电路设计与调试

电路设计与调试电路设计与调试云南大学信息学院电子工程系云南大学信息学院电子工程系梁竹关梁竹关阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极v v v vD D D D/V/V/V/Vi i i iD D D D/mA/mA/mA/mA正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性反向击反向击反向击反向击穿特性穿特性穿特性穿特性一、元器件一、元器件一、元器件一、元器件（一）晶体管（一）晶体管（一）晶体管（一）晶体管1 1 1 1、普通二极管：、普通二极管：、普通二极管：、普通二极管：具有单向导电性，反向电流越小越好，可用于整流、具有单向导电性，反向电流越小越好，可用于整流、具有单向导电性，反向电流越小越好，可用于整流、具有单向导电性，反向电流越小越好，可用于整流、限幅等。分小功率、大功率二极管，高频、低频二极管。限幅等。分小功率、大功率二极管，高频、低频二极管。限幅等。分小功率、大功率二极管，高频、低频二极管。限幅等。分小功率、大功率二极管，高频、低频二极管。图图图图1.1 1.1 1.1 1.1 二极管的符号二极管的符号二极管的符号二极管的符号图图图图1.21.21.21.2二极管伏安特性二极管伏安特性二极管伏安特性二极管伏安特性2 2 2 2、稳压管：、稳压管：、稳压管：、稳压管：工作于伏安特性的反向击穿特性部分，其反向击工作于伏安特性的反向击穿特性部分，其反向击工作于伏安特性的反向击穿特性部分，其反向击工作于伏安特性的反向击穿特性部分，其反向击穿特性越陡越好。在直流稳压电源中有广泛应用。必穿特性越陡越好。在直流稳压电源中有广泛应用。必穿特性越陡越好。在直流稳压电源中有广泛应用。必穿特性越陡越好。在直流稳压电源中有广泛应用。必须注意其在电路中的接法，才能起到稳压作用。须注意其在电路中的接法，才能起到稳压作用。须注意其在电路中的接法，才能起到稳压作用。须注意其在电路中的接法，才能起到稳压作用。图图图图1.3 1.3 1.3 1.3 稳压二极管符号稳压二极管符号稳压二极管符号稳压二极管符号3 3 3 3、双极性晶体管、双极性晶体管、双极性晶体管、双极性晶体管BJTBJTBJTBJTNPNNPNNPNNPN管管管管PNPPNPPNPPNP管管管管 图图图图1.4 1.4 1.4 1.4 双极性晶体管符号双极性晶体管符号双极性晶体管符号双极性晶体管符号分立元件分立元件分立元件分立元件BJTBJTBJTBJT管往往用于功率放大电路中，如管往往用于功率放大电路中，如管往往用于功率放大电路中，如管往往用于功率放大电路中，如9012901290129012。J J图图1.5 1.5 继电器放大电路继电器放大电路N+N+N+N+N+N+N+N+S S S SG G G GD D D DN N N N沟道沟道沟道沟道FETFETFETFET管管管管P P P P沟道沟道沟道沟道FETFETFETFET管管管管4 4 4 4、场效应管、场效应管、场效应管、场效应管FETFETFETFET图图图图1.6 FET1.6 FET1.6 FET1.6 FET管结构管结构管结构管结构图图图图1.7 FET1.7 FET1.7 FET1.7 FET管符号管符号管符号管符号分立元件可用于功率（电源）开关。分立元件可用于功率（电源）开关。分立元件可用于功率（电源）开关。分立元件可用于功率（电源）开关。电子电子电子电子电路电路电路电路图图图图1.8 FET1.8 FET1.8 FET1.8 FET管用于电源开关管用于电源开关管用于电源开关管用于电源开关（二）传感器（二）传感器（二）传感器（二）传感器1 1 1 1、传感器分类、传感器分类、传感器分类、传感器分类（1 1 1 1）按检测物理量分类）按检测物理量分类）按检测物理量分类）按检测物理量分类 位移、压力、温度、湿度、速度、加速度等。位移、压力、温度、湿度、速度、加速度等。位移、压力、温度、湿度、速度、加速度等。位移、压力、温度、湿度、速度、加速度等。（2 2 2 2）按工作原理分类）按工作原理分类）按工作原理分类）按工作原理分类 结结结结构构构构型型型型：利利利利用用用用结结结结构构构构参参参参数数数数变变变变化化化化实实实实现现现现信信信信息息息息变变变变换换换换，如如如如电电电电位位位位器器器器传传传传感感感感器器器器、电电电电容容容容式式式式传传传传感感感感器器器器、电电电电感感感感式式式式传传传传感感感感器器器器、磁磁磁磁电电电电式传感器等；式传感器等；式传感器等；式传感器等；物物物物性性性性型型型型：利利利利用用用用敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件物物物物理理理理、化化化化学学学学、电电电电特特特特性性性性和和和和生生生生物物物物特特特特性性性性等等等等的的的的变变变变化化化化实实实实现现现现信信信信息息息息转转转转换换换换，如如如如压压压压电电电电式式式式、磁磁磁磁敏敏敏敏式式式式、热热热热电电电电式式式式、半半半半导导导导体体体体光光光光敏敏敏敏传传传传感感感感器器器器、半半半半导导导导体体体体气气气气敏敏敏敏传传传传感感感感、离离离离子子子子敏传感器等。