大學(xué)電工電子技術(shù)知識(shí)重點(diǎn)匯編一、電路分析基礎(chǔ)（電工電子技術(shù)的基石）電路分析是研究電路中電壓、電流關(guān)系的基礎(chǔ)學(xué)科，核心是建立電路方程并求解響應(yīng)，為后續(xù)模擬/數(shù)字電子技術(shù)提供理論支撐。（一）基爾霍夫定律（KCL/KVL）1.基爾霍夫電流定律（KCL）定義：對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)，某一時(shí)刻流入節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和為零（\(\sumi=0\)）。核心：電荷守恒（電流不能憑空產(chǎn)生或消失）。應(yīng)用：列寫節(jié)點(diǎn)電流方程，求解支路電流（如復(fù)雜電路中的分支電流）。注意：電流參考方向（流入為正，流出為負(fù)）需一致。2.基爾霍夫電壓定律（KVL）定義：對(duì)于任意閉合回路，某一時(shí)刻沿回路繞行方向的電壓代數(shù)和為零（\(\sumu=0\)）。核心：能量守恒（電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)）。應(yīng)用：列寫回路電壓方程，求解支路電壓（如mesh分析法）。注意：電壓參考方向（與繞行方向一致為正，相反為負(fù)）需明確。（二）電路等效變換（簡(jiǎn)化復(fù)雜電路的關(guān)鍵）1.無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻串/并聯(lián)：串聯(lián)：\(R_{eq}=R_1+R_2+\dots+R_n\)，分壓公式\(u_1=\frac{R_1}{R_1+R_2}u\)；并聯(lián)：\(\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots+\frac{1}{R_n}\)，分流公式\(i_1=\frac{R_2}{R_1+R_2}i\)。電感串/并聯(lián)：串聯(lián)：\(L_{eq}=L_1+L_2+\dots+L_n\)；并聯(lián)：\(\frac{1}{L_{eq}}=\frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+\dots+\frac{1}{L_n}\)。電容串/并聯(lián)：串聯(lián)：\(\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\dots+\frac{1}{C_n}\)；并聯(lián)：\(C_{eq}=C_1+C_2+\dots+C_n\)。2.有源二端網(wǎng)絡(luò)等效（戴維南/諾頓定理）戴維南定理：線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為電壓源\(U_{oc}\)串聯(lián)等效電阻\(R_{eq}\)，其中\(zhòng)(U_{oc}\)是網(wǎng)絡(luò)開路電壓，\(R_{eq}\)是網(wǎng)絡(luò)除源（電壓源短路、電流源開路）后的等效電阻。諾頓定理：線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為電流源\(I_{sc}\)并聯(lián)等效電阻\(R_{eq}\)，其中\(zhòng)(I_{sc}\)是網(wǎng)絡(luò)短路電流，\(R_{eq}\)與戴維南定理一致。應(yīng)用場(chǎng)景：簡(jiǎn)化復(fù)雜電路，求某一支路的電流/電壓（如負(fù)載電阻變化時(shí)的輸出特性）。轉(zhuǎn)換關(guān)系：\(U_{oc}=I_{sc}\cdotR_{eq}\)。（三）正弦穩(wěn)態(tài)電路分析（交流電路的核心）1.正弦量的三要素振幅（最大值）：\(U_m\)、\(I_m\)（反映信號(hào)強(qiáng)度）；角頻率：\(\omega=2\pif=\frac{2\pi}{T}\)（\(f\)為頻率，\(T\)為周期，反映信號(hào)變化快慢）；初相位：\(\phi\)（反映信號(hào)起始狀態(tài)，范圍\(-\pi\leq\phi\leq\pi\)）。表示形式：\(u(t)=U_m\sin(\omegat+\phi_u)\)，\(i(t)=I_m\sin(\omegat+\phi_i)\)。2.相量法（正弦電路的簡(jiǎn)化工具）相量定義：用復(fù)數(shù)表示正弦量的振幅（\(\dot{U}_m=U_m\angle\phi_u\)）或有效值（\(\dot{U}=U\angle\phi_u\)，\(U=\frac{U_m}{\sqrt{2}}\)）。元件的相量模型：電阻\(R\)：\(\dot{U}=R\dot{I}\)（電壓與電流同相）；電感\(zhòng)(L\)：\(\dot{U}=j\omegaL\dot{I}\)（電壓超前電流\(90^\circ\)）；電容\(C\)：\(\dot{U}=\frac{1}{j\omegaC}\dot{I}\)（電壓滯后電流\(90^\circ\)）。