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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,项目一 半导体器件的认识,一、项目分析,二、相关知识,（一）半导体的基本知识,（二）二极管,（三）三极管,三、拓展知识,（一）特殊用途的二极管,（二）场效应管,一、项目分析,项目内容,半导体的导电特性和PN结的基本原理，二极管、三极管、场效应管等的结构、工作原理、特性曲线及主要参数。,知识点,半导体的导电特性和PN结的基本原理；,二极管的结构、伏安特性；,三极管的结构、电流分配原理、工作状态和条件。,一、项目分析,能力点,会识别二极管、能测绘其伏安特性；,会识别三极管、能分析其电流分配情况；,能测绘三极管的传输特性曲线；,能熟练应用特殊二极管、绝缘栅型场效应管。,二、相关知识,（一）半导体的基本知识,1、半导体,自然界的物质按其导电能力可分为：导体、绝缘体和半导体。,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅（,Si,）、锗（,Ge,）、砷化镓（,GaAs,）等。,2、半导体的物理特性,（,1,）半导体,独特的物理特性,热敏特性：半导体器件的温度稳定性差。,光敏特性：在有光照和无光照的条件下，其电阻率有几十到几百倍的差别。,掺杂特性：在纯净的半导体材料中掺入某种微量的杂质元素后，其导电能力将猛增几万倍甚至几百万倍。,制造半导体器件的主要材料是锗和硅。,纯净的、具有完整晶体结构的半导体称为,本征半导体,。,（2）半导体的,晶体结构,在晶体中，原子的,4,个价电子就会分别与其周围的,4,个原子组成,稳定的共价键,。,本征激发,载流子,自由电子,空穴,在常温下，本征半导体的导电能力极差。,3、半导体的导电原理,（,1,）,N,型半导体,在纯净的半导体中掺入微量的,五价元素,，如砷（,As,）或磷。,多子：自由电子；,少子：空穴。,（,2,）P型半导体,在纯净的半导体中掺入微量的,三价元素,，如,硼（Be）或铟（In）,。,多子：空穴；,少子：自由电子。,通过改变掺入杂质的浓度可以控制半导体的导电能力。,（,3,）半导体PN结,PN,结的形成。,PN,结的宽度一般为几微米到几十微米。,PN结的特性。,在没有外电场的作用下，,PN,结是不会导电的；,在外电场的作用下，,PN,结显示,单向导电特性,。,PN结正向偏置，则导通，即,正向导通,。,反向截止、反向击穿,PN,结正向偏置时，,PN,结导通，正向电阻很小，正向电流,I,F,较大；,PN,结反向偏置时，,PN,结截止，反向电阻很大，反向电流,I,R,很小。,PN,结的这种正向导通和反向截止的特性定义为单向导电特性。,（二）二极管,1、二极管的结构和符号,2、二极管的单向导电性,结论：二极管的这种正向导通、反向截止特性称为二极管的单向导电性。,3、二极管的伏安特性曲线,正向特性、反向特性,4、二极管的主要参数,（,1,）最大整流电流,I,FM,最大整流电流,I,FM,是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。使用中电流超过此值，管子会因过热而损坏。,（,2,）最高反向工作电压,U,RM,二极管长期运行时所能承受的最大反向工作电压。为保证二极管能安全工作，一般取,U,R,为,U,RM,的二分之一。,（,3,）反向击穿电压,反向击穿电压是指二极管能承受的最大反向工作电压，外加电压超过该值，,PN,结会损坏。,（,4,）最高工作频率,f,M,最高工作频率,f,M,是保证二极管正常工作时所加信号的最高频率，否则会使二极管失去单向导电特性。,5、二极管的应用及电路分析方法,先确定相应的参考点。,假设所有二极管全部断开，判断二极管原来位置两端（P端电压为,U,P,，N端电压为,U,N,）的电位差。,a,U,P,U,N,，则二极管导通；否则截止。,b,有多个二极管符合,U,P,U,N,时，,U,P,U,N,最大的二极管优先导通，再分析其他的二极管是否导通。,确定了二极管的工作状态后，用基尔霍夫定律分析求解电路。,例题，,分析图中二极管的状态：导通还是截止。,整流电路,限幅电路,仿真分析：限幅电路,钳位电路,VD,1,起钳位作用，把输出端,F,的电位钳制在,3V,；,VD,2,起隔离作用，把输入端,B,和输出端,F,隔离开。,6、半导体器件型号命名方法,2AP9：,“,2,”表示电极数为,2,，“,A,”表示,N,型锗材料，“,P,”表示普通管，“,9,”表示序号。