基礎電子技術

前言
緒論
第1章半導體二極管和三極管
1.1半導體的基本知識………………………………………………………………………1
1.1.1本征半導體及其導電性……………………………………………………………1
1.1.2雜質半導體…………………………………………………………………………2
1.1.3雜質對半導體導電性的影響………………………………………………………3
1.1.4溫度對半導體導電性的影響………………………………………………………4
1.2PN結………………………………………………………………………………………4
1.2.1PN結的形成…………………………………………………………………………4
1.2.2PN結的單向導電性…………………………………………………………………5
1.2.3PN結的電容效應……………………………………………………………………5
1.3半導體二極管……………………………………………………………………………6
1.3.1半導體二極管的結構類型…………………………………………………………6
1.3.2半導體二極管的伏安特性曲線……………………………………………………7
1.3.3半導體二極管的參數………………………………………………………………8
1.4二極管的模型……………………………………………………………………………9
1.5硅穩(wěn)壓二極管…………………………………………………………………………9
1.5.1穩(wěn)壓二極管的工作電流…………………………………………………………9
1.5.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理…………………………………………………10
1.6雙極型半導體三極管……………………………………………………………………11
1.6.1雙極型半導體三極管的結構………………………………………………………11
1.6.2雙極型半導體三極管的電流分配與控制…………………………………………11
1.6.3雙極型半導體三極管的電流關系…………………………………………………12
1.6.4雙極型半導體三極管的特性曲線…………………………………………………13
1.6.5半導體三極管的參數………………………………………………………………15
1.6.6半導體三極管的型號………………………………………………………………18
1.7場效應半導體三極管……………………………………………………………………19
1.7.1絕緣柵場效應三極管的工作原理…………………………………………………19
1.7.2結型場效應三極管…………………………………………………………………22
1.7.3場效應三極管的參數和型號………………………………………………………24
1.7.4雙極型和場效應型三極管的比較…………………………………………………26
第2章基本放大電路
2.1放大電路的基本概念…………………………………………………………………27
2.1.1放大的概念………………………………………………………………………27
2.1.2放大電路的主要技術指標………………………………………………………27
2.1.3基本放大電路的組成及工作原理……………………………………………30
2.2基本放大電路的分析方法……………………………………………………………33
2.2.1放大電路的靜態(tài)分析……………………………………………………………33
2.2.2放大電路的動態(tài)圖解分析………………………………………………………35
2.2.3三極管低頻小信號模型…………………………………………………………41
2.2.4放大電路的組態(tài)…………………………………………………………………45
2.2.5共射組態(tài)基本放大電路微變等效電路分析法………………………………46
2.2.6共集組態(tài)基本放大電路微變等效電路分析法………………………………49
2.2.7共基組態(tài)基本放大電路…………………………………………………………51
2.3場效應三極管放大電路的分析方法………………………………………………53
2.3.1共源組態(tài)基本放大電路…………………………………………………………53
2.3.2共漏組態(tài)基本放大電路…………………………………………………………56
2.3.3共柵組態(tài)基本放大電路…………………………………………………………57
2.3.4三種接法基本放大電路的比較………………………………………………59
第3章集成運算放大器組成單元電路
3.1集成電路和集成運算放大器概述…………………………………………………60
3.2直接耦合放大電路……………………………………………………………………61
3.2.1耦合形式…………………………………………………………………………61
3.2.2零點漂移…………………………………………………………………………61
3.2.3直接耦合放大電路的構成………………………………………………………62
3.2.4多級放大電路電壓放大倍數的計算…………………………………………63
3.3差分放大電路…………………………………………………………………………66
3.3.1差分放大電路的組成……………………………………………………………66
3.3.2差分放大電路的輸入和輸出方式……………………………………………66
3.3.3差模信號和共模信號……………………………………………………………67
3.3.4差分放大電路的靜態(tài)計算………………………………………………………68
3.3.5差分放大電路差模狀態(tài)的動態(tài)計算…………………………………………68
3.3.6共模動態(tài)計算…………………………………………………………………71
3.3.7恒流源差分放大電路……………………………………………………………73
3.4互補功率輸出級………………………………………………………………………74
3.4.1三極管的工作狀態(tài)………………………………………………………………75
