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1、电子器件及电路,天津理工大学海运学院2013.4,一、半导体、PN结的概念,1.半导体的导电特性：,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。,掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高
2、或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。,本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,本征半导体的导电机理,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流(1)自由电子作定向运动 电子电流(2)价电子递补空穴 空穴电流,注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度
3、对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。,N型半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,动画,P 型半导体,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导
4、体。,掺入三价元素,在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,2.PN结的单向导电性,PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,动画,形成空间电荷区,PN结的单向导电性,1.PN 结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,IF,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成
5、较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,动画,2.PN 结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,动画,PN 结变宽,2.PN 结加反向电压（反向偏置）,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,IR,P接负、N接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,动画,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,二、二极管的基本特性,1.二极管的构成与伏安特性,(a)点接触型,(b)面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,结面积大、正
6、向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c)平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,半导体二极管的结构和符号,二极管的结构示意图,伏安特性,硅管0.5V,锗管0.1V。,反向击穿电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.60.8V锗0.20.3V,死区电压,反向电流在一定电压范围内保持常数。,2.二极管的主要参数,1.正向平均电流 IF,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.反向工作峰值电压URWM,是保证二
7、极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,3.反向峰值电流IRM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,3.二极管的选用,1.二极管的反向峰值电压是实际峰值的两倍，标称的额定电压是反向峰值电压的80%。,2.恢复时间在5us以上的称整理二极管，也就是普通二极管。,三、稳压二极管,1.符号,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,2.伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用
8、时要加限流电阻,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,3.主要参数,(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。,(2)稳定电流 IZ、最大稳定电流 IZMax,(3)最大允许耗散功率 PZM=UZ IZMax,四、使用万用表进行二极管性能测量与极性判断,1.单相半波整流电路,2.工作原理,u 正半周，VaVb，二极管D导通；,3.工作波形,u 负半周，Va Vb，二极管D 截止。,1.电路结构,五、单相整流电路,4.参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(
9、4)每管承受的最高反向电压 UDRM,(5)变压器副边电流有效值 I,5.整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足：IOM ID，URWM UDRM,2.单相桥式全波整流电路,2.工作原理,u 正半周，VaVb，二极管 D1、D3 导通，D2、D4 截止。,3.工作波形,uD2uD4,1.电路结构,动画,单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D1、D3 导通。,返回,单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D2、D4 导通。,返回,单相桥式全波整流电路输出电压波形,单相桥式整流电路输出电压平均值,单相桥
10、式全波整流电路输出电流平均值,返回,单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：,单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：,返回,参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(4)每管承受的最高反向电压 UDRM,三相半波整流电路,六、三相整流电路,三相桥式整流电路,2.工作原理,在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。,1.电路,三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形,3.参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(4)每管
11、承受的最高反向电压 UDRM,七、滤波与稳压电路,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。,2.工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC 增加，uo=uC。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降，uo=uC。,=uC,3.工作波形,二极管承受的最高反向电压为。,电容滤波电路的特点,(T
