电子教案设计：电工与电子技术基础课件

电工与电子技术基础课件欢迎学习电工与电子技术基础课程本课程将系统介绍电工学和电子技术的基本原理和应用，从电路基础到数字电路，全面覆盖电气工程的核心知识通过理论与实践相结合的教学方式，帮助您掌握电工电子领域的基本技能和分析方法无论您是电气工程专业的学生，还是对电工电子技术感兴趣的爱好者，这套课件都将为您提供清晰的学习路径和丰富的专业知识让我们一起踏上电工电子技术的探索之旅！课程简介课程目标主要内容学习方法123培养学生掌握电工与电子技术的基本课程内容涵盖电路基础、交流电路、采取理论与实践相结合的方式，通过理论和分析方法，能够应用这些知识磁路与变压器、电动机基础、半导体课堂讲解、习题训练和实验操作三位解决工程实际问题通过系统学习，器件、基本放大电路、运算放大器以一体的教学模式，促进知识内化建使学生具备电路分析能力，理解电子及数字电路基础八大部分从电工学议学生积极参与课堂互动，认真完成设备的工作原理，为后续专业课程和基础到模拟电子技术，再到数字电子实验任务，多做习题巩固所学知识工程实践打下坚实基础技术，循序渐进地展开第一章电路基础电路的基本概念掌握电流、电压、电阻等基本物理量，理解它们之间的关系是电路分析的第一步这些概念构成了电路理论的基础，是进一步学习的前提电路的基本定律学习欧姆定律和基尔霍夫定律，这是分析电路的两大基本工具通过这些定律，我们可以建立电路的数学模型，解决实际问题电路分析方法掌握支路电流法、网孔电流法和节点电压法等分析方法，能够处理更加复杂的电路系统这些方法是工程师解决实际电路问题的强大工具电路的基本概念电流电压电阻电流是单位时间内通过导体任一截面的电电压是衡量单位电荷在电场中所具有的势电阻是导体阻碍电流通过的物理量，单位量，其方向规定为正电荷的移动方向，单能差，表示电场做功的能力，单位为伏特为欧姆（Ω）电阻的大小与导体的材料、位为安培（A）电流的实质是电荷的定（V）电压是电荷在不同电位点之间移长度、截面积和温度有关电阻元件在电向移动，是衡量电子流动速率的物理量动的驱动力，电路中各元件两端的电压差路中起到控制电流、分压和消耗电能的作在实际电路中，电流的变化反映了能量传决定了电流的流向和大小用，是最基本的无源元件输的过程欧姆定律定律内容物理意义应用实例欧姆定律指出在恒温条件下，导体中的电流与欧姆定律反映了电流、电压和电阻三个物理量之欧姆定律广泛应用于电路分析和设计中例如，导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比间的数量关系，是电路分析的基础它表明，要计算家用电器消耗的功率，设计合适的保险丝规用数学公式表示为I=U/R其中I代表电流，增大电流，可以增大电压或减小电阻；要减小电格，确定分压电路中的电阻值，以及分析电池供单位为安培（A）；U代表电压，单位为伏特流，可以减小电压或增大电阻这一关系支配着电电路的工作时间等掌握欧姆定律是理解更复（V）；R代表电阻，单位为欧姆（Ω）几乎所有的线性电路杂电路行为的基础基尔霍夫定律物理基础基尔霍夫定律基于电荷守恒原理，反映了电荷不能在节点累积的物理事实这一原2电流定律（）KCL理适用于所有电路，无论是直流还是交流电路基尔霍夫电流定律指出在任何时刻，流入节点的电流之和等于流出该节点的1电压定律（）电流之和等价表述为任何节点的电KVL流代数和为零，流入规定为正，流出规基尔霍夫电压定律指出在任何时刻，任定为负何闭合回路中，电压源提供的电压等于回路中所有元件上的电压降之和等价表述3为任何闭合回路中的电压代数和为零基尔霍夫定律是复杂电路分析的重要工具，与欧姆定律一起构成了电路分析的基本理论框架掌握这两个定律，可以分析任何线性电路的工作状态，为电路设计和故障排除提供理论依据电路分析方法支路电流法网孔电流法支路电流法以各支路电流为未知量，网孔电流法以网孔电流为未知量，仅根据基尔霍夫电流定律和电压定律列应用基尔霍夫电压定律列方程这种方程求解这种方法适用于所有类型方法减少了未知量的数目，简化了计的电路，但当电路规模较大时，求解算过程网孔电流法特别适合于求解过程会比较繁琐其优点是物理概念含有电压源的电路，能够有效降低方清晰，方程建立直观，适合初学者理程数量，提高求解效率解电路的基本原理节点电压法节点电压法以节点电压为未知量，仅应用基尔霍夫电流定律列方程对于大多数实际电路，节点数量少于支路数量，使得方程组规模更小，计算更为便捷节点电压法特别适合于求解含有电流源的电路，是工程实践中最常用的分析方法之一电阻的串并联串联电阻并联电阻混合连接当电阻串联连接时，通过每个电阻的电流相当电阻并联连接时，每个电阻两端的电压相实际电路中，电阻常常以串联和并联的混合同，总电阻等于各电阻值的代数和R总=同，总电阻的倒数等于各电阻倒数的代数和方式连接分析混合连接电路时，可以逐步R₁+R₂+...