,（三）三极管,1、三极管的基本知识,（1）三极管的结构和符号,三极管分为,NPN,型和,PNP,型两种。,3,个区（发射区、基区和集电区）,两个,PN,结（发射结和集电结）,3,个电极（基极,B,、发射极,E,和集电极,C,）,（,2,）三极管的,3,种连接方式,（3）三极管电流放大原理,通过改变电阻,R,B,，使得基极电流,I,B,在不同的情况下，测得集电极电流,I,C,和发射极电流,I,E,，得到一组数据。,分析实验所得数据，可有如下结论a,三电极电流关系：,I,E,=,I,B,+,I,C,；,b,I,C,I,B,，,I,C,I,E,；,c,I,C,I,B,，,I,C,/,I,B,=,（,为常数，为三极管的电流放大倍数）。,2、三极管的伏安特性曲线,输入伏安特性曲线,当集电极电压,U,CE,一定时，基极电流,I,B,与基极电压,U,BE,的关系：,输出伏安特性曲线,当基极电流,I,B,为一定时，集电极电流,I,C,与集电极电压,U,CE,的关系：,3,个工作区域，即放大区、饱和区和截止区。,3,个区的工作特性：,放大区,发射结正偏，集电结反偏（对于NPN型管，,U,C,U,B,、,U,B,U,E,；对于PNP型管，,U,CU,B,、,U,B,0，,I,C,=,I,B,，,U,CE,=,U,CC,I,C,R,C,I,C,仅决定于,I,B,，与,U,CE,无关，此时具有电流放大作用。,3,个区的工作特性：,饱和区,发射结和集电结均正偏。,U,CE,=,U,CES,，很小，C-E之间相当于一个接通的开关。,I,C,不受,I,B,控制，,I,C,不再随,I,B,的增大而增大，而是由外电路决定,。,截止区,发射结和集电结均反偏。,I,B,0，,I,C,0，,U,CE,=,U,CC,I,C,R,C,失去电流放大作用，C-E间相当于断开的开关。,三极管可工作在3种状态，若应用于电流放大时，应工作在放大区；若作开关使用时，应工作在饱和区和截止区。,问题讨论：,请分析一下，下面哪个三极管工作在放大？为什么？,仿真分析,（1）图中的三极管是NPN还是PNP型？工作在哪种状态，是放大、截止还是饱和？,（2）图中的三极管是NPN还是PNP型？工作在放大、截止还是饱和？,仿真分析,3、主要参数,（,1,）共射极电流放大倍数,用来衡量电流放大能力的。,制作工艺和导体材料的不同，即使同一型号三极管的,差别也较大，一般小功率三极管的 值为20,50。,值越大，管子稳定性越差；,值越小，电流放大能力越差。,（,2,）穿透电流,I,CEO,基极开路时，集,-,射间的电流；,其值的大小受温度影响较大；,该电流值越小，三极管的质量越好。3）集电极最大允许电流,I,CM,三极管工作电流,I,C,允许的最大极限值。,若,I,C,超过,I,CM,值，则三极管可能会损坏。,（,4,）集电极,-,发射极反向击穿电压,U,CEO,基极开路加压集,-,射之间的最大允许电压值。,工作电压,U,CE,应小于此值，否则会击穿。,（,5,）集电极最大允许耗散功率,P,CM,集电结上允许损耗功率的最大值。,超过,P,CM,就会使管子性能变坏或烧毁。,P,CM,的大小与散热条件有关，加散热片，可以提高,P,CM,的值。,了解元器件的参数，主要是为了保证元器件安全工作，图,1-20,所示为一个三极管的安全工作区域。,三、拓展知识,（一）特殊用途的二极管,1、稳压二极管,（1）二极管的稳压功能,稳压二极管实际上是一种面接触型硅二极管，简称稳压管。,（2）稳压二极管的应用,应用时，和普通二极管也有不同：,正极接低电位，负极接高电位，保证其工作在反向击穿区；,为防止工作电流超过其最大稳定电流,I,Zmax,而引起管子击穿，应串接限流电阻,R,；,不能并联使用，以免造成管子电流不均而过载损坏。,例题分析,图示稳压管应用电路，已知输入电压,U,i,=10V，,稳压管的稳定电压,U,Z,=6V,，最小稳定电流,I,Zmin,=4mA，,最大稳定电流,I,Zmax,=24mA，,负载电阻,R,L,=600，,求限流电阻,R,的取值范围。,限流电阻,R的取值范围为117286。,问题讨论,稳压管型号为ZPD5.1（稳压值5.1V，耗散功率0.5W）。,1）电路中的稳压管D1接对了吗？,2）正常工作时，限流电阻R=？,常用作指示灯。它是一种将电能转换为光能的器件，简称LED。,电路符号,引脚判别,金属头的大小区分,引脚的长短、切边区分,2、发光二极管,除颜色之外，还有一个重要的参数是LED的尺寸。,塑料外壳是圆柱形的，则用圆柱形直径表示，如直径为5mm，称为“,5,”,。