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Unit1现在工业电子系统使用的是被称为晶体管的装置。每一类型的晶体管有区别于其他晶体管的不同特点和操作条件。在讨论的第一部分，我们来关注双极性晶体管。从结构上看，这个晶体管被描述为双极性的，是因为它有两个不同的电流载体极性。空穴是阳极电流载体，而电子是阴极电流载体。这两个不同性质的半导体晶体通过一个公共部分连接在一起。这个装置的结构类似于两个二极管背靠背连接，其中一个晶体充当另外两个晶体的公共部分。中间的材料通常被做得比外面的两片都要薄。图1.1表示的是此晶体管的结构，原件名称，和不同双极性晶体管的语义符号。一个双极性晶体管主要被用做放大器来限制流经它的电流。电流从电源流入发射极，经过基极，再流出集电极。集电极的电流量通常被定义为晶体管的输出量。集电极电流由基极电流中的一小部分控制。这个关系被描述为电流增量或β。数学表达式如下：电流增量=集电极电流÷基极电流公式中希腊字母Δ表示变化的值。它用来表示当有交流输入时晶体管的响应。这种类型的状态被称为动态特性。公式中的Δ的省略部分表示直流或静态工作条件。所有从发射极进入晶体管的电流被定义为发射极电流。集电极电流Ic通常小于Ie。Ie和Ic的不同归因于基极电流。从数学角度看，Ib=Ie－Ic例1-1；确定一个双极性晶体管的Ie为11mA,Ic为10.95mA;解；。。。（省略）图1.2表示的是一个简单NPN型硅晶体管的电路连接图。这个电路是以正向偏置的发射极和反向偏置的集电极为基础的。我们把直流电源的负极连接到发射极，把正极通过Rb连接到基极来达到发射极的正向偏置。我们把电源正极通过电阻Rl连接到集电极，形成集电极的反向偏置。我们通过发射极的正向电压来控制流经Rl的集电极电流。在一个简单的PN结中，正向偏置导致其导通，反向偏置导致其不导通。在晶体管中，这种规律不能直接应用因为两个结都包含在里面。例如，当发射极正向偏置时，会导致大量的Ie流入基极。集电极的反向偏置通常会限制这个电流。但是由于薄的基极结构，当Ie到达基极区时它会立刻流入集电极。最终，此电流流经集电极以集电极电流的形式出现。发射极的正向偏置因此会改变或者减少在正常晶体管操作中基极-集电极的反向偏置效果。一个晶体管主要被定义为电流控制装置。这意味着只有当发射极正向偏置并且产生基极电流时才会有输出或者集电极电流Ic。当基极电流停止时，集电极电流停止并且晶体管变为不导通。这个情况又被称作是截断，如果基极出现超量电流时，晶体管被驱动致饱和。当这个情况发生时，Ib的增加不会导致Ic相应的变化。当完成放大操作时，晶体管几乎是工作在饱和区。图1.3的晶体管放大器电路是一个先前NPN电路的PNP对立图。此电路中的电源的反向连接是为了达到合适的偏置。其性能基本上和NPN电路一致。Ic,Ib,Ie由图中箭头标出。此电路的发射极电流依然是最大的电流值。在此电路中Ic和Ib之和依然等于Ie。Unit21一个运算放大器的内部结构相当复杂，常常包含大量的分立元件。一个运算放大器的使用者通常不需要关心它的内部结构。然而，对于如何理解内部电子线路的完成却是有所帮助的。这就允许使用者来观察设备是如何工作的，以及表明它作为一个功能单元的一些局限性。2一个运算放大器的内部电子线路可以被分为三个功能单元。图1.7即是一个运算放大器内部功能的简图。注意每一个功能都被附在一个三角形内。电子图表中用三角形来表示放大功能。这个简图显示了运算放大器有三个基本的放大功能。这些功能一般叫作放大级。一个放大级包含一或更多有源器件，所有相联元件需实现放大。3第一阶段或一个运算放大器的输入常常是一个差动放大器。这个放大器有两个输入，标记为V1和V2。它提供供应两个输入信号的差模信号高增益，同时提供应用于两个输入的共模信号低增益。对于任何的输入信号，输入阻抗是很大的。放大器的输出一般是两个等幅反向的信号。这可以描述为推挽式的输入和输出。4放大器一个或多个中间阶段都跟随着差动放大器。