阻抗\(Z\)：\(\dot{U}=Z\dot{I}\)，\(Z=R+jX\)（\(X=X_L-X_C=\omegaL-\frac{1}{\omegaC}\)，電抗）。電阻性負(fù)載：\(X=0\)，\(Z=R\)，功率因數(shù)\(\cos\phi=1\)；電感性負(fù)載：\(X>0\)，\(Z=R+jX\)，\(\cos\phi<1\)（電流滯后電壓）；電容性負(fù)載：\(X<0\)，\(Z=R-jX\)，\(\cos\phi<1\)（電流超前電壓）。3.正弦穩(wěn)態(tài)功率平均功率（有功功率）：\(P=UI\cos\phi\)（單位：W，反映電路消耗的功率）；無(wú)功功率：\(Q=UI\sin\phi\)（單位：Var，反映電路與電源交換的功率，電感吸收、電容釋放）；視在功率：\(S=UI\)（單位：VA，反映電源容量）；功率因數(shù)：\(\cos\phi=\frac{P}{S}\)（提高功率因數(shù)的方法：并聯(lián)電容，減少無(wú)功功率）。（四）暫態(tài)分析（一階電路的過(guò)渡過(guò)程）1.暫態(tài)原因電路含儲(chǔ)能元件（電感\(zhòng)(L\)、電容\(C\)），其儲(chǔ)能（\(W_L=\frac{1}{2}Li^2\)，\(W_C=\frac{1}{2}Cu^2\)）不能突變，導(dǎo)致從穩(wěn)態(tài)到新穩(wěn)態(tài)需過(guò)渡過(guò)程。2.一階電路的三要素法（通用解法）適用條件：一階線性電路（單儲(chǔ)能元件或等效為單儲(chǔ)能元件）。三要素：穩(wěn)態(tài)值\(f(\infty)\)：電路達(dá)到新穩(wěn)態(tài)時(shí)的響應(yīng)（電容視為開路，電感視為短路）；初始值\(f(0^+)\)：換路后瞬間的響應(yīng)（\(u_C(0^+)=u_C(0^-)\)，\(i_L(0^+)=i_L(0^-)\)，其他量可突變）；時(shí)間常數(shù)\(\tau\)：反映暫態(tài)過(guò)程的快慢（電容電路\(\tau=RC\)，電感電路\(\tau=\frac{L}{R}\)，\(R\)為換路后儲(chǔ)能元件兩端的等效電阻）。響應(yīng)公式：\(f(t)=f(\infty)+[f(0^+)-f(\infty)]e^{-\frac{t}{\tau}}\)（\(t\geq0^+\)）。二、模擬電子技術(shù)（處理連續(xù)信號(hào)的核心）模擬電子技術(shù)研究半導(dǎo)體器件的特性及應(yīng)用，重點(diǎn)是放大電路和運(yùn)算放大器，用于信號(hào)的放大、變換、處理。（一）半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.二極管（PN結(jié)的應(yīng)用）PN結(jié)特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕ㄕ蚱脮r(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止）。伏安特性：正向：\(i_D=I_S(e^{\frac{u_D}{V_T}}-1)\)（\(I_S\)為反向飽和電流，\(V_T\approx26\\text{mV}\)（室溫），死區(qū)電壓：硅管\(\approx0.7\\text{V}\)，鍺管\(\approx0.3\\text{V}\)）；反向：\(i_D\approx-I_S\)（反向飽和，擊穿后電流急劇增加）。參數(shù)：正向壓降\(U_F\)、反向擊穿電壓\(U_{BR}\)、最大整流電流\(I_F\)。應(yīng)用：整流（橋式整流）、限幅（并聯(lián)限幅）、穩(wěn)壓（齊納二極管）。2.三極管（BJT，電流控制器件）結(jié)構(gòu)：NPN型（\(N-P-N\)）或PNP型（\(P-N-P\)），三個(gè)電極：發(fā)射極\(E\)、基極\(B\)、集電極\(C\)。工作區(qū)域：截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏（\(u_{BE}<0.5\\text{V}\)），集電結(jié)反偏，\(i_B\approx0\)，\(i_C\approx0\)（開關(guān)斷開）；放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏（\(u_{BE}>0.7\\text{V}\)），集電結(jié)反偏（\(u_{CE}>u_{BE}\)），\(i_C=\betai_B\)（\(\beta\)為電流放大倍數(shù)，\(\beta\approx50\sim200\)）；飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏（\(u_{CE}<0.3\\text{V}\)），\(i_C<\betai_B\)（開關(guān)閉合）。