+Rₙ串联电路中，电压按照1/R总=1/R₁+1/R₂+...+1/Rₙ并联电路简化，先计算串联或并联部分的等效电阻，各电阻的阻值比例分配，阻值越大的电阻两中，电流按照各电阻的电导比例分配，阻值然后再进行下一步计算解决复杂连接问题端的电压越高越小的电阻中的电流越大时，可以采用等效变换的方法，如星形连接和三角形连接的互相转换第二章交流电路交流电基础知识1介绍正弦交流电的基本概念，包括周期、频率、相位等，以及正弦量的相量表示法交流电是现代电力系统的基础，理解其特性对于学习后续内容至关重要电路分析2RLC分析含有电阻、电感和电容的串并联电路，理解阻抗和导纳的概念，掌握复数法在交流电路分析中的应用这部分是交流电路分析的核心内容功率与三相系统3研究交流电路中的功率因数及其优化方法，学习三相交流电路的基本结构和分析方法三相系统是工业用电的主要形式，具有重要的实用价值正弦交流电的基本概念周期频率相位周期（T）是指交流电完频率（f）是指交流电每相位表示交流电在周期成一个完整变化所需的秒钟完成的周期数，单变化过程中所处的位置，时间，单位为秒（s）位为赫兹（Hz），与周通常用角度（°）或弧度交流电在一个周期内完期的关系为f=1/T中（rad）表示两个同成从零到最大值，再回国的工频电为50Hz，而频率交流量之间的相位到零，然后到达最小值，北美地区多采用60Hz差，反映了它们达到最最后回到初始状态的全频率决定了交流电变化大值时刻的先后关系过程周期是描述交流的快慢，是电力系统的相位差是分析多个交流电时间特性的基本参数重要参数量相互关系的关键参数正弦量的相量表示法相量表示法是分析交流电路的强大工具，它将正弦量转换为复数平面上的旋转矢量，大大简化了交流电路的分析计算正弦量可以用幅值和相位角完全确定，表示为A∠φ或复数形式Acosφ+jsinφ在复数平面上，相量的模表示正弦量的幅值，幅角表示初相位通过相量表示，交流电路的分析转化为复数代数运算，将微分方程转化为代数方程，使复杂的时域分析变为简单的复数运算这种方法在工程实践中被广泛应用串联电路RLC阻抗Z1Z=R+jXL-XC电压关系2U=UR+UL+UC矢量和欧姆定律3I=U/Z电阻、电感、电容4基本元件RLC串联电路由电阻R、电感L和电容C串联组成在交流电路中，电阻产生的电压与电流同相，电感产生的电压超前电流90°，电容产生的电压滞后电流90°总电压与电流的相位关系取决于XL与XC的大小关系当XLXC时，电路呈感性，电压超前电流；当XLXC时，电路呈容性，电压滞后电流；当XL=XC时，电路处于谐振状态，此时电压与电流同相，阻抗最小，电流最大阻抗三角形直观地表示了阻抗的大小和相角，是分析RLC串联电路的有效工具并联电路RLC°°9090电感电流相位电容电流相位电感电流滞后于电压电容电流超前于电压1/Z导纳与阻抗导纳是阻抗的倒数RLC并联电路中，各元件两端的电压相同，而电流则根据元件特性呈现不同的相位关系电阻中的电流与电压同相，电感中的电流滞后电压90°，电容中的电流超前电压90°总电流是各支路电流的矢量和，可以通过导纳三角形直观表示导纳（Y）是阻抗的倒数，表示电路对电流的通过能力，单位为西门子（S）导纳Y=G+jBC-BL，其中G为电导，BL为感抗导纳，BC为容抗导纳当BCBL时，电路呈容性，电流超前电压；当BC BL时，电路呈感性，电流滞后电压；当BC=BL时，电路处于谐振状态，此时电流与电压同相，导纳最小，电流最小功率因数定义1功率因数是有功功率与视在功率之比，等于cosφ物理意义2表示电能利用效率，值越大效率越高提高方法3主要通过并联电容器补偿感性负载功率因数是评价交流电能利用效率的重要指标在交流电路中，存在三种功率有功功率P（单位W），代表真正被转化为热能或机械能的电能；无功功率Q（单位var），代表在电感和电容元件之间往返振荡的能量；视在功率S（单位VA），是有功功率和无功功率的矢量和低功率因数会导致线路损耗增加、电压降低和设备容量利用率下降在工业应用中，通常要求功率因数不低于