12、 电源电压的周期),输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。,RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。,近似估算取：Uo=1.2 U(桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）,当负载RL 开路时，UO,为了得到比较平直的输出电压,电感电容滤波器,1.电路结构,2.滤波原理,对直流分量:XL=0，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。,当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。,LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动
13、较小的场合，用于高频时更为合适。,形滤波器,形 LC 滤波器,滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。,比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。,形 RC 滤波器,R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。,直流稳压电源,稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。,稳压管
14、稳压电路,2.工作原理,UO=UZ IR=IO+IZ,RL(IO)IR,设UI一定，负载RL变化,UO(UZ),IZ,1.电路,限流调压,稳压电路,稳压管稳压电路,2.工作原理,UO=UZ IR=IO+IZ,UI UZ,设负载RL一定，UI 变化,IZ,IR,1.电路,集成稳压电源,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,1.分类,XX两位数字为输出电压值,（1.25 37 V 连续可调）,2.外形及引脚功能,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,塑料封装,输出为固定正电压时的接法
15、如图所示。,(1)输出为固定电压的电路,输入与输出之间的电压不得低于3V！,三端固定输出集成稳压器的应用,0.11F,1F,为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。,用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。,(2)同时输出正、负电压的电路,八、晶体管,基本结构,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区：面积最大,电流分配和放大原理,1.三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP发射结正偏 VBVE集电结
16、反偏 VCVB,从电位的角度看：NPN 发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,2.各电极电流关系及电流放大作用,结论:,1）三电极电流关系 IE=IB+IC2）IC IB，IC IE 3）IC IB,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。,3.特性曲线,即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共
17、发射极接法的特性曲线,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,1.输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压：NPN型硅管 UBE 0.60.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,2.输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1)放大区,在放大区有 IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏
18、置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,4.主要参数,1.电流放大系数，,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时，,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意：,和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,例：在UCE=6 V时，在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA
19、；在 Q2 点IB=60 A,IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=。,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,2.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBO,3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大允许电流 ICM,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，
20、三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,6.集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PC PCM=IC UCE,硅管允许结温约为140C，锗管约为7090C。,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,九、基本放大电路,基本放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,九、基本放大电路,基本放大电路各元件作用,集电
21、极电源EC-为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1、C2-隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,九、基本放大电路,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,15.2.1 用估算法确定静态值,1.直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2.由直流通路估算UCE、IC,当UBE UCC时，,由KVL:UCC=IB RB+UBE,由KVL:UCC=IC RC+UCE,所以 UCE=UCC IC RC,用图解法确定静态值,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交