參數(shù)：\(\beta=\frac{I_C}{I_B}\)（直流），\(\Delta\beta=\frac{\DeltaI_C}{\DeltaI_B}\)（交流），穿透電流\(I_{CEO}=(1+\beta)I_{CBO}\)（\(I_{CBO}\)為基極開路時(shí)的集電結(jié)反向電流）。（二）放大電路基礎(chǔ)1.性能指標(biāo)電壓放大倍數(shù)：\(A_u=\frac{\Deltau_O}{\Deltau_I}\)（或\(\frac{\dot{U}_O}{\dot{U}_I}\)，相量形式）；輸入電阻：\(r_i=\frac{\Deltau_I}{\Deltai_I}\)（\(r_i\)越大，從信號(hào)源獲取的電壓越大）；輸出電阻：\(r_o=\frac{\Deltau_O}{\Deltai_O}\)（\(r_o\)越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)）；通頻帶：\(BW=f_H-f_L\)（\(f_H\)為上限截止頻率，\(f_L\)為下限截止頻率，中頻區(qū)\(A_u\)基本不變）。2.共發(fā)射極放大電路（最基本的放大電路）電路結(jié)構(gòu)：發(fā)射極接地，基極接輸入，集電極接輸出。靜態(tài)分析（求\(Q\)點(diǎn)）：固定偏置電路：\(I_{BQ}=\frac{V_{CC}-U_{BEQ}}{R_B}\)，\(I_{CQ}=\betaI_{BQ}\)，\(U_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_C\)（\(Q\)點(diǎn)需設(shè)置在放大區(qū)，避免飽和/截止失真）。動(dòng)態(tài)分析（微變等效電路）：三極管的微變等效：\(r_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\frac{V_T}{I_{EQ}}\)（\(r_{bb'}\approx100\sim300\\Omega\)，\(I_{EQ}\approxI_{CQ}\)）；電壓放大倍數(shù)：\(A_u=-\beta\frac{R_C\parallelR_L}{r_{be}}\)（負(fù)號(hào)表示反相）；輸入電阻：\(r_i=R_B\parallelr_{be}\)；輸出電阻：\(r_o\approxR_C\)。3.共集電極放大電路（射極跟隨器）電路結(jié)構(gòu)：集電極接地，基極接輸入，發(fā)射極接輸出。性能特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)\(A_u\approx1\)（同相，無(wú)反相）；輸入電阻\(r_i\)很大（\(r_i=R_B\parallel[r_{be}+(1+\beta)(R_E\parallelR_L)]\)）；輸出電阻\(r_o\)很小（\(r_o\approx\frac{r_{be}}{1+\beta}\parallelR_E\)）。應(yīng)用：輸入級(jí)（提高輸入電阻）、輸出級(jí)（提高帶負(fù)載能力）、緩沖級(jí)（隔離前后級(jí)）。（三）集成運(yùn)算放大器（運(yùn)放，模擬電路的“積木”）1.理想運(yùn)放的特性開環(huán)電壓放大倍數(shù)：\(A_o\to\infty\)；輸入電阻：\(r_i\to\infty\)（虛斷：\(i_+=i_-\approx0\)）；輸出電阻：\(r_o\to0\)；共模抑制比：\(K_{CMR}\to\infty\)（虛短：\(u_+=u_-\)，共模信號(hào)無(wú)輸出）。2.運(yùn)放的線性應(yīng)用（需加負(fù)反饋）反相比例放大：\(A_u=-\frac{R_f}{R_1}\)（輸入接反相端，同相端接地）；同相比例放大：\(A_u=1+\frac{R_f}{R_1}\)（輸入接同相端，反相端通過(guò)\(R_1\)接地）；加法電路：\(u_O=-R_f\left(\frac{u_1}{R_1}+\frac{u_2}{R_2}+\dots+\frac{u_n}{R_n}\right)\)（多輸入接反相端）；減法電路：\(u_O=\frac{R_f}{R_1}(u_2-u_1)\)（\(u_1\)接反相端，\(u_2\)接同相端，\(R_1=R_2\)，\(R_f=R_3\)）；積分電路：\(u_O=-\frac{1}{R_1C}\intu_Idt\)（\(R_f\)換為電容\(C\)）；微分電路：\(u_O=-R_fC\frac{du_I}{dt}\)（\(R_1\)換為電容\(C\)）。3.運(yùn)放的非線性應(yīng)用（工作在飽和區(qū)）電壓比較器：反相輸入：\(u_O=+U_{OM}\)（\(u_I<U_{REF}\)），\(u_O=-U_{OM}\)（\(u_I>U_{REF}\)）；滯回比較器（施密特觸發(fā)器）：引入正反饋，具有滯回特性（兩個(gè)閾值電壓\(U_{TH+}\)、\(U_{TH-}\)），抗干擾能力強(qiáng)。