模拟电子技术应用基础.pdf

高等职业教育教学改革系列规划教材电子信息类 模拟电子技术应用基础 王 川 主 编 崔群凤 黄 京 副主编 魏汉勇 主 审 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书内容充分考虑了高职培养目标和高职学生目前的知识层次与接受能力的实际情况，突出应用性、针对性，淡化电路内部结构和工作原理的阐述，深入浅出、通俗易懂，注重培养学生的实际应用能力。本书共分为 5 个模块，内容包括：常用半导体器件、基本放大电路、模拟集成电路、波形发生电路、集成稳压器等。每个模块中都有若干任务引领，以“课题”、“任务”为支撑，将知识点融入其中，由浅入深，层层展开，完成任务导向的教学目标。本书既可作为高等职业院校电子信息类专业教材，同时也可作为电子工程技术人员及电子爱好者的学习参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 模拟电子技术应用基础/王川主编北京：电子工业出版社，2011.1 高等职业教育教学改革系列规划教材.电子信息类 ISBN 978-7-121-12204-0.模 .王 .模拟电路电子技术高等学校：技术学校教材 .TN710 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2010）第 216394 号 策划编辑：田领红 责任编辑：夏平飞 特约编辑：郭茂威 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：10.75 字数：272 千字 印 次：2011 年1 月第1 次印刷 印 数：4 000 册 定价：22.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至，盗版侵权举报请发邮件至。服务热线：（010）88258888。前 言 依据国务院关于大力推进职业教育改革与发展的决定，结合教育部关于加快发展职业教育的意见，根据“以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位”的指导思想，在深入开展任务驱动教学的基础上，编写了电子信息类专业的“电路基础”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等3 门专业基础课程模块式教材。模拟电子技术应用基础是本系列教材之一。“模拟电子技术”课程是一门理论与应用较强的专业基础课程，本教材的突出特点是理论教学与实际应用并重，教学的设计思路采用模块化任务导向式的教学方法，课程通过任务的引领，将知识点融入其中，提高课程和教学的工作指向性，达到理论与实际应用的结合，使学生能够学以致用，满足高职人才培养的要求。在内容叙述上力求深入浅出，将知识点与能力有机结合，注重培养学生的工程应用能力和解决现场实际问题的能力。书中对所涉及的器件内部结构与电路原理没有做太多的阐述，而是通过各种应用实例熟悉器件在电子系统中的具体应用。本书共分为5 个模块，内容包括：常用半导体器件、基本放大电路、模拟集成电路、波形发生电路、集成稳压器等。每个模块中都有若干任务引领，以“课题”、“任务”为支撑，将知识点融入其中，由浅入深，层层展开，完成课题任务目标。本书参考学时为8090 学时，使用者可根据具体情况增减学时。本书由武汉职业技术学院王川主编，崔群凤、黄京副主编。其中：模块 1 中的课题 1、模块 2由崔群凤编写；模块 1 中的课题 2、模块 3、模块 5 由王川编写；模块 4 由黄京编写。全书由王川统稿，武汉职业技术学院魏汉勇副教授和深圳德普施科技公司高级工程师王吉连审阅，本书由魏汉勇担任主审。本书在编写过程中，得到了武汉职业技术学院电信工程学院任课老师的大力支持，并对编写大纲进行了审定；在修订过程中，郭守田副教授和彭芬副教授提出了许多宝贵意见，蔡静老师对书稿进行了认真的校对，在此一并表示衷心的感谢。由于对基于工作过程的教学理念的学习不够，加上时间紧和编者水平所限，书中难免存在不足和错误，恳请广大读者批评指正。编 者 2010 年7 月 目 录 模块 1 常用半导体器件.1 课题 1 晶体二极管和三极管.2 任务 1 延时照明开关电路的设计.2 1.1 任务目标.2 1.2 知识积累.2 1.2.1 半导体基本知识.2 1.2.2 PN 结及其单向导电性.2 1.2.3 半导体二极管.3 1.2.4 半导体三极管.6 1.3 任务实施过程.11 1.3.1 任务分析.11 1.3.2 任务设计.11 1.3.3 任务实现.12 1.4 知识链接.12 1.4.1 特殊二极管.12 1.4.2 场效应管.14 1.4.3 复合管.16 1.5 阶段小结.18 1.6 边学边议.18 课题 2 晶闸管的应用.20 任务 2 可调光台灯电路的设计.20 2.1 任务目标.20 2.2 知识积累.20 2.2.1 晶闸管.20 2.2.2 其他类型的晶闸管.22 2.2.3 晶闸管可控整流电路.24 2.2.4 晶闸管逆变电路.26 I 2.3 任务实施过程.28 2.3.1 任务分析.28 2.3.2 任务设计.28 2.3.3 任务实现.29 2.4 知识链接.29 2.4.1 晶闸管的主要参数.29 2.4.2 双向触发二极管简介.30 2.4.3 晶闸管的保护.31 2.5 阶段小结.33 2.6 边学边议.33 2.7 知识阅读.34 模块 2 基本放大电路.36 课题 1 基本放大电路的应用.37 任务 3 电子助听器的设计.37 3.1 任务目标.37 3.2 知识积累.37 3.2.1 放大器的基本概念.37 3.2.2 放大电路的主要性能指标.38 3.2.3 基本放大电路.40 3.2.4 放大电路静态工作点的稳定.47 3.2.5 共集电极放大电路.49 3.3 任务实施过程.51 3.3.1 任务分析.51 3.3.2 任务设计.51 3.3.3 任务实现.52 3.4 知识链接.52 3.4.1 共基极放大电路.52 3.4.2 