图1.7即是一个有一个中间阶段的运算放大器。功能上讲，设计这个放大器用来改变工作点，使输出为0，有较高的电流电压增益能力。增益可以驱动输出级而不用给输入级加以重负。中间阶段一般有两个输入和一个单端输出。5运算放大器的输出有一个相当低的输出阻抗，因此可以保持一些必须的电流来驱动负载。它的输入阻抗必须足够大以至于不必给中间放大器的输出加以重负。输出阶段是可能是一个射级跟随放大器或者在互补对称组态中连接的两个晶体管。在这个阶段，电压增益相当低，电流增益极大。6差动放大器是运算放大器的关键或者运放的基础。这个放大器最贴切的描述是有共享一个单端射级电阻的双平衡晶体管。每一个晶体管有一个输入和输出。图1.8即是简化的差动放大器的简图。通过一个双极性的电源供给这个电路才能通电。电源端标记为+Vcc和-Vcc，从一个公共接地端测量得出。7差动放大器的工作基于应用于基极的输入信号的响应。一个基级接地，另一个基极加输入信号就会产生两个输出信号。这些信号有相通的增幅但反向180度。这种类型的输入在差动环节放大器的响应。8当两个有相同幅值和极性的信号同时加在基极上，最终输出即为0.这种类型的输入引起一个响应，通过共同连接的射级电阻产生一个抵消电压。在某种意义上，这种差动放大器相当于一个有相同输入信号的平衡桥。当电路平衡的时候没有输出，不平衡时有输出。这被称为共模工作条件。设计差动放大器可以抑制相同的输入信号。术语共模抑制比就用来描述放大器的这种情况。共模抑制比是差动放大器的特性。在这种工作条件下，不想要的噪音，干扰或交流噪声都可以被排除。图1.9表示的是一个被连接到不同工作模式的差动放大器的简化示意图。在这个图中输入信号进入Q1的基极，Q2为开路或者被悬空。这种情况导致信号在输出端和发射极电阻上形成。发射极信号，正如所表示的，和输入信号同相。这两个输出信号相互反相，并且有相当程度的放大。输出Vo1与输入反相，与Vo2同相。仅当有一个输入信号时，差动放大器才会产生两个输出信号。通过发射极电阻来实现来自Q1和Q2的输入信号的耦合。输入信号的积极交替，例如会Q1正向偏置的增加。这会增强Q1导电性。如果有更多的Ie，那么在发射极电阻上会产生更大的电压。这样反过来会导致两个发射极更显负极性。而这个电压对Q1的导电性的影响不大是因为有外部信号进入其输入端。然而，流向发射极的负极性电压的减小会直接影响Q2。这会导致Q2的导电性降低。流经Q2的电流的减少会在Rl2上产生更少的电压降，并且会使集电极的电压倒向正极性。实际上，流入Q1基极的输入信号减少了Q2的Ve电压，而这种情况反过来又增加了输出电压Vo2的值，因此通过公共连接的发射极电阻，使一个输入信号和Q2耦合。输入信号的负极性交替导致了刚才所描述动作的翻转。例如，Q1的导电性降低，而Q2的导电性将会增加。这种行为导致了流经Q1的Ic的减少，并且加剧了Vo1的不稳定。Q2导电性的增加相应的导致了Vo2的减少。这两个输出信号继续保持180°的反相。事实上两个输入信号的交替出现在输出端。被连接到不同工作模式的差动放大器将会产生两个对整个输入信号反应的输出信号。当输入反相时，差动放大器的几乎是以一样的方式产生响应。在这个事例中，在Q1的基极开路或者悬空时，输入信号流入Q2基极。Vo2与输入反相而与Vo1同相。这个放大器放大输出信号的水平取决于两个输入信号的差异。一次只有一个信号流经输入端，这个放大器会见证一个区别很大的输入并且会产生可观的输出电压。现在在运算放大器中几乎用的都是图1.9中的差动放大器。一般说来，需要很大阻值的Re来产生很好的耦合和共模抑制比率。在IC结构中大的电阻很难制造。可以用一个晶体管代替Re。这种晶体管和与其相连的组件被称作为恒流源。Unit3如今，几乎所有的电子数字系统使用的是二进制。这种系统是以2作为基数的。能被这个系统的特定的某一位表示的最大数值是1。这意味着二进制系统只有数字0和1。电子学中，用0表示低电压或没有电压。数字1表示比0大得多的电压或比0更有意义。