三、數(shù)字電子技術(shù)（處理離散信號(hào)的核心）數(shù)字電子技術(shù)研究邏輯電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，重點(diǎn)是邏輯代數(shù)、組合邏輯、時(shí)序邏輯，用于信號(hào)的編碼、譯碼、計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)。（一）邏輯代數(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具）1.基本邏輯運(yùn)算與運(yùn)算：\(Y=A\cdotB\)（只有\(zhòng)(A、B\)都為1時(shí)，\(Y\)為1）；或運(yùn)算：\(Y=A+B\)（只要\(A、B\)有一個(gè)為1時(shí)，\(Y\)為1）；非運(yùn)算：\(Y=\overline{A}\)（\(A\)為1時(shí)，\(Y\)為0；反之亦然）；復(fù)合運(yùn)算：與非：\(Y=\overline{A\cdotB}\)；或非：\(Y=\overline{A+B}\)；異或：\(Y=A\oplusB=\overline{A}B+A\overline{B}\)（\(A、B\)不同時(shí)為1）；同或：\(Y=A\odotB=AB+\overline{A}\overline{B}\)（\(A、B\)相同時(shí)為1）。2.基本定理交換律：\(A+B=B+A\)，\(AB=BA\)；結(jié)合律：\((A+B)+C=A+(B+C)\)，\((AB)C=A(BC)\)；分配律：\(A(B+C)=AB+AC\)，\(A+BC=(A+B)(A+C)\)；反演律（德摩根定理）：\(\overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B}\)，\(\overline{A\cdotB}=\overline{A}+\overline{B}\)；吸收律：\(A+AB=A\)，\(A(A+B)=A\)。3.邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)公式法：利用定理化簡(jiǎn)（如合并項(xiàng)\(A+\overline{A}=1\)、吸收項(xiàng)\(A+AB=A\)、消去項(xiàng)\(A+\overline{A}B=A+B\)）；卡諾圖法（適用于\(n\leq4\)變量）：結(jié)構(gòu)：\(2^n\)個(gè)小方格，相鄰方格變量?jī)H一位不同（格雷碼排列）；步驟：將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化為最小項(xiàng)之和，在卡諾圖中填1，圈選相鄰的1（圈的大小為\(2^k\)，數(shù)量最少），每個(gè)圈對(duì)應(yīng)一個(gè)乘積項(xiàng)，相加得最簡(jiǎn)與或式。（二）邏輯門電路（數(shù)字電路的基本單元）1.CMOS門（互補(bǔ)MOS，低功耗）結(jié)構(gòu)：由PMOS管（負(fù)載）和NMOS管（驅(qū)動(dòng)）互補(bǔ)組成。特點(diǎn)：輸入電阻高（\(\approx10^{12}\\Omega\)）、功耗低（靜態(tài)\(\approx10^{-9}\\text{W}\)）、電源電壓范圍寬（3~18V）、抗干擾能力強(qiáng)。基本門：反相器：輸入高電平時(shí)，NMOS導(dǎo)通、PMOS截止，輸出低電平；與非門：兩個(gè)NMOS串聯(lián)、兩個(gè)PMOS并聯(lián)，輸入都為高電平時(shí)輸出低電平；或非門：兩個(gè)NMOS并聯(lián)、兩個(gè)PMOS串聯(lián)，輸入有一個(gè)為高電平時(shí)輸出低電平。2.TTL門（晶體管-晶體管邏輯，高速）結(jié)構(gòu)：由雙極型三極管組成（NPN型）。特點(diǎn)：輸入電阻低（\(\approx10^3\\Omega\)）、功耗較高（靜態(tài)\(\approx10\\text{mW}\)）、電源電壓固定（5V±0.5V）、開關(guān)速度快（延遲\(\approx10\\text{ns}\)）?；鹃T：反相器：多發(fā)射極三極管輸入，推拉式輸出（NPN+PNP），輸入高電平時(shí)輸出低電平；與非門：多發(fā)射極三極管輸入，輸入都為高電平時(shí)輸出低電平。（三）組合邏輯電路（無(wú)記憶功能）1.特點(diǎn)輸出僅取決于當(dāng)前輸入，與過(guò)去輸入無(wú)關(guān)；電路結(jié)構(gòu)無(wú)反饋回路（無(wú)儲(chǔ)能元件）。2.分析與設(shè)計(jì)方法分析步驟：寫出邏輯表達(dá)式→化簡(jiǎn)→列真值表→分析功能；設(shè)計(jì)步驟：確定輸入輸出→列真值表→寫邏輯表達(dá)式→化簡(jiǎn)→畫電路圖。3.