电子技术基础(第3版)/霍亮生/21世纪高等学校规划教材

本书全面介绍了电子技术的基本理论、分析方法和实际应用。全书共分10章，第1章介绍半导体器件，第2和第3章介绍基本放大电路和集成运算放大电路，第4章介绍数字逻辑基础，第5和第6章介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路，第7和第8章介绍半导体存储器件和可编程逻辑器件，第9章介绍信号的发生与变换，第10 章介绍电力电子技术。本书适合作为高等院校电子技术课程的教材，也可作为高等职业教育和成人教育电子课程的教材。

"本书全面介绍了电子技术的基本理论、分析方法和实际应用。全书共分10章，第1章介绍半导体器件，第2和第3章介绍基本放大电路和集成运算放大电路，第4章介绍数字逻辑基础，第5和第6章介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路，第7和第8章介绍半导体存储器件和可编程逻辑器件，第9章介绍信号的发生与变换，第10 章介绍电力电子技术。 本书适合作为高等院校电子技术课程的教材，也可作为高等职业教育和成人教育电子课程的教材。

目录 第1章半导体器件 1.1半导体基础知识 1.1.1本征半导体 1.1.2杂质半导体 1.1.3PN结及其单向导电性 1.2半导体二极管 1.2.1半导体二极管的结构 1.2.2二极管的伏安特性 1.2.3二极管的主要参数 1.2.4稳压管 1.3双极型晶体管 1.3.1晶体管的结构和类型 1.3.2晶体管电流控制作用 1.3.3晶体管的共射特性曲线 1.3.4晶体管的主要参数 1.4绝缘栅型场效应晶体管 1.4.1基本结构和工作原理 1.4.2绝缘栅型场效应晶体管的特性曲线 1.4.3绝缘栅型场效应晶体管的主要参数 习题1 第2章基本放大电路 2.1共射极放大电路 2.1.1共射极放大电路的组成 2.1.2直流通道和交流通道 2.2放大电路的静态分析 2.3放大电路的动态分析 2.3.1图解法的动态分析 2.3.2微变等效电路法的动态分析 2.4静态工作点稳定的放大电路 2.4.1温度对静态工作点的影响 2.4.2分压式偏置电路 2.5基本共集电极放大电路 2.6场效应管基本放大电路 2.6.1电路的组成 2.6.2静态分析 2.6.3动态分析 2.7多级放大电路 2.7.1多级放大电路的耦合方式 2.7.2多级放大电路的动态分析 2.8差动放大电路 2.8.1电路组成 2.8.2差动放大电路的分析 2.9功率放大电路 2.9.1功率放大电路的特点 2.9.2功率放大器的工作状态 2.9.3互补对称功率放大电路 2.9.4OCL电路 习题2 第3章集成运算放大电路 3.1集成运算放大电路概述 3.1.1集成运放的电路组成及其各部分的作用 3.1.2集成运放的主要性能指标 3.1.3集成运放的电压传输特性 3.1.4理想集成运放 3.2集成运放在信号运算方面的应用 3.2.1比例运算电路 3.2.2加减运算电路 3.2.3微分、积分运算电路 3.2.4对数和指数运算电路 3.2.5乘法和除法运算电路 3.3理想集成运放的非线性应用——电压比较器 3.3.1单限电压比较器 3.3.2滞回比较器 3.3.3窗口比较器 习题3 第4章数字逻辑基础 4.1数制和码制 4.1.1数制 4.1.2码制 4.2逻辑代数中的基本运算 4.2.1逻辑与 4.2.2逻辑或 4.2.3逻辑非 4.2.4复合逻辑 4.3逻辑代数中的基本定律和常用公式 4.3.1基本定律 4.3.2基本公式 4.3.3常用公式 4.4逻辑函数及其表示方法 4.4.1逻辑函数的建立 4.4.2逻辑函数的表示方法 4.5逻辑函数的公式化简法 4.5.1逻辑函数的最简形式 4.5.2几种常用的化简方法 4.6逻辑函数的卡诺图化简法 4.6.1逻辑函数的卡诺图表示法 4.6.2用卡诺图化简逻辑函数 习题4 第5章门电路和组合逻辑电路 5.1概述 5.2半导体二极管和三极管的开关作用 5.2.1半导体二极管的开关作用 5.2.2半导体三极管的开关作用 5.3基本逻辑门电路 5.3.1分立元器件门电路 5.3.2TTL集成门电路 5.3.3CMOS门电路 5.4组合逻辑电路的分析和设计 5.4.1组合逻辑电路的特点 5.4.2组合逻辑电路的分析 5.4.3组合逻辑电路的设计 