3.4.2乙類互補輸出電路………………………………………………………………75
3.4.3其它類型互補功率放大電路…………………………………………………78
3.5運算放大器的參數和型號……………………………………………………………80
3.5.1運算放大器的參數………………………………………………………………80
3.5.2運算放大器的符號和型號………………………………………………………81
3.5.3運算放大器分類…………………………………………………………………82
第4章集成運算放大器的線性應用
4.1運算放大器線性應用電路的特點
4.1.1理想運算放大器
4.1.2虛短和虛斷
4.2比例運算電路
4.2.1反相比例運算
4.2.2同相比例運算
4.2.3差動比例運算
4.3求和運算電路
4.3.1反相輸入求和電路
4.3.2用反相輸入求和電路實現減法運算
4.3.3同相輸入求和電路
4.4積分和微分運算電路
4.4.1積分運算電路
4.4.2微分運算電路
4.5對數和指數運算電路
4.5.1對數運算
4.5.2指數運算
4.6運算放大器的幾種線性應用電路
4.6.1電流-電壓變換器和電壓-電流變換器
4.6.2數據放大器
4.6.3絕對值電路
4.6.4接地阻抗模擬變換器
4.6.5二極管限幅電路
4.7運放線性和非線性應用電路的結構特點
4.7.1運放線性應用電路的結構特點
4.7.2運放非線性應用電路的結構特點
4.7.3集成比較器
第5章負反饋放大電路與頻率響應
5.1反饋的基本概念與反饋基本方程式……………………………………………………98
5.1.1反饋的概念…………………………………………………………………………98
5.1.2反饋基本方程式……………………………………………………………………98
5.2反饋的組態(tài)及判斷方法………………………………………………………………100
5.2.1負反饋和正反饋………………………………………………………………100
5.2.2電壓反饋和電流反饋……………………………………………………………100
5.2.3串聯反饋和并聯反饋……………………………………………………………101
5.2.4交流反饋和直流反饋……………………………………………………………101
5.3四種負反饋放大電路的分析…………………………………………………………103
5.3.1電壓串聯負反饋放大電路………………………………………………………103
5.3.2電壓并聯負反饋…………………………………………………………………104
5.3.3電流串聯負反饋…………………………………………………………………105
5.3.4電流并聯負反饋…………………………………………………………………105
5.4負反饋對放大電路性能的影響………………………………………………………108
5.4.1負反饋對增益的影響……………………………………………………………108
5.4.2負反饋對輸入電阻的影響………………………………………………………108
5.4.3負反饋對輸出電阻的影響………………………………………………………109
5.4.4負反饋對通頻帶的影響…………………………………………………………111
5.4.5負反饋對非線性失真的影響……………………………………………………112
5.4.6負反饋對噪聲.干擾和溫漂的影響………………………………………………112
5.5放大電路的頻率響應…………………………………………………………………114
5.5.1頻率響應的基本概念……………………………………………………………114
5.5.2RC電路的頻率響應………………………………………………………………115
5.5.3雙極型三極管的高頻小信號模型………………………………………………117
5.5.4共發(fā)射極接法放大電路的頻率特性……………………………………………120
5.5.5場效應三極管高頻小信號模型…………………………………………………122
5.6放大電路的自激………………………………………………………………………123
5.6.1負反饋放大電路的自激條件……………………………………………………123
5.6.2用波特圖判斷負反饋放大電路的自激…………………………………………124
5.6.3環(huán)路增益波特圖的引入…………………………………………………………125
5.6.4判斷自激的條件…………………………………………………………………126
第6章邏輯函數的化簡與變換
6.1概述……………………………………………………………………………………128
6.1.1脈沖及脈沖參數………………………………………………………………128
6.1.2模擬信號與數字信號…………………………………………………………129
6.1.3正邏輯和負邏輯………………………………………………………………129
6.2邏輯運算………………………………………………………………………………130
6.2.1基本邏輯運算…………………………………………………………………130
6.2.2組合邏輯運算…………………………………………………………………132
6.2.3邏輯代數的運算定律…………………………………………………………133
6.3形式定理………………………………………………………………………………133
6.3.1變量與常量之間的關系………………………………………………………133
6.3.2變量自身之間的關系…………………………………………………………133
6.3.3與或型和或與型的邏輯關系…………………………………………………133
6.3.4求反的邏輯關系………………………………………………………………134
6.4基本規(guī)則………………………………………………………………………………134
6.4.1代入規(guī)則…………………………………………………………………………134
6.4.2對偶規(guī)則…………………………………………………………………………135
