大学电子电路教程8
全国大学生电子设计竞赛培训系列教程
全国大学生电子设计竞赛培训系列教程《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——基本技能训练与单元电路设计》内容简介本书是全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之一——《基本技能训练与单元电路设计》分册。
全书共7章，主要介绍了“全国大学生电子设计竞赛”的基本情况、设计竞赛命题原则及要求、历届考题的类型、考题所涉及的知识面和知识点、竞赛培训流程，以及赛前、竞赛期间的注意事项等内容；并较详细地讲解了电子竞赛制作的基础训练、单片机最小系统和可编程逻辑器件系统设计制作；最后介绍了单元电路的工作原理、设计与制作。
本书内容丰富实用，叙述简洁清晰，工程性强，可作为高等学校电子信息科学与工程类专业、电气工程及自动控制类专业的大学生参加“全国大学生电子设计制作竞赛”的培训教材，也可作为各类电子制作、详程设计、毕业设计的教学参考书，以及电子工程技术工程师的参考书。
前言全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、信息产业部人事司共同主办的面向大学生、大专生的群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校的信息电子类学科面向21世纪的课程体系和课程内容改革，引导高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，鼓励广大学生踊跃参加课外活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校形成良好的学习风气，同时也为优秀人才脱颖而出创造条件。
全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办了七届。
深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、队和学生逐年递增。
全国大学生电子设计竞赛组委会为了组织好这项竞赛事，编写了电子设计竞赛获奖作品选编，深受参赛队员的喜爱。
有许多参赛队员和辅导教师反映，若能编写一部从基本技能训练、单元电路设计直至综合设计系列教程，那将是锦上添花。
2006年北京理工大学罗伟雄教授在湖南指导工作时也曾提出这个设想。
当时就得到了国防科技大学的领导和教员响应。
立即组建了“全国大学生电子设计竞赛培训系列教程编写委员会”。
大学电工电子技术电路的分析方法
I + _E U R0
U=E-IR0 I U
U 伏安特性
E
I E/R0
10
2.3.2 电流源
1. 理想电流源 :
定义：通过的电流与两端的电压大小无关的 理想元件。
特点 （1）元件中的电流是固定的，不会因为 外电路的不同而不同。
（2）电源两端的电压由外电路决定。
电路模型：
Ia
Is
Uab
b
11
恒流源：若理想电流源的电流恒等于常数
I3
I1
I2
R1
R2
R3 U ab
若结点电压Uab已知， 则各支路电流：
b
I1= (Uab–E1)/R1
列KCL方程： 代入
I2= (Uab–E2)/R2 I3= Uab/R3
I1+I2+I3 =0
Uab E1 Uab E2 Uab 0
R1
R2
R3
结点电压：
Uab
E1 1
R1 E2 1
R2 1
4
2.3 电源的两种模型及其等效变换 2.3.1电压源 1.理想电压源 : 定义：电压总是保持某个给定的时间函数，
与通过它的电流无关。 特点：(1）输出电 压是固定的，不会因为外电路的
不同而不同。
（2）电源中的电流由外电路决定。
5
电路模型:
Ia
Ia
+
E_
Uab
或者
E
+ _
Uab
b
b
恒压源：如果理想电压源的电压u(t)恒等于常 数U（u(t)=U），则称为恒压源。
是否能少列 一个方程?
例8
支路电流未知数少一个：
大学电子电路教程9.pptx
R4
R4
R2 ( R4 R4 1) R1 R2 R3
该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电 阻。但R3的存在，削弱了负反馈。
二、同相比例运算电路
虚短路
R2
R1 ui
_
uo
+
+
RP
结构特点：负反馈引到反 相输入端，信号从同相端 输入。
u-= u+= ui 虚开路
虚开路
uo ui ui
2. 电路的输入电阻
uo
ri=R1
RP =R1 // R2
为保证一定的输入
电阻，当放大倍数 大时，需增大R2， 而大电阻的精度差，
因此，在放大倍数
较大时，该电路结 构不再适用。
i2
R2
i1 ui
R1
RP
_
+ +
电位为0，虚地
3. 反馈方式
电压并联负反馈 输出电阻很小！
输入电阻小、共模电压 为 0 以及“虚地”是反 相输入的特点。
反相比例电路的特点：
1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比 要求低。
2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 为是0，因此带负载能力强。
3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此 对输入电流有一定的要求。
4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
例：求Au =?