,外壳是方形的则用长宽高表示，如长宽高是2mmx2mmx4mm的扁平LED，称为“2x2x4LED”，一般省略单位。,LED还有两个重要参数：驱动电压和驱动电流。,驱动电压LED可以正常发光的最低电压。,LED亮度的大小只和电流有关，工作电流越大越亮。因此，又称LED是电流驱动器件,。,一般0-40mA，大于40mA就会损坏，保持在20mA左右最为理想，要认真选择限流电阻。,当外加电源使LED正偏，注入N区和P区的载流子复合，会发出可见光。根据材料的不同，可以发出颜色不同的光。,3、光电二极管,光电二极管又叫做光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制成的。,当光线照射PN结时，其反向电流随光照强度的增大而增大，因此可用光电二极管作光控元件，将光能转化为电能。,（二）场效应管,场效应管（Field Effect Transistor，FET）是一种,电压控制型器件,在工作过程中，只有一种载流子参与导电。因此，它是,单极型,晶体管。,根据结构和工作原理的不同，FET可以,分为两类,：绝缘栅型场效应管和结型场效应管。,1绝缘栅型场效应管,应用最广泛的是以二氧化硅（SiO2）作为栅极与半导体材料间的绝缘层的FET，简称,MOS FET,或称,MOS管,。按照所使用的半导体材料的极性不同，有N沟道和P沟道两种，每一种还有,增强型和耗尽型,之分。,以增强型MOS管为例。,1、绝缘栅型场效应管,（1）基本结构,N,沟道增强型绝缘栅型场效应管的结构和符号,（2）工作原理,2、结型场效应管,结型管通过改变栅源电压改变耗尽区的宽窄，从而改变导电沟道的宽窄，达到漏极电流ID的目的；绝缘栅型管则是通过改变沟道的宽窄，来达到控制ID的目的。,绝缘栅型管较结型管输入电阻更高，也便于高度集成。,3、场效应管的主要参数及使用注意事项,（,1,）主要参数,直流参数。,夹断电压,U,GSA(off),、开启电压,U,GS(th),、饱和漏极电流,I,DSS,、直流输入电阻,R,CS,交流参数。这里主要介绍常用的低频跨导,g,m,。,极限参数。,最大漏极电流,I,DM,、耗散功率,P,DM,、漏源击穿电压,U,(BR)DS,及栅源击穿电压,U,(BR)GS,等。,（2）场效应管的使用注意事项,使用时应注意不要超越各极限参数的限制。,任何情况下都要特别注意不要使MOS管的栅极悬空。工作时使栅-源之间绝对保持直流通路；存放时应将3个电极短路。,焊接场效应管时，电烙铁应良好接地，不能漏电，或焊接时先拔下电源插头。,对于结型场效应管，使用时应注意栅-源电压,U,GS,的极性不能接反（保证PN结反偏），否则，较高的正偏电压可能烧坏PN结。,4个引脚的场效应管，其衬底（B脚）应良好接地。场效应管使用时应避免靠近热源。,本章到此结束,谢谢!,项目二 直流稳压电源的制作,一、项目分析,二、相关知识,（一）单相桥式整流电路,（二）滤波电路,（三）稳压电路,三、拓展知识,（一）三相整流电路,（二）复式滤波电路,一、项目分析,项目内容：,学习直流稳压电源电路中的整流、滤波和稳压部分的性能分析等知识，然后完成一个实际电路的制作，并熟悉电子产品的制作流程。,知识点：,桥式整流、滤波电路、稳压电路的性能分析、参数计算；,电子产品的制作流程；,元件检测、电路装配和调试的方法和技巧。,一、项目分析,能力点：,能根据所学知识，完成对稳压电源电路的电路原理及元件作用的分析；,能按照装配图完成电路的装配、焊接；,能利用示波器、万用表等工具调测电路；,能实现电路功能并强化对原理的分析和表述。,二、相关知识,小功率半导体直流电源通常由,变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路,四部分组成。,（一）单相桥式整流电路,1,、电路组成及整流原理,2、定量计算,负载电流 的平均值：,负载电压：,每只二极管的平均电流：,二极管承受的最大反向电压：,二极管的平均电流和最大反向电压是选择整流二极管的主要依据。,变压器副边电流仍为正弦电流，其有效值为：,选择最大整流电流和最高反向工作电压：,考虑电网电压的波动范围为，在实际选用二极管时，应至少有10%的余量。,思考一下：,二极管桥式整流电路中通常选用1N4007型号的二极管，其他的二极管可以吗，比如1N4148？,仿真分析：,发现：,正半周D1、D3导通，流过电流；,负半周D2、D4导通，流过电流；,负载电阻R1上，始终有电流。,仿真分析：,仿真分析（故障分析）：,仿真分析（故障分析）：,问题讨论：,合理连线，构成桥式整流电路。