敏传感器等。敏传感器等。敏传感器等。（3 3 3 3）按传感器发展方向分类）按传感器发展方向分类）按传感器发展方向分类）按传感器发展方向分类 非非非非集集集集成成成成化化化化传传传传感感感感器器器器和和和和集集集集成成成成化化化化传传传传感感感感器器器器，尽尽尽尽量量量量利利利利用用用用集集集集成成成成化化化化传传传传感感感感器器器器，其其其其中中中中已已已已包包包包含含含含有有有有信信信信息息息息转转转转换换换换电电电电路路路路、放放放放大大大大电电电电路路路路，模模模模数数数数转转转转换换换换电电电电路路路路以以以以及及及及存存存存储储储储器器器器等等等等，如如如如温温温温度度度度传传传传感感感感器器器器DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20，可以直接与单片机进行通信，实现温度数据的读取。可以直接与单片机进行通信，实现温度数据的读取。可以直接与单片机进行通信，实现温度数据的读取。可以直接与单片机进行通信，实现温度数据的读取。2 2 2 2、光电器件、光电器件、光电器件、光电器件 光光光光电电电电器器器器件件件件是是是是光光光光能能能能（可可可可见见见见光光光光、红红红红外外外外光光光光、激激激激光光光光等等等等）与与与与电电电电能能能能相相相相互互互互转转转转换换换换的的的的器器器器件件件件。光光光光电电电电器器器器件件件件用用用用于于于于光光光光电电电电传传传传感感感感器器器器、测测测测试装置、遥感遥测装置、信号传输及通信装置等。试装置、遥感遥测装置、信号传输及通信装置等。试装置、遥感遥测装置、信号传输及通信装置等。试装置、遥感遥测装置、信号传输及通信装置等。光光光光电电电电器器器器件件件件主主主主要要要要由由由由光光光光辐辐辐辐射射射射器器器器件件件件（发发发发光光光光器器器器件件件件）和和和和光光光光检测器件（光敏器件）组成。检测器件（光敏器件）组成。检测器件（光敏器件）组成。检测器件（光敏器件）组成。（1 1 1 1）发光器件）发光器件）发光器件）发光器件 发发发发光光光光器器器器件件件件将将将将电电电电能能能能转转转转换换换换为为为为光光光光能能能能，如如如如发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管（LEDLEDLEDLED），包包包包括括括括发发发发射射射射可可可可见见见见光光光光（发发发发光光光光颜颜颜颜色色色色主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于所所所所采采采采用用用用的的的的半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料，有有有有红红红红、绿绿绿绿、黄黄黄黄、蓝蓝蓝蓝等等等等）和和和和不不不不可可可可见见见见光光光光（红红红红外外外外线线线线）。发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管的的的的伏伏伏伏安安安安特特特特性性性性与与与与普普普普通通通通二二二二极极极极管管管管的的的的相相相相似似似似，发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管的的的的正正正正向向向向开开开开启启启启电电电电压压压压稍稍稍稍高高高高（1 1 1 12 2 2 2伏伏伏伏，半半半半导导导导体体体体材料不同，压降亦有所不同）。材料不同，压降亦有所不同）。材料不同，压降亦有所不同）。材料不同，压降亦有所不同）。（2 2 2 2）光检测器件）光检测器件）光检测器件）光检测器件 光检测器件将光能转换成电能。光检测器件将光能转换成电能。光检测器件将光能转换成电能。光检测器件将光能转换成电能。光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻 光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器是是是是利利利利用用用用半半半半导导导导体体体体的的的的光光光光电电电电效效效效应应应应制制制制成成成成的的的的一一一一种种种种电电电电阻阻阻阻值值值值随随随随入入入入射射射射光光光光的的的的强强强强弱弱弱弱而而而而改改改改变变变变的的的的电电电电阻阻阻阻器器器器；入入入入射射射射光光光光强强强强，电电电电阻阻阻阻减减减减小小小小，入入入入射射射射光光光光弱弱弱弱，电电电电阻阻阻阻增增增增大大大大。