江苏大学
《电子设计竞赛课程设计》报告2014-2015学年：第一学期
指导教师:
学院: 电气信息工程学院
班级: 电气卓越
姓名：
学号：
日期： 2015年1月
课程名称：速度可调跑马灯电路
一、课题说明
1.1 设计要求
设计一款跑马灯电路，4个发光二极管按照一定编码轮流点亮，编程可自行确定，点亮速度可利用一电位器调节。
1.2 设计思路
方案一、用555定时器产生占空比可调节电压值恒定的方波电压，占空比通过改变电容的充放电的时间（即充放电回路的电阻值）来调节，或者利用电位器调节电压。通过电平上升产生计数，计数通过译码器进行十进制到二进制的转化。然后把输出值加到发光二极管的驱动电路来驱动发光二极管并调节它的亮度。
方案二、假如没有138译码器，采用与非门电路实现译码的。
1.2设计方案比较与选择
本次我挑选的的课题是基础题，设计的两个方案都不复杂。方案一和方案二都包含四个模块：方波产生，计数，译码，LED发光。方案一与方案二的区别在于译码部分，方案一直接采用７４ＬＳ１３８译码器实现译码功能，方案二根据电路原理用与非门实现译码的功能。不过，在原理图部分，两种方案均可实现跑马灯的功能，但是在板子进行焊接时，与非门明显不是最好的选择，我就选择了方案一的方法进行了焊接。
二、方案一的解析
2.1总体设计框图
2.1.1 方波的产生
利用555定时器构成占空比可调的多谐振荡器。
[1] 电路组成及工作原理
其电路图接线如下左图所示，其波形图如下右图所示：
（1）vI =0V 时，vo1输出高电平。 （2）当vI 上升到ccV3 2时，vo1输出低电平。当vI 由ccV3 2继续上升， vo1保持不变。
（3）当vI 下降到ccV3 1时，电路输出跳变为高电平。而且在vI 继续 下降到0V 时，电路的这种状态不变。 图中，R 、VCC2构成另一输出端vo2，其高电平可以通过改变VCC2进行调节。
[2] 电路的仿真与调试
计数器 译码器 LED 驱动连续发光
方波振荡电路
输出波形：
2.2 161计数器
74LS161是四位二进制可预置的同步加法计数器。从功能表可知：当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
[1] 电路组成及工作原理
其逻辑功能如下图所示：
其引脚图如下图所示：
其管脚图如下图所示：
[2] 电路的仿真与调试
2.3 138计数器
74LS138 为3 线－8 线译码器，共有54/74S138和54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。通过C1的充放电产生震荡。
[1] 电路组成及工作原理
138译码器的输出：利用C
AB管脚中的AB管脚实现输出00,01,10,11的功能，依次接通管脚15,14,13,12，对应接右边的二极管：LED4
，
，。
LED2
LED1，
LED3
[2] 电路的仿真与调试
2.2.5 总体设计电路
调试现象：接通后，电路从LED4LED3LED2LED1，，，依次点亮，通过调节电容21C 和C 的值和电位器来改变输出脉冲波的占空比，改变输出频率，从而控制LED 灯闪烁的频率。
使用AD 画出原理图如下图所示：
使用AD 画出PCB 板子如下图所示：
焊出的板子如下图所示：
三、方案二的解析
方案二根据译码的需要实现AB B A B A B A +++_
___的功能：
[1] 电路的仿真与调试
四、总结
我选择的设计课题是跑马灯的设计，主要参考了数电教材，主要涉及了555定时器，138译码器，161计数器。本次设计的主要流程是：弄懂原理，画出原理图，并用Multisim 进行仿真，调试结果，最后用AD 进行原理图绘制以及PCB 板子的绘制。这次课程设计让我受益匪浅，除了知识上的收获，很大程度上磨练了我的意志，PCB 板子的绘制过程让我印象深刻，一共是画了三块板子，深深让我明白：科学研究需要小心谨慎，一个小小的错误便会前功尽弃，这对我以后的学习具有很深的教育意义。希望我们以后还有更多这种类型的课程设计，真正锻炼我们的动手能力！
模拟电子技术基础中的常用公式 第7章半导体器件 主要内容：半导体基本知识、半导体二极管、二极管的应用、特殊二极管、双极型晶体管、晶闸管。 重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。难点：双极型晶体管。 教学目标：掌握半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。了解特殊二极管、晶闸管。 第8章基本放大电路 主要内容：放大电路的工作原理、放大电路的静态分析、共射放大电路、共集放大电路。 重点：放大电路的工作原理、共射放大电路。难点：放大电路的工作原理。 教学目标：掌握放大电路的工作原理、共射放大电路。理解放大电路的静态分析。了解共集放大电路。 第9章集成运算放大器
主要内容：运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈、基本运算电路。 重点：基本运算电路。难点：放大电路中的反馈。 教学目标：掌握运算放大器在信号运算与信号处理方面的应用。了解运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈。 第10章直流稳压电源 主要内容：直流稳压电源的组成、整流电路、滤波电路、稳压电路。 重点和难点：整流电路、滤波电路、稳压电路。 教学目标：掌握直流电源的组成。理解整流、滤波、稳压电路。第11章组合逻辑电路 主要内容：集成基本门电路、集成复合门电路、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 重点：集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。难点：组合逻辑电路的设计。 教学目标：掌握集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。了解组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。
