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包郵 電子技術

作者:肖軍
出版社:科學出版社出版時間:2022-09-01
開本: 16開 頁數: 216
本類榜單:工業技術銷量榜
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電子技術 版權信息

電子技術 內容簡介

本書根據電工學課程教學基本要求編寫而成,主要內容包括半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器及其應用、門電路和組合邏輯電路、觸發器和時序邏輯電路、CPLD/FPGA基礎、整流電路和直流穩壓電源、晶閘管及其應用。 本書可作為高等院校工科非電類專業本科電工學課程電子技術部分的教材或教學參考書,也可供工程技術人員參考,還可供對電子技術有興趣的讀者自學使用。

電子技術 目錄

目錄
前言
第1章 半導體器件 1
1.1 半導體的基本知識及PN結的單向導電性 1
1.1.1 半導體的基本知識 1
1.1.2 PN結及其單向導電性 3
1.2 半導體二極管 4
1.2.1 二極管的符號和種類 4
1.2.2 二極管的伏安特性 5
1.2.3 二極管的主要參數 6
1.3 穩壓二極管 8
1.3.1 穩壓管的伏安特性 8
1.3.2 穩壓管的主要參數 9
1.4 發光二極管與光電二極管 10
1.5 雙極型晶體管 11
1.5.1 晶體管的基本結構 11
1.5.2 晶體管的電流放大作用 12
1.5.3 晶體管的特性曲線 14
1.5.4 晶體管的主要參數 17
1.6 絕緣柵場效應晶體管簡介 18
習題 20
第2章 基本放大電路 23
2.1 放大電路的概念和主要性能指標 23
2.1.1 放大電路的概念 23
2.1.2 放大電路的主要性能指標 24
2.2 固定偏置共發射極放大電路 26
2.2.1 固定偏置共發射極放大電路的組成 26
2.2.2 固定偏置共發射極放大電路的工作原理 27
2.2.3 直流通路與靜態分析 29
2.2.4 交流通路與動態分析 30
2.3 分壓式偏置共發射極放大電路 37
2.3.1 靜態工作點的計算 38
2.3.2 靜態工作點的穩定原理 38
2.3.3 動態參數的分析計算 39
2.4 共集電極放大電路——射極輸出器 42
2.4.1 靜態工作點的計算 42
2.4.2 動態參數的分析計算 43
2.5 單級放大電路的頻率特性 47
2.6 放大電路中的反饋 49
2.6.1 反饋的基本概念 49
2.6.2 反饋性質的分析 50
2.7 多級放大電路 53
2.7.1 多級放大電路的組成及耦合方式 53
2.7.2 多級放大電路動態參數的分析 54
2.7.3 阻容耦合兩級放大電路的計算 55
2.8 差動放大電路 57
2.8.1 差動放大電路對零點漂移的抑制 57
2.8.2 差動放大電路的工作原理 58
2.9 功率放大電路 59
2.9.1 功率放大電路概述 59
2.9.2 互補對稱式功率放大電路 60
2.9.3 功率放大電路的輸出功率和效率 61
2.10 場效應管放大電路 62
2.10.1 場效應管放大電路的靜態偏置方式 62
2.10.2 動態分析 63
習題 64
第3章 集成運算放大器及其應用 70
3.1 集成運算放大器 70
3.1.1 集成電路簡介 70
3.1.2 集成運算放大器的電路組成 71
3.1.3 集成運算放大器的主要技術指標 73
3.2 理想運算放大器 74
3.2.1 理想運算放大器的技術指標 74
3.2.2 理想運算放大器工作在線性區時的特點 74
3.2.3 理想運算放大器工作在非線性區時的特點 75
3.3 集成運算放大電路中的反饋 75
3.4 基本運算電路 77
3.4.1 比例運算電路 77
3.4.2 加減運算電路 81
3.4.3 積分和微分運算電路 84
3.5 信號處理電路 88
3.5.1 有源濾波器 88
3.5.2 電壓比較器 90
3.6 非正弦波信號發生器 94
3.6.1 方波發生器 94