虚短路
虚开路
i2 R2 M R4 i4
•放大倍数与负载无关，
可以分开分析。
运放线 性应用
信号的放大、运算 有源滤波电路
9.2 信号的运算电路
9.2.1 比例运算电路
作用：将信号按比例放大。
类型：同相比例放大和反相比例放大。
电路分析课件j8
uC (t )
t
U0e τ
为例，说明电压的变化与
时间常数的关系。
当t=0时，uC(0)=U0，当t=时，uC()=0.368U0。表8－1 列出t等于0，，2，3，4，5 时的电容电压值，由于波 形衰减很快，实际上只要经过4～5的时间就可以认为放电
过程基本结束。
t
0
2
3
4
5
uc(t)
U0
0.368U0 0.135U0 0.050U0 0.018U0 0.007U0
其电压电流的变化规律，可以通过以下计算求得。
uC(0-)=0
图8-9
其电压电流的变化规律，可以通过以下计算求得。
uC(0-)=0
图8-9 (a) t<0 的电路 (b) t>0 的电路
uC(0+)=0
以电容电压为变量，列出图(b)所示电路的微分方程
uR uC US
RiC uC US
RC
duC dt
图8-11
图8-11
解：在开关断开瞬间，电容电压不能跃变，由此得到
uC(0 ) uC(0 ) 0
先将连接于电容两端的含源电阻单口网络等效于戴维
宁等效电路，得到图(b)所示电路，其中
Uoc 100V
Ro 250
电路的时间常数为
RoC 250 106 F 250106s 250s
当电路达到新的稳定状态时，电容相当开路，由此求得
例8-1 电路如图8－5(a)所示，已知电容电压uC(0-)=6V。 t=0闭合开关，求t > 0的电容电压和电容电流。
图8－5 例8－1
解：在开关闭合瞬间，电容电压不能跃变，由此得到
uC(0 ) uC(0 ) 6V
大学电子电路教程
二、按交直流性质分类 直流反馈。若反馈到输入回路的信息是直流成分，则称为直流 反馈。直流负反馈主要用于稳定直流工作点。 交流反馈。反馈到输入回路的信号是交流成分，则称为交流反 馈。交流负反馈主要用于放大电路的性能改善。
三、按输出端取样对象分类 电压反馈。在反馈电路中，反馈信号的取样对象是输出电压， 通称为电压反馈。其特点是反馈信号与输出电压成正比关系， 也可以说电压反馈是将输出电压的一部分或全部按一定方式反 馈回输入端。 电流反馈。反馈信号取样对象为输出电流，其特点是反馈信号 与输出电流成正比，也可以说电流反馈是输出电流的一部分或 全部，按一定方式反馈到输入回路。
假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依 次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端， 若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则 为负反馈。反之为正反馈。
如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化 开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变 化开始。
判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信 号的比较关系。
RE2
CE
闭环：AF
rbe
R'L
(1
)RE1
放大倍数稳定性的比较：
无负反馈时：
Ao
R' L rbe
=60时, Ao =-93
RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RE1=100 RC=5k RL=5k
=50时, Ao =-77
=60
EC=15V
有负反馈时： AF
rbe
R'L
(1
rbe=1.62 k
电压反馈与电流反馈判别方法： 电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。 电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。 注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输 出电流指IE或IC。
清华大学《数字集成电路设计》周润德 第8章 时序电路
LOGIC对扰动不敏感（2）Register寄存器为存放二进制数据的器件，通常由Latch 构成。
一般地，寄存器为边沿触发。
（3）flip-flops（触发器）任何由交叉耦合的门形成的双稳电路Register 时序参数D Q Clk T Clk D tsu Q tc-q thold注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。
2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 11 页Latch 时序参数Latch 的时序（ Timing ）参数还要考虑tD 2 D Q DQtD-qQClkClktC 2QtC 2Q寄存器（Register）2004－12－1锁存器（Latch）第 8 章 (1) 第 12 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德Latch 时序参数D Q Clk正电平 Latch 时钟负边沿T Clk D tc-q PWm thold td-q tsuQ注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。
2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 13 页最高时钟频率φ FF’s LOGIC tp,comb最高时钟频率需要满足：tclk-Q + tplogic+ tsetup < T =但同时需要满足:其中tplogic = tp,comb (max) tcd:污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）第 8 章 (1) 第 14 页tcdreg + tcdlogic > thold =2004－12－1其中清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德研究不同时刻 （t1, t2）FF1φ (t1) LOGIC t p,combφ (t2)CLKt1tsu D tholdFF1 输入数据 应保持稳定t tsuF F2t2holdtFF2 输入数据 应保持稳定tclk-q QFF1 输出数据 经组合逻辑到达 t 已达稳定 寄存器输入端tclk-Qtp,comb (max）tsetup因此要求：tclk-Q + tp,comb (max) + tsetup < T =2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 15 页研究同一时刻 （t1）t1 时FF1φ (t1) LOGIC FF1 t p,combt1 时FF2输入数据（2）φ (t1)输入数据（1）tclk-q QFF1 输出数据 已达稳定经组合逻辑已 到达FF2 输入端破坏了本应保 持的数据（2）tt1tcdregtcdlogicholdsuD输入数据（2）应保持稳定至 t1F F2t因此要求 := tcd: 污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 16 页tcdreg + tcdlogic > thold写入（触发）静态 Latch 的方法：以时钟作为隔离信号, 它区分了“透明” （transparent ）和“不透明” （opaque）状态CLKCLKQ CLKD CLKDD弱反相器CLKMUX 