第12章 时序逻辑电路 主要内容：双稳态触发器、寄存器、计数器。 重点：双稳态触发器。 难点：寄存器、计数器。 教学目标：掌握双稳态触发器。了解寄存器、计数器。 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： )1()(-=T D V u sat R D e I i 式中，i D 为流过二极管的电流，u D 。为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=×10-19 C ；k 为玻耳兹曼常数，k = ×10 -23 J ／K 。室温下，可求得V T = 26mV 。I R(sat) 是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比，即
第十章直流电源 自测题 一、判断下列说法是否正确，用“√”“×”表示判断结果填入空内。 （1）直流电源是一种将正弦 信号转换为直流信号的 波形变换电路。 （） （2）直流电源是一种能量转 换电路，它将交流能量转 换为直流能量。 （） （3）在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。（） 因此，它们的整流管的平均电流比值为2:1。（） （4）若U2为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为 2 2U。（）（5）当输入电压U I和负载电流I L变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。（） （6）一般情况下，开关型稳压 电路比线性稳压电路效率高。 （） 解：（1）×（2）√（3） √×（4）√（5）× （6）√ 二、在图10.3.1（a）中，已知变压器副边电压有效值U2为10V， 2 3T C R L （T为电网电压的周期）。测得输出电压平均值U O（AV）可能的数值为 A. 14V B. 12V C. 9V D. 4.5V 选择合适答案填入空内。 （1）正常情况U O（AV）≈； （2）电容虚焊时U O（AV） ≈； （3）负载电阻开路时U O（AV） ≈； （4）一只整流管和滤波电容同 时开路，U O（AV）≈。 解：（1）B （2）C （3）A （4）D 三、填空： 图T10.3 在图T10.3所示电路中，调整管
为 ，采样电路由 组成，基准电压电路由 组成， 比较放大电路由 组成， 保护电路由 组成；输出电压最小值的表达式为 ，最大值的表达式为 。 解：T 1，R 1、R 2、R 3，R 、D Z ，T 2、R c ，R 0、T 3； ) ( )(BE2Z 33 21BE2Z 32321U U R R R R U U R R R R R +++++++，。 四、在图T10.4所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电压U Z 为6V ，最小稳定电流I Z m i n 为5mA ，最大稳 定电流I Z ma x 为40mA ；输入电压U I 为15V ，波动范围为±10％；限流电阻R 为200Ω。 图T10.4 （1）电路是否能空载？为什么？ （2）作为稳压电路的指标，负载电流I L 的范围为多少？ 解：（1）由于空载时稳压管流过的最大电流 mA 40mA 5.52max Z Z ax Im max max D Z ==-= =I R U U I I R ＞ 所以电路不能空载。 （ 2 ） 根 据 m ax L Im in m in D Z I R U U I Z --= ，负载 电流的最大值 mA 5.32m in D Im in m ax L Z =--= I R U U I Z 根 据 m in L Im ax m ax D Z I R U U I Z --= ，负载电 流的最小值 mA 5.12m ax D Im ax m in L Z =--= I R U U I Z 所以，负载电流的范围为12.5～32.5mA 。 五、在图10.5.24所示电路中，已知输出电压的最大值U O ma x 为25V ，R 1＝240Ω；W117的输出端和调整端间的电压U R ＝1.25V ，允许加在输入端和输出端的电压为3～40V 。试求解： （1）输出电压的最小值U O m i n ；
一. 桥式整流电路 1二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。 伏安特性曲线; 理想开关模型和恒压降模型： 理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为0.7V，锗管0.5 V 2桥式整流电流流向过程： 当u 2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而夺极管Vd3和Vd4截止，负载R L 是的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压；在u 2的负半周，u 2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2 截止，负载R L 上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压。 3计算:Vo,Io,二极管反向电压 Uo=0.9U 2, Io=0.9U 2 /R L ,U RM =√2 U 2 二.电源滤波器 1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载R L 两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。 波形形成过程：输出端接负载R L 时，当电源供电时，向负载提供电流的同时也