6.4.3反演規(guī)則…………………………………………………………………………135
6.4.4展開規(guī)則…………………………………………………………………………135
6.5用代數法化簡邏輯式………………………………………………………………136
6.5.1同一邏輯關系邏輯式形式的多樣性…………………………………………136
6.5.2與或型邏輯式的化簡步驟……………………………………………………137
6.6最小項和最大項………………………………………………………………………139
6.6.1最小項和最大項的定義………………………………………………………139
6.6.2最小項和最大項的性質………………………………………………………140
6.6.3與或標準型和或與標準型……………………………………………………141
6.7卡諾圖化簡法…………………………………………………………………………141
6.7.1卡諾圖……………………………………………………………………………141
6.7.2與項的讀取和填寫……………………………………………………………142
6.7.3如何使與項最簡………………………………………………………………145
6.7.4關于覆蓋…………………………………………………………………………146
6.7.5卡諾圖化簡的結論……………………………………………………………146
6.8邏輯函數的變換………………………………………………………………………148
6.8.1五種類型的邏輯函數…………………………………………………………148
6.8.2與或型轉換為與非與非型……………………………………………………148
6.8.3與或型轉換為或與型…………………………………………………………149
6.8.4與或型轉換為或非或非型……………………………………………………149
6.8.5與或型轉換為與或非型………………………………………………………149
6.9邏輯式的最佳化………………………………………………………………………150
6.9.1邏輯式最佳化的概念…………………………………………………………150
6.9.2異或門實現最佳化……………………………………………………………150
6.9.3實現最佳化的一般方法………………………………………………………151
第7章集成邏輯門
7.1半導體二極管和三極管的開關特性………………………………………………153
7.1.1半導體二極管的開關特性……………………………………………………153
7.1.2半導體三極管的開關特性……………………………………………………154
7.2基本邏輯門電路………………………………………………………………………157
7.2.1與門………………………………………………………………………………157
7.2.2或門………………………………………………………………………………158
7.2.3非門（反相器）…………………………………………………………………158
7.2.4其它常用邏輯門………………………………………………………………159
7.3中速TTL與非門電路…………………………………………………………………160
7.3.1電路結構…………………………………………………………………………160
7.3.2電路的邏輯功能………………………………………………………………161
7.3.3特性曲線…………………………………………………………………………162
7.3.4與非門的應用……………………………………………………………………166
7.3.7參數與指標………………………………………………………………………167
7.4其它類型TTL門………………………………………………………………………170
7.4.1集電極開路門（OC門）…………………………………………………………170
7.4.2三態(tài)門……………………………………………………………………………172
7.5CMOS邏輯門……………………………………………………………………………173
7.5.1MOS反相器………………………………………………………………………173
7.5.2CMOS門電路……………………………………………………………………176
7.5.3CMOS傳輸門……………………………………………………………………177
7.5.4CMOS門的參數指標……………………………………………………………178
7.6國標數字集成電路系列介紹………………………………………………………180
第8章組合數字電路
8.1組合數字電路的分析………………………………………………………………181
8.1.1不一致電路………………………………………………………………………182
8.1.2二進制加法電路………………………………………………………………183
8.1.3組合數字電路的描述法………………………………………………………186
8.1.4組合數字電路的VHDL描述……………………………………………………186
8.2組合數字電路的設計………………………………………………………………188
8.2.1數制和碼制………………………………………………………………………188
8.2.2最小項譯碼器…………………………………………………………………191
8.3顯示譯碼器……………………………………………………………………………193
8.3.1顯示器件…………………………………………………………………………193
8.3.2顯示譯碼器………………………………………………………………………195
8.3.3中規(guī)模顯示譯碼器……………………………………………………………197
8.3.4編碼器……………………………………………………………………………199
8.4數據選擇器……………………………………………………………………………199
8.4.1數據選擇器的功能………………………………………………………………199
8.4.2用數據選擇器實現任意組合數字電路………………………………………201