0.85提高功率因数的主要方法是并联电容器，对感性负载（如电动机、变压器等）进行无功补偿此外，还可以通过改进设备设计、合理安排负载运行等方式提高功率因数三相交流电路形连接YY形连接（又称星形连接）是三相系统的一种连接方式，其特点是三个负载的一端连接在一起形成中性点在平衡负载下，线电压等于相电压的√3倍，线电流等于相电流Y形连接有四条线路，包括三条相线和一条中性线，适合同时供电三相和单相负载形连接ΔΔ形连接（又称三角形连接）是将三个负载首尾相连形成闭合回路在平衡负载下，线电压等于相电压，线电流等于相电流的√3倍Δ形连接只有三条线路，所有负载都承受线电压，适合供电三相大功率负载，但不能提供中性线三相交流电系统是现代电力系统的基础，相比单相系统具有传输效率高、功率平稳、可产生旋转磁场等优点在实际应用中，发电、输电多采用三相四线Y形系统，而用电设备则根据需要选择Y形或Δ形连接理解两种连接方式的特点和计算方法，对于分析和设计三相系统至关重要第三章磁路与变压器磁路欧姆定律探讨磁动势与磁阻的关系，掌握磁路的基2本分析方法磁路欧姆定律与电路欧姆定磁路基础律有着形式上的相似性，便于类比理解介绍磁通量、磁感应强度、磁场强度等基本概念，建立磁路分析的理论基础1变压器原理这些概念是理解电磁感应和变压器工作原理的前提学习变压器的工作原理、结构和运行特性，理解变压器在能量转换和电压变换中的重3要作用变压器是电力系统中不可或缺的静止电气设备磁路基本概念磁通量磁感应强度磁场强度磁导率磁阻磁通量（Φ）是表征磁场强弱的物理量，表示穿过某一截面的磁力线数量，单位为韦伯（Wb）磁感应强度（B）是描述磁场在空间分布的向量，定义为单位面积上的磁通量，单位为特斯拉（T）磁场强度（H）表示产生磁场所需的磁化力，单位为安/米（A/m）磁导率（μ）表示介质被磁化的难易程度，反映了磁感应强度与磁场强度的比值，B=μH不同材料的磁导率差异很大，铁磁材料的相对磁导率可达数千甚至数万理解这些基本概念是分析磁路和电磁设备工作原理的基础磁路欧姆定律磁动势磁动势（F）是产生磁通的驱动力，由载流导体的电流产生，F=NI，其中N为线圈匝数，I为电流磁动势的单位为安匝（A·turns）在磁路分析中，磁动势相当于电路中的电动势，是磁通产生的源泉磁阻磁阻（Rm）表示磁路对磁通的阻碍作用，Rm=l/μS，其中l为磁路长度，S为磁路截面积，μ为磁导率磁阻的单位为1/亨利（H⁻¹）磁阻与磁路材料、几何尺寸有关，铁磁材料的磁阻远小于空气磁路欧姆定律磁路欧姆定律指出磁通量等于磁动势除以磁阻，即Φ=F/Rm这个定律形式上与电路欧姆定律I=U/R完全类似，建立了磁通量、磁动势和磁阻三者之间的基本关系，是磁路计算的基础变压器工作原理电磁感应定律变压器的结构变压器的工作基于法拉第电磁感应定基本变压器由初级线圈、次级线圈和律当闭合线圈中的磁通量发生变化铁心组成初级线圈连接电源，次级时，线圈中将感应出电动势感应电线圈连接负载铁心由硅钢片叠压而动势的大小与磁通量变化率成正比，成，提供低磁阻通路，增强磁耦合方向按楞次定律确定，即感应电流产变压器的基本类型包括电力变压器、生的磁场总是阻碍引起感应的磁通量仪用变压器和特种变压器，结构形式变化有芯式、壳式和卷铁心式等变压比变压比是次级电压与初级电压之比，等于次级线圈与初级线圈匝数之比k=U₂/U₁=N₂/N₁对于理想变压器，初级和次级的视在功率相等，因此电流比与电压比成反比I₁/I₂=N₂/N₁变压比决定了变压器的电压变换能力变压器等效电路理想变压器实际变压器理想变压器假设磁阻为零，漏磁通为零，绕组电阻为零，铁损为零在这些理实际变压器存在绕组电阻、漏感抗、磁化电流和铁损等非理想因素等效电路想条件下，初级和次级绕组完全耦合，能量转换效率为100%，次级功率等于将这些因素表示为电阻和电抗，包括初级和次级绕组的电阻R₁和R₂、漏感抗初级功率理想变压器是研究变压器基本特性的理论模型X₁和X₂、励磁支路的铁损电阻Rc和磁化电抗Xm变压器等效电路是分析变压器工作状态的有力工具，可以预测变压器在不同负载下的性能在工程计算中，常将次级参数折算到初级或将初级参数折算到次级，简化分析过程通过等效电路，可以计算变压器的电压降落、效率、功率因数等关键参数变压器的运行特性空载运行1空载运行是指变压器次级开路的工作状态此时变压器仅消耗极少量的有功功率（铁损）和无功功率（用于建立磁场）空载电流I₀很小，一般仅为额定电流的3%-5%，主要是磁化电流Im和铁损电流Ic的矢量和空载试验可以测定变压器的铁损和励磁参数负载运行2负载运行是变压器的正常工作状态，次级连接负载并输出功率负载越大，初级电流越大，变压器的铜损也越大变压器的输出电压随负载增加而略有下降，这种下降称为电压降落，主要由绕组电阻和漏抗引起负载性质（电阻性、感性或容性）也影响电压降落的大小短路运行3短路运行是指变压器次级短路的工作状态，此时变压器只有铜损而几乎没有铁损短路试验可以测定变压器的铜损和阻抗电压阻抗电压是指在额定电流下，初级绕组施加的电压与额定电压之比，一般为4%-10%，是变压器重要的