多级放大电路.52 3.4.3 基本放大电路的频率特性.54 3.5 阶段小结.55 3.6 边学边议.56 课题 2 负反馈放大电路的应用.59 任务 4 集成运放电压放大器的设计.59 4.1 任务目标.59 4.2 知识积累.59 4.2.1 反馈.59 II 4.2.2 反馈性质的判别.61 4.2.3 负反馈的类型.61 4.2.4 负反馈放大器的四种组态.63 4.2.5 负反馈对放大电路性能的影响.67 4.3 任务实施过程.70 4.3.1 任务分析.70 4.3.2 任务设计.70 4.3.3 任务实现.71 4.4 知识链接.71 4.5 阶段小结.74 4.6 边学边议.74 4.7 知识阅读.76 模块 3 模拟集成电路.77 课题 1 模拟集成电路的应用.78 任务 5 汽车倒车警示电路.78 5.1 任务目标.78 5.2 知识积累.78 5.2.1 差分放大器.78 5.2.2 集成运算放大器.84 5.2.3 集成功率放大器.91 5.3 任务实施过程.97 5.3.1 任务分析.97 5.3.2 任务设计.98 5.3.3 任务实现.98 5.4 知识链接.99 5.4.1 LM386 集成功率放大器的应用电路.99 5.4.2 功率放大器的散热问题.100 5.4.3 集成运放在使用时应考虑的一些问题.101 5.5 阶段小结.102 5.6 边学边议.102 5.7 知识阅读.105 模块 4 波形发生电路.107 课题 1 音频信号发生器.108 任务 6 简易音频信号发生器的设计.108 III 6.1 任务目标.108 6.2 知识积累.108 6.2.1 正弦波振荡电路.108 6.2.2 RC 正弦波振荡电路.110 6.2.3 LC 正弦波振荡电路.112 6.2.4 石英晶体正弦波振荡电路.119 6.3 任务实施过程.123 6.3.1 任务分析.123 6.3.2 任务设计.124 6.3.3 任务实现.124 6.4 知识链接.125 6.5 阶段小结.126 6.6 边学边议.126 任务 7 红外线警戒装置.128 7.1 任务目标.128 7.2 知识积累.128 7.2.1 电压比较电路.128 7.2.2 单限比较电路.130 7.2.3 滞回电压比较电路.132 7.2.4 窗口电压比较电路.134 7.2.5 矩形波发生电路.134 7.3 任务实施过程.136 7.3.1 任务分析.136 7.3.2 任务设计.136 7.3.3 任务实现.137 7.4 知识链接.137 7.4.1 占空比可调电路.137 7.4.2 三角波发生电路.138 7.5 阶段小结.140 7.6 边学边议.141 7.7 知识阅读.143 模块 5 集成稳压器.144 课题 1 集成稳压电路的应用.145 任务 8 直流稳压电源的设计.145 8.1 任务目标.145 8.2 知识积累.145 I 8.2.1 单相整流滤波电路.145 8.2.2 线性集成稳压器.148 8.3 任务实施过程.151 8.3.1 任务分析.151 8.3.2 任务设计.152 8.3.3 任务实现.153 8.4 知识链接.154 8.4.1 三端集成稳压电路简介.154 8.4.2 集成稳压器的选择及注意事项.156 8.4.3 稳压电源主要指标.157 8.5 阶段小结.159 8.6 边学边议.159 8.7 知识阅读.161 参考文献.162 模块1 常用半导体器件 模拟电子技术应用基础 2课题 1 晶体二极管和三极管 任务 1 延时照明开关电路的设计 1.1 任务目标 知道二极管、三极管的主要外特性。掌握二极管的特性并运用于电路中。知道复合管的特点。知道场效应管的主要特性。设计一个延时照明开关电路。1.2 知识积累 1.2.1 半导体基本知识 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，常用的半导体材料主要有硅、锗、硒和一些氧化物、硫化物等。纯净的、具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。半导体的导电能力受外界影响很大，主要表现在：热敏性 半导体的导电能力对温度很敏感。当环境温度升高时，其导电能力增强。利用这种特性可以制成各种热敏器件，如热敏电阻等，可用来检测温度的变化以及对电路进行控制等。光敏性 半导体的导电能力随光照的不同而不同，当光照加强时，其导电能力增强。利用这种特性可以制成各种光敏器件，如光电管、光电池等。掺杂特性 如果在纯净的半导体中掺入微量的某些有用杂质，其导电能力将大大增加，可以增加几十万倍甚至几百万倍。利用这种特性可制成半导体二极管、晶体管、场效应管及晶闸管等很多不同用途的半导体器件。本征半导体掺入微量元素后就成为杂质半导体。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可分为 N 型半导体和 P 型半导体。N 型半导体参与导电的多数载流子为带负电的“自由电子”，P 型半导体参与导电的多数载流子为带正电的“空穴”。1.2.2 PN 结及其单向导电性 在一块纯净的本征半导体中，通过不同的掺杂工艺，使其一边成为 N 型半导体，另一边模块 1 常用半导体器件 3成为 P 型半导体，那么就会在这两种半导体的交界处形成 PN 结，如图 1-1 所示，PN 结是构成各种半导体器件的基础。图 1-1 PN 结的内部结构示意图 PN 结具有单向导电性。当 P 区接电源正极，N 区接电源负极时，称为 PN 结正向偏置。这时，PN 结呈现很小的正向电阻，有较大的正向电流，PN 结处于导通状态，如图 1-2（a）所示。当 P 区接电源负极，N 区接电源正极时，称为 PN 结反向偏置。这时，PN 结呈现很大的反向电阻，有很小的反向电流，PN 结处于截止状态，如图 1-2（b）所示。所以，PN 结正偏时导通，PN 结反偏时截止，这就是 PN 结的单向导电性。图 1-2 PN 结的单向导电性 1.2.3 半导体二极管 1.二极管的基本结构 半导体二极管也