模拟电路和数字电路的一些基本理论

一、模电

1、半导体

半导体通常分为两种：本证半导体（纯净晶体结构）和杂志半导体（掺入特定的杂质，改变导电性）。

其中杂质半导体又分为：

N型半导体（掺入5价元素）：形成共价键后，多余一个自由电子，自由电子浓度较大；

P型半导体（掺入3价元素）：形成共价键后，多余一个空穴，空穴浓度较大；

2、PN结

N区和P区的电子与空穴互流，直到自建电场和扩散运动相等。

加正向电压（正接P区）导通；

加反向电压（正接N区）截止，（电压大于定值，则击穿）。

3、半导体二极管

下面是半导体二极管的特性曲线，利用特性曲线的特点，进行应用。比如稳压二极管，利用反向击穿区，

电流变化很大，但是电压变化不大。还有一些限幅电路等等。

4、半导体三极管及其放大电路

半导体三极管分为NPN型和PNP型两种，其特性曲线拥有截止区、饱和区、放大区。其放大原理是：通过控制

基极电流来控制集电极电流，达到放大的效果。

分析三极管放大电路时，静态分析，采用直流通路（电容视为开路，电感视为短路）；动态分析时，采用交

流通路（电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路）。具体分析步骤如下，先分析静态特性，再分析直

流负载线，最后分析动态特性，计算得到放大倍数。

5、场效应管

场效应管分为结型（JFET）和绝缘栅型（MOS），又各自分为N型和P型。

6、负反馈

负反馈对放大电路有以下影响：

• 影响放大倍数
• 影响输入输出电阻
• 影响非线性失真
• 影响频带

7、差动电路

差动电路（差分电路）能够在不影响放大倍数的情况下抑制共模信号，共模抑制比是衡量差分放大电路好坏的标志。

8、分贝（dB）

分贝一般用来表示增益：

功率： dB=10*log（A/B）

电压/电流：dB=20*log（A/B）

二、数电

1、编码

编码分为以下3种：

原码

反码：与原码比较，正则一样，负则按位取反；

补码：与原码比较，正则一样，负则按位取反，并加1；

2、BCD码

BCD码常用的分为以下几种：

（1） 8421 BCD码

8421 BCD码是最基本和最常用的BCD码，它和四位自然二进制码相似，各位的权值为8、4、2、1，故称为有权BCD码。和四位自然二进制码不同的是，它只选用了四位二进制码中前10组代码，即用0000~1001分别代表它所对应的十进制数，

余下的六组代码不用。

（2）5421 BCD码和2421 BCD码

5421 BCD码和2421 BCD码为有权BCD码，它们从高位到低位的权值分别为5、4、2、1和2、4、2、1。这两种有权BCD码中，有的十进制数码存在两种加权方法，例如，5421 BCD码中的数码5，既可以用1000表示，也可以用0101表示；2421 BCD码中的数码6，既可以用1100表示， 也可以用0110表示。这说明5421 BCD码和2421 BCD码的编码方案都不是惟一的，表1-2只列出了一种编码方案。

上表中2421 BCD码的10个数码中，0和9、1和8、2和7、3和6、4和5的代码对应位恰好一个是0时，另一个就是1。就称0和9、1和8互为反码。

（3）余3 码

余3码是8421 BCD码的每个码组加3（0011）形成的。常用于BCD码的运算电路中。

（4）Gray码（格雷码）

Gray码也称循环码，其最基本的特性是任何相邻的两组代码中，仅有一位数码不同，因而又叫单位距离码。

Gray码的编码方案有多种，典型的Gray码如下表所示。从表中看出，这种代码除了具有单位距离码的特点外，还有一个特点就是具有反射特性，即按表中所示的对称轴为界，除最高位互补反射外，其余低位数沿对称轴镜像对称。利用这一反射

特性可以方便地构成位数不同的Gray码。

3、逻辑运算以及集成逻辑门

逻辑运算分为与、或、非、或非、与非、与或非、异或、同或等。

集成逻辑门一般分为以下两种：

• 双极型集成电路（功耗大）：
• DTL集成逻辑
• TTL集成逻辑
• 单极型集成电路（功耗低、抗干扰能力强）：
• 一般MOS逻辑
• 互补MOS逻辑

4、布尔代数

根据以下基本定律即可：

除这些基本定律之外，还有一些基本法则：

• 代入法则
• 对偶法则：逻辑公式中的“+”和“*”互换，“1”和“0”互换，保持逻辑优先级；
• 反演法则：在对偶法则的基础上，原变量和反变量互换。

5、运算电路

比例运算电路：反相比例电路、同相比例电路、差动比例电路、轨到轨电路；和、差电路；

微分电路、积分电路、对数运算电路、指数运算电路、运放组成的衰减器。

6、常用电路

• 滤波电路：
• 无源滤波电路：利用电阻、电容等无源器件构成（缺陷：电路增益小，驱动负载能力差等）；
• 有源滤波电路：低通、高通、带通、带阻；
• 整流电路：交流变直流（零式电路、桥式电路）；
• 电压比较电路
• 功率放大电路：低频、高频、互补对称；
• 非正弦波产生电路：矩形波、三角波；
• 衰减电路：∏型、T型。

7、组合逻辑电路

• 逻辑函数化简：
• 原则：逻辑门少、输入少、级数少、工作可靠；
• 方法：代数化简（采用布尔代数）、卡布诺图；
• 组合逻辑电路的设计分析分为两部分：

（1）电路分析

根据给定的逻辑电路图，写出输出端的逻辑表达式；

列出真值表

通过真值表概括出逻辑功能，观察是否理想

（2）组合电路设计

• 逻辑命题换为真值表（分清输入输出）；
• 根据真值表写出逻辑函数（将Y=1的组合加起来），并化简；
• 画出电路图；
• 常用的组合逻辑电路：
• 半加器：不考虑低位向本位的进位；
• 全加器：考虑低位向本位的进位；
• 编码器/译码器：指定二进制码代表特定的信号叫编码，反之为译码；
• 数据选择器：拥有数据位和地址位；
• 多路分配器：比上者多了一个分配给不同通道的功能；

8、时序电路

时序电路分为同步时序（统一时钟）和异步时序电路。

时序电路中经常用到的就是触发器，触发器一般有以下几种：

• R-S触发器：Qn+1=S+R‘Qn，其约束条件为RS=0；
• D触发器：Qn+1=D；
• T触发器：Qn+1=TQn’+T‘Qn；
• JK触发器：Qn+1=JQn’+K‘Qn；

常用的时序逻辑部件有计数器、寄存器、移位寄存器、序列信号发生器、555定时电路、单稳态电路、多

谐振荡器和施密特电路等。

9、数模转换电路

AD转换电路按原理一般分为逐次比较式（转换速率较快）、双重积分型（精度较高，稳定性好）和并行式等。

AD的主要技术指标：

• 分辨率
• 量化误差
• 偏移误差
• 满刻度误差
• 线性度
• 绝对精度
• 转换速率

DA转换器品种繁多，其主要技术指标如下：

• 分辨率
• 线性度
• 绝对精度
• 相对精度
• 建立时间

10、大规模集成电路

大规模集成电路很多，比如ROM、PLA等，在此不一一列举。