,（二）滤波电路,1、电容滤波电路,经滤波后输出的电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。,适用于负载电流较小且变化也较小的场合。,2、电感滤波电路,电感滤波后，输出电压为,只有,R,L,L,时，才能获得较好的滤波效果。,越大，滤波效果越好。电感滤波适合负载电流大（负载电阻小）的场合。,（三）稳压电路,1、稳压管稳压电路,首先，交流电网电压发生波动引起变压器副边电压 波动，输出电压会随之波动；,其次，整流、滤波电路存在着一定的内阻，负载 变化引起负载电流变化，整流、滤波电路的内阻上的压降变化，输出电压会随之变化。,为了获得稳定性好的直流电源，必须采取稳压措施,。,（1）稳压管稳压电路的组成,利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻,R,上电压和电流的变化进行补偿，可以达到稳压的目的。,限流电阻是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管配合以达到稳压的目的。,稳压管的伏安特性,（2）稳压原理,电网波动情况下,当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻,R,上的电压的变化来抵消,U,i,的变化，从而使,U,O,保持不变。,负载变化的情况下,只要电路中,，使得,I,R,基本保持不变，就可以使输出电压,U,O,基本维持不变。,2、串联型稳压电路,以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；,在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定，并且通过改变反馈网络参数实现输出电压可调1）基本调整管电路,（2）具有放大环节的串联型稳压电路,（3）串联型稳压电路的方框图,3、集成稳压器电路,从外形上看，有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端，称为,三端稳压器,。,它具有体积小、重量轻、可靠性高、使用灵活，价格低廉等特点。,（1）基本应用电路,W7800,系列三端稳压器其输出电压有,5V,、,9V,、,12V,、,15V,、,18V,、,24V,等，型号后面的两个数字表示输出电压值，输出电流有,1.5A,（,W7800,）、,0.5A,（,W78M00,）、,0.1A,（,W78L00,）。,（2）扩大输出电流的稳压电路,（3）输出电压可调的稳压电路,W7800输出可调的稳压电路 W7800输出可调的实用稳压电路,（4）正、负输出稳压电路,W7900,系列的三端稳压器是一种输出负电压的固定式稳压电路，其输出电压有,5V,、,9V,、,12V,、,15V,、,18V,、,24V,共,7,个挡，并且有,1.5A,、,0.5A,、,0.1A,共,3,个挡，其使用方法和,W7800,系列稳压器相同，只是要特别注意输入电压和输出电压的极性。,W7800,与,W7900,系列相配合，可以得到,正、负输出的稳压电路,。,应用实例：,扩音机电路中的电源电路,三、拓展知识,（一）三相整流电路,1、三相桥式整流电路的组成,2、三相桥式整流电路的整流原理,三相桥式整流电路 电压的波形,三相桥式整流电路的二极管导通规律,3、定量关系,负载上的输出电压的平均值为,负载中电流的平均值为,每个二极管流过的电流为,每个二极管所承受的最高反向电压为变压器副边线电压的幅值，即,与单相桥式整流相比，其优点是,输出电压脉动小和三相负载平衡,。,（二）复式滤波电路,当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。,问题讨论：,合理连线，构成5V的直流稳压电源。,问题讨论：,合理连线，构成12V的直流稳压电源,（1）该直流稳压电源由哪四部分组成？,（2）在图中标出,U,和,U,O,的极性，求出,U,和,U,O,的大小。,仿真分析：,设计一个输出15V的直流稳压电源，且该电源有工作状态指示灯：当有+15V或-15V输出时，相应的LED点亮，否则熄灭。,本章到此结束,谢谢!,项目三 分立元件放大电路的设计,一、项目分析,二、相关知识,（一）共发射极放大电路,（二）静态工作点稳定的放大电路-分压式偏置电路,（三）共集电极放大电路和共基极放大电路,（四）差动放大电路,（五）功率放大电路,三、拓展知识,（一）级间耦合方式,（二）多级放大电路的动态分析,一、项目分析,项目内容：,讨论各种常用的分立元件放大电路。