3.6.2 三角波發生器 94
3.6.3 鋸齒波發生器 95
3.7 正弦波振蕩電路 96
3.7.1 正弦波振蕩電路的基本原理 97
3.7.2 RC正弦波振蕩電路 97
3.7.3 LC正弦波振蕩電路 99
3.8 集成運算放大器應用中的注意事項 101
習題 102
第4章 門電路和組合邏輯電路 107
4.1 概述 107
4.2 基本門電路 108
4.2.1 與邏輯(AND) 108
4.2.2 或邏輯(OR) 110
4.2.3 非邏輯(NOT) 111
4.2.4 復合運算 112
4.3 數字集成邏輯電路 113
4.3.1 TTL與非門電路 114
4.3.2 三態輸出與非門 117
4.3.3 集電極開路的與非門 118
4.3.4 CMOS邏輯門電路 119
4.3.5 TTL與CMOS電路的連接 120
4.4 邏輯函數及其化簡 121
4.4.1 邏輯代數運算規則 121
4.4.2 邏輯函數的表示方法 123
4.4.3 邏輯函數的化簡 124
4.5 組合邏輯電路 128
4.5.1 組合邏輯電路的分析 129
4.5.2 組合邏輯電路的設計 129
4.6 組合邏輯電路應用 131
4.6.1 加法器 131
4.6.2 編碼器 134
4.6.3 譯碼器和顯示器 135
習題 138
第5章 觸發器和時序邏輯電路 142
5.1 雙穩態觸發器 142
5.1.1 基本RS觸發器 142
5.1.2 同步RS觸發器 143
5.1.3 主從型JK觸發器 144
5.1.4 維持阻塞型D觸發器 145
5.1.5 觸發器邏輯功能的轉換 146
5.2 寄存器 147
5.2.1 數碼寄存器 148
5.2.2 移位寄存器 148
5.3 計數器 149
5.3.1 二進制計數器 149
5.3.2 十進制計數器 152
5.3.3 任意進制計數器 155
5.3.4 環形計數器 157
5.4 時序邏輯電路分析 158
5.5 由555定時器組成的單穩態觸發器和多諧振蕩器 160
5.5.1 由555定時器組成的單穩態觸發器 161
5.5.2 由555集成定時器組成的多諧振蕩器 162
5.6 模擬量和數字量的轉換 163
5.6.1 數/模(D/A)轉換器 164
5.6.2 模/數(A/D)轉換器 166
習題 169
第6章 CPLD/FPGA基礎 174
6.1 可編程邏輯器件簡介 174
6.1.1 CPLD和FPGA的特點 174
6.1.2 CPLD和FPGA的區別 174
6.2 CPLD原理及結構 175
6.3 FPGA原理及結構 179
習題 184
第7章 整流電路和直流穩壓電源 185
7.1 整流電路 185
7.1.1 單相半波整流電路 185
7.1.2 單相全波整流電路 187
7.1.3 單相橋式整流電路 188
7.1.4 倍壓整流電路 190
7.2 濾波電路 191
7.2.1 電容濾波電路 192
7.2.2 電感濾波電路 194
7.2.3 π形濾波電路 194
7.3 穩壓管穩壓電路 194
7.4 串聯式穩壓電路 196
7.5 集成穩壓電源 197
習題 198
第8章 晶閘管及其應用 200
8.1 晶閘管 200
8.1.1 晶閘管的導電特性 200
8.1.2 晶閘管的工作原理 201
8.1.3 晶閘管的伏安特性與主要參數 203
8.2 晶閘管整流電路 204
8.2.1 單相半波可控整流電路 204
8.2.2 單相半控橋式整流電路 207
8.3 逆變電路 209
8.3.1 無源逆變 209
8.3.2 有源逆變 210
8.3.3 交流變換電路 210
8.4 觸發電路 211
8.4.1 TCA785觸發器工作原理 211
8.4.2 TCA785組成的觸發電路 213
8.5 晶閘管的保護 214
8.5.1 晶閘管的過電流保護 215
8.5.2 晶閘管的過電壓保護 215
習題 216
參考文獻 217
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電子技術 節選