向电容C充电，充电时间常数为τ 充=（Ri∥R L C）≈RiC,一般Ri〈〈R L, 忽略Ri压 降的影响，电容上电压将随u 2迅速上升，当ωt=ωt 1 时，有u 2=u 0,此后u 2 低于u 0，所有二极管截止，这时电容C通过R L 放电，放电时间常数为R L C，放 电时间慢，u 0变化平缓。当ωt=ωt 2时，u 2=u 0, ωt 2 后u 2又变化到比u 0 大，又开始充电过程，u 0迅速上升。ωt=ωt 3时有u 2=u 0，ωt 3 后，电容通 过R L 放电。如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，R L 上的电压波动 大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。 2计算:滤波电容的容量和耐压值选择 电容滤波整流电路输出电压Uo在√2U 2~0.9U 2 之间，输出电压的平均值取决于 放电时间常数的大小。 电容容量R L C≧（3~5）T/2其中T为交流电源电压的周期。实际中，经常进一步 近似为Uo≈1.2U 2整流管的最大反向峰值电压U RM =√2U 2 ，每个二极管的平均电 流是负载电流的一半。 三.信号滤波器 1信号滤波器的作用:把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。 与电源滤波器的区别和相同点：两者区别为：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。 相同点：都是用电路的幅频特性来工作。 2LC串联和并联电路的阻抗计算:串联时，电路阻抗为Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC) 并联时电路阻抗为Z=1/jωC∥(R+jωL)= 考滤到实际中，常有R<<ωL,所以有Z≈
7.1 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： 式中，iD为流过二极管的电流，uD。为加在二极管两端的电压，VT称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为VT = kT/q其中T为热力学温度，单位是K；q是电子的电荷量，q=1.602×10-19C；k为玻耳兹曼常数，k = 1.381×10-23 J／K。室温下，可求得VT = 26mV。IR(sat)是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻RD 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压UD与流过二极管的直流电流ID 之比，即 RD的大小与二极管的工作点有关。通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。不过应注意的是，使用不同的欧姆档测出来的直流等效电阻不同。其原因是二极管工作点的位置不同。一般二极管的正向直流电阻在几十欧姆到几千欧姆之间，反向直流电阻在几十千欧姆到几百千欧姆之间。正反向直流电阻差距越大，二极管的单向导电性能越好。 GS0103 交流等效电阻rd
rd亦随工作点而变化，是非线性电阻。通常，二极管的交流正向电阻在几～几十欧姆之间。需要指出的是，由于制造工艺的限制，即使是同类型号的二极管，其参数的分散性很大。通常半导体手册上给出的参数都是在一定测试条件下测出的，使用时应注意条件。 GS0104 IZmin＜Iz＜IZmax 其中稳定电流IZ是指稳压管正常工作时的参考电流。IZ 通常在最小稳定电流IZmin与最大稳定电流IZmax之间。其中IZmin 是指稳压管开始起稳压作用时的最小电流，电流低于此值时，稳压效果差；IZmax是指稳压管稳定工作时的最大允许电流，超过此电流时，只要超过额定功耗，稳压管将发生永久性击穿。故一般要求IZmin＜Iz＜IZmax 。 IC = INC + ICBO ≈ INC IB = IPB + IPE - ICBO ≈IPB - ICBO IE＝INE＋IPE ≈INE INE ＝ INC ＋IPB IE ＝IC ＋ IB
第一章数字逻辑习题 1．1 数字电路与数字信号 1.1.2 图形代表的二进制数 010110100 1．1．4 一周期性数字波形如图题所示，试计算：（1）周期；（2）频率；（3）占空比例 MSB LSB 0 1 2 11 12 （ms） 解：因为图题所示为周期性数字波，所以两个相邻的上升沿之间持续的时间为周期， T=10ms 频率为周期的倒数，f=1/T=1/0.01s=100HZ 占空比为高电平脉冲宽度与周期的百分比，q=1ms/10ms*100%=10% 1.2 数制 1.2.2 将下列十进制数转换为二进制数，八进制数和十六进制数（要求转换误差不大于2?4（2）127 （4）2.718解：（2）（127）D= 27 -1=（10000000）B-1=（1111111） B=（177）O=（7F）H （4）（2.718）D=(10.1011)B=(2.54)O=(2.B)H 1.4 二进制代码 1.4.1 将下列十进制数转换为8421BCD 码： （1）43 （3）254.25 解：（43）D=（01000011）BCD 1.4.3 试用十六进制写书下列字符繁荣ASCⅡ码的表示：P28 （1）+ （2）@ （3）you (4)43 解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的ASCⅡ码，然后将二进制码转换为十六进制数表示。 （1）“+”的ASCⅡ码为0101011，则（00101011）B=（2B）H （2）@的ASCⅡ码为1000000,(01000000)B=(40)H (3)you 的ASCⅡ码为本1111001,1101111,1110101,对应的十六进制数分别为79,6F,75 (4)43 的ASCⅡ码为0110100,0110011,对应的十六紧张数分别为34,33 1.6 逻辑函数及其表示方法 1.6.1 在图题1. 6.1 中，已知输入信号A，B`的波形，画出各门电路输出L 的波形。
模拟电路基础知识大全 一、填空题:(每空1分共40分) 1、PN结正偏时(导通),反偏时(截止),所以PN结具有(单向)导电性。 2、漂移电流是(反向)电流,它由(少数)载流子形成,其大小与(温度)有关,而与外加电压(无关)。 3、所谓理想二极管,就是当其正偏时,结电阻为(零),等效成一条直线;当其反偏时,结电阻为(无穷大),等效成断开; 4、三极管是(电流)控制元件,场效应管是(电压)控制元件。 5、三极管具有放大作用外部电压条件是发射结(正偏),集电结(反偏)。 6、当温度升高时,晶体三极管集电极电流Ic(增大),发射结压降(减小)。 7、三极管放大电路共有三种组态分别是(共集电极)、(共发射极)、(共基极)放大电路。 8、为了稳定三极管放大电路的静态工作点,采用(直流)负反馈,为了稳定交流输出电流采用(交流)负反馈。 9、负反馈放大电路和放大倍数AF=(A/1+AF),对于深度负反馈放大电路的放大倍数AF= (1/F )。 10、带有负反馈放大电路的频带宽度BWF=(1+AF)BW,其中BW=(fh-fl ), (1+AF )称为反馈深度。