,知识点：,共射、共基、共集三种放大电路的结构、工作原理；,差动放大电路的组成、工作原理和分析方法；,多级放大电路的级间耦合方式和分析方法。,能力点：,会认识共发射极、共基极、共集电极三种放大电路；,能分析差动放大电路、多级放大电路；,能熟练运用组合逻辑部件实现相关功能（会用软件Proteus进行仿真）。,（一）共发射极放大电路,1,、共发射极放大电路的组成及各元器件的作用,在实际电路中，去掉基极电源,U,BB,，由集电极电源,U,CC,提供基极偏置电流和发射结正向偏置电压。,共发射极放大电路原理图 共发射极放大电路实用电路图,二、相关知识,2、放大电路的直流通路和交流通路,在,输入信号等于零（,u,s,=0,）,时，放大电路中各处的电压、电流都是恒定不变的直流量，放大电路处于直流工作状态，简称为,静态,。,静态时，三极管各电极的电流及极间电压分别用,IB,、,I,C,、,I,E,、,U,BE,和,U,CE,表示，这些数值对应到三极管特性曲线上是一个确定的点，因此称为,静态工作点,，用,Q,表示。,电容具有隔离直流的作用，对直流相当于开路。,2、放大电路的直流通路和交流通路,在输入信号不等于零时，放大电路的工作状态称为,动态,。,绘制交流通路的原则,：,固定不变的电压源都视为短路；,固定不变的电流源都视为开路；,电容视为短路。,3、共发射极放大电路的静态分析,对放大电路进行静态分析，就是确定放大电路中的静态工作点,Q,的值（,I,BQ,、,I,CQ,、,I,EQ,、,U,BEQ,和,U,CEQ,）。,（1）近似估算法,U,BEQ,-近似为常数，硅管为,0.6,0.7V,，锗管为,0.2,0.3V,。,当,U,CC,和,R,B,确定后，,I,BQ,即为固定值，因此称为,固定偏置式,放大电路。,由集电极回路可得：,发射极电流为,（2）图解法,在三极管的输入输出特性曲线上，通过作图的方法来分析放大电路的工作情况。,用图解法确定放大电路的静态工作点的步骤,：,先用估算法求出基极电流,I,BQ,（如40A）。也可以在输入特性曲线上用作图的方法确定。,根据,I,BQ,，在输出特性曲线中找到对应的曲线。,作直流负载线。,I,C,和,U,CE,，既要满足三极管的输出特性，,又要满足外部电路的伏安关系：,U,CE,=,U,CC,I,C,R,C,，因此，Q点只能工作在两者的交点。,图解法求放大电路的Q点,例题，,分别用估算法和图解法求图（,a,）所示放大电路的静态工作点，已知该电路中的三极管的,=37.5,，电路的直流通路、输出特性曲线如图,（b）、,（,c,）所示。,图解法求放大电路的Q点,解,：用估算法求静态工作点,用图解法求静态工作点,由直流负载线,U,CE,=,U,CC,I,C,R,C,，得,U,CE,=124,I,C,求得直线和坐标轴的交点：M（12，0）和N（0，3）。,直线,MN,与,I,B,=40A输出特性曲线的交点，即是,Q,点。从曲线上可查：,I,CQ,=1.5mA，,U,CEQ,=6V。,与估算法所得结果一致。,4共发射极放大电路的动态分析,对放大电路进行动态分析，既可以采用图解法，也可以采用微变等效电路法。,（1）图解法,放大电路的动态分析,放大电路的非线性失真分析,基本思路,把非线性元件三极管所组成的放大电路等效成一个线性电路，然后用线性电路的分析方法来分析。,等效的条件：,三极管在小信号（微变量）情况下工作，可用直线段近似地代替三极管的特性曲线。,（2）微变等效电路法,三极管微变等效电路,三极管输入特性曲线在点Q附近的微小范围内可以认为是线性的，则三极管的,动态输入电阻,：,低频小功率三极管的估算式：,三极管输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，微小变化,i,C,仅与,i,B,有关，与,u,CE,无关。,因此，集电极和发射极之间,可等效为一个受,i,b,控制的电流源,，即,三极管的微变等效电路：,放大电路的微变等效电路分析,用微变等效电路法可以求解,电路的动态参数,，包括,电压放大倍数、,输入电阻、输出电阻,等。,（a）电压放大倍数,定义：输出电压的相量与输入电压的相量的比值，即,当负载电阻开路（,R,L,=）时，,接上负载电阻后，,R,L,u,时，,u,o,=,U,opp,；,当,u,+,1,，即,A,3,。,例,如图所示RC桥式正弦波振荡电路。已知,C,=6800pF，,R,=22k,，,R,1,=20k,，要使电路产生正弦波振荡，,R,f,应为多少？电路振荡频率为多少？