5.5常用的组合逻辑电路 5.5.1加法器 5.5.2编码器 5.5.3译码器 5.5.4数据选择器 5.6组合逻辑电路中的竞争冒险现象 5.6.1竞争冒险现象 5.6.2竞争冒险现象的判断方法 习题5 第6章触发器和时序逻辑电路 6.1概述 6.2触发器的电路结构和动作特点 6.2.1基本RS触发器 6.2.2同步RS触发器 6.2.3主从触发器 6.2.4边沿触发器 6.3触发器的逻辑功能及其描述方法 6.4时序逻辑电路的分析方法 6.5常用的时序逻辑电路 6.5.1寄存器和移位寄存器 6.5.2计数器 习题6 第7章半导体存储器件 7.1只读存储器 7.1.1ROM的分类 7.1.2ROM的结构及工作原理 7.1.3ROM的应用举例 7.2随机存取存储器 7.2.1随机存取存储器简介 7.2.2RAM的存储单元 7.3存储器容量的扩展 7.3.1半导体存储器的主要技术指标 7.3.2位扩展 7.3.3字扩展 7.3.4存储芯片的字、位扩展 习题7 第8章可编程逻辑器件 8.1可编程逻辑器件概述 8.2可编程阵列逻辑 8.2.1PAL的基本电路结构 8.2.2PAL的应用举例 8.3通用阵列逻辑 8.4可擦除的可编程逻辑器件 8.5现场可编程门阵列 8.6复杂可编程逻辑器件 8.7PLD的编程 8.8在系统可编程逻辑器件 8.9硬件描述语言 习题8 第9章信号的发生与变换 9.1正弦波振荡电路 9.1.1正弦波振荡电路的基本工作原理 9.1.2正弦波振荡电路 9.1.3LC正弦波振荡电路 9.1.4石英晶体正弦波振荡电路 9.2非正弦波发生电路 9.2.1矩形波发生电路 9.2.2三角波信号发生器 9.2.3锯齿波信号发生器 9.3函数发生器 9.4滤波电路 9.4.1滤波电路的基本概念与分类 9.4.2低通滤波电路 9.4.3高通滤波电路 9.4.4带通滤波电路 9.4.5带阻滤波电路 习题9 第10章电力电子技术 10.1电力电子器件 10.1.1晶闸管 10.1.2派生晶闸管 10.1.3电力晶体管和电力场效应管 10.1.4绝缘栅双极型晶体管和MOS控制晶闸管 10.1.5新型场控器件 10.1.6其他全控型电力电子器件 10.1.7宽禁带电力电子器件 10.2整流电路 10.2.1单相可控整流电路 10.2.2三相可控整流电路 10.2.3变压器漏感对整流电路的影响 10.2.4有源逆变电路 10.2.5晶闸管的相控触发电路与同步问题 10.2.6整流电路的谐波和功率因数 10.2.7大功率可控整流电路 10.3直流斩波电路 10.3.1斩波电路的基本工作原理与控制方式 10.3.2Buck斩波电路 10.3.3Boost斩波电路 10.3.4BuckBoost斩波电路和Cuk斩波电路 10.3.5复合斩波电路 10.3.6带隔离变压器的DC/DC变换电路 10.3.7DC/DC变换在电力系统和电源技术中的应用 10.3.8蓄电池充电电源 10.4交流调速 10.4.1交流变频调速和控制方式 10.4.2异步电动机的调速系统 10.5无源逆变电路 10.5.1逆变电路的工作原理 10.5.2换流方式分类 10.5.3单相电压型逆变电路 10.5.4三相电压型逆变电路 习题10 参考文献

    第3章集成运算放大电路
     3.1集成运算放大电路概述
     集成运算放大电路是一种高电压放大倍数、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，因其最初多用于模拟信号的运算，所以被称为集成运算放大电路，简称集成运放。随着集成电路技术的不断发展，集成运放的性能不断改善，种类也越来越多，现在集成运放的应用已远远超出了信号运算的范围，在电子技术的许多领域都有广泛的应用。
     集成运放的电路结构特点如下:
     （1） 硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。
     （2） 集成电路内部相邻元件具有良好的对称性，受环境温度和其他干扰等影响时的变化趋势相同，所以集成运放中大量采用各种差动放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负载）。
     （3） 硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代高阻值电阻。