第1章 半導體器件 半導體器件是構成各種電子電路的核心元件,它由半導體材料制成。PN結是構成各種半導體器件的基礎單元。本章將首先簡要介紹半導體的基本知識及PN結的單向導電特性,然后重點介紹常用的半導體分立器件——二極管、穩壓管和晶體管,為學習后續各種電子電路打下良好的基礎。 1.1 半導體的基本知識及PN結的單向導電性 1.1.1 半導體的基本知識 半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間,常用的半導體材料有硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵、一些硫化物或金屬氧化物等。*常用的半導體是硅和鍺,它們都是四價元素,原子*外層有四個電子,稱為價電子。半導體器件所用的半導體要將硅和鍺提純成單晶體結構,因此,半導體有時也叫晶體。晶體的原子排列很整齊,每個原子與周圍相鄰的四個原子組成共價鍵結構,如圖1.1所示。共價鍵結構中的電子受到兩個原子核的吸引而被束縛。當受到外界熱激發(如光照或受熱)時,會使少量價電子獲得足夠能量而掙脫共價鍵的束縛成為自由電子,同時在原來的位置上留下一個空位,稱為空穴,如圖1.2所示。每有一個價電子變為自由電子,必然同時出現一個空穴,即自由電子和空穴總是成對出現的,稱電子-空穴對。由于空穴是共價鍵失去電子后出現的,因此,空穴帶正電。共價鍵中出現空穴后,可以吸引附近的價電子過來填補這個空穴。這時失去了價電子的鄰近共價鍵中又出現空穴,它也可以再由其相鄰價電子過來填充。如此不斷遞補空穴,就相當于空穴在移動,即正電荷在移動。因此,在外電場作用下,半導體中的電流是自由電子和空穴兩種載流子定向移動形成的,即電子與空穴同時參與導電,這就是半導體與金屬導體在導電機理上的本質區別。 圖1.1 單晶硅的原子結構示意圖 圖1.2 熱激發產生的電子-空穴對 半導體的導電能力在不同的條件下有很大的差別。溫度對半導體的導電性能影響很大。在常溫下載流子數量很少,所以導電能力很微弱。當受到光照或外部加熱使其溫度升高時,電子-空穴對數量增多,半導體的導電能力會增強,利用這種光敏特性或熱敏特性可以做成各種光敏元件或熱敏元件。而在純凈半導體中摻入少量的某種雜質后,稱為雜質半導體,它的導電能力將大大增強。 如果在硅(或鍺)晶體內摻入少量五價元素磷,磷有五個價電子,與相鄰硅原子組成共價鍵后,會多余一個電子,該電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子,如圖1.3所示。于是自由電子數目大量增加,自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式,因此稱為電子型半導體或N型半導體。在N型半導體中,由于自由電子數量遠大于空穴數量,因此,自由電子是多數載流子,空穴是少數載流子。在N型半導體中,由于磷原子是施放電子的,故稱磷為施主原子,其結構如圖1.4所示。 圖1.3 N型半導體的晶體結構 圖1.4 N型半導體中的施主原子 如果硅(或鍺)晶體內摻入少量三價元素硼,硼有三個價電子,與相鄰硅原子組成共價鍵結構時,因缺少一個價電子而出現空穴,如圖1.5所示。于是空穴數量大大增加,空穴導電成為這種半導體的主要導電方式,因此稱為空穴型半導體或P型半導體。在P型半導體中,空穴是多數載流子,自由電子是少數載流子。在P型半導體中,由于硼原子是接受電子的,故稱硼為受主原子,其結構如圖1.6所示。 圖1.5 P型半導體的晶體結構 圖1.6 P型半導體中的受主原子 應當指出,無論是N型半導體還是P型半導體,雖然它們都有一種載流子占多數,但整個晶體仍然是電中性的。 1.1.2 PN結及其單向導電性 通過采用一定的摻雜工藝,在一塊半導體基片兩邊分別制成P型半導體和N型半導體。N型半導體多數載流子為自由電子,少數載流子為空穴,而P型半導體多數載流子為空穴,少數載流子為自由電子。由于多數載流子濃度的差異會產生擴散運動?昭ㄒ獜臐舛雀叩腜區向N區擴散,而電子從濃度高的N區向P區擴散,如圖1.7(a)所示。擴散的結果使P區和N區的交界面分別留下了不能移動的受主負離子和施主正離子,如圖1.7(b)所示。所以在交界面的兩側形成了一個很薄的空間電荷區,這個空間電荷區就是PN結。正、負離子在空間電荷區形成一個內電場,其方向是從帶正電的N區指向帶負電的P區。內電場會阻礙多數載流子的進一步擴散,但對少數載流子越過空間電荷區進入對方區域起著推動作用。這種少數載流子的運動稱為漂移,漂移運動與擴散運動相反。在一定條件下,擴散和漂移達到動態平衡,便形成穩定的PN結。 圖1.7 PN結的形成 PN結兩邊帶有正、負電荷,這與極板帶電時的電容器類似,稱為PN結的結電容。結電容數值較小,只有幾個皮法,工作頻率不高時,容抗很大,可視為開路。 當PN結加正向電壓(稱正向偏置)時,即P區接高電位、N區接低電位,如圖1.8(a)所示。外電場與內電場方向相反,從而削弱了內電場,于是空間電荷區變薄,多數載流子的擴散加強,形成較大的正向擴散電流IF。