技术参数第四章电动机基础直流电动机三相异步电动机单相异步电动机直流电动机结构简单，调速性能优良，启动三相异步电动机是工业上使用最广泛的电动单相异步电动机主要用于家用电器和小功率转矩大，广泛应用于需要精确调速的场合机类型，结构坚固，维护简单，运行可靠工业设备，具有体积小、结构简单的特点我们将学习直流电动机的结构、工作原理及本章将讲解三相异步电动机的结构、旋转磁我们将介绍其结构特点、工作原理和主要应其机械特性和调速方法，为工程应用打下基场原理、转差率和转矩特性等核心知识用领域，帮助学生理解其在实际中的应用础直流电动机工作原理结构直流电动机的工作基于电磁力原理通电导体在磁场中受力当电枢绕组通直流电动机主要由定子和转子两部分组成定子包括主磁极、换向极和机座，电时，处于磁场中的导体受到力的作用产生转矩，电枢开始旋转随着电枢提供稳定的磁场；转子（电枢）由铁心、绕组、换向器和轴组成，是能量转旋转，换向器使电枢绕组中的电流方向始终保持适当，保证转矩方向一致，换的核心部分换向器和电刷系统是直流电动机的特有部件，实现直流电源实现持续旋转与旋转电枢绕组的连接根据励磁方式，直流电动机可分为永磁式、他励式、并励式、串励式和复励式各类型电动机具有不同的转速-转矩特性，适用于不同的工作场合例如，串励电动机具有较大的启动转矩，适合用于电动机车等重载启动场合；并励电动机转速较为稳定，适合用于恒速驱动直流电动机的特性曲线负载百分比并励电机转速串励电机转速复励电机转速机械特性是描述电动机转速n与电磁转矩T关系的曲线并励电动机的机械特性较为平坦，负载增加时转速略有下降，适用于要求转速相对恒定的场合；串励电动机的机械特性很软，负载增加时转速显著下降，但启动转矩大，适用于电动机车等场合；复励电动机的特性介于两者之间调速特性反映电动机在调速范围内的性能直流电动机的主要调速方法包括改变电枢电压（调压调速）、改变励磁电流（调磁调速）和串入电阻（串电阻调速）其中，调压调速和调磁调速能实现经济调速，而串电阻调速存在较大能量损耗现代直流调速系统多采用可控整流器或DC-DC变换器实现电枢电压的平滑调节三相异步电动机定子结构转子结构旋转磁场原理三相异步电动机的定子由机座、定子铁心和三相异步电动机有两种类型的转子鼠笼式当三相对称交流电流通过定子绕组时，由于定子绕组构成定子铁心采用硅钢片叠压而转子和绕线式转子鼠笼式转子由铁心和导三相电流在时间上互差120°相位，在空间成，内部开槽并嵌入三相绕组三相绕组在条组成，结构简单坚固；绕线式转子装有与上错开120°电角度的三相绕组将产生幅值空间上互差120°电角度，通入三相交流电定子类似的三相绕组，可以通过转子回路接恒定、空间位置匀速旋转的磁场旋转磁场后产生旋转磁场定子铁心外部有散热筋，入电阻调节启动转矩和调速大多数异步电是异步电动机工作的基础，其旋转速度（同有助于散热动机采用鼠笼式结构步转速）取决于电源频率和电机极对数三相异步电动机的特性转差率转矩特性起动性能转差率s是表征异步电动机转子落后于同步转速转矩特性曲线描述了电动机转矩与转速（或转差异步电动机的起动电流较大，一般为额定电流的程度的参数，定义为s=n₁-n₂/n₁，其中n₁为率）的关系异步电动机的转矩T与转差率s、5-7倍；起动转矩则取决于电动机类型，通常为同步转速，n₂为转子实际转速正常运行时转定子电压平方和转子电阻有关根据转矩表达式额定转矩的

1.5-2倍对于大功率电动机，常采差率很小，约为2%-8%转差率反映了转子中可以确定最大转矩及其对应的临界转差率了解用降压起动、星-三角起动或自耦变压器起动等感应电流的频率，也与电动机的效率有关转矩特性对于选择和使用电动机至关重要方式降低起动电流，减轻对电网的冲击单相异步电动机结构特点工作原理12单相异步电动机基本结构与三相异单相异步电动机的工作原理可以用步电动机类似，但定子只有一个主交替场理论解释单相交流电流产绕组由于单相交流电不能直接产生的脉动磁场可以分解为两个大小生旋转磁场，需要增加辅助设施形相等、方向相反的旋转磁场电动成椭圆旋转磁场常见的单相异步机启动后，由于转子阻尼作用，正电动机包括分相式、电容式、罩极向旋转磁场产生的转矩大于反向旋式和交流换向器式等类型，每种类转磁场产生的转矩，从而维持转子型具有不同的启动和运行特性持续旋转应用领域3单相异步电动机主要应用于家用电器和小型工业设备，例如电风扇、洗衣机、冰箱压缩机、小型水泵、空调风机、小型机床等由于单相电源在住宅和小型商业场所普遍可得，单相异步电动机在小功率应用中占有重要地位第五章半导体器件二极管与晶体管学习PN结二极管的工作原理和伏安特性，2以及双极型晶体管和场效应管的结构、特半导体基