的總電流與流出的總電流相等）l 基爾霍夫電壓定律（KVL）：對(duì)于電路中的任一回路，沿任意選定的回路繞行方向，各支路電壓的代數(shù)和恒等于0（總電壓降與總電壓升相等）l 實(shí)際電源模型1、電壓源 u=us-i*RsRsuusi2、電流源 i=is-u/RsRsuisi注：電壓源與電流源可對(duì)外電路進(jìn)行等效變換。l 戴維寧（南）定律任何一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)均可以用一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E的理想電壓源和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源來(lái)等效代替。用白話解釋就是：任何有源電路均可等效為一個(gè)實(shí)際電壓源（也可以是電流源）。l 輸入電阻/

4、輸出電阻輸入電阻將某一器件或某一電路抽象看作一個(gè)電阻負(fù)載，對(duì)它外加激勵(lì)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的阻值大小RiuiRi=u/i輸出電阻將某一器件或某一電路抽象看作一個(gè)激勵(lì)源，在外接負(fù)載之后，表現(xiàn)出來(lái)的激勵(lì)源內(nèi)阻大小RouiusRo=(us-u)/il 正弦交流電正弦交流電流可以用下式表示：i=Im sin(t+0)Im 為幅值（最大值）為角頻率=2f=2/TT為周期=t+0為瞬時(shí)相位，0為t=0時(shí)的初相位it02it0/T=2/l 有效值有效值是指在相同時(shí)間內(nèi)，當(dāng)一個(gè)交流量的作功與一定數(shù)值的直流量作功相等時(shí)，此直流量的量值就是該交流量的有效值。簡(jiǎn)單理解：將交流電流/電壓加到某一電阻上，在一定時(shí)間內(nèi)，電阻的發(fā)熱

5、量與某一數(shù)值的直流電流/電壓加到同一電阻上的發(fā)熱量相等時(shí)，此直流量的量值就是該交流量的有效值。特別地：正弦量的有效值為其幅值的倍，或者說(shuō)幅值為其有效值的倍l 復(fù)阻抗在復(fù)頻域分析電路時(shí)，器件對(duì)電流的阻礙能力，分為阻性（R），容性（C），和感性（L）：ZR=R ，ZC=1/（jC） ， ZL=jL， 其中j為虛數(shù)，j2=-1多個(gè)復(fù)阻抗串或并聯(lián)之后的總復(fù)阻抗計(jì)算類(lèi)似電阻的串并聯(lián)計(jì)算。l 諧振電路1、串聯(lián)諧振RLC在外加正弦輸入電壓U的作用之下，其電流響應(yīng)為當(dāng)時(shí)，I值可達(dá)最大，此時(shí)稱(chēng)為發(fā)生了諧振，由于L和C是串聯(lián)關(guān)系，故稱(chēng)串聯(lián)諧振，諧振時(shí)有，即。由于，可以看出整個(gè)電路呈現(xiàn)純電阻的性質(zhì)，總阻抗等于R，L

6、 C諧振部分對(duì)外部表現(xiàn)的阻抗為0，相當(dāng)于短路（注意：并不是對(duì)所有信號(hào)，它僅僅對(duì)諧振頻率短路，信號(hào)的頻率離諧振頻率越遠(yuǎn)諧振部分的阻抗就越大）。2、并聯(lián)諧振RLC在外加正弦輸入電壓U的作用之下，其電流響應(yīng)為當(dāng)時(shí)，I值可達(dá)最小，此時(shí)稱(chēng)為發(fā)生了諧振，由于L和C是并聯(lián)關(guān)系，故稱(chēng)并聯(lián)諧振，諧振時(shí)有，即。由于，可以看出整個(gè)電路呈現(xiàn)純電阻的性質(zhì)，總阻抗等于R，L C諧振部分對(duì)外部表現(xiàn)的阻抗為無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路（注意：并不是對(duì)所有信號(hào)，它僅僅對(duì)諧振頻率開(kāi)路，信號(hào)的頻率離諧振頻率越遠(yuǎn)諧振部分的阻抗就越小）。l 濾波器由前述內(nèi)容可知，L和C的阻抗與流過(guò)它的信號(hào)頻率有關(guān)系，因此，選擇合適參數(shù)的元件可以構(gòu)成濾波器對(duì)信號(hào)