11、差分放大电路输入端加上大小相等、极性相同的两个信号,称为(共模)信号,而加上大小相等、极性相反的两个信号,称为(差模)信号。 12、为了消除乙类互补功率放大器输出波形的(交越)失真,而采用(甲乙)类互补功率放大器。 13、OCL电路是(双)电源互补功率放大电路; OTL电路是(单)电源互补功率放大电路。 14、共集电极放大电路具有电压放大倍数(近似于1 ),输入电阻(大),输出电阻(小)等特点,所以常用在输入级,输出级或缓冲级。 15、差分放大电路能够抑制(零点)漂移,也称(温度)漂移,所以它广泛应用于(集成)电路中。 16、用待传输的低频信号去改变高频信号的幅度称为(调波),未被调制的高频信号是运载信息的工具,称为(载流信号)。 17、模拟乘法器输出与输入的关系式是U0=(KUxUy ) 1、1、P型半导体中空穴为(多数)载流子,自由电子为(少数)载流子。 2、PN结正偏时(导通),反偏时(截止),所以PN结具有(单向)导电性。 3、反向电流是由(少数)载流子形成,其大小与(温度)有关,而与外加电压(无关)。 4、三极管是(电流)控制元件,场效应管是(电压)控制元件。 5、当温度升高时,三极管的等电极电流I(增大),发射结压降UBE(减小)。
第二章 2—4、二极管电路如图题2.4所示，试判断图中的二极管是导通还是截止，并求出各电路的输出 电压V 0，设二极管的导通压降为0.7V 。 解： 二极管导通 V V 7.50-= 二极管VD 1导通，二极管VD 2截止。 V V 7.00-= 2—5、电路如图题2.5所示，图中二极管是理想的，设输入电压t sin u i ω10=(V)时，试画出) t (u 0的波形。 V /u -10
2—6、硅二极管限幅电路如图题2.6(a)所示，当输入波形i u 如图题2.6(b)所示时，画出输出电压0 u 的波形。 2—7、（1）已知两只硅稳压管的稳压值分别为8V 和6V ，当将它们串联或并联使用时可以得到几 种不同的稳压值？ （2）稳压值为6V 的稳压管接成如题图2.7所示电路，R 1=4K Ω，在下面四种情况下确定 V 0的值。a ）V i =12V ， R 2=8K Ω；b ）V i =12V ， R 2=4K Ω；c ）V i =24V ， R 2=2K Ω；d ）V i =24V ， R 2=1K Ω。 V /u V / -0u
解：（1）串联使用时可以得到：8+6=14V ；8+0.7=8.7V ；6+0.7=6.7V ；0.7+0.7=1.4V （2）a)V 0=6V ； b)V 0=6V ； c)V 0=6V ； d)V 0=4.8V ； 2—8、在下列几种情况下求输出端F 的点位V F 以及电路各元件中流过的电流：（1）V A =V B =0V ； （2）V A =+3V ,V B =0V （3）V A =V B =+3V 。二极管的正向电压忽略不计。 解：(1) V A =V B =0V 时，两个二极管均导通。V F =0V mA 0839312..I R ≈= mA .I I I R VDB VDA 5412 1=== （2）V A =+3V ,V B =0V 时，VD A 截止，VD B 导通。 V F =0V mA 0839312..I I DB V R ≈= = 0=VDA I （3）V A =V B =+3V 时，两个二极管均导通。V F =3V mA 31293312..I R ≈-= mA .I I I R VDB VDA 1512 1=== 2—11、在晶体管放大电路中测得晶体管3个电极的电位如图题2.11所示，试判断晶体管的类型、 材料，并区分a 、b 、c 三个极。 为PNP 型Ge 管 2—12、某个晶体管的参数如下：V V ,mA I ,mW P CEO )ER (CM CM 1520100 ===，问下列哪种情况下晶体管可以正常工作？ （1）mA I ,V V C CE 103==；（2）mA I ,V V C CE 402==；（3）mA I ,V V C CE 206== 解：（1）可以正常工作。（2）CM C I I >不能正常工作。（3）CM C P P >不能正常工作。 （集电极） （发射极） （基极）
- 70 - 模拟电子技术基础中的常用公式 第7章 半导体器件 主要内容：半导体基本知识、半导体二极管、二极管的应用、特殊二极管、双极型晶体管、晶闸管。 重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。 难点：双极型晶体管。 教学目标：掌握半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。了解特殊二极管、晶闸管。 第8章 基本放大电路 主要内容：放大电路的工作原理、放大电路的静态分析、共射放大电路、共集放大电路。 重点：放大电路的工作原理、共射放大电路。 难点：放大电路的工作原理。 教学目标：掌握 放大电路的工作原理、共射放大电路。理解 放大电路的静态分析。了解共集放大电路。 第9章 集成运算放大器
主要内容：运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈、基本运算电路。 重点：基本运算电路。难点：放大电路中的反馈。 教学目标：掌握运算放大器在信号运算与信号处理方面的应用。了解运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈。 第10章直流稳压电源 主要内容：直流稳压电源的组成、整流电路、滤波电路、稳压电路。 重点和难点：整流电路、滤波电路、稳压电路。 教学目标：掌握直流电源的组成。理解整流、滤波、稳压电路。第11章组合逻辑电路 主要内容：集成基本门电路、集成复合门电路、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 重点：集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。难点：组合逻辑电路的设计。 教学目标：掌握集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。了解组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 - 71 -