础性和主要参数介绍半导体材料的特性、P型半导体和N1型半导体的形成与特点，为理解半导体集成电路器件的工作原理打下基础了解集成电路的发展历程、分类和基本工艺，认识集成电路在现代电子技术中的重3要地位半导体器件是现代电子技术的基石，从简单的二极管到复杂的集成电路，半导体器件推动了电子技术的飞速发展掌握半导体器件的基本原理和特性，是学习后续电子电路的重要前提本章将系统介绍各类半导体器件的结构、工作原理和主要应用半导体基础知识型半导体P型半导体N半导体特性P型半导体是在纯净半导体材料中掺入三价元N型半导体是在纯净半导体材料中掺入五价元半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的素（如硼、铝、镓）形成的三价元素只有3素（如磷、砷、锑）形成的五价元素有5个材料，其导电性能随温度升高而增强常用个价电子，与周围硅原子形成共价键后，会价电子，与周围硅原子形成共价键后，会有的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）和砷产生一个空位，称为空穴空穴可以看作一个多余的电子，成为自由电子N型半导体化镓（GaAs）等纯净的半导体称为本征半正电荷载流子，P型半导体中主要载流子是空中主要载流子是电子，少数载流子是空穴导体，其导电能力较弱，实际应用中多采用穴，少数载流子是电子杂质半导体结二极管PNPN结是P型半导体和N型半导体的结合面，是半导体器件的基本结构在PN结形成过程中，扩散作用使得P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，形成空间电荷区（耗尽区）和内建电场内建电场阻止了多数载流子的进一步扩散，使PN结处于动态平衡状态PN结二极管的伏安特性曲线表现出明显的单向导电性正向偏置时（P区接正极，N区接负极），外加电压抵消了内建电压，空间电荷区变窄，形成导通状态；反向偏置时（P区接负极，N区接正极），外加电压增强了内建电压，空间电荷区变宽，形成截止状态二极管的主要参数包括正向压降、反向击穿电压、最大正向电流和反向饱和电流等晶体管型晶体管型晶体管三极管的主要参数NPN PNPNPN型晶体管由两个N型半导体夹着一个P型PNP型晶体管结构与NPN型相反，由两个P型晶体管的主要参数包括电流放大系数半导体组成，相当于两个背靠背的PN结三个半导体夹着一个N型半导体组成其工作原理（β=Ic/Ib）、截止频率、最大集电极电流、集区域分别称为发射区（E）、基区（B）和集电与NPN型类似，但载流子和电压极性相反在电极-发射极击穿电压等β值通常在50-200之区（C）NPN型晶体管工作时，发射结正偏，PNP型晶体管中，主要载流子是空穴，从发射间，表示基极电流变化引起的集电极电流变化集电结反偏，基区很薄，使得从发射区注入基区注入基区的空穴大部分被集电区收集在实的倍数，是衡量晶体管放大能力的重要参数区的电子大部分被集电区收集际应用中，NPN型比PNP型更为常见场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管与双极型晶体管的比较结型场效应管（JFET）是一种由PN结控制绝缘栅场效应管（MOSFET）是一种由金场效应管与双极型晶体管相比，主要区别的场效应管，有N沟道和P沟道两种类型属-氧化物-半导体结构控制的场效应管，有在于控制机制场效应管是电压控制器件，JFET的栅极与沟道形成PN结，通过改变栅增强型和耗尽型两种工作模式MOSFET输入阻抗极高；双极型晶体管是电流控制源电压来控制沟道宽度，从而调节漏源电的栅极与沟道之间有一层氧化物绝缘层，器件，输入阻抗较低在高频特性、功耗、流JFET的特点是输入阻抗极高，噪声小，通过栅极电场控制沟道的导电性温度稳定性等方面，两者也有明显差异但栅极只能反向偏置，限制了其应用范围MOSFET具有功耗低、集成度高的优点，工程应用中应根据具体需求选择合适的器是现代集成电路的基本单元件集成电路概述第一代（）11958-1963小规模集成电路（SSI）时期，每块芯片集成几个到几十个晶体管，主要实现基本逻辑门电路1958年，德州仪器的杰克·基尔比发明了第一个集成电路，拉开了集成电路发展的序幕这一时期的集成电路主要应用于军事和航空航天领域第二代（）21964-1970中规模集成电路（MSI）时期，每块芯片集成几十到几百个晶体管，可实现计数器、寄存器等功能模块随着平面工艺的完善和氧化物隔离技术的应用，集成电路的集成度和可靠性大幅提高，开始在民用电子产品中广泛应用第三代（）31971-1980大规模集成电路（LSI）