实现弱反相器实现（强制写入）（控制门可仅用NMOS实现）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德第 8 章 (1) 第 17 页Latch 的具体实现基于Mux 的 Latch负（电平） latch (CLK= 0 时透明) 正（电平） latch (CLK= 1 时透明)1 D 0Q D0 1QCLKCLKQ = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In2004－12－1Q = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In第 8 章 (1) 第 18 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德基于（传输门实现的） Mux 的 LatchCLKQ CLK DCLK（1）尺寸设计容易 （2）晶体管数目多（时钟负载因而功耗大）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 19 页基于（传输管实现）Mux 的 Latch（仅NMOS 实现）CLK QM QM CLK CLKCLK仅NMOS 实现不重叠时钟 （Non-overlapping clocks）（1）仅NMOS 实现，电路简单，减少了时钟负载 （2）有电压阈值损失（影响噪声容限和性能，可能引起静态功耗）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 20 页Q单元形式的Latch采用串联电压开关逻辑（CVSL）QNon-overlap时间过长，存储在动态节点上的电荷会泄漏掉（故称伪静态）低电压静态Latch双边沿触发寄存器RS Latch?动态Latch 和Register（1）比静态Latch和Register 简单（2）基于在寄生电容上存储电荷，由于漏电需要周期刷新（或经常更新数据）（3）不破坏的读信息：因此需要输入高阻抗的器件传输门构成的动态边沿触发寄存器（只需8 个晶体管，节省功耗和提高性能，甚至可只用NMOS 实现）动态节点。
电子电路基础第三版5至8章教案讲解
《电子电路基础》教案班级：13数控与机电科任：叶海强第五章 调谐放大器与正弦波振荡器教学重点1．了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。
2．理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。
3．掌握变压器耦合及三点式LC 振荡电路的工作原理及振荡频率。
4．了解石英晶体振荡电路。
教学难点1．调谐放大器的选频能力。
2．正弦波振荡电路的振荡条件。
1 正弦波振荡器的基本知识正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。
.1 自激振荡的工作原理LC 回路中的自由振荡如图5 2.1(a )所示。
自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。
阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。
图6.2.1(b )所示。
等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图6.2.1(c )所示。
这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即LCf π=210 (5.2.1)图5 2.1 LC 回路中的电振荡一、自激振荡的条件振荡电路如图5.2.2所示。
振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。
1．相位平衡条件反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180︒ 的偶数倍，即ϕ = 2n π (5.2.2) 其中，ϕ 为v f 与v i 的相位差，n 是整数。
v i 、v o 、v f 的相互关系参见图6.2.3。
2.振幅平衡条件反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。
即A V F = 1 (5.2.3)图5.2.2 变调谐放大器为振荡器 图5.2.3 自激振荡器方框图 三、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图5.2.2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。
自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号v i ，振荡管V 产生集电极电流i C ，因i C 具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。
经LC 并联电路选出频率为f 0的信号，由输出端输出v o ，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。
电子线路(低频) 教学大纲
课程教学大纲（理论部分）
实验教学大纲
课程编号：92110330 课程名称：电子线路实验
Electronic circuit experiment
课程总学时：16
课程总学分：1
实验总学时16 实验总学分：1 适用专业：信息工程、电子信息科学与技术等
课程类型：选修
先修课程：电路、电子线路等
一、实验项目与内容：
二、主要教材、参考书：
1．臧春华主编电子线路设计与应用北京：高等教育出版社2004
2．王成华主编现代电子技术基础(模拟部分)，北京：北京航空航天大学出版社，2005
三、考核方式：考查
四、使用主要仪器设备说明：
1．双踪示波器一台
2．信号源一台
3．直流稳压电源一台
4．计算机一台
5．实验板一块
电子线路课程设计实施教学大纲
课程编号：92140339课程名称：电子线路课程设计
Course Design of Electronic Circuits 课程总学时：一周课程总学分：1
实验总学时：一周实验总学分：1
适用专业：电子信息与技术
课程类型：
□选修
先修课程：电工
一、实验项目与内容：
二、主要教材、参考书：
1．臧春华主编电子线路设计与应用高等教育出版社2004
2．王成华主编现代电子技术基础(模拟部分)，北京：北京航空航天大学出版社，2005
三、考核方式：考查
四、使用主要仪器设备说明：
1．双踪示波器一台
2．信号源一台
3．直流稳压电源一台
4．计算机一台
5．实验板一块。
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第八章 负反馈放大器
1
第八章负反馈放大器
第一节 反馈的基本概念 第二节负反馈的类型及分析方法 第三节负反馈对放大电路的影响
2
第一节负反馈的概念
凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流） 的一部分或全部引回到输入端，与输入信号 迭加，就称为反馈。
若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。
这里所说的信号一般是指交流信号， 所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与 输入信号的相位关系，同相是正反馈，反 相是负反馈。
3
反馈框图：
实际被放大信号
叠加
输入
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
开环 输出
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提 高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。