此時的電阻稱為正向電阻,它的數值比較小,PN結處于導通狀態。 當PN結加反向電壓(稱反向偏置)時,即N區接高電位、P區接低電位,如圖1.8(b)所示。外電場與內電場方向相同,從而增強了內電場,于是空間電荷區變厚,少數載流子的漂移運動加強,形成反向漂移電流。由于少數載流子數量很少,所以反向電流IR很小,PN結呈現很高的反向電阻,PN結處于截止狀態。溫度一定時,少數載流子數量基本不變,因而在一定的反向電壓范圍內,反向電流基本不變,又稱為反向飽和電流。 綜上所述,當PN結外加正向電壓時,正向電流較大,PN結導通,呈現低電阻;當PN結外加反向電壓時,反向電流很小,PN結截止,呈現高電阻。因此,PN結具有單方向導電特性,簡稱單向導電性。PN結是構成二極管、穩壓管、晶體管等各種半導體器件的基礎單元。 圖1.8 PN結外加電壓時的導電情況 1.2 半導體二極管 1.2.1 二極管的符號和種類 在PN結兩側加上電極引線并用管殼封裝,就構成了半導體二極管。由P區一側引出的電極稱為陽極(正極),由N區一側引出的電極稱為陰極(負極),有兩個電極,所以簡稱二極管(diode)。二極管的圖形符號如圖1.9所示,符號中的三角箭頭可理解為二極管導通時正向電流的流向,即由陽極指向陰極。 二極管種類有很多。按所用半導體的材料分類,二極管主要有硅管和鍺管。按內部結構不同,二極管分為點接觸型、面接觸型和平面型三種,它們的結構示意圖如圖1.10(a)、圖1.10(b)、圖1.10(c)所示。點接觸型二極管的特點是PN結的結面積小,因而結電容小,適于高頻工作(可達幾百兆赫),但只允許通過較小的正向電流(幾十毫安以下),也不能承受較高的反向電壓,主要用于高頻檢波、數字電路或小功率整流電路。面接觸型二極管的特點是PN結的結面積大,因而結電容大,適于低頻工作,可通過較大的正向電流(幾安、幾十安甚至幾百安),主要用于低頻整流電路。平面型二極管的特點是結面積較大時,能通過較大的電流,適用于大功率整流電路;結面積較小時,結電容較小,工作頻率較高,適用于開關電路。 按封裝材質分類,二極管可分為塑料封裝、金屬封裝和玻璃封裝等,大功率二極管多采用金屬封裝。二極管有直插式和貼片式兩種封裝形式。按照用途的不同,二極管又分為整流管、穩壓管、發光管、檢波管、光電管、開關管等。圖1.11是幾種常見的二極管實物圖。 圖1.10 幾種常見結構的二極管 圖1.11 常見二極管的實物圖 1.2.2 二極管的伏安特性 二極管兩端所加電壓與流過二極管電流之間的關系稱為二極管的伏安特性,二極管的核心就是一個PN結,所以二極管也具有單向導電特性。圖1.12給出了2CP33B型硅二極管的伏安特性曲線,分為正向特性和反向特性兩部分。 圖1.1 22CP33B型硅二極管伏安特性曲線 1.正向特性(陽極接高電位+、陰極接低電位-) 當外加正向電壓低于某一電壓值時,二極管正向電流幾乎為零,呈現較大的電阻。這是由于所加外電場還不足以克服PN結內電場對多數載流子擴散所造成的阻力,這個區域稱為死區,相應的電壓值稱為死區電壓,其大小和二極管的材料及環境溫度有關。通常,硅管的死區電壓約為0.5V,鍺管約為0.1V。當溫度升高時,二極管的死區電壓將減小。 當外加正向電壓大于死區電壓時,內電場被大大削弱,正向電流迅速增加,二極管處于正向導通狀態。導通時二極管正向壓降:硅管為0.6~0.7V,鍺管為0.2~0.3V。 2.反向特性(陽極接低電位-、陰極接高電位+) 當二極管外加反向電壓低于某一電壓值UB時,少數載流子的漂移運動形成很小的反向飽和電流,其值近似為零。當所加反向電壓增大到電壓值UB時,反向電流突然急劇增大,這種現象稱為反向擊穿。此時對應的電壓值UB稱為反向擊穿電壓。普通二極管被擊穿后,一般不能恢復原有性能,將失去單向導電性,造成永久性損壞。 在實際應用中,如果二極管的正向壓降忽略不計,則稱之為理想二極管。當外加正向電壓時,二極管導通,正向電阻為零,二極管相當于短路;當外加反向電壓時,二極管截止,反向電阻為無窮大,二極管相當于開路。因此,理想二極管具有開關特性。 1.2.3 二極管的主要參數 二極管的參數反映二極管的工作性能,是設計電路時正確選擇和合理使用二極管的依據,其主要參數如下。 1.*大整流電流 是指二極管在長期使用時,允許流過二極管的*大正向平均電流。當電流超過該值時,會導致PN結過熱而使二極管損壞。 2.*大反向工作電壓 是保證二極管不被擊穿所允許施加的*大反向電壓,一般規定為反向擊穿電壓UB的一半或三分之二。 3.*大反向電流 是指二極管加上*大反向工作電壓時對應的反向電流。管子的反向電流越小,說明其單向導電性越好。小功率硅管的反向電流較小,一般在1微安到幾十微安。鍺管的反向電流可達數百微安。對溫度比較敏感,溫度升高會使反向電流顯著增加,使用時應該注意。 二極管是電子電路中*常用的半導體器件,應用很廣泛,主要利用其單向導電特性,

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