- 72 - 第12章 时序逻辑电路 主要内容：双稳态触发器、寄存器、计数器。 重点：双稳态触发器。 难点：寄存器、计数器。 教学目标：掌握双稳态触发器。了解寄存器、计数器。 7.1 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： )1()(-=T D V u sat R D e I i 式中，i D 为流过二极管的电流，u D 。为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=1.602×10-19 C ；k 为玻耳兹曼常数，k = 1.381×10-23 J ／K 。室温下，可求得V T = 26mV 。I R(sat)是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比，即
模拟电路（基本概念和知识总揽） 1、基本放大电路种类（电压放大器，电流放大器，互导放大器和互阻放大器），优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因。 2、负反馈种类（电压并联反馈，电流串联反馈，电压串联反馈和电流并联反馈）；负反馈的优点（降低放大器的增益灵敏度，改变输入电阻和输出电阻，改善放大器的线性和非线性失真，有效地扩展放大器的通频带，自动调节作用） 3、基尔霍夫定理的内容是什么？ 基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律。 电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有流出节点的支路电流代数和恒等于零。电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。 4、描述反馈电路的概念，列举他们的应用？ 反馈，就是在电子系统中，把输出回路中的电量输入到输入回路中去。 反馈的类型有：电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。负反馈的优点：降低放大器的增益灵敏度，改变输入电阻和输出电阻，改善放大器的线性和非线性失真，有效地扩展放大器的通频带，自动调节作用。 电压（流）负反馈的特点：电路的输出电压（流）趋向于维持恒定。 5、有源滤波器和无源滤波器的区别？ 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成 有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。 集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 6、基本放大电路的种类及优缺点，广泛采用差分结构的原因。 答：基本放大电路按其接法的不同可以分为共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电极放大电路，简称共基、共射、共集放大电路。 共射放大电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常做为低频电压放大电路的单元电路。 共基放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射放
注意：答案仅供参考！ 一、填空题 1. 半导体三极管属于 电流 控制器件，而场效应管属于 电压 控制器件。 2. 放大器有两种不同性质的失真，分别是 线性 失真和 非线性 失真。 3. 共射极放大电路中三极管集电极静态电流增大时，其电压增益将变 大 ；若负载电阻R L 变小时，其电压增益将变 小 。 4. 单级共射极放大电路产生截止失真的原因是 静态Ic 偏小 ；产生饱和失真的原因是 Ic 偏大 ；若两种失真同时产生，其原因是 输入信号太大 。 5.静态工作点Q 点一般选择在 交流 负载线的中央。 6.静态工作点Q 点选得过低会导致 截止 失真；Q 点选得过高会导致 饱和 失真。 7.对于下图所示电路，设V CC =12V ，R b =510k Ω，R c =8 k Ω，V BE =0.7V ，V CE （sat ）=0.3V,当β=50，静态电流I BQ = 22μA ，I CQ = 1.1mA ，管压降V CEQ = 3.2V ；若换上一个当β=80，静态电流I BQ = 22μ A ，I CQ = 1.46mA ，管压降V CEQ = 0.3V ，三级管工作在 饱和 状态。 8.对于下图所示电路，设V CC =12V ，三级管β=50，V BE =0.7V ，若要求静态电流I CQ =2mA ，V CEQ =4V ，则电路中的R b = 282.5 k Ω ，R C = 4 k Ω 。
9.对于下图所示电路，已知V CC =12V，R b1 =27 kΩ，R c =2 kΩ,R e =1 kΩ,V BE =0.7V, 现要求静态电流I CQ =3mA，则R b2 = 12 kΩ。 10.已知图示的放大电路中的三级管β=40，V BE=0.7V，稳压管的稳定电压V Z=6V， 则静态电流I BQ = 0.275mA ，I CQ = 11mA ，管压降V CEQ = 3V 。 11. 当环境温度升高时，三极管的下列参数变化的趋势是：电流放大系数β增 大，穿透电流I CEO增加，当I B不变时，发射结正向压降|U BE|减小。 12.若下图所示放大电路在冬天调试时能正常工作，当到了夏天后，发现输出波形失真，且幅度增大，这时发生的失真是饱和失真，失真的主要原因是由于 夏天室温升高后，三级管的 I CBO 、 V BE 和β三个参数的变化，引起工 作点上移；输出波形幅度增大，则是因为β参数随温度升高而增大所造成，输出波形幅度增大也是引起失真的一个原因。