常用組合電路編碼器：將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼（如8-3線優(yōu)先編碼器74HC148，優(yōu)先級(jí)從\(I_7\)到\(I_0\)遞減）；譯碼器：將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)（如3-8線譯碼器74HC138，輸出對(duì)應(yīng)最小項(xiàng)）；數(shù)據(jù)選擇器（MUX）：從多個(gè)輸入中選擇一個(gè)輸出（如4-1線MUX74HC153，地址輸入決定選擇哪路數(shù)據(jù)）；加法器：實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算（如半加器\(S=A\oplusB\)、\(C=AB\)；全加器\(S=A\oplusB\oplusC_i\)、\(C_o=AB+AC_i+BC_i\)）。（四）時(shí)序邏輯電路（有記憶功能）1.特點(diǎn)輸出取決于當(dāng)前輸入和過(guò)去的狀態(tài)（有記憶功能）；電路結(jié)構(gòu)有反饋回路（含儲(chǔ)能元件，如觸發(fā)器）。2.觸發(fā)器（最基本的記憶元件）分類：按觸發(fā)方式：電平觸發(fā)（鎖存器，如RS鎖存器）、邊沿觸發(fā)（上升沿/下降沿，如JK、D觸發(fā)器）；按邏輯功能：RS、JK、D、T觸發(fā)器。常用觸發(fā)器：JK觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）：狀態(tài)方程\(Q^{n+1}=J\overline{Q^n}+\overline{K}Q^n\)（\(J=1、K=1\)時(shí)翻轉(zhuǎn)）；D觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）：狀態(tài)方程\(Q^{n+1}=D\)（輸入為\(D\)時(shí)，輸出隨\(D\)變化）；T觸發(fā)器（翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器）：狀態(tài)方程\(Q^{n+1}=T\oplusQ^n\)（\(T=1\)時(shí)翻轉(zhuǎn)，\(T=0\)時(shí)保持）。3.時(shí)序電路分析方法步驟：確定電路類型（同步/異步）→寫驅(qū)動(dòng)方程→寫狀態(tài)方程→寫輸出方程→列狀態(tài)表→畫狀態(tài)圖→分析功能。4.常用時(shí)序電路寄存器：存儲(chǔ)二進(jìn)制信息（如并行輸入并行輸出寄存器74HC374，時(shí)鐘上升沿存入數(shù)據(jù)）；移位寄存器：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)移位（如串行輸入并行輸出移位寄存器74HC164，時(shí)鐘上升沿?cái)?shù)據(jù)右移）；計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)（如同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC161，模16；同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC160，模10）。（五）模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC/DAC，模擬與數(shù)字的接口）1.DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）性能指標(biāo)：分辨率：\(\DeltaU=\frac{U_{REF}}{2^n}\)（\(n\)為位數(shù)，\(U_{REF}\)為參考電壓，分辨率越高，\(\DeltaU\)越?。晦D(zhuǎn)換精度：實(shí)際輸出與理想輸出的偏差（如±1LSB）；轉(zhuǎn)換速度：完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間（如R-2R梯形DAC0832，轉(zhuǎn)換時(shí)間\(\approx1\\mus\)）。常用電路：R-2R梯形DAC（電阻種類少，精度高）、權(quán)電阻DAC（電阻種類多，精度低）。2.ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）性能指標(biāo)：分辨率：\(\DeltaU=\frac{U_{REF}}{2^n}\)（同DAC）；轉(zhuǎn)換精度：實(shí)際輸出與理想輸出的偏差（如±1LSB）；轉(zhuǎn)換速度：完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間（如逐次逼近型ADC0809，轉(zhuǎn)換時(shí)間\(\approx100\\mus\)；雙積分型ADCMC____，轉(zhuǎn)換時(shí)間\(\approx10\\text{ms}\)）。常用電路：逐次逼近型ADC（速度較快，適合中速應(yīng)用）；雙積分型ADC（精度高，適合低速應(yīng)用，如數(shù)字萬(wàn)用表）；并行型A