电子设计基础班培训内容
基础部培训安排
时间分配（一学期）：
三分之一时间讲解（包括讲座）;
三分之二时间动手实验。
星期五晚、星期六（并组织活动，篮球比赛等）
内容形式：
1、硬件知识
（一）讲解2、实验经验
3、相关电路应用（实用、有趣）
1、专业讲座（请资深讲师）
（二）讲座2、课外讲座（如书记等）
3、电影（专业性强的短片）（李世维讲座）
1、直观掌握元件特性
（三）实验2、深入测量参数
3、利用原理自己设计应用
包括：1、电阻
2、电容
3、电感
4、二极管（发光二极管）
5、三极管
6、场效应管
7、集成电路运算放大器
8、混合电路。
注：以上元件均由摇篮提供。
建议方法：
先由主讲人讲解元件外观、特点、应用、实践应用中的经验，再由会员自己理解、自己设计电路、动手焊接、测量数据、理论与实测比较、简明报告，包括自己设计电路（两到三个）的说明。
常用元器件的识别
一、电阻
电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。
1、参数识别：电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。换算方法是：1兆欧=1000千欧=1000000欧
电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。
a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：
472 表示47×100Ω（即4.7K）；104则表示100K
b、色环标注法使用最多，现举例如下：
四色环电阻、五色环电阻（精密电阻）
2、电阻的色标位置和倍率关系如下所示：
颜色有效数字倍率允许偏差（%）
银色/ x0.01 ±10
金色/ x0.1 ±5
黑色0 +0 /
棕色1 x10 ±1
红色2 x100 ±2
橙色3 x1000 /
黄色4 x10000 /
绿色5 x100000 ±0.5
蓝色6 x1000000 ±0.2
紫色7 x10000000 ±0.1
灰色8 x100000000 /
白色9 x1000000000 /
二、电容
1、电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。容抗XC=1/2πf c (f表示交流信号的频率，C表示电容容量)
电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
2、识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：
1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法
容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 uF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：
102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF
3、电容容量误差表
符号： F G J K L M
允许误差±1%、±2%、±5%、±10%、±15%、±20%
如：一瓷片电容为104J表示容量为0. 1 uF、误差为±5%。
三、晶体二极管
晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：D5表示编号为5的二极管。1、作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。
2、识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。
3、测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。
4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下：
型号1N4001、1N4002、1N4003、1N4004 、1N4005、1N4006 、1N4007
耐压（V）50、100 、200 、400、600 、800 、1000
电流（A）均为1
四、稳压二极管
稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。
1、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基
本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。
2、故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这三种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。
常用稳压二极管的型号及稳压值如下所示：
型号：1N4728、1N4729、1N4730、1N4732、1N4733 、1N4734 、1N4735、1N4744 、1N4750、1N4751 、1N4761
稳压值：3.3V 、3.6V 、3.9V 、4.7V 、5.1V、5.6V 、6.2V 、15V、27V 、30V 、75V
五、电感
电感在电路中常用“L”加数字表示，如：L6表示编号为6的电感。电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。
电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。如：棕、黑、金、金表示1uH（误差5%）的电感。电感的基本单位为：亨（H）换算单位有：1H=103mH=106uH。
六、变容二极管
变容二极管是根据普通二极管内部“PN结” 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。
变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。
变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差：
（1）发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。
（2）变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号发送到对方被对方接收后产生失真。
出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。
七、晶体三极管
晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17表示编号为17的三极管。
1、特点：晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。
电话机中常用的PNP型三极管有：A92、9015等型号；NPN型三极管有：
A42、9014、9018、9013、9012等型号。
2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，在常见电路中有三种接法。为了便于比较，将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表，供大家参考。