word 资料 模拟电子技术基础中的常用公式 第7章 半导体器件 主要内容：半导体基本知识、半导体二极管、二极管的应用、特殊二极管、双极型晶体管、晶闸管。 重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。 难点：双极型晶体管。 教学目标：掌握半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。了解特殊二极管、晶闸管。 第8章 基本放大电路 主要内容：放大电路的工作原理、放大电路的静态分析、共射放大电路、共集放大电路。 重点：放大电路的工作原理、共射放大电路。 难点：放大电路的工作原理。 教学目标：掌握 放大电路的工作原理、共射放大电路。理解 放大电路的静态分析。了解共集放大电路。 第9章 集成运算放大器
主要内容：运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈、基本运算电路。 重点：基本运算电路。难点：放大电路中的反馈。 教学目标：掌握运算放大器在信号运算与信号处理方面的应用。了解运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈。 第10章直流稳压电源 主要内容：直流稳压电源的组成、整流电路、滤波电路、稳压电路。 重点和难点：整流电路、滤波电路、稳压电路。 教学目标：掌握直流电源的组成。理解整流、滤波、稳压电路。第11章组合逻辑电路 主要内容：集成基本门电路、集成复合门电路、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 重点：集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。难点：组合逻辑电路的设计。 教学目标：掌握集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。了解组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 - 71 -
word 资料 第12章 时序逻辑电路 主要内容：双稳态触发器、寄存器、计数器。 重点：双稳态触发器。 难点：寄存器、计数器。 教学目标：掌握双稳态触发器。了解寄存器、计数器。 7.1 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： )1()(-=T D V u sat R D e I i 式中，i D 为流过二极管的电流，u D 。为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=1.602×10-19 C ；k 为玻耳兹曼常数，k = 1.381×10-23 J ／K 。室温下，可求得V T = 26mV 。I R(sat)是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比，即
第2章 模拟电子技术实验 实验2.1 电压放大电路 1. 实验目的 （1）掌握共发射极放大电路的参数对放大电路性能的影响。 （2）学习调整交流电压放大电路的静态工作点、测量电压放大倍数。 （3）熟悉数字存储示波器、交流毫伏表的使用方法。 2. 实验预习要求 （1）如何调整放大电路的静态工作点？放大电路电压放大倍数与哪些因素有关？ （2）放大电路输出信号波形在哪些情况下可能产生失真？应如何消除失真？ 3. 实验仪器与设备 （1）仪器设备 （2）实验板介绍 图2.1.1是放大电路实验板的印制电路，它由三个单级放大电路组成： T 1管与其周围元件可以组成一级固定偏置或分压式偏置共发射极放大电路，T 2管构成一级分压式偏置、并带有电流负反馈的共发射极放大电路，T 3管构成一级射极输出器。 第一级放大电路有两个独立的集电极电阻R C1 = 3k Ω、C1R '= 1.5k Ω，发射极电阻由E1 R '和 R E1串联构成，旁路电容C E1用来控制是否引入交流电流负反馈及控制反馈深度。 三级放大电路的上偏置电阻R B11、R B21、R B31，都是由一个固定的10 k Ω电阻串联一个电位器构成。调节各电位器，可为各级放大电路设定合适的静态工作点。 每一级放大电路相互独立，可根据需要灵活组成单级或多级阻容耦合放大电路。射极输出器既可接在末级，也可接在第一级，或作为中间级，只要改变实验板上的接线即可。 实验板上“＋12V ”用来接直流电源，“输入u i ”用来外接输入信号，“输出u o ”是放大电路的输出端。每级放大电路还有各自独立的输出端u o1、u o2、u o3。实验板的印制电路已将几个“地”端固定连接在一起（电子实验要求整个实验系统共地）。 另外实验板还设有几个专用电阻供实验时使用。R L = 3k Ω可作为放大电路的外接负载。R F = 39k Ω为反馈电阻，当需要引入级间电压负反馈时，可将M 点与u o2、M '点与T 1的发射极e 1分别相连。R S = 3 k Ω可视为信号源的内阻，利用R S 可测量放大电路的输入阻抗。
习题 题10-1 在图P10-1所示的单相桥式整流电路中，已知变压器副边电压U2＝10V(有效值)： 图P10-1 ②工作时，直流输出电压U O(A V)=? ②如果二极管VD1虚焊，将会出现什么现象？ ③如果VD1极性接反，又可能出现什么问题？ ④如果四个二极管全部接反，则直流输出电压U O(A V)=? 解：①正常时工作时，直流输出电压U O(A V)=0.9 U2=9V ②如果二极管VD1虚焊，将成为半波整流U O(A V)=0.45 U2=4.5V ③如果VD1极性接反，U2负半周VD1、VD3导通，负载短路，产生极大的电流，造成二极管和变压器烧毁。 ③如果四只二极管全部接反，则直流输出电压U O(A V)=－9V。 题10-2图P10-2是能输出两种整流电压的桥式整流电路。 （1）试分析各个二极管的导电情况，在图上标出直流输出电压U O(A V)1和U O(A V)2对地的极性，并计算当U21=U22=20V(有效值)时，U O(A V)1和U O(A V)2各为多少？（2）如果U21=22V，U22=18V，则U O(A V)1和U O(A V)2各为多少？ （3）在后一种情况下，画出u o1和u o2的波形并估算各个二极管的最大反向峰值电压将各为多少？ 图P10-2