时期，每块芯片集成几百到几万个晶体管，出现了微处理器、存储器等复杂功能芯片1971年，英特尔推出了第一个商用微处理器4004，标志着计算机与集成电路技术的深度融合第四代（至今）41981超大规模集成电路（VLSI）和超超大规模集成电路（ULSI）时期，集成度从几万到数十亿个晶体管，发展了微处理器、数字信号处理器、系统级芯片等摩尔定律预测的集成电路发展趋势在这一时期得到了充分验证第六章基本放大电路复杂应用多级放大、差动放大1基本电路2共射、共集、共基放大基础知识3放大倍数、输入输出阻抗放大电路是电子技术中最基本、最重要的电路之一，其功能是将微弱的输入信号放大为幅值较大的输出信号，是信号处理的核心环节本章将系统介绍放大电路的基本概念、主要参数和典型电路，为后续学习模拟电子电路打下坚实基础从最基础的概念入手，逐步学习各类基本放大电路的工作原理、静态分析方法和动态特性，最后探讨多级放大和差动放大等较为复杂的电路形式通过理论分析与实例计算相结合的方式，帮助学生全面理解放大电路的设计和应用放大电路的基本概念Au Ai电压放大倍数电流放大倍数输出电压与输入电压的比值输出电流与输入电流的比值Ap功率放大倍数输出功率与输入功率的比值放大电路的基本概念包括放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等放大倍数分为电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，分别表示输出与输入的电压比、电流比和功率比放大倍数是评价放大电路性能的核心指标，通常用分贝（dB）表示输入阻抗是指从输入端看进去的等效阻抗，决定了放大电路对信号源的负载能力；输出阻抗是指从输出端看进去的等效阻抗，影响放大电路对负载的驱动能力理想的放大电路应具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗此外，放大电路的频率特性、非线性失真和噪声等因素也是衡量其性能的重要参数共射放大电路共射电路共集电路共基电路共射放大电路是最常用的基本放大电路，其特点是发射极接地（或交流接地），信号从基极输入，从集电极输出共射放大电路具有电压和电流双重放大能力，输入阻抗适中（几千欧姆），输出阻抗也适中（几万欧姆），输出信号相对输入信号反相，适合大多数放大需求共射放大电路的静态工作点设置是电路设计的关键，通常采用分压式偏置电路，提供稳定的偏置电流为了提高温度稳定性，常在发射极串联一个电阻并加旁路电容共射放大电路的主要性能参数包括电压放大倍数Av≈-RC/re、输入阻抗Ri≈RB//rbe和输出阻抗Ro≈RC此电路是实际应用中最为广泛的基本放大单元共集放大电路电路组成电路特点应用场合共集放大电路也称为射极跟随器，其特点是共集放大电路的最大特点是输入阻抗高（几由于具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，集电极接地（或交流接地），信号从基极输十千欧到几百千欧），输出阻抗低（几十到共集放大电路广泛应用于需要阻抗变换的场入，从发射极输出电路通常由一个三极管、几百欧），电压放大倍数接近但小于1，输合，例如信号源与低阻抗负载之间的缓冲基极偏置电阻、发射极负载电阻和电源组成出信号与输入信号同相这些特性使得射极级、多级放大电路的级间耦合、功率放大级共集电路不需要集电极电阻，结构相对简单跟随器成为理想的阻抗变换器，能够有效解的驱动等在集成电路中，共集电路常作为决阻抗匹配问题输出级使用多级放大电路级联的必要性单级放大电路的放大倍数和带宽有限，难以满足实际应用的需求多级放大电路通过级联多个单级放大器，可以获得更高的放大倍数和更理想的电路性能多级放大是实现高增益、宽带宽和特定频率特性的重要技术手段耦合方式多级放大电路的耦合方式主要有电容耦合、变压器耦合和直接耦合三种电容耦合结构简单但低频性能差；变压器耦合可实现阻抗变换但体积大；直接耦合省去了耦合元件但易产生温漂在集成电路中，直接耦合是主要的耦合方式频率特性多级放大电路的频率特性是各级频率特性的综合效果低频截止频率主要由耦合电容和旁路电容决定；高频截止频率主要由三极管的结电容和米勒效应决定多级放大系统的总增益等于各级增益的乘积，3dB带宽通常小于单级的带宽，增益带宽积基本保持不变差动放大电路电路结构差动放大电路由两个完全相同的放大单元组成，两个单元共用同一个发射极电阻（或恒流源）差动电路有四个端口两个输入端和两个输出端，可以实现差分输入/差分输出、差分输入/单端输出等多种工作模式差动结构是许多模拟集成电路的基本单元工作原理差动放大