八、场效应晶体管放大器
1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管做整个电子设备的输入级，可以获得一般晶体管很难达到的性能。
2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类，其控制原理都是一样的。如图1-1-1是两种型号的表示符号。
3、场效应管与晶体管的比较
（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，选用晶体管。
（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。
（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。
（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模
集成电路中得到了广泛的应用。
请看图1和2所示电路。图1给出基本的分压器电路，图2给出基本的分流器电路。他们是很基础的电路，在本学期中我们将经常用到它们。
问题（图1）：计算电阻R
1两端的电压V
1
和电阻R
2
两端的电压V
2
V
1 = V
2 =
问题（图2）：计算电流I
1,I 2
I
1 = I
2 =
1、RC低通滤波器
2、峰值检测器
现在，我们要在电路中引入一个二极管。二极管2 是一种单方向导电的器件，
即对一个方向的电流在导通，对另一个方向的电流截止。我们利用二极管的这一特性来搭建峰值检测电路：
在图17中，若V
in >V
out
，二极管导通，电容器充电；若V
in
out ，二极管截止， 此时电容器不能放电。 这就构成了一个峰值检测器。但是，该电路只用来检测455kHz信号的峰值，并能让音频信号通过（高达5kHz的音频），在电容两端并上一个电阻即可实现这一功能。 线性滤波电感的特点及其缺陷： 常用的LC滤波器如图1所示。在LC滤波电路中，滤波电感器有两种工作模式：电流连续模式和电流断续模式。所谓电感电流连续模式，是指电感器中的滤波电流没有停留在零值的时间，如图2（a）中的实线所示。电流连续模式下输出纹波电流较小，对滤波电容的要求较低，所以应用较广。相反，在电感电流断续模式中，无输入脉冲电压期间，由于滤波电流下降过快，有一段时间滤波器中的电流为零。如图2（b）中的实线所示。实际应用中，滤波电感很少工作在电流断续模式[1]。 图1 LC滤波电路模型 （a）电流连续模式（b）电流断续模式 图2 电感电流模式 实验四（发光）二极管 用示波器观察晶体二极管特性曲线实验方法 【目的和要求】 懂得用示波器观察元件特性曲线的基本方法，观察晶体二极管的特性曲线。 【仪器和器材】 学生示波器（J2459型），学生电源（J1202型或J1202－1型），硅整流二 极管2只（图4．37－2中的D 1 整流电流应大于500毫安），锗二极管，滑动变 阻器（J2354－1型），电阻2个（R 1 为20－150欧，限流用，对功率小的二极 管取大些；R 2为2－10欧，作取样电阻），导线若干。 (a) C型滤波电路(b) 倒L型滤波电路(c) Ⅱ型滤波电路图1 【实验方法】 1．将电路按图4．37－2接好，图中D 1、R 跟交流电源构成半波整流电路， 用来提供脉动电源。滑动变阻器R 接成分压电路，调节它的滑片可得到适当的 脉动电压。R 1 为限流电阻，用以防止通过待测二极管中的电流过大造成损坏。接线柱X、Y分别跟示波器X输入、Y输入相连，E接公共接地端，扫描范围选在外X挡。 2．将滑动变阻器的滑片调至图中所示的下端，接通电源，调节好示波器，缓慢移动滑动变阻器的沿片使供应的脉动电压适当，再调节X、Y增益，在屏上即可得到大小合适的特性曲线，如图4．37－3所示。 3．将示波器作为定量测量使用，把二极管的特性曲线定量地测绘出来。然后，把测试的硅二极管D自电路中取下，换用锗二极管进行测试，比较这两种特 性曲线，可知：加在硅二极管上的电压U M 超过0．6－0．8伏时，锗二极管上的 电压U M 超过0．2－0．3伏时，电流随电压增长迅速。这是这两种二极管的重要区别。 实验五三极管 半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。 三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观如图，大的很大，小的很小。三极管的电路符号有两种：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。 电子制作中常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP）、低噪声管9014（NPN）、高频小功率管9018（NPN）等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6（低频小功率硅管）、3AX31（低频小功率锗管）等，它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则，电子爱好者最好还是了解一下： 第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构，A：PNP 型锗材料、B：NPN型锗材料、C：PNP型硅材料、D：NPN型硅材料。第三部分表示功能，U：光电管、K：开关管、X：低频小功率管、G：高频小功率管、D：低频大功率管、A：高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT 打头的表示半导体特殊元件。 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。 实验六场效应管 结型场效应管共源放大电路 一、实验目的 1.了解结型场效应管的可变电阻特性。 2.掌握共源放大电路的特点。 二、实验仪器设备 名称参考型号数量用途 低频信号发 生器 XD2 1 作信号源 万用表MF50型或DT890B型数字万 用表 1 测量放大器静 态值等 晶体管毫伏 表 DA16B 1 测Vi和Vo 稳压电源HH1713型 1 直流电源三、实验原理 图2.4.1结型场效应管的 输出特性图2.4.2测量rds的实验参考电 路 1、.结型场效应管用作可变电阻 N沟道结型场效应管的输出特性如图2.4.1所示。由图可见，在预夹断前，若UGS不变，曲线的上升部分基本上为过原点的一条直线，故可以将场效应管d、S之间看为一电阻 (2.4.1) 显然，改变GS值，可以得到不同的rds值。预夹断后曲线近于水平，这就是饱和区。场效应管作放大器用时通常就工作在这个区域。测量rds的实验参考电路如图2.4.2所示。图中为1kHZ的交流电压，VGG为直流电源。考虑到d、S间的回路电流 (2.4.2) 2、分压式自偏压共源放大电路 分压式自偏压共源放大电路如图2.4.3所示。静态时 (2.4.3) 考虑到图2.4.4所示的转移特性,可用下式表示 (2.4.4) 和 (2.4.5) 将式(2.4.3)和(2.4.4)联立求解,即可求出静态工作点。 图2.4.3所示共源放大电路的电压放大倍数为 (2.4.6) 输入电阻 (2.4.7) 输出电阻 （2.4.8） 图2.4.3 分压式自偏压共源放大电路图2.4.4 场效应管转移特性 四、实验内容及方法 1、测量场效应管的可变电阻 (1) 按图2.4.2接线,Rd用100 kΩ电位器或电阻箱。 (2) 令VGS = 0，调节Vi在0～100mV范围内变化，读出V2和V1值，按式（2.4.2）算出rds之值，并将数据填入表2.4.1中。 Vi(mV) 10 20 40 60 80 100 VGS=0 V2 V1 rds VGS= Vp/4 V2 V1 rds VGS= Vp/2 V2 V1 rds VGS=3Vp/4 V2 V1 rds (3) 令VGS=Vp/4、Vp/2和3Vp/4，重复实验步骤(2) 2、共源放大电路 （1）按图2.4.3接线。 （2）测量静态工作点。 接通电源VDD，使Vi = 0（输入端接地），测量VG、VS、VD，算出VDS 和ID[=VS/(RS1+RS2)]，填入表2.4.2中。 （3）测量电压放大倍数。输入1KHZ，有效值为0.2V的正弦电压，测出输出电压Vo，并计算出A ，填入表2.4.3中。 （4）测量输出电阻Ro。将RL开路，测量对应的输出电压，,填入表2.4.3中，并根据实验步骤（3）和（4）的结果及 (2.4.9) 计算出Ro，填入表2.4.3中。 表2.4.2 VG(V) VS(V) VD(V) VDS(V) ID(mA) 表2.4.3 Vi(V) Uo(V)(RL=10kΩ)Uo'(V)(RL=∞)Ro(kΩ)Au( RL=10kΩ) 五、实验报告 1、根据实验内容1中Vi=40mV测得的数据，以rds为纵坐标，以为横坐标，做出rds＝f（uGS ）关系曲线。 2、计算出由0变化到3Vp/4时，rds如何变化？ 3、比较实测静态工作点与根据实际的结型场效应管参数,用式(2.4.3)和(2.4.4)联立求解所得值之间的误差，分析产生误差原因。 4、将Au 、Ro的实验值与根据实际的结型场效应管参数和图2.4.3所示电路计算的理论值进行比较。 实验七集成电路运算放大器 LM324四运放的应用 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“V o”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端V o的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。 图 1 图2 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。 下面介绍其应用实例。 反相交流放大器 电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电,由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。 放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值,Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co 和Ci为耦合电容。 同相交流放大器见附图。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路,通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅 由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4,电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。 交流信号三分配放大器 此电路可将输入交流信号分成三路输出,三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高,运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端,信号输入至正输入端,相当于同相放大状态时Rf=0的情况,故各放大器电压放大倍数均为1,与分立元件组成的射极跟随器作用相同。 R1、R2组成1/2V+偏置,静态时A1输出端电压为1/2V+,故运放A2-A4输出端亦为1/2V+,通过输入输出电容的隔直作用,取出交流信号。 有源带通滤波器 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器,以选出各个不同频段的信号,在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率,在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1,品质因数,3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值,去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2пfoAoC）,R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC）,R3=2Q/（2пfoC）。上式中,当fo=1KHz时,C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 此电路亦可使用单电源,只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。 比较器 当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB,既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器,其输出如不是高电平（V+）,就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时,运放输出低电平。 附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器,电阻R1、R1ˊ组成分压电路,为运放A1设定比较电平U1;电阻R2、R2ˊ组成分压电路,为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间,当Ui >U1时,运放A1输出高电平;当Ui 单稳态触发器 见附图1。此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路,为运放A1负输入端提供偏置电压U1,作为比较电压基准。静态时,电容C1充电完毕,运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+,故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时,二极管D1导通,电容C1通过D1迅速放电,使U2突然降至地电平,此时因为U1>U2,故运放A1输出低电平。当输入电压变高时,二极管D1截止,电源电压R3给电容C1充电,当C1上充电电压大于U1时,既U2>U1,A1输出又变为高电平,从而结束了一次单稳触发。显然,提高U1或增大R2、C1的数值,都会使单稳延时时间增长,反之则缩短。 图 1 图 2 如果将二极管D1去掉,则此电路具有加电延时功能。刚加电时,U1>U2,运放A1输出低电平,随着电容C1不断充电,U2不断升高,当U2>U1时,A1输出才变为高电平。参考图2。 实验八混合设计 利用已学的电路设计一个电路，要求：1、有创意 2、实用