7、進(jìn)行頻率選擇。1、RC低通濾波器iRCo因此，頻率越大輸出的信號(hào)越小，頻率越小輸出的信號(hào)越接近輸入的信號(hào)，呈現(xiàn)一種低（頻率）通（過(guò)）的特性，當(dāng)然其中的高頻和低頻之間的界限并不是絕對(duì)的。頻率特性（輸出對(duì)輸入的比值，即增益隨信號(hào)頻率變化的規(guī)律）為：理想低通特性為：2、RC高通濾波器iRCo因此，頻率越小輸出的信號(hào)越小，頻率越大輸出的信號(hào)越接近輸入的信號(hào)，呈現(xiàn)一種高（頻率）通（過(guò)）的特性。頻率特性為：理想高通特性為：3、帶通濾波器和帶阻濾波器組合低通和高通濾波器可以得到帶通和帶阻濾波器帶通濾波器特性：帶阻濾波器特性：4、其他濾波器除可以用R和C構(gòu)成濾波器之外，還可以用R和L、L和C、R和L和C構(gòu)成無(wú)

8、源濾波器；而無(wú)源濾波器與合適的放大電路可以合并成有源濾波器，其性能更好；使用各種專(zhuān)門(mén)的濾波器芯片可以更方便地構(gòu)成高性能的濾波器。五、模擬電子技術(shù)基本理論知識(shí)精選l 二極管由N型和P型兩塊半導(dǎo)體材料制成，在兩者之間形成一個(gè)PN結(jié)。連接P型材料的管腳為陽(yáng)極，連接N型材料的為陰極。PN理想二極管具有單向?qū)щ娞匦?，正向電壓（?yáng)極高于陰極）使其導(dǎo)通，反向電壓使其截止。理想特性如下：UI正向?qū)〞r(shí)，電流可以達(dá)到無(wú)窮大，而正向電壓降為0，如同一個(gè)開(kāi)關(guān)接通；反向截止時(shí)電流為0，如同一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。實(shí)際二極管特性略有區(qū)別，如下：UI正向?qū)ㄐ枰欢妷海ú煌牧系亩O管該電壓不同，一般硅管為0.7V，鍺管為0.3

9、V），當(dāng)小于該電壓時(shí)二極管并不能完全導(dǎo)通，只有很小正向電流，當(dāng)超過(guò)該電壓時(shí)，電流可以迅速增加；加反向電壓時(shí)，二極管會(huì)有很小的反向漏電流。一般分析時(shí)可以將二極管按理想情況看待，除非正向壓降或反向電流會(huì)影響到分析結(jié)果時(shí)，使用實(shí)際特性進(jìn)行分析。l 發(fā)光二極管（LED）施加正向電壓發(fā)光，發(fā)光時(shí)一般需要幾個(gè)mA到10mA電流l 穩(wěn)壓二極管利用二極管反向擊穿電壓很穩(wěn)定的性質(zhì)，其常來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電壓l 三極管1、由三塊半導(dǎo)體材料制成，形成兩個(gè)PN結(jié)，有三個(gè)電極，分別是c(collector)集電極、b(base)基極、和e(emitter)發(fā)射極，根據(jù)材料放置的順序不同可以分為NPN型和PNP型三極管，如

10、下圖所示ebcbecNPNbecPNPebc2、三極管是電流放大器件，be之間的電流變化能改變ce之間的電流，且ce之間的電流變化量遠(yuǎn)大于be之間的電流變化量，其比值為，一般在幾十至幾百之間。3、一般將輸入信號(hào)接入be之間，而從ce之間輸出信號(hào)，由于be之間就是一個(gè)PN結(jié)，其輸入特性與二極管相同IbUbe4、三極管的輸出特性為：IcUce飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)負(fù)載線輸出特性中的多條曲線分別代表不同Ib時(shí)，三極管Uce與Ic之間的函數(shù)關(guān)系。特性分為三個(gè)工作區(qū)（由圖中紅線分割）：飽和區(qū)，只需要很小Uce就可以使Ic達(dá)到很大的值，c和e之間表現(xiàn)出很小的阻抗，就象一個(gè)開(kāi)關(guān)接通一樣；截止區(qū)，即使有很大的Uc