     （4） 集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合管结构来改善性能。
     3.1.1集成运放的电路组成及其各部分的作用
     集成运放是一种高电压放大倍数的多级直接耦合放大电路，由4部分组成： 输入级、中间级、输出级和偏置电路，原理框图如图3？1所示。它有两个输入端，一个输出端，图中所标uP、uN、uo均以“地”为公共端。
     图3？1集成运放原理框图
     1. 输入级
     输入级往往是一个高性能的双端输入差动放大电路。一般要求其输入电阻高，差模电压放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。输入级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，如输入电阻、共模抑制比等。
     2. 中间级
     中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管作放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。
     3. 输出级
     输出级应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等特点。集成运放的输出级多采用互补对称功率放大电路。
     4. 偏置电路
     偏置电路用于设置集成运放内部各级电路的静态工作点。与分立元件不同，集成运放通常采用电流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。
     3.1.2集成运放的主要性能指标
     在考察集成运放的性能时，常用下列参数来描述。 1. 开环差模电压放大倍数Aod
     开环差模电压放大倍数Aod指的是运放在没有外接反馈时的差模电压放大倍数。即Aod=ΔuO/Δ（uP-uN），常用分贝数（dB）表示，其分贝数为20lg|Aod|，通用型集成运放的Aod通常在105左右，即100dB左右。一般F007的Aod>94dB。理想条件下，可以认为Aod≈∞。
     2. 共模抑制比KCMR
     共模抑制比KCMR等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即KCMR=|Aod/Aoc|，也常用dB表示，其数值为20lgKCMR。KCMR值越大，集成运放抑制共模信号的能力越强。F007的KCMR>80dB。理想条件下，可以认为KCMR≈∞。
     3. 差模输入电阻rid
     集成运放的差模输入电阻rid是指集成运放在输入差模信号时的输入电阻。rid值越大，运放向信号源获取的电流越小。F007的rid>2MΩ。理想条件下，可以认为rid≈∞。
     4. 输入失调电压UIO
     理想的集成运放在输入电压为0时，输出电压也应为0。但由于输入级电路参数不可能绝对对称等原因，实际的集成运放输入为0时输出并不为0。输入失调电压UIO的数值等于为使输出为0在输入端所要加的补偿电压，其数值是uI=0时，输出电压折合到输入端电压的负值，即UIO=-uO|uI=0Aod。UIO反映了输出失调的程度，因而UIO的值越小越好。F007的UIO<2mV。理想条件下，可以认为UIO≈0。
     5. 输入失调电流IIO
     输入失调电流IIO的值等于运放的输入级差动放大电路两个静态输入电流的差值，它反映了运放两个静态输入电流的不对称程度。IIO的存在会产生输出失调，因而IIO的值越小越好。理想条件下，可以认为IIO≈0。
     6. 优选共模输入电压UIc max
     集成运放对共模信号有抑制作用，但当共模输入电压超过一定极限数值时，运放将不能正常工作甚至损坏，共模输入电压的这一极限数值就是集成运放的优选共模输入电压UIc max。
     除上述主要参数外，集成运放的参数还有输入偏置电流IIB、优选差模输入电压UId max等。有关参数测试条件和性能指标可参考有关的电子产品手册。
     3.1.3集成运放的电压传输特性