,参考答案：,搭建仿真电路，观察输出波形：,RC桥式正弦波振荡电路、文氏桥振荡器,输出波形：周期约为2ms（频率500Hz），幅值约11.2V,常用稳幅措施,电路中分别利用二极管的非线性和热敏电阻的特性自动完成输出信号幅度的稳定。,两种电路采用的元件不同，但都是利用改变负反馈深度来达到稳幅的目的。,（2）LC正弦振荡电路,与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。,LC谐振回路为选频网络，其谐振频率为,（3）石英晶体正弦波振荡电路,由石英晶体振荡器的等效电路可以看出，该振荡器有两个谐振频率，一个是,串联谐振频率,f,s,，另一个是,并联谐振频率,f,p,。,在石英晶体振荡器中，并联谐振频率,f,p,略高于串联谐振频率,f,s,。,并联型石英晶体正弦波振荡器,工作在,f,p,与,f,s,之间，石英晶体相当于电感。,串联型石英晶体正弦波振荡器,工作在,f,s,处，利用阻抗最小的特性来组成振荡电路。,拓展知识：,非正弦波发生电路,矩形波,积分,三角波 锯齿波,微分,尖顶波,窄脉冲、计数器、D/A,阶梯波,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其他波形。,电工学中，信号发生器的基础：正弦波发生器；,电子学中，函数发生器的基础：矩形波发生器。,非正弦波发生电路,（一）方波发生电路,（二）三角波发生电路,（三）锯齿波发生电路,（一）矩形波发生电路,三、拓展知识,搭建仿真电路，观察输出波形：,输出：矩形波,周期约为94ms,频率10.6Hz,幅值约9V,占空比可调,充、放电时间常数可调。利用二极管的单向导电性，引导充、放电的电流分别流经不同的通路。,调整电位器,R,W,，改变占空比（周期不变）。,若,R,W,滑动触头上移，RW1,，充电时间,；RW2,，放电时间,。,搭建仿真电路，观察输出波形：,两个,RC,环节,实际电路将两个,RC,环节合二为一,u,O,取代,u,C,，,必须改变,输入端（同相输入端）,方波发生器+积分电路,三角波,（二）三角波发生电路,三角波发生电路的工作原理分析,搭建仿真电路，观察输出波形：,输出波形：方波,三角波,周期约为34ms频率29Hz）,幅值约4.75V。,（三）锯齿波发生电路,搭建仿真电路，观察输出波形（调整RV1）：,本章到此结束,谢谢!,项目六 组合逻辑电路的设计,一、项目分析,二、相关知识,（一）数字电路概述,（二）数制与编码,（三）逻辑代数,（四）逻辑门电路,（五）组合逻辑电路的分析与设计,三、拓展知识,（一）组合逻辑电路中竞争冒险的分析,（二）数字电路的故障检测与诊断,一、项目分析,项目内容：,数制、逻辑关系、逻辑门电路、一些典型的中规模集成组合逻辑电路，以及由逻辑门电路构成的组合逻辑电路的分析和设计方法。,知识点：,各种进制数之间的相互转换；,逻辑代数的代数法化简和卡诺图化简法；,常用组合逻辑部件及其应用；,组合电路的分析及设计方法。,一、项目分析,能力点：,会对各种进制数进行相互转换；,能熟练使用逻辑代数的代数简化法和卡诺图简化法进行化简；,能熟练运用组合逻辑部件实现相关功能（会用软件Proteus进行仿真）；,会对组合电路进行分析及设计。,（一）数字电路概述,1、模拟信号与数字信号,2、数字电路,二、相关知识,（二）数制与编码,1、数制与数制转换,（1）,十进制,十进制数由0、1、2,9十个数码组成，基数是10。,低位数和相邻高位数的进位规则是,“,逢十进一,”,。,各位的位权是,“,10,”,的幂。,（2）二进制,二进制数由0、1两个数码组成，基数是2。,低位数和相邻高位数的进位规则是,“,逢二进一,”,。,各位的位权是,“,2,”,的幂。,（3）八进制数、十六进制,八进制：,八进制数由0、1、2,7八个数码组成，基数是8。,低位数和相邻高位数的进位规则是,“,逢八进一,”,。,各位的位权是,“,8,”,的幂,十六进制：,十六进制数由09、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，基数是16。,低位数和相邻高位数的进位规则是,“,逢十六进一,”,。,各位的位权是,“,16,”,的幂。,（二）数制与编码,十进制（D）,二进制（B）,八进制（O）,十六进制（H）,0,0000,0,0,1,0001,1,1,2,0010,2,2,3,0011,3,3,4,0100,4,4,50101,5,5,6,0110,6,6,7,0111,7,7,8,1000,10,8,9,1001,11,9,10,1010,12,A,11,1011,13,B,12,1100,14,C,13,1101,15,D,14,1110,16,E,15,1111,17,F,16,10000,20,10,数制之间的关系,（4）数制之间的转换,R,进制十进制,二进制转换成十进制：,方法：将每一位二进制数乘以位权，然后相加。