解：（1）均为上“+”、下“-”。即U O(A V)1对地为正，U O(A V)2对地为负。 均为全波整流。 U O(A V)1和U O(A V)2为：U O(A V)1=-U O(A V)2≈0.9U 21=0.9*20=18V （2）如果U 21=22V ，U 22=18V ，则U O(A V)1和U O(A V)2为 U O(A V)1= -U O(A V)2≈0.45U 21+0.45 U 22=18V 。 （3）波形图如下： 题10-3 试分析在下列几种情况下，应该选用哪一种滤波电路比较合适。 ①负载电阻为1Ω，电流为10A ，要求S ＝10%； ②负载电阻为1k Ω，电流为10mA,要求S =0.1%； ③负载电阻从20Ω变到100Ω，要求S =1%，输出电压U O(A V)变化不超过20%； ④负载电阻100Ω可调，电流从零变到1A ，要求S =1%，希望U 2尽可能低。 解：①电感滤波；②电容滤波或RC π型滤波；③LC 滤波；④LC π型滤波 题10-4在桥式整流电容滤波电路中，U 2=20V(有效值)，R L =40Ω，C =1000μF 。试问： ①正常时U O(A V)=? ②如果电路中有一个二极管开路，U O(A V)是否为正常值的一半？ ③如果测得U O(A V)为下列数值，可能出了什么故障： (a) U O(A V)=18V ；(b) U O(A V)=28V ；(c) U O(A V)=9V 。 解：①3L (4010)s 0.04s R C -=?=，而 0.02s 0.01s 22T ==，所以满足条件L (3~5)2 T R C ≥，所以U O(A V)=1.2U 2=1.2*20=24V; ②若一只二极管开路，电路成为半波整流，此时U O(A V)比正常值的一半要多 。 ③(a) U O(A V)=18V ，电容开路，无滤波作用；(b) U O(A V)=28V ，负载开路；
模拟电子技术习题答案 第二章 2.4.1D 和 V o 的值；（2）在室温（300K ）的情况下，利用二极管的小信号模型求v o 的变化范围。 解（1）求二极管的电流和电压 （2）求v o 的变化范围 当r d1=r d2=r d 时，则 O v 的变化范围为)(~)(O O O O v V v V ?-?+，即1.406V ～1.394V 。 2.4.3AO 。设二极管是理想的。 解 图a ：将D 断开，以O 点为电位参考点，D 的阳极电位为－6 V ，阴极电位为－12 V ，故 D 处于正向偏置而导通，V AO =–6 V 。 图b ：D 的阳极电位为－15V ，阴极电位为－12V ，D 对被反向偏置而截止，VAO ＝－12V 。 图c ：对D 1有阳极电位为 0V ，阴极电位为－12 V ，故D 1导通，此后使D 2的阴极电位为 0V ，而其阳极为－15 V ，故D 2反偏截止，V AO =0 V 。 图d ：对D 1有阳极电位为12 V ，阴极电位为0 V ，对D 2有阳极电位为12 V ，阴极电位为 －6V ．故D 2更易导通，此后使V A ＝－6V ；D 1反偏而截止，故V AO ＝－6V 。
2.4.4 解图a：将D断开，以“地”为电位参考点，这时有 D被反偏而截止。 图b：将D断开，以“地”为参考点，有 D被反偏而截止。 图c：将D断开，以“地”为参考点，有 D被正偏而导通。 2.4.71，D2为硅二极管，当v i＝6 sinωtV时，试用恒压降模型和 折线模型（V th＝0.5 V，r D＝200Ω）分析输出电压v o的波形。 解（1）恒压降等效电路法 当0＜|V i|＜0.7V时，D1、D2均截止，v o＝v i；当v i≥0.7V时；D1导通，D2截止，v o＝0.7V；当v i≤0.7V时，D2导通，D1截止，v o＝－0．7V。v i与v o ＝0．5V，r D＝200Ω。当0＜|V i|＜0．5 V时，D1，D 2均截止，v o=v i；v i≥0．5V时，th D1导通，D2截止。v i≤－0.5 V时，D2导通，D1 截止。因此，当v i≥0．5V时有 同理，v i≤－0.5V时，可求出类似结果。 v i与v o波形如图解2．4．7c所示。
第10章 直流电源 自测题 一.判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入括号内。 (1)直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。( × ) (2)直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。( √ ) (3)在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。( √ )；因此，它们的整流管的平均电流比值为2:1。( × ) (4)若2U 为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电 2。( √ ) (5)当输入电压U I 和负载电流I L 变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。( × ) (6)一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。( √ ) 二、在图10.3.l (a)中，已知变压器副边电压有效值U 2为10V , 32 L T R C (T 为电网电压的周期)。测得输出电压平均值()O AV U 可能的数值为 A . 14V B . 12V C . 9V D . 4.5V 选择合适答案填入空内。 (1)正常情况()O AV U ≈( B )； (2)电容虚焊时()O AV U ≈( C )； (3)负载电阻开路时()O AV U ≈( A )； (4)一只整流管和滤波电容同时开路，()O AV U ≈( D )。 三、填空：在图T10.3所示电路中,调整管为( T 1 )，采样电路由(R 1、R 2、R 3)
