电路的一些基本理论

一、模电

1、半导体

  半导体通常分为两种:本证半导体(纯净晶体结构)和杂志半导体(掺入特定的杂质,改变导电性)。

其中杂质半导体又分为:

  •   N型半导体(掺入5价元素):形成共价键后,多余一个自由电子,自由电子浓度较大;
  •   P型半导体(掺入3价元素):形成共价键后,多余一个空穴,空穴浓度较大;

2、PN结

  N区和P区的电子与空穴互流,直到自建电场和扩散运动相等。

  加正向电压(正接P区)导通;

  加反向电压(正接N区)截止,(电压大于定值,则击穿)。

3、半导体二极管

  下面是半导体二极管的特性曲线,利用特性曲线的特点,进行应用。比如稳压二极管,利用反向击穿区,

电流变化很大,但是电压变化不大。还有一些限幅电路等等。

  

4、半导体三极管及其放大电路

  半导体三极管分为NPN型和PNP型两种,其特性曲线拥有截止区、饱和区、放大区。其放大原理是:通过控制

基极电流来控制集电极电流,达到放大的效果。

  分析三极管放大电路时,静态分析,采用直流通路(电容视为开路,电感视为短路);动态分析时,采用交

流通路(电容视为短路,电感视为开路,直流电源视为短路)。具体分析步骤如下,先分析静态特性,再分析直

流负载线,最后分析动态特性,计算得到放大倍数。

5、场效应管

  场效应管分为结型(JFET)和绝缘栅型(MOS),又各自分为N型和P型。

6、负反馈

  负反馈对放大电路有以下影响:

  • 影响放大倍数
  • 影响输入输出电阻
  • 影响非线性失真
  • 影响频带

7、差动电路

  差动电路(差分电路)能够在不影响放大倍数的情况下抑制共模信号,共模抑制比是衡量差分放大电路好坏的标志。

8、分贝(dB)

  分贝一般用来表示增益:

  • 功率:     dB=10*log(A/B)
  • 电压/电流:dB=20*log(A/B)

二、数电

1、编码

  编码分为以下3种:

  • 原码
  • 反码:与原码比较,正则一样,负则按位取反;
  • 补码:与原码比较,正则一样,负则按位取反,并加1;

2、BCD码

  BCD码常用的分为以下几种:

  (1) 8421 BCD码

  8421 BCD码是最基本和最常用的BCD码,它和四位自然二进制码相似,各位的权值为8、4、2、1,故称为有权BCD码。

和四位自然二进制码不同的是,它只选用了四位二进制码中前10组代码,即用0000~1001分别代表它所对应的十进制数,

余下的六组代码不用。

  (2)5421 BCD码和2421 BCD码

  5421 BCD码和2421 BCD码为有权BCD码,它们从高位到低位的权值分别为5、4、2、1和2、4、2、1。这两种有权BCD码

中,有的十进制数码存在两种加权方法,例如,5421 BCD码中的数码5,既可以用1000表示,也可以用0101表示;2421 BCD

码中的数码6,既可以用1100表示, 也可以用0110表示。这说明5421 BCD码和2421 BCD码的编码方案都不是惟一的,表1-2

只列出了一种编码方案。

  上表中2421 BCD码的10个数码中,0和9、1和8、2和7、3和6、4和5的代码对应位恰好一个是0时,另一个就是1。就称0

和9、1和8互为反码。

  (3)余3 码

  余3码是8421 BCD码的每个码组加3(0011)形成的。常用于BCD码的运算电路中。

  (4)Gray码(格雷码)

  Gray码也称循环码,其最基本的特性是任何相邻的两组代码中,仅有一位数码不同,因而又叫单位距离码。

  Gray码的编码方案有多种,典型的Gray码如下表所示。从表中看出,这种代码除了具有单位距离码的特点外,还有一个

特点就是具有反射特性,即按表中所示的对称轴为界,除最高位互补反射外,其余低位数沿对称轴镜像对称。利用这一反射

特性可以方便地构成位数不同的Gray码。

3、逻辑运算以及集成逻辑门

  逻辑运算分为与、或、非、或非、与非、与或非、异或、同或等。

  集成逻辑门一般分为以下两种:

  双极型集成电路(功耗大):

  • DTL集成逻辑
  • TTL集成逻辑

  单极型集成电路(功耗低、抗干扰能力强):

  • 一般MOS逻辑
  • 互补MOS逻辑

4、布尔代数

  根据以下基本定律即可:

  除这些基本定律之外,还有一些基本法则:

  • 代入法则
  • 对偶法则:逻辑公式中的“+”和“*”互换,“1”和“0”互换,保持逻辑优先级;
  • 反演法则:在对偶法则的基础上,原变量和反变量互换。

5、运算电路

  比例运算电路:反相比例电路、同相比例电路、差动比例电路、轨到轨电路;

  和、差电路;

  微分电路、积分电路、对数运算电路、指数运算电路、运放组成的衰减器。

6、常用电路

  滤波电路:

  • 无源滤波电路:利用电阻、电容等无源器件构成(缺陷:电路增益小,驱动负载能力差等);
  • 有源滤波电路:低通、高通、带通、带阻;

  整流电路:交流变直流(零式电路、桥式电路);

  电压比较电路

  功率放大电路:低频、高频、互补对称;

  非正弦波产生电路:矩形波、三角波;

  衰减电路:∏型、T型。

7、组合逻辑电路

  逻辑函数化简:

  • 原则:逻辑门少、输入少、级数少、工作可靠;
  • 方法:代数化简(采用布尔代数)、卡布诺图;

  组合逻辑电路的设计分析分为两部分:

  (1)电路分析

  • 根据给定的逻辑电路图,写出输出端的逻辑表达式;
  • 列出真值表
  • 通过真值表概括出逻辑功能,观察是否理想

  (2)组合电路设计

  • 逻辑命题换为真值表(分清输入输出);
  • 根据真值表写出逻辑函数(将Y=1的组合加起来),并化简;
  • 画出电路图;

  常用的组合逻辑电路:

  • 半加器:不考虑低位向本位的进位;
  • 全加器:考虑低位向本位的进位;
  • 编码器/译码器:指定二进制码代表特定的信号叫编码,反之为译码;
  • 数据选择器:拥有数据位和地址位;
  • 多路分配器:比上者多了一个分配给不同通道的功能;

8、时序电路

  时序电路分为同步时序(统一时钟)和异步时序电路。

  时序电路中经常用到的就是触发器,触发器一般有以下几种:

  • R-S触发器:Qn+1=S+R'Qn,其约束条件为RS=0;
  • D触发器:Qn+1=D;
  • T触发器:Qn+1=TQn'+T'Qn
  • JK触发器:Qn+1=JQn'+K'Qn

  常用的时序逻辑部件有计数器、寄存器、移位寄存器、序列信号发生器、555定时电路、单稳态电路、多

谐振荡器和施密特电路等。

9、数模转换电路

   AD转换电路按原理一般分为逐次比较式(转换速率较快)、双重积分型(精度较高,稳定性好)和并行式等。

  AD的主要技术指标:

  • 分辨率
  • 量化误差
  • 偏移误差
  • 满刻度误差
  • 线性度
  • 绝对精度
  • 转换速率

  DA转换器品种繁多,其主要技术指标如下:

  • 分辨率
  • 线性度
  • 绝对精度
  • 相对精度
  • 建立时间

10、大规模集成电路

  大规模集成电路很多,比如ROM、PLA等,在此不一一列举。

三、电路理论

  电路理论内容较多,故精简之。

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