11、e也不能使Ic達(dá)到很大的值，c和e之間有很大的阻抗，就象一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)一樣；放大區(qū)， Uce和Ic之間滿足線性關(guān)系，它們的值隨Ib的不同而變化，Uce與Ic對(duì)應(yīng)值的交點(diǎn)總在圖中負(fù)載線上。在模擬電路中，三極管一般用作放大器件，必須工作在放大區(qū)，不然會(huì)發(fā)生信號(hào)的失真；而在數(shù)字電路中剛好相反，三極管用作開(kāi)關(guān)器件，工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，放大區(qū)只是它在從飽和區(qū)到截止區(qū)或反向轉(zhuǎn)換的過(guò)程中臨時(shí)通過(guò)一下。l 單管放大電路單管放大電路是只用一只三極管進(jìn)行信號(hào)放大的電路，是模擬電路基本組成單元和基礎(chǔ)。其構(gòu)成形式多樣，性能一般，以NPN管構(gòu)成共射放大電路為例：VCCvivo單管放大電路雖是基礎(chǔ)，但其分析計(jì)算比較復(fù)雜，

12、且使用較少，故不作詳細(xì)討論。l 運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)放）1、簡(jiǎn)化符號(hào)u+u-uo2、u+為同相輸入；u _為反相輸入；uo為輸出。3、運(yùn)放的特性為，uo=A ud=A（u+ - u _）。（注意：由于開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A很大，此式只有當(dāng)| ud|很小的時(shí)候才滿足，如果ud不是很小，則由于電源的限制，輸出uo將被限制在接近電源電壓的一個(gè)固定值上，此時(shí)工作于比較器狀態(tài)）4、理想情況下，開(kāi)環(huán)增益A=，輸入阻抗Ri=，輸出阻抗Ro=0；由于uo=A ud 和A=且uo有限，故ud= u+- u-=0，即運(yùn)放同相與反相輸入端電位相等，形同短路而實(shí)際未短路，稱(chēng)為“虛短”；5、由于Ri=和ud有限，故運(yùn)放同相與反相

13、輸入端上的電流i+=- i-= ud /Ri=0，即運(yùn)放同相與反相輸入端電流為0，形同斷路而實(shí)際未斷路，稱(chēng)為“虛斷”。（對(duì)于運(yùn)放電路使用“虛短”和“虛斷”的概念可以很方便地快速完成分析。）l 常用運(yùn)算放大器電路1、跟隨器uiuo 由ud= u+- u-=0知，uo = ui，即輸出跟隨輸入變化。跟隨器常用于隔離、緩沖的場(chǎng)合，使前后級(jí)電路之間不會(huì)互相影響，其原因在于跟隨器輸入阻抗非常大，而輸出阻抗很小。2、同相放大uiuoRR1Rf利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以u(píng)o/(Rf+R1)=ui/R1，因此電路的增益uo/ ui = (Rf+R1) /R1=1+

14、Rf/R1。（注意：圖中電路R并不影響電路的增益，理論上可以不需要，但實(shí)際電路中為了使性能更好，一般需要使運(yùn)放的同相和反相輸入端阻抗平衡，需要這個(gè)電阻，其值大小為反相輸入端所接電阻的并聯(lián)值，即R=Rf/R1，下同）3、反相放大uiuoRR1Rf利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-=0和i+=- i- =0，所以u(píng)o/Rf=-ui/R1，因此電路的增益uo/ ui =-Rf /R1。4、同相加法ui1uoRR1RfR2ui2利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以，因此電路的輸出。5、反相加法ui2uoRR1Rfui1R2利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u

15、+= u-=0和i+=- i- =0，所以u(píng)o/Rf=-（ui1/R1+ ui2/R2），因此電路的輸出uo =-（ui1/R1+ ui2/R2）Rf。6、減法ui1uoR1RfR2ui2利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-和i+=- i- =0，所以（uo- ui1）/Rf=（ui1- ui2）/R2，因此電路的輸出uo =ui1（Rf+R2）- ui2 Rf/R2。7、積分uiuoRC利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-=0和i+=- i- =0，以及電容的特性，所以，因此，其中=RC稱(chēng)為積分時(shí)間常數(shù)。8、微分uiuoRC利用“虛短”和“虛斷”的概念，有u+= u-=0和i

16、+=- i- =0，以及電容的特性，所以，因此，。9、電壓轉(zhuǎn)電流uiR2ioR1R3R4R當(dāng)R2/R1=R4/R3時(shí)，io=？（與ui的關(guān)系，請(qǐng)計(jì)算）10、電流轉(zhuǎn)電壓iiuoRRf uo =？（與ii 的關(guān)系，請(qǐng)計(jì)算）11、有源濾波由于有源濾波器的輸入阻抗高、輸出阻抗低，且容易構(gòu)成高階濾波器（其通帶到阻帶的過(guò)渡更快，性能比基本的一階濾波器更好）。一般利用無(wú)源濾波器后面加上運(yùn)放構(gòu)成放大電路就可以得到有源濾波器，例如二階有源低通濾波器可以如下構(gòu)成：uiuoRR1RfRCC12、比較器運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)，可作為比較器使用，但效果不如專(zhuān)門(mén)的比較器。對(duì)比較器的分析不能使用“虛短”的概念，因?yàn)榇藭r(shí)其兩個(gè)