组成， 基准电压电路由( R 、D Z )组成，比较放大电路由( T 2、R c )组成，保护电路由( R 0、 T 3 )组成；输出电压最小值的表达式为( 123 23 ()Z BE R R R U U R +++ )，最大值的表达式 ( 123 223 ()Z BE R R R U U R R ++++ )。 图T10.3 图T10.4 四、在图T10.4所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电U Z 为6V ，最小稳定电流I Zmin 为5mA ，最大稳定电流I Zmax 为40mA ；输入电压U i 为15V ，波动范围为±10%；限流电阻R 为200Ω。(1)电路是否能空载？为什么？(2)作为稳压电路的指标，负载电流I L 的范围为多少？ 解：(1)由于空载时稳压管流过的最大电流： 所以电路不能空载。 (2)根据 Im min max in Z DZ L U U I I R -=-，负载电流的最大值 根据 Im max min ax Z DZ L U U I I R -=-，负载电流的最小值 所以，负载电流的范围为12 .5 ~32 .5mA 。 五、在 所示电路中，已知输出电压的最大值U omax 为25V , R l =240Ω；Wll7的输出端和调整端间的电压U R =1.25V ，允许加在输入端和输出端的电压3 ~40V 。试求解：(1)输出电压的最小值U omin ； (2) R 2的取值； (3)若U I 的波动范围为±10 % ,为保证输出电压的最大值U omax 为25V , U I 至少应取多少伏？为保证Wll7 安全工作， U I 的最大值为多少伏？ 解：(1)输出电压的最小值U omin = 1.25V
电子电路工程师必备的20种模拟电路 对模拟电路的掌握分为三个层次：初级层次：是熟练记住这二十个电路，清楚这二十个电路的作用。只要是电子爱好者，只要是学习自动化、电子等电控类专业的人士都应该且能够记住这二十个基本模拟 电路。 中级层次：是能分析这二十个电路中的关键元器件的作用，每个元器件出现故障时电路的功能受到什么影响，测量时参数的变化规律，掌握对故障元器件的处理方法;定性分析电路信号的流向，相位变化;定性分析信号波形的变化过程;定性了解电路输入输出阻抗的大小，信号与阻抗的关系。有了这些电路知识，您极有可能成长为电子产品和工业控制设备的出色的维修维护技师。高级层次是能定量计算这二十个电路的输入输出阻抗、输出信号与输入信号的比值、电路中信号电流或电压与电路参数的关系、电路中信号的幅度与频率关系特性、相位与频率关系特性、电路中元器件参数的选择等。达到高级层次后，只要您愿意，受人尊敬的高薪职业--电子产品和工业控制设备的开发设计工程师将是您的首选职业。 一、桥式整流电路 1、二极管的单向导电性：伏安特性曲线：理想开关模型和恒压降模型： 2、桥式整流电流流向过程：输入输出波形： 3、计算：Vo, Io,二极管反向电压。 二、电源滤波器
1、电源滤波的过程分析：波形形成过程： 2、计算：滤波电容的容量和耐压值选择。 三、信号滤波器1、信号滤波器的作用：与电源滤波器的区别和相同点：2、LC 串联和并联电路的阻抗计算，幅频关系和相频关系曲线。3、画出通频带曲线。计算谐振频率。 四、微分和积分电路 1、电路的作用，与滤波器的区别和相同点。 2、微分和积分电路电压变化过程分析，画出电压变化波形图。 3、计算：时间常数，电压变化方程，电阻和电容参数的选择。 五、共射极放大电路 1、三极管的结构、三极管各极电流关系、特性曲线、放大条件。 2、元器件的作用、电路的用途、电压
·6· 第2章 半导体三极管及其基本放大电路 一、填空题 2．1 BJT 用来放大时，应使发射结处于 偏置，集电结处于 偏置；而工作在饱和区时，发射结处于 偏置，集电结处于 偏置。 2．2 温度升高时，BJT 的电流放大系数β ，反向饱和电流CBO I ，发射结电压BE U 。 2．3用两个放大电路A 和B 分别对同一个电压信号进行放大，当输出端开路时， O B O A U U =；都接人负载L R 电阻时，测得O B O A U U ?，由此说明，电路A 的输出电阻比电 路B 的输出电阻 。 2．4对于共射、共集和共基三种基本组态放大电路，若希望电压放大倍数大，可选用 组态；若希望带负载能力强，应选用 组态；若希望从信号源索取电流小，应选用 组态；若希望高频性能好，应选用 组态。 2．5 FET 是通过改变 来改变漏极电流(输出电流)的，所以它是一个 器件。 2．6 FET 工作在可变电阻区时，D i 与D S u 基本上是 关系，所以在这个区域中，FET 的d 、s 极间可以看成一个由GS u 控制的 。 2．7 FET 的自偏压电路只适用于 构成的放大电路；分压式自偏压电路中的栅 极电阻S R 一般阻值很大，这是为了 。 二、选择正确答案填写(只需选填英文字母) 2．8 BJT 能起放大作用的内部条件通常是：(1)发射区掺杂浓度 (a 1．高，b 1．低，c 1．一般)；(2)基区杂质浓度比发射区杂质浓度 (a 2．高，b 2．低，c 2．相同)，基区宽度 (a 3．高，b 3．窄，c 3．一般)；集电结面积比发射结面积 (a 4．大，b 4．小，c 4．相等)。 2．9 测得BJT I B =30μA 时，I C =2.4 mA ；I B =40μA 时，I C =3 mA ，则该管的交流电流放大系数β为 (a ．80，b ．60，c ．75)。 2．10用万用表判别放大电路中处于正常工作的某个BJT 的类型(指NPN 型还是PNP 型)与三个电极时，以测出 最为方便(a ．各极间电阻，b ．各极对地电位，c ．各极电流)。 2．11 既能放大电压，也能放大电流的是 组态放大电路；可以放大电压，但不 能放大电流的是 组态放大电路；只能放大电流，但不能放大电压的是 组态放大电路(a ．共射， b ．共集，c ．共基)。 2．12 某FET 的I DSS 为6 mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8 mA ，则该管是 (a ．P 沟道JFET ， b ．N 沟道JFET ，c ．P 沟道耗尽型IGFET ，d ．N 沟道耗尽型IGFET ，e ．P 沟道增强型IGFET ，f ．N 沟道增强型IGFET)。 2．13 P 沟道增强型IGFET 的开启电压)(th GS U 为 (a 1．正值，b 1．负值，c 1．零