,例1：(10011.101),2,（12,4,02,3,02,2,12,1,12,0,12,1,02,2,12,3,）,10,（19.625）,10,R,进制十进制,八进制转换成十进制数：,方法：将每一位八进制数乘以位权，然后相加,。,例2：(,136.524）,8,18,2,38,1,68,0,58,1,28,2,48,3,642460.6250.031250.0078125,（94.6640625）,10,十六进制转换成十进制：,“,按权相加,”,法将十六进制数转换为十进制数,例3，,将十六进制数7A.58转换成十进制数。,解：(7A.58),16,（716,1,1016,0,516,-1,816,-2,）,10,（112100.31250.03125）,10,(122.34375),10,R,进制十进制,整数部分：,十进制整数转换成,R,进制数，采用“逐次除以基数,R,取余数”的方法，步骤如下：,（a）将给定的十进制整数除以,R,，余数作为,R,进制的最低位；,（b）把前一步的商再除以,R,，余数作为次低位；,（c）重复（b）步骤，记下余数，直至最后商为零，最后的余数即为,R,进制的最高位。,十进制,R,进制,例如，,把十进制数(23),10,转换成二进制数。,整数部分的转换：,采用,“,除2反序取余法,”,则（23）,10,=（10111）,2,小数部分,：,十进制,纯小数转换成,R,进制数，采用“,小数部分乘以,R,取整”,的方法，步骤如下：,（a）将给定的十进制纯小数乘以,R,，乘积的整数部分作为,R,进制小数部分的最高位；,（b）把第一步乘积的小数部分继续乘以,R,，乘积的整数部分作为,R,进制小数部分的次高位；,（c）重复步骤（b），直到乘积的小数部分为0或达到一定的精度。,小数部分的转换：采用,“,乘2顺序取整法,”,例如，将十进制数（0.625）,D,转换成二进制数。,则（0.625）,10,=（0.101）,2,模为2,n,的不同进制数之间的转换,二进制转换成十六进制：,4位分组,”,法将二进制数化为十六进制数。,例如，将二进制数1001101.100111转换成十六进制数,解：（1001101.100111),2,（01001101.10011100),2,（4D.9C),16,十六进制转换成二进制,将每一位变成4位二进制数按位的高低依次排列即可。,例如，将十六进制数6E.3A5转换成二进制数。,解：(6E.3A5),16,(1101110001110100101),2,2、编码,（三）逻辑代数,1、基本逻辑关系,（1）,与运算,当决定一件事情的条件全部具备后，这件事情才会发生。这种条件与结果 关系称为“与逻辑”。,与逻辑,（2）或,运算,当决定一件事情的几个条件中，只要有一个（或一个以上）具备时，这件事情就会发生，这种条件与结果的关系称为,“,或逻辑,”,。,（3）非运算,当决定一件事情的条件具备时事情不发生，条件不具备时事情才发生，这种条件与结果的关系称为,“,非逻辑,”,或称,“,逻辑非,”,。,与运算,或运算,非运算,000,0+00,010,0+11,100,1+01,111,1+11,逻辑常量运算公式,逻辑变量、常量运算公式,与运算,或运算,非运算,A00,A+0A,A1A,A+11,AAA,A+AA,A 0,A+1,最常见的复合逻辑关系有：,与非、或非、与或非、异或、异或非（同或）等。,2、逻辑运算定理,（1）常用逻辑运算定理,（2）常用逻辑运算公式,（3）逻辑代数的三个基本规则,代入规则,反演规则,对偶规则,3、逻辑函数的化简,（1）逻辑函数的代数法化简,逻辑函数式的常见形式：,与-或、或-与、与非-与非、或非-或非、与-或非。,最简“与或”表达式应满足以下两个条件:,逻辑函数中的与项最少；,每一与项中的变量数最少。,用代数法化简逻辑函数,依据：,逻辑运算的公理、定理和经过证明的常用公式。,常用的方法有：,并项法、吸收法、消去法和配项法等。,不是孤立使用一种方法就能完成的，而要综合使用多种方法。,并项法：利用互补律，将两项合并，从而消去一个变量。,吸收法：利用吸收律A+AB=A，将AB项消去。,消去法：利用吸收律A+AB=A+B，消去多余因子。,配项法：先通过A+A=1或AA=0，增加必要的乘积项，再用其他方法化简。,A、B可以是任何复杂的函数式。