光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器一一一一般般般般用用用用于于于于光光光光的的的的测测测测量量量量、光光光光的的的的控控控控制制制制和和和和光光光光电电电电转转转转换换换换（将将将将光光光光的的的的变变变变化化化化转转转转换换换换为为为为电电电电的的的的变变变变化化化化）。常常常常用用用用的的的的光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器硫硫硫硫化化化化镉镉镉镉光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器，它它它它是是是是由由由由半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料制制制制成成成成的的的的。光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器的的的的阻阻阻阻值值值值随随随随入入入入射射射射光光光光线线线线（可可可可见见见见光光光光）的的的的强强强强弱弱弱弱变变变变化化化化而而而而变变变变化化化化，在在在在黑黑黑黑暗暗暗暗条条条条件件件件下下下下，它它它它的的的的阻阻阻阻值值值值（暗暗暗暗阻阻阻阻）可可可可达达达达1 1 1 110M10M10M10M欧欧欧欧,在在在在强强强强光光光光条条条条件件件件（100LX100LX100LX100LX）下下下下，它它它它阻阻阻阻值值值值（亮亮亮亮阻阻阻阻）仅仅仅仅有有有有几几几几百百百百至至至至数数数数千千千千欧欧欧欧姆姆姆姆。光光光光敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻器器器器对对对对光光光光的的的的敏敏敏敏感感感感性性性性（即即即即光光光光谱谱谱谱特特特特性性性性）与与与与人人人人眼眼眼眼对对对对可可可可见见见见光光光光（0.40.40.40.40.760.760.760.76）mmmm的的的的响响响响应应应应很很很很接接接接近近近近，只只只只要要要要人人人人眼眼眼眼可可可可感感感感受受受受的的的的光光光光，都都都都会会会会引引引引起起起起它它它它的的的的阻阻阻阻值值值值变变变变化化化化。设设设设计计计计光光光光控控控控电电电电路路路路时时时时，都都都都用用用用白白白白炽炽炽炽灯灯灯灯泡泡泡泡（小电珠）光线或（小电珠）光线或（小电珠）光线或（小电珠）光线或自然光自然光自然光自然光线作控制光源，使设计大为简化。线作控制光源，使设计大为简化。线作控制光源，使设计大为简化。线作控制光源，使设计大为简化。图图图图2.3 2.3 2.3 2.3 光敏二极管符号和电路光敏二极管符号和电路光敏二极管符号和电路光敏二极管符号和电路光敏三极管光敏三极管 当具有光敏特性的当具有光敏特性的PN PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于放大了相当于倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。用，即很高的灵敏度。b be ec c图图2.4 2.4 光敏三极管内部等效电路光敏三极管内部等效电路3 3、光电耦合器、光电耦合器 光光电电耦耦合合器器由由发发光光器器（发发光光二二极极管管）和和受受光光器器（光光敏敏管管）两两部部分分组组成成，并并封封装装在在一一个个管管壳壳内内。它它可可以以用做电路隔离、电平转换等。用做电路隔离、电平转换等。4 4、光电对管、光电对管 光光电电对对管管和和光光电电耦耦合合器器的的工工作作原原理理一一样样，但但工工作作方方式式不不同同。光光电电对对管管之之间间能能通通过过物物体体（光光遮遮断断），以以接接收收到到的的光光信信号号作作为为检检测测信信号号，用用于于测测量量、计计数数等等等等。光光电电隅隅合合器器为为集集成成元元件件，负负责责传传递递前前后后级级之之间间信信号号的的大大小及有无，其体积小，但不能表述物理位移。小及有无，其体积小，但不能表述物理位移。（三）晶闸管（三）晶闸管 晶晶闸闸管管（ThyristorThyristor）是是晶晶体体闸闸流流管管的的简简称称，又又称称为为可可控控硅硅整整流流器器，以以前前被被简简称称为为可可控控硅硅；晶晶闸闸管管具具有有硅硅整整流流器器件件的的特特性性，能能在在高高电电压压、大大电电流流条条件件下下工工作作，且且其其工工作作过过程程可可以以控控制制、被被广广泛泛应应用用于于可可控控整整流流、交交流流调调压压、无无触触点点电电子子开开关关、逆逆变变及及变变频频等等电电子子电路中。