电路的核心功能是放大两个输入信号之间的差值，同时抑制两个信号的共同成分当两个输入端加入相同的信号（共模信号）时，两个三极管的集电极电流变化相同，理想情况下输出差值为零；当两个输入端加入相反的信号（差模信号）时，输出将放大这个差值共模抑制比（CMRR）是衡量差动放大电路性能的重要指标，定义为差模增益与共模增益的比值，通常用分贝表示理想的差动放大电路应具有高共模抑制比，能够有效消除共模干扰信号提高共模抑制比的方法包括使用高精度匹配器件、增大发射极电阻（或使用高阻抗恒流源）、采用有源负载等第七章运算放大器运算放大器是一种具有极高增益的电压放大器，是现代模拟电子技术中最重要的功能模块之一本章将系统介绍运算放大器的基本特性、工作原理和典型应用电路，帮助学生掌握这一关键电子元件的使用方法我们将首先学习运算放大器的理想模型和实际特性，然后详细分析基本应用电路，包括反相放大、同相放大、加减运算、积分与微分等线性应用，以及比较器、波形发生器等非线性应用通过理论与实例相结合的方式，使学生能够灵活运用运算放大器设计各类电子电路运算放大器的基本特性开环增益输入阻抗运算放大器的开环增益是指没有反馈运算放大器的输入阻抗是指从两个输时的电压放大倍数，通常非常高，在入端看进去的等效阻抗理想运算放10⁵-10⁶量级理想运算放大器的开大器的输入阻抗为无穷大，意味着不环增益为无穷大，这意味着即使输入会从信号源吸取电流实际运算放大信号极小，也能产生显著的输出变化器的输入阻抗通常很高，在兆欧量级，实际电路中，高开环增益是实现精确这使得它能够有效处理来自高阻抗源线性运算的基础的信号输出阻抗运算放大器的输出阻抗是指从输出端看进去的等效阻抗理想运算放大器的输出阻抗为零，意味着可以向任何负载提供所需电流而不影响输出电压实际运算放大器的输出阻抗较低，通常在几十欧姆以下，这使它具有良好的负载驱动能力反相放大电路电路结构反相放大电路由一个运算放大器和两个电阻组成输入电阻R₁连接在反相输入端，反馈电阻R₂连接在输出端和反相输入端之间，同相输入端接地这种结构将运算放大器配置为反相放大模式，输出信号与输入信号极性相反工作原理反相放大电路工作时，由于运算放大器的高开环增益，反相输入端被虚拟接地，即其电位接近于零此时，流经R₁的电流近似等于Vin/R₁，由于运算放大器输入阻抗极高，这一电流几乎全部流经R₂，产生输出电压Vout=-R₂/R₁×Vin应用实例反相放大电路广泛应用于信号处理、仪器仪表和音频设备等领域例如音频前置放大器中用于放大麦克风信号；电子测量仪器中用于信号调理；传感器接口电路中用于转换物理量信号；自动控制系统中用于误差信号的处理等同相放大电路工作原理当信号加到同相输入端时，由于运算放大器的高增益，输出电压迅速变化，直至两个输入端电压几乎相等此时，反相输入电路结构2端的电压通过分压网络与输出电压相关，同相放大电路将信号输入到运算放大器最终形成稳定的放大关系Vout=1+的同相输入端，反相输入端通过分压网R₂/R₁×Vin1络连接到输出端和地之间分压网络由应用实例两个电阻R₁和R₂组成，形成负反馈通路这种配置使得输出信号与输入信号同相同相放大电路在需要高输入阻抗的场合特位别有用，例如缓冲放大器，提供阻抗变换而不改变信号幅度；仪表放大器的输入3级，处理来自高阻抗传感器的信号；音频分配放大器，将一个信号源分配给多个负载设备等加减运算电路加法器减法器加法器电路基于反相放大器结构，在反相输入端连接多个输入电阻，每个电阻连接减法器电路（又称差动放大器）由一个运算放大器和四个电阻组成，能够计算两个一个输入信号当所有输入电阻值相等（R₁）时，输出电压等于所有输入电压的和输入信号的差值当四个电阻值相等时，输出电压正比于两个输入电压的差Vout乘以-R₂/R₁如果输入电阻不等，则每个输入信号会有不同的权重系数，实现加权=V₂-V₁减法器是抑制共模干扰和提取差分信号的有效工具，在测量和控制系统求和功能中有广泛应用加减运算电路在模拟信号处理中有着重要作用，能够实现信号的线性组合、衰减或放大，是构建复杂模拟计算电路的基本单元在实际设计中，应注意电阻匹配精度对电路性能的影响，以及运算放大器带宽、失调电压等参数对信号处理精度的限制通过合理选择元件和优化电路结构，可以满足不同应用场景的需求积分与微分电路积分电路微分电路积分电路是将反相放大器中的反馈电阻替换为电容，实现对输入信号的积分微分电路是将反相放大器中的输入电阻替换为电容，实现对输入信号的微分运算其输出电压与输入电压的积分成正比Vout=-1/RC∫Vin·dt积分运算其输出电压与输入电压的变化率成正比Vout=-RC·dVin/dt微分电路对输入信号