22、点就是Q点,O,放大电路的动态分析,动态分析图解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,非线性失真,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,15.3.2 非线性失真,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高，,动画,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,十、使用万用表进行晶体管性能测量与极性判断,1.基本结构,晶闸管具有三个PN结。,(c)结构,(a)外形,晶闸管的外形、结构及符
23、号,十一、晶闸管的结构、特性,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,2.工作原理,在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。,形成正反馈过程,EA 0、EG 0,A,K,G,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,2.工作原理,EA 0、EG 0,G,晶闸管导通的条件：,(1)晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。(2)晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,(1)必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈效应不能维持。(2)将阳极电
24、源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,3.伏安特性,4.主要参数,(1)正向重复峰值电压UDRM 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般UDRM 比正向转折电压UBO低100V。,(2)反向重复峰值电压URRM 晶闸管控制极开路时,可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。一般URRM 比反向转折电压|UBO|低100V。,(3)正向平均电流 IF 环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。,如果正弦半波电流
25、的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,(4)维持电流 IH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。,2.单相半控桥式整流电路,(1)电路,(2)工作原理,T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为,a,电压u 为正半周时：,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,十二、晶闸管的基本应用,T2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为,电压u 为负半周时：,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,(3)工作波形,2,(4)输出电压及电流的平均值,2.三相桥式半控整流电路,2.工作原理,
26、1.电路,十三、使用万用表进行晶闸管的极性判断,1.理想运算放大器,Auo，rid，ro 0，KCMR,2.电压传输特性 uo=f(ui),线性区：uo=Auo(u+u),非线性区：u+u 时，uo=+Uo(sat)u+u 时，uo=Uo(sat),线性区,理想特性,实际特性,饱和区,O,十四、集成运算放大器的主要参数及外特性,3.理想运放工作在线性区的特点,因为 uo=Auo(u+u),所以(1)差模输入电压约等于 0 即 u+=u,称“虚短”,(2)输入电流约等于 0 即 i+=i 0,称“虚断”,电压传输特性,Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。,O,
27、理想运放工作在饱和区的特点,(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或Uo(sat),(2)i+=i 0,仍存在“虚断”现象,电压传输特性,当 u+u 时，uo=+Uo(sat)u+u 时，uo=Uo(sat)不存在“虚短”现象,主要参数,1.最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。,2.开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。,6.共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。,愈小愈好,3.输入失调电压 UIO4.输入
28、失调电流 IIO5.输入偏置电流 IIB,十五、集成运算放大器的基本应用,1.反相比例运算,（1）电路组成,以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。,（2）电压放大倍数,因虚短,所以u=u+=0，称反相输入端“虚地”反相输入的重要特点,因虚断，i+=i=0，,所以 i1 if,因要求静态时u+、u 对地电阻相同，所以平衡电阻 R2=R1/RF,1.反相比例运算,电压放大倍数,反馈电路直接从输出端引出电压反馈,输入信号和反馈信号加在同一输入端并联反馈,反馈信号使净输入信号减小负反馈,电压并联负反馈,输入电阻低，共模电压 0,电压并联负反馈，输入、输出电阻低，ri=R1。共模输入电压低。,结
29、论：,Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加 在反相输入端。,Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。,|Auf|可大于 1，也可等于 1 或小于 1。,因u=u+=0，所以反相输入端“虚地”。,例：电路如下图所示，已知 R1=10 k，RF=50 k。求：1.Auf、R2；2.若 R1不变，要求Auf为 10，则RF、R2 应为 多少？,解：1.Auf=RF R1=50 10=5,R2=R1 RF=10 50(10+50)=8.3 k,2.因 Auf=RF/R1=RF 10=10 故得 RF=Auf R1=(10)10=100 k R2=10 100(
30、10+100)=9.1 k,2.同相比例运算,因虚断，所以u+=ui,（1）电路组成,（2）电压放大倍数,因虚短，所以 u=ui，反相输入端不“虚地”,因要求静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1/RF,2.同相比例运算,输入电阻高共模电压=ui,电压放大倍数,电压串联负反馈,输入信号和反馈信号分别加两个输入端串联反馈,反馈电路直接从输出端引出电压反馈,因虚短，所以 u=ui，反相输入端不“虚地”,反馈信号使净输入信号减小负反馈,电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。,结论：,Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。,Auf