8.4.3數據選擇器的擴展……………………………………………………………202
8.5數碼比較器……………………………………………………………………………203
8.5.1數碼比較器的功能……………………………………………………………203
8.5.2比較器的應用…………………………………………………………………205
8.6競爭與冒險……………………………………………………………………………206
8.6.1競爭與冒險的基本概念………………………………………………………206
8.6.2冒險的分類………………………………………………………………………207
8.6.3冒險的判別式……………………………………………………………………208
8.6.4穩(wěn)定競爭與非穩(wěn)定競爭………………………………………………………209
8.6.5競爭冒險的確定方法…………………………………………………………209
8.6.5競爭冒險的消除………………………………………………………………210
集成電子技術目錄
第9章觸發(fā)器和定時器……………………………………………………………………1
9.1概述……………………………………………………………………………………1
9.1.1時序數字電路的定義……………………………………………………………1
9.1.2觸發(fā)器的分類和邏輯功能………………………………………………………1
9.2基本RS觸發(fā)器…………………………………………………………………………2
9.2.1基本RS觸發(fā)器的構成………………………………………………………2
9.2.2基本RS觸發(fā)器的工作原理………………………………………………………2
9.3同步時鐘觸發(fā)器…………………………………………………………………………4
9.3.1同步時鐘觸發(fā)器的引出…………………………………………………………4
9.3.2簡單同步RS時鐘觸發(fā)器的空翻…………………………………………………5
9.3.3同步時鐘觸發(fā)器的邏輯功能……………………………………………………6
9.3.4時鐘觸發(fā)器的同步功能和異步功能……………………………………………9
9.3.5維持阻塞D觸發(fā)器…………………………………………………………………9
9.3.6JK觸發(fā)器…………………………………………………………………………11
9.4CMOS觸發(fā)器…………………………………………………………………………13
9.4.1CMOS-D觸發(fā)器……………………………………………………………………13
9.4.2CMOS-JK觸發(fā)器…………………………………………………………………14
9.5鎖存器…………………………………………………………………………………14
9.6觸發(fā)器的參數…………………………………………………………………………15
9.7用VHDL語言描述觸發(fā)器……………………………………………………………16
9.8單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器…………………………………………………………………………18
9.8.1概述…………………………………………………………………………………18
9.8.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器…………………………………………………………………19
9.9555定時器……………………………………………………………………………21
9.9.1概述…………………………………………………………………………………21
9.9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器………………………………………………………………………22
9.9.3多諧振蕩器………………………………………………………………………23
9.9.4密特觸發(fā)器………………………………………………………………………24
9.9.5壓控振蕩器………………………………………………………………………25
第10章時序數字電路…………………………………………………………………27
10.1數碼寄存器和移位寄存器……………………………………………………………28
10.1.1數碼寄存器………………………………………………………………………28
10.1.2移位寄存器………………………………………………………………………29
10.1.3二進制串行加法器………………………………………………………………34
10.1.4用VHDL語言描述寄存器…………………………………………………………35
10.2同步時序數字電路的分析……………………………………………………………36
10.2.1二進制同步計數器………………………………………………………………36
10.2.2BCD2421碼同步計數器…………………………………………………………38
10.3同步時序數字電路的設計……………………………………………………………40
10.3.1確定觸發(fā)器的級數和類型……………………………………………………40
10.3.2確定狀態(tài)轉換表和狀態(tài)轉換條件表…………………………………………41
10.3.3確定數據端的驅動方程式……………………………………………………41
10.3.4畫出邏輯圖………………………………………………………………………42
10.4中規(guī)模同步加法計數器………………………………………………………………43
10.4.12/10和2/16進制可預置同步加法計數器…………………………………43
10.4.2同步加法計數器計數進制的改變……………………………………………46
10.5同步可逆步計數器……………………………………………………………………49
10.5.1雙時鐘型可逆計數器…………………………………………………………49
10.5.2單時鐘型可逆計數器…………………………………………………………51