     集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反相输入端uN，这里的“同相”和“反相”是指运放的输入电压与输出电压之间的相位关系，集成运放的符号如图3？2（a）所示。从外部看，可以认为集成运放是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温漂的差动放大电路。
     图3？2集成运放的符号和电压传输特性
     集成运放的输出电压uO与输入电压（即同相输入端与反相输入端之间的差值电压）之间的关系曲线称为电压传输特性，即
     uO=f（uP-uN）
     对于正、负两路电源供电的集成运放，其电压传输特性如图3？2（b）所示。从图示曲线可以看出，集成运放有线性放大区域（称为线性区）和饱和区域（称为非线性区）两部分。在线性区，曲线的斜率为电压放大倍数； 在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，即+UOM或-UOM。
     由于集成运放放大的对象是差模信号，而且没有通过外电路引入反馈，因而集成运放工作在线性区时uO=Aod（uP-uN）。通常Aod在105左右，因此集成运放的线性区非常狭窄。
     3.1.4理想集成运放
     为便于分析，通常将集成运放看成理想集成运放。所谓的理想集成运放就是将实际的集成运放性能指标理想化，以便于电路的分析计算。由于实际集成运放的性能指标与理想运放比较接近，所以用理想运放代替实际运放所引起的误差并不大，在工程计算中是允许的，而且可以使运放应用电路的分析简化。具体地说,这些理想化的性能指标为：
     开环差模电压放大倍数Aod≈∞；
     差模输入电阻rid≈∞；
     输出电阻ro≈0；
     共模抑制比KCMR≈∞等。
     1. 理想集成运放在线性区的特点
     设集成运放同相输入端和反相输入端的电位分别为uP和uN，电流分别为iP和iN。当集成运放工作在线性区时，输出电压应与输入差模电压呈线性关系，即应满足
     uO=Aod（uP-uN）
     由于uO为有限值，对于理想集成运放Aod≈∞，因而净输入电压uP-uN=0，即uP=uN。
     这个结论称两个输入端“虚短路”。所谓“虚短路”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路的特点。
     因为净输入电压为0，又因为理想集成运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为0，即iP=iN=0。
     换句话说，即从集成运放输入端看进去相当于断路，称两个输入端“虚断路”。所谓“虚断路”是指集成运放两个输入端的电流趋于0，但又不是真正断路的特点。
     应当特别指出，“虚短”和“虚断”是非常重要的概念。对于集成运放工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的两个基本出发点。
     2. 集成运放工作在线性区的电路特征
     对于理想集成运放，由于Aod≈∞，因而若两个输入端之间加无穷小电压，则输出电压就将超出其线性范围，不是正向优选电压+UOM，就是负向优选电压-UOM。因此，只有电路引入负反馈，才能保证集成运放工作在线性区，
     图3？3集成运放引入负反馈
     集成运放工作在线性区的特征是电路引入了负反馈。
     对于单个的集成运放，通过无源的反馈网络将集成运放的输出端与反相输入端连接起来，就表明电路引入了负反馈，如图3？3所示。因此，可以通过电路是否引入了负反馈来判断电路是否工作在线性区。
     3. 理想集成运放的非线性工作区
     在电路中，若集成运放处于开环状态（即没有引入反馈），或是只引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。
     对于理想集成运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端与反相输入端之间有无穷小的差值电压，输出电压就将达到正的优选值或负的优选值，即输出电压uO与输入电压（uP-uN）不再是线性关系，称集成运放工作在非线性工作区，其电压传输特性如图3？4所示。