,例：化简,（2）逻辑函数的卡诺图简化法,最小项表达式,若一个函数的某个与项包含了函数的全部变量，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现，且仅出现一次，则这个乘积项称为该函数的一个最小项。,例如，,两个变量A、B，它们最多能构成2,2,个最小项：,若原变量用逻辑“1”，反变量用逻辑“0”表示，则两个变量的最小项：,m,0,=00，m,1,=01，m,2,=10，m,3,=11,最小项的特点：,每个最小项都是各变量相“与”构成的，即,n,个变量的最小项含有,n,个因子。,每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次，且仅出现一次。,最小项的性质：,任意一个最小项，只有一组变量取值可使它的值为1，其余各组变量取值取值为0。,任意两个不同的最小项之积恒为0。,变量全部最小项之和恒等于1。,最小项表达式,两变量的最小项标准表达式：,卡诺图化简法,据逻辑函数的最小项表达式，可以得到相应的卡诺图：,用0、1分别表示反变量和原变量；变量A、B、C、D的每种取值组合与方格内的最小项一一对应，如1111对应ABCD；只要标出方格外纵、横两向的二元常量，就可由二进制码推出相应的最小项的编号，如1111,最小项ABCD编号15。,卡诺图,循环邻接,的特性：,两个相邻最小项的和表示可以消去一个变量。,用卡诺图化简逻辑函数的步骤：,（a）将逻辑函数写成最小项表达式；,（b）按最小项表达式填卡诺图,式中包含了的最小项其对应方格填1，其余方格填0；,（c）合并最小项,将相邻的1方格圈成一组（包围圈，每一组含2,n,个方格），对应每个包围圈写成一个乘积项。,（d）将所有包围圈所对应的乘积项相加。,画包围圈时应遵循的原则：,（a）包围圈内的方格数必定是2,n,个，,n=,0、1、2、3、,（b）相邻方格包括：上下底相邻，左右边相邻和四角相邻；,（c）同一方格可以被不同的包围圈重复包围，但新增包围圈中一定要有新的1方格，否则该包围圈多余；,（d）包围圈内的1方格数要尽可能多，即包围圈应尽可能大。,例题,一个逻辑电路的输入是,4,个逻辑变量,A,、,B,、,C,、,D,，它的真值如表,6-6,所示。用卡诺图法求化简的与或表达式及与非-与非表达式。,解：（,1,）由真值表画出卡诺图。,（2）画包围圈合并最小项，得化简的与或表达式。,（3）求与非-与非表达式,由摩根定律：,（四）逻辑门电路,1、基本逻辑门电路,（1）二极管与门电路,实现的逻辑运算为与运算，即,F=AB,输 入,输 出,V,F,（V）,V,A,（V）,V,B,（V）,0,0,5,5,0,5,0,5,0,0,0,5,与门功能表,与逻辑真值表,输 入,输 出,F,A,B,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,F=AB,（2）二极管或门电路,实现的逻辑运算为与运算，即,F=A+B,输 入,输 出,V,F,（V）,V,A,（V）,V,B,（V）,0,0,5,5,0,5,0,5,0,5,5,5,输 入,输 出,F,A,B,0,0,1,1,0,1,0,1,0,11,1,或逻辑真值表,或门功能表,F=A+B,（3）三极管非门电路,实现的逻辑运算为与运算，即,F,=,输 入,输 出,V,F,（V）,V,A,（V）,0.3,5,5,0.3,输 入,输 出,F,A,0,1,1,0,非逻辑真值表,非门功能表,TTL集成逻辑门电路,集成电路（IC）：,将晶体管、电阻、电容及连接导线等集中制作在一块很小的半导体硅片（亦称芯片）上并加以封装，构成的具有一定功能的电路。,根据电路中晶体管的导电类型，集成电路分为双极型电路和单极型电路两类。TTL集成逻辑门电路属于双极型电路，后面的MOS集成电路则属于单极型电路。,晶体管-晶体管-逻辑门电路即Transistor-Transistor-Logic，缩写为TTL。,TTL与非门,TTL集成与非门引脚排列图,2、CMOS集成逻辑门电路,由金属-氧化物-半导体场效应管构成的集成逻辑门电路简称集成MOS门电路，其主要有：NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路3种类型。,CMOS集成电路是由增强型NMOS管和增强型PMOS管串联互补（反相器）及并联互补（传输门）为基本单元的组件，因此称为互补型MOS器件。,CMOS集成门电路具有功耗小、集成度高、噪声容限宽、工作电压范围宽、体积小、抗干扰能力强、稳定性好、输入电阻高、制作工艺简单等许多突出的优点。,CMOS电路已成为现代集成电路中重要的一类，并且越来越显示出它