交流反馈：反馈只对交流信号起作用。 直流反馈：反馈只对直流起作用。
有的反馈只对交流信号起作用；有的反 馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、 直流信号均起作用。 若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。
在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。
15
RB1 C1 + ui
4
负反馈框图： 差值信号
Xi +
X i
输入信号 – X f
基本放大 电路Ao
反馈回路F 反馈信号
X o
输出信号
反馈电路的三个环节：
放大：
Ao
X o X i
反馈： F
X f X o
叠加： X i X i X f
5
Xi +
X i 基本放大
电路Ao
X o
– X f
反馈回路F
Ao
X o X i
——开环放大倍数
21
例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。
+EC
RB1 C1
uRc1C1
RB21 ub2
RC2 uc2
C3
+
+ ui
ube T1 C2
uf
RB22
T2
RE2
CE
uo
–
RE1
–
此电路是电压串联负反馈， 对直流不起作用。
uo
uf
uo
Rf
ube=ui-uf uc2
uc1
ub2
22
分析中用到了三极管的集电极与基极相位相
10
电压反馈采样的两种形式：
uo
反馈反馈信号取自
输出电压。
RL
判定法：将输出短 路，反馈不存在。
11
电流反馈采样的两种形式：
反馈反馈信号取自输出 电流。
判定法：将输出短路， 反馈依然存在。 io
iE
RL
12
二、串联反馈和并联反馈
根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式 的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
17
负反馈的分类小结
电流串联负反馈 电流并联负反馈
直流反馈 稳定静态工作点
18
§8.2.2 负反馈的分析方法
一、反馈类型的判断
分析步骤： 1. 找出反馈网络（电阻）。 2. 是交流反馈还是直流反馈？ 3. 是否负反馈？ 4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？ （判断反馈的组态）
Ao 1 AoF
当AoF>>1时，
AF
1 F
结论：当 AoF>>1 很大时，负反馈放大器的闭 环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有 关。即负反馈可以稳定放大倍数。
8
例：
RB1
RC1 RB21
C1 +
ui
–
ud T1
uf
RE1
C2 RB22
RC2 C3
T2
RE2
CE
+EC + uo
–
Rf
Rf 、RE1组成反馈 网络，反馈系数：
F
X f X o
——反馈系数
AF
X o X i
——闭环放大倍数
6
Xi +
X i 基本放大
电路Ao
X o
– X f
反馈回路F
负反馈放大器的一般关系：
AF
X o X i
Ao
X
X o f
X i
X f X o
1
XXoi
1 F1
Ao
1 AoF
定义： 1 AoF
反馈深度
7
负反馈放大器的闭环放大倍数
AF
假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依 次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端， 若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则 为负反馈。反之为正反馈。
如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化 开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变 化开始。
判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信 号的比较关系。
–
RC1 RB21
RC2 C3
T1 C2 RE1 RB22
T2
RE2
CE
+EC + uo
–
Rf C
增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。
注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。
16
RB1
C1 +
ui
C
–
RC1 RB21
RC2 C3
T1 C2 RE1 RB22
T2
RE2
CE
+EC + uo
–
Rf
增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。
反这一性质。
+EC
RB1 C1
RC1 RB21
RC2 C3 +
+
T1 C2
T2
ui
ube
–
ube RE1
RB22 RE2
uo CE
–
Rf
23
这里分析的是交流信号，不要与直流信号混淆。
分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并 且注意符号的使用规则。 如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。
当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的也是相
位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就 是反相，因此若两个信号都上升，它们一定同 相；若另一个信号下降而另一个上升，它们一 定反相。
串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈 电压信号与输入信号电压比较。
并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈 信号电流与输入信号电流比较。
串联反馈使电路的输入电阻增大； 并联反馈使电路的输入电阻减小。
13
并联反馈
if i
ib
ib=i-if
串联反馈
ui
ube uf
ube=ui-uf
14
三、交流反馈与直流反馈
F
U f U o
RE1 RE1 R f
9
第二节 负反馈的类型及分析方法
§8.2.1 负反馈的类型
一、电压反馈和电流反馈
根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压 反馈和电流反馈。
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。 电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。
19
电压反馈与电流反馈判别方法： 电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。 电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。 注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输 出电流指IE或IC。
并联反馈与串联反馈判别方法： 并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。 串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。
20
判断负反馈的方法——瞬时极性法