10.6異步計數器……………………………………………………………………………53
10.6.1二進制異步計數器……………………………………………………………53
10.6.2集成異步計數器…………………………………………………………………54
10.7移位寄存器型計數器…………………………………………………………………57
10.7.1環(huán)形計數器………………………………………………………………………58
10.7.2環(huán)扭型環(huán)形計數器……………………………………………………………60
10.7.3最大長度移位寄存器型計數器………………………………………………63
10.8順序脈沖分配器………………………………………………………………………64
10.8.1一般計數器譯碼器型分配器…………………………………………………64
10.8.2一般計數器譯碼器型分配器存在的問題……………………………………66
10.8.3解決尖峰干擾（競爭冒險）的辦法…………………………………………66
10.9用VHDL語言描述時序電路…………………………………………………………67
10.9.1用VHDL語言描述同步計數器…………………………………………………67
10.9.2用VHDL語言描述異步計數器…………………………………………………68
第11章接口電路………………………………………………………………………70
11.1AD與DA轉換器的基本概念………………………………………………………70
11.2DA轉換器……………………………………………………………………………70
11.2.1權電阻解碼網絡…………………………………………………………………71
11.2.2倒T型電阻解碼網絡DA轉換器………………………………………………72
11.2.3集成DA轉換器AD7524…………………………………………………………73
11.2.4DA轉換器的轉換精度與轉換速度……………………………………………74
11.3AD轉換器……………………………………………………………………………75
11.3.1AD轉換器…………………………………………………………………………75
11.3.2并行比較型AD轉換器…………………………………………………………78
11.3.3逐次逼近型AD轉換器…………………………………………………………79
11.3.4雙積分型AD轉換器……………………………………………………………82
11.3.5AD轉換器的轉換精度與轉換速度……………………………………………84
11.4多路模擬開關…………………………………………………………………………85
11.4.1模擬開關的功能及電路組成…………………………………………………85
11.4.2模擬開關的各種工作模式……………………………………………………86
11.5VF和FV變換器………………………………………………………………………87
11.5.1壓頻轉換器………………………………………………………………………87
11.5.2頻壓轉換器………………………………………………………………………88
11.6數據采集系統(tǒng)簡介*……………………………………………………………………89
11.6.1系統(tǒng)的技術要求………………………………………………………………89
11.6.2系統(tǒng)方框圖………………………………………………………………………90
11.6.3電路設計…………………………………………………………………………90
第12章可編程邏輯器件………………………………………………………………95
12.1概述…………………………………………………………………………………95
12.2只讀存儲器ROM……………………………………………………………………95
12.2.1ROM的結構和工作原理………………………………………………………96
12.2.2ROM的分類……………………………………………………………………98
12.2.3ROM的應用……………………………………………………………………100
12.3隨機存儲器…………………………………………………………………………102
12.3.1RAM的結構和原理……………………………………………………………102
12.3.2RAM的存儲單元………………………………………………………………102
12.3.3集成RAM及容量的擴展……………………………………………………103
12.4可編程邏輯器件概述………………………………………………………………104
12.4.1PLD的發(fā)展………………………………………………………………………104
12.4.2PLD的分類和特點……………………………………………………………105
12.5通用陣列邏輯GAL…………………………………………………………………106
12.5.1概述……………………………………………………………………………106
12.5.2GAL的結構………………………………………………………………………107
12.5.3通用陣列邏輯GAL的編程……………………………………………………111
12.6iSP再系統(tǒng)可編程邏輯器件………………………………………………………112
12.6.1iSPLSI器件的結構……………………………………………………………112
12.6.2ispLSI器件的編程語言簡介…………………………………………………119
12.6.3ispGDS通用數字開關…………………………………………………………124
12.6.4數字小系統(tǒng)的設計及實現……………………………………………………127
12.7現場可編程門陣列FPGA*…………………………………………………………133
12.7.1FPGA的基本結構………………………………………………………………134
12.7.2FPGA的編程……………………………………………………………………136