31、只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。,Auf 1，不能小于 1。,u=u+0，反相输入端不存在“虚地”现象。,当 R1=且 RF=0 时，,uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。,由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出 电阻低，其跟随性能比 射极输出器更好。,左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，当负载RL变化时，其两端电压 uo不会随之变化。,负载电流的大小与负载无关。,例2：负载浮地的电压-电流的转换电路,1.能测量较小的电压；2.输入电阻高，对被 测电路影响小。,流过电流表的电流,加法运算电路,1.反相加法运算电路,因虚短,u=u+=0,平衡
32、电阻：R2=Ri1/Ri2/RF,因虚断，i=0,所以 ii1+ii2=if,动画,2.同相加法运算电路,方法1:根据叠加原理 ui1单独作用(ui20)时，,同理，ui2单独作用时,动画,方法2：,平衡电阻：Ri1/Ri2=R1/RF,u+,u+=?,也可写出 u和 u+的表达式，利用 u=u+的性质求解。,1.输入电阻低；2.共模电压低；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；,同相加法运算电路的特点：1.输入电阻高；2.共模电压高；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路有影响；,反相加法运算电路的特点：,减法运算电路,由虚断可得：,由虚短可得：,分析方法1：,如果取 R1=R2，R3=
33、RF,如 R1=R2=R3=RF,R2/R3=R1/RF,输出与两个输入信号的差值成正比。,常用做测量放大电路,动画,积分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1=if,if=?,当电容CF的初始电压为 uC(t0)时，则有,动画,若输入信号电压为恒定直流量，即 ui=Ui 时，则,积分饱和,线性积分时间,线性积分时间,Uo(sat),ui=Ui 0,ui=Ui 0,采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 uo 是时间 t 的一次函数，从而提高了它的线性度。,输出电压随时间线性变化,Ui,Ui,将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例-积分运算电路。,电路的输出电压,上
34、式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分,这种运算器又称 PI 调节器,常用于控制系统中,以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数,以满足控制系统的要求。,微分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1=if,Ui,Ui,比例-微分运算电路,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分,控制系统中，PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。,PD调节器,if,电压传输特性,Uo(sat),+Uo(sat),运放处于开环状态,比较电路,阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。,当 u+u 时，uo=+Uo(sat)u+u
35、时，uo=Uo(sat),即 uiUR 时，uo=Uo(sat),可见，在 ui=UR 处输出电压 uo 发生跃变。,参考电压,1.常量与变量的关系,逻辑代数运算法则,2.逻辑代数的基本运算法则,自等律,0-1律,重叠律,还原律,互补律,交换律,十六、数字逻辑电路,2.逻辑代数的基本运算法则,普通代数不适用！,证:,结合律,分配律,A+1=1,反演律,列状态表证明：,对偶关系：将某逻辑表达式中的与()换成或(+)，或(+)换成与()，得到一个新的逻辑表达式，即为原逻辑式的对偶式。若原逻辑恒等式成立，则其对偶式也成立。,证明：,A+AB=A,RS 触发器,两互补输出端,1.基本 RS 触发器,两
36、输入端,反馈线,十七、触发器,触发器输出与输入的逻辑关系,设触发器原态为“1”态。,1,0,1,0,设原态为“0”态,1,1,0,触发器保持“0”态不变,复位,0,设原态为“0”态,1,1,0,0,设原态为“1”态,0,0,1,触发器保持“1”态不变,置位,1,设原态为“0”态,0,0,1,1,设原态为“1”态,0,0,1,触发器保持“1”态不变,1,1,0,若G1先翻转，则触发器为“0”态,“1”态,若先翻转,基本 RS 触发器状态表,逻辑符号,2.可控 RS 触发器,基本R-S触发器,导引电路,时钟脉冲,当C=0时,0,R，S 输入状态 不起作用。触发器状态不变,当 C=1 时,1,打开,
37、触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,当 C=1 时,1,打开,(1)S=0,R=0,触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,1,1,0,(2)S=0,R=1,(3)S=1,R=0,1,Q=1,Q=0,(4)S=1,R=1,可控RS状态表,C高电平时触发器状态由R、S确定,跳转,例：画出可控 RS 触发器的输出波形,可控 RS状态表,C高电平时触发器状态由R、S确定,存在问题：,时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。,克服办法：采用 JK 触发器或 D 触发器,主从JK触发器,1.电路结构,从触发器,主触发器,反馈线,2.工作原理,F主打开,F主状态
38、由J、K决定，接收信号并暂存。,F从封锁,F从状态保持不变。,C,C,状态保持不变。,从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。,F从打开,F主封锁,C,C高电平时触发器接收信号并暂存（即F主状态由J、K决定，F从状态保持不变）。,要求C高电平期间J、K的状态保持不变。,C低电平时,F主封锁J、K不起作用,C,分析JK触发器的逻辑功能,(1)J=1,K=1,设触发器原态为“0”态,主从状态一致,C,(1)J=1,K=1,设触发器原态为“1”态,为“？”状态,J=1,K=1时，每来一个时钟脉冲，状态翻转一次，即具有计数功能。,(1)J=1,K=1,跳转,C,(2)
39、J=0，K=1,设触发器原态为“1”态,设触发器原态为“0”态,C,(3)J=1，K=0,设触发器原态为“0”态,设触发器原态为“1”态,C,(4)J=0，K=0,设触发器原态为“0”态,C,结论：,C高电平时F主状态由J、K决定，F从状态不变。,3.JK触发器的逻辑功能,Qn,1,0 0,1 1,1 0,0,0 1,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),C下降沿触发翻转,例：JK 触发器工作波形,基本R-S触发器,导引电路,维持阻塞 D 触发器,1.电路结构,反馈线,跳转,维持阻塞 D 触发器,2.逻辑功能,（1）D=0,1,0,当C=0时,0,当C=1时,0,1,封锁,在C=1期间，触发器保持“0”不变,维持阻塞 D 触发器,2.逻辑功能,（1）D=1,0,1,当C=0时,1,当C=1时,0,1,封锁,在C=1期间，触发器保持“1”不变,封锁,上升沿触发翻转,C上升沿前接收信号，上降沿时触发器翻转，（其Q的状态与D状态一致；但Q的状态总比D的状态变化晚一步，即Qn+1=Dn；上升沿后输入 D不再起作用，触发器状态保持。即(不会空翻),结论：,例：D 触发器工作波形图,