的频率响应呈低通特性，高频信号被衰减，可用于波形变换、电路对输入信号的频率响应呈高通特性，对信号的快速变化特别敏感，可用频率选择和时间延迟等场合于波形变换、边沿检测和高通滤波等场合在实际应用中，积分电路常见于信号滤波、波形转换（如方波转三角波）和模拟计算器等；微分电路则用于脉冲边沿检测、频率调制解调和波形整形等场合实际电路中需要考虑运算放大器的偏置电流和失调电压对积分和微分精度的影响，通常会添加适当的补偿元件以提高电路性能和稳定性第八章数字电路基础逻辑代数1布尔运算与电路设计基础组合逻辑2实现确定性逻辑函数映射时序逻辑3具有记忆能力的电路系统数字电路是现代电子技术的重要组成部分，是计算机和数字控制系统的硬件基础与模拟电路处理连续变化的信号不同，数字电路处理的是离散量，通常用0和1两个状态表示信息本章将介绍数字电路的基础知识，包括数制与码制、逻辑代数、组合逻辑电路和时序逻辑电路通过学习数字电路基础，学生将理解数字系统的工作原理，掌握数字电路的分析和设计方法，为后续学习微处理器、计算机原理等课程打下基础数字电路与模拟电路相辅相成，共同构成了现代电子技术的两大支柱，是电子工程专业学生必须掌握的核心知识数制与码制二进制其他常用数制码BCD二进制是计算机内部使用的基本数制，只用0和除二进制外，数字系统中还常用八进制（基数BCD码（二-十进制码）是用4位二进制数表示1两个数字表示所有数值每个二进制位称为一为8）和十六进制（基数为16）这些数制与一个十进制数位的编码方式常用的BCD码有个比特bit，8个比特构成一个字节byte二进制有简单的转换关系每3个二进制位对应8421码（权码）、余3码、2421码等BCD码二进制的优势在于易于用电子元件实现（高电一个八进制位，每4个二进制位对应一个十六进便于十进制数和二进制之间的转换，特别适合平表示1，低电平表示0），且运算规则简单，制位在程序设计和数字系统中，十六进制常需要十进制显示的应用，如数字钟表、计算器非常适合逻辑电路实现用于表示二进制数据，提高可读性等设备逻辑代数基础与、或、非运算复合逻辑运算12基本逻辑运算包括与AND、或在基本逻辑运算的基础上，可以构OR和非NOT三种与运算类似建更复杂的复合运算，如与非于数学中的乘法，只有当所有输入NAND、或非NOR、异或均为1时，输出才为1；或运算类XOR等这些复合运算可以表达似于数学中的加法，只要有一个输更复杂的逻辑关系，是设计数字电入为1，输出就为1；非运算实现路的重要工具特别是与非和或非逻辑取反，输入为1时输出为0，运算，它们各自都是功能完备的，输入为0时输出为1意味着任何逻辑函数都可以仅用与非或仅用或非来实现布尔代数基本定律3布尔代数有一系列基本定律，包括交换律、结合律、分配律、吸收律、德摩根定律等这些定律是简化逻辑表达式的理论基础，对于优化逻辑电路设计至关重要掌握这些定律可以帮助设计者减少电路复杂度，提高效率，降低成本组合逻辑电路基本概念组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入的组合，没有记忆能力，不依赖于电路的历史状态这类电路的设计通常从真值表开始，通过逻辑表达式的推导和简化，最终实现为逻辑门电路组合逻辑电路是数字系统的基础部件加法器加法器是实现二进制加法的电路，包括半加器和全加器半加器有两个输入（被加数和加数）和两个输出（和与进位）；全加器在半加器基础上增加了一个输入（来自低位的进位），可以实现多位二进制数的加法加法器是算术逻辑单元（ALU）的核心组件编码器与译码器编码器将2^n个输入信号编码为n位二进制码，如8线-3线编码器；译码器则相反，将n位二进制码译码为2^n个输出信号，如3线-8线译码器这些电路广泛应用于地址解码、控制信号生成、显示驱动等场合，是数字系统中不可或缺的接口电路时序逻辑电路触发器计数器移位寄存器触发器是最基本的存储元件，能够存储一位计数器是由触发器组成的能够按特定顺序计移位寄存器是由一系列触发器级联而成的电二进制信息常见的触发器类型包括RS触数的电路，可分为异步计数器和同步计数器路，能够存储多位二进制数据并实现数据的发器、JK触发器、D触发器和T触发器等异步计数器结构简单但速度受限；同步计数移位操作根据数据移动方式，可分为单向RS触发器最为基础，由两个交叉耦合的与器中所有触发器同时接收时钟信号，速度更移位寄存器和双向移位寄存器移位寄存器非门或或非门构成；D触发器能存储输入数快但结构更复杂计数器广泛应用于定时、在串行/并行转换、数据暂存和延时线等应据；JK触发器具有更灵活的功能；T触发器计数、分频和地址生成等场合用中扮演重要角色则专用于计数电路。