第13章集成振蕩電路…………………………………………………………………140
13.1概述…………………………………………………………………………………140
13.1.1振蕩電路的分類………………………………………………………………140
13.1.2正弦波振蕩電路………………………………………………………………140
13.2RC振蕩電路…………………………………………………………………………142
13.2.1RC文氏橋振蕩電路……………………………………………………………142
13.2.2.雙T型RC振蕩電路*…………………………………………………………145
13.2.3RC移相振蕩電路*……………………………………………………………146
13.3LC正弦波振蕩電路…………………………………………………………………147
13.3.1LC并聯諧振電路的頻率特性………………………………………………147
13.3.2變壓器耦合LC振蕩電路……………………………………………………149
13.3.3三點式LC振蕩電路…………………………………………………………150
13.3.4晶體振蕩電路…………………………………………………………………152
13.4非正弦波振蕩電路…………………………………………………………………154
13.4.1集成比較器……………………………………………………………………154
13.4.2矩形波發(fā)生器…………………………………………………………………156
13.4.3三角波發(fā)生器…………………………………………………………………157
13.4.4鋸齒波發(fā)生器…………………………………………………………………158
13.4.5壓控振蕩器VCO………………………………………………………………159
13.4.6函數發(fā)生器……………………………………………………………………160
第14章信號的處理與變換…………………………………………………………164
14.1有源濾波器…………………………………………………………………………164
14.1.1有源低通濾波器………………………………………………………………164
14.1.2有源高通濾波器(HPF)…………………………………………………………168
14.1.3有源帶通濾波器(BPF)…………………………………………………………169
14.1.4幾種典型的濾波器…………………………………………………………170
14.2開關電容濾波器……………………………………………………………………172
14.2.1開關電容電路的基本原理……………………………………………………172
14.2.2一階RC低通環(huán)節(jié)………………………………………………………………175
14.2.3一階低通開關電容濾波器……………………………………………………177
14.3模擬乘法器的基本原理………………………………………………………………177
14.3.1模擬乘法器的基本原理……………………………………………………178
14.3.2集成模擬乘法器……………………………………………………………179
14.3.3模擬乘法器構成的運算電路………………………………………………179
14.4調制與解調……………………………………………………………………………181
14.4.1調制的種類………………………………………………………………………181
14.4.2幅度調制………………………………………………………………………182
14.4.3解調和檢波………………………………………………………………………184
14.5鎖相環(huán)(PLL)……………………………………………………………………………185
14.5.1模擬鎖相環(huán)（APLL）的基本結構………………………………………………186
14.5.2模擬鎖相環(huán)（APLL）的工作原理…………………………………………………187
14.5.3集成鎖相環(huán)（CC4046）…………………………………………………………188
14.5.4鎖相環(huán)的應用……………………………………………………………………191
第15章直流電源………………………………………………………………………194
15.1整流電路……………………………………………………………………………194
15.1.1主要性能參數…………………………………………………………………194
15.1.2單相整流電路…………………………………………………………………195
15.2濾波電路……………………………………………………………………………200
15.2.1電容濾波電路……………………………………………………………………200
15.2.2電感濾波電路……………………………………………………………………203
15.3可控整流電路………………………………………………………………………204
15.3.1晶閘管…………………………………………………………………………204
15.3.2單相可控整流電路……………………………………………………………208
15.4模擬穩(wěn)壓電源………………………………………………………………………209
15.4.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路…………………………………………………………209
15.4.2串聯型穩(wěn)壓電源………………………………………………………………211
15.4.3三端集成穩(wěn)壓器………………………………………………………………211
15.5開關穩(wěn)壓電源………………………………………………………………………215
15.5.1開關穩(wěn)壓電源的工作原理……………………………………………………215
15.5.2PWM控制器（開關電源控制器）……………………………………………217

參考文獻………………………………………………………………………………………221