17、輸入端之間的電位差不再接近于0，該電位差被放大A倍之后一般遠(yuǎn)超過(guò)電源電壓，但實(shí)際比較器受電源的限制，最大只能輸出電源電壓（實(shí)際還要略?。?。故當(dāng)u+> u-時(shí)，輸出為正電源電壓；當(dāng)u+< u-時(shí)，輸出為負(fù)電源電壓。比較器常用于信號(hào)檢測(cè)、波形變換等。uouiVCCuiuo13、儀表放大器對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，接入儀表不能影響電路原有的工作狀態(tài)，因此要求儀表放大器具有非常高的輸入阻抗（接近斷路，接入后對(duì)原電路相當(dāng)于沒(méi)有接）。而且為了有很高的測(cè)量精度，儀表放大器要具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。uiui2uoR4ui1R2R1R3當(dāng)R2/R1=R4/R3=K時(shí)，uo =？l 功率放大電路

18、（簡(jiǎn)稱(chēng)功放）功放不同于普通放大電路，后者以放大信號(hào)（主要是電壓）為目的，而功放則以放大功率為目的，其輸出信號(hào)的電壓大電流也大，電路帶負(fù)載的能力強(qiáng)。1、甲（A）類(lèi)功放用一只三極管構(gòu)成放大電路，結(jié)構(gòu)與普通放大電路基本類(lèi)似，功率管在整個(gè)信號(hào)周期中均處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。此電路無(wú)失真，效率低，應(yīng)用少；2、乙（B）類(lèi)功放用兩只三極管構(gòu)成放大電路，推挽式工作，每個(gè)功率管均只在半個(gè)信號(hào)周期中導(dǎo)通工作。此電路效率較高，但由于功率管有導(dǎo)通壓降，輸出有交越失真，一般不使用；3、甲乙（AB）類(lèi)功放用兩只三極管構(gòu)成放大電路，綜合甲類(lèi)與乙類(lèi)功放的特點(diǎn)，每個(gè)功率管均在略大于半個(gè)信號(hào)周期中導(dǎo)通工作。此電路克服了交越失真，效率較

19、乙類(lèi)略低，應(yīng)用廣泛；4、丙（C）類(lèi)功放用一只三極管構(gòu)成放大電路，配合輔助電路使功率管在小于半個(gè)信號(hào)周期中導(dǎo)通工作。此電路效率很高，理想情況可達(dá)到100%。4、丁（D）類(lèi)功放不同于其他放大電路，丁類(lèi)功放中的管子工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)通時(shí)其兩端電壓為0，關(guān)斷時(shí)通過(guò)它的電流為0，因此理想情況下，管子上消耗的功率為0，效率非常高，電路的輸出是一種PWM波形，其后通過(guò)濾波就可以得到所需要的輸出大功率信號(hào)。5、集成功放現(xiàn)在一般使用集成功放芯片構(gòu)成電路，很方便。l 振蕩電路當(dāng)需要某種頻率的信號(hào)的時(shí)候，可以使用振蕩電路產(chǎn)生之。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)正反饋放大電路，由于電路總存在有噪聲，其頻率從0到無(wú)窮，即總存在我們需要的頻率，只不過(guò)所有頻率成分都很微小，我們利用正反饋將所需要的頻率成分選擇出來(lái)加以放大，再反饋回去再次放大，循環(huán)很多次之后就可得到所需要的信號(hào)。1、RC橋式振蕩電路uoR1RfRRCC此圖僅為原理圖，需要加以修改才能實(shí)際使用。2、其他振蕩器RC橋式振蕩電路構(gòu)成簡(jiǎn)單但性能一般，需要性能更好的振蕩器時(shí)還可以考慮其他類(lèi)型的振蕩器，比如，變壓器反饋式LC振蕩器、三點(diǎn)式LC振蕩器、石英晶體振蕩器等。l 直流穩(wěn)壓電源一般小功率穩(wěn)壓電源由220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得。1、降壓（略）2、整流整流形式有多種，一般用橋式整流，可