电路中。1 1、普通晶闸管、普通晶闸管 普普通通晶晶闸闸管管是是用用硅硅材材料料制制成成的的半半导导体体器器件件。它它是是PNPNPNPN四四层层半半导导体体结结构构，它它有有三三个个极极：阳阳极极，阴阴极极和和门门极极。（1 1）晶晶闸闸管管承承受受反反向向阳阳极极电电压压时时，不不管管门门极极承承受受何何种种电电压压，晶晶闸闸管管都都处处于于关关断断状状态态；（2 2）晶晶闸闸管管承承受受正正向向阳阳极极电电压压时时，仅仅在在门门极极承承受受正正向向电电压压的的情情况况下下晶晶闸闸管管才才导导通通；（3 3）晶晶闸闸管管在在导导通通情情况况下下，只只要要有有一一定定的的正正向向阳阳极极电电压压，不不论论门门极极电电压压如如何何，晶晶闸闸管管保保持持导导通通，即即晶晶闸闸管管导导通通后后，门门极极失失去去作作用用；（4 4）晶晶闸闸管管在在导导通通情情况况下下，当当主主回回路路电电压压（或或电电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。流）减小到接近于零时，晶闸管关断。P PN NP PN NA AK KG GA AK KG G结构图结构图等效等效电路图电路图A AG GK K电路符号电路符号图图3.1 3.1 普通晶闸管普通晶闸管2 2、双向晶闸管、双向晶闸管 双向晶闸管是由双向晶闸管是由N-P-N-P-NN-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。管的反向并联，但只有一个控制极。P PN NP PG GT1(T1(阳极阳极)T2T2T1T1G G结构图结构图等效等效电路图电路图T1T1G GT2T2电路符号电路符号N NN NN NN NT2(T2(阴极阴极)G G图图3.1 3.1 双向晶闸管双向晶闸管（四）集成运算放大器（四）集成运算放大器1 1、符号、符号+-同相端同相端反相端反相端输出端输出端A A图图4.1 4.1 集成运算放大器符号集成运算放大器符号2 2、三种工作方式、三种工作方式（1 1）同相放大电路）同相放大电路+-vivivovoA ARfRfR1R1图图4.2 4.2 同相放大电路同相放大电路（2 2）反相放大电路）反相放大电路-+vivivovoA ARfRfR1R1图图4.3 4.3 反相放大电路反相放大电路（3 3）差分放大电路）差分放大电路图图4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路-+vi1vi1vovoA Avi2vi2R1R1R2R2R3R3RfRf3 3、集成运算放大器的主要参数、集成运算放大器的主要参数（1 1）增益带宽积）增益带宽积f/HzAV/dBfH1fTAVAVBW=fT=CAvAv为开环增益，为开环增益，f fH H为上限截止频率。为上限截止频率。+-vivivovoA ARfRfR1R1 一一级级放放大大倍倍数数不不够够时时，可可以以采采用用多多级级放放大大。但但总总的的带带宽宽BWBW比每一级的都要小。比每一级的都要小。对对于于单单极极点点运运算算放放大大器器的的频频率率特特性性而而言言，其其增增益益带带宽宽积积是是一一个个常常数数。在在实实际际应应用用中中，集集成成运运算算放放大大器器几几乎乎总总是是在在闭闭环环下下工工作作，所所以以从从增增益益带带宽宽积积等等于于常常数数就就可可以以推推出出该该运运算算放放大大器器在在实实际工作条件下所具有的带宽。际工作条件下所具有的带宽。（2 2）转换速率）转换速率SRSR（3 3）共模抑制比）共模抑制比CMRRCMRR（4 4）最最大大差差模模输输入入电电压压VidmVidm和和最最大大共共模模输输入入电电压压VicmVicm（五）（五）DACDAC1 1、工作原理、工作原理DACDAC实现数字量向模拟量的转换。实现数字量向模拟量的转换。D0D0.D7D7Iout1Iout1Iout2Iout22 2、应用、应用（1 1）数控线性电源）数控线性电源（2 2）数控波形发生器）数控波形发生器图图5.1 5.1 简化符号简化符号（六）（六）ADCADC ADC ADC实现模拟量向数字量的转换。实现模拟量向数字量的转换。二二 电子系统设计与实现电子系统设计与实现（一）系统级设计（一）系统级设计 1 1、分析系统功能模块、分析系统功能模块 2 2、详细描述各个功能模块作用、详细描述各个功能模块作用 3 3、举例、举例（二）硬件电路设计与制作（二）硬件电路设计与制作 1 1、硬件电路设计、硬件电路设计 2 2、硬件电路制作、硬件电路制作 3 3、举例、举例（三）软件系统设计与实现（三）软件系统设计与实现 1 1、软件系统组成、软件系统组成 2 2、流程图、流程图 3 3、编写程序、编写程序