二进制系统使用这种电压分配方式叫作正逻辑。相比较而言负逻辑就是把零电压和没有电压用数字1表示。在下面的讨论中，仅使用正逻辑。一个二进制系统的两种工作状态，0和1，可以比作实际电路。当电路断开或没有电压输入时，就可认为是处于关断或0状态。电路有输入电压或运行时，就处于工作或1状态。一个二进制数字要么是1要么是0。术语位就是用来描述这种状况的。位是单词二进制数字的缩写形式。十进制计数的基本规则通常都是应用二进制数字。比如二进制系统的级数是2。这就是说只能用0和1来表示某一个特定的位置。从点号开始往左第一位，也就是二进制点号，代表单元或1的位置。剩下的词往左都是2的次幂。二进制点号往左的数值是2的0次等于1，2的1次等于2，2的2次等于4，2的3次等于8，2的4次等于16，2的5次等于32，2的6次等于64，2的7次等于128等等。一般地讲，当在一个讨论中用到多种计数体系时，必须加一个下标数值来表示它的进制。数值（110）.2就是这种形式的一个典型代表。它表示的是1-1-0而不是十进制的一百和十。二进制的110代表十进制的6。从二进制点号往左的第一位开始，这个数字可以表示为0乘以2的0次+1乘以2的1次+1乘以2的2次或0+（2）.10+(4).10=(6).10。二进制数字到相等的十进制数字的转换步骤如图1.14所示。二—十进制间简单的转换步骤如图1.14所示。使用这种转换方法时先得写出二进制。从二进制点号开始，当某一位为1时，标示出与2的次方数等价的十进制数。对于二进制中的每一个0，留一个空位或表示0。把所有位置上的数加起来就得到对应的十进制数。在多个二进制数中使用这种方法直到能熟练掌握这种转换过程。十进制数转换成二进制数时可以通过除以2完成。当商没有余数时，记为0。当商有余数时，记为1。十进制转换为二进制的步骤如图1.15所示。这个转换过程可以通过写下十进制数字35完成。把这个数字划分成体系的基数或2。记下商数和余数。把第一步的商移到第二位并重复这个过程，直到商数为0。把余数的值按照从后往前的顺序读取就是等价的二进制数。用这种方法多试几个数以增加熟练程度。当用二进制计数大量数值时，使用起来会很困难。因此，就出现了二?—十进制码。这种系统形式是用四个二进制数表示一个十进制数的。为了说明这个过程，我们选择了将十进制的392转变为二—十进制码或BCD码。直接转换成二进制数时，（392）.10=(101001001).2为了应用BCD转换过程，基数10首先根据放置的数值被分成散裂的数字。数值（392）.10等于数字3-9-2。把每个数字都转换成二进制数就可得到所需的数为0011-1001-0010.BCD。用这种方法只需12个二进制数字就可将直到999的十进制数都迅速的表示出来。当用BCD码表示时，每一组中的破折号是非常重要的。在BCD码中每一位能被表示的最大数字是9。也就是说一个由六个数字组成的数在这个系统中是完全没有办法适用的。因此八进制和十六进制就出现了。数字系统中仍然使用二进制形式但是通常用BCD，八进制或十六进制表示。Unit4触发器通常用于产生信号，形状波，实现分工。除了这些功能外，触发器也被用作储存设备，在这方面的能力，即使输入完全被改变，它的输入也保持先前的状态，当输入仅仅适当的改变的时候，它也可以改变它的输入图1.22的RS触发器是一个典型的数字系统控制器，触发器的状态转化，逻辑电路图和真值表都在图表中体现，这一种器件的真值表比普通的逻辑门电路要稍微更复杂一点，例如：它必须在输入脉冲发生之前表示不同的状态，然后表示出它的状态时怎样改变的当输入脉冲到达时，记录两种操作状态条件下产生的一种不能预测的输出，在这种操作状态下，第一个到来的脉冲在符合条件下就会产生适当的输出在许多数字系统应用中，触发器在特别时刻被设置和装配，用于操作其他的电路，这种典型的操作可以通过触发器的和时钟脉冲的同步操作来实现完成。在这种情况下，为了产生状态的改变，RS端的正确输入和时钟脉冲必须同时出现。这种装置叫做RS触发器