《计算机电路基础》电子教案.doc
《《计算机电路基础》电子教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机电路基础》电子教案.doc（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第一部分电路基础
第一章直流电路
教学目标：
1．掌握电流的参考方向，电压的参考极性；关联参考方向等概念
2．掌握电阻，电容，电感的伏安关系式
3．掌握电压源，电流源的伏安关系式
4．掌握列写KCL，KVL的方法
5．掌握用等效变换，串，并联和分压，分流公式计算简单直流电路的方法
6．熟悉戴维南定理及叠加定理
7．熟悉简单RC电路的过渡过程
8．了解受控源的四种形式
教学重点、难点：
1．掌握电流的参考方向，电压的参考极性；关联参考方向等概念
2．掌握电阻，电容，电感的伏安关系式
3．掌握电压源，电流源的伏安关系式
4．掌握列写KCL，KVL的方法
5．掌握列写KCL，KVL的方法
6．熟悉戴维南定理及叠加定理
教学内容：
一、电路的组成及电路分析的概念
1．电路：
是由若干电路元件按一定的方式相互连接而成的联结体，其主要作用是产生或处理信号及功率。
电路中一般所涉及的元件有：
电压源、电流源、受控源、电阻、电感和电容等。
2．电路分析：
在已知电路结构及参数的条件下，求解电路中待求电量的过程。
3．电路设计：
在设定输入信号或功率（能量）的条件下，欲在输出端口产生给定的信号或功率（能量），而求解电路应有的结构及参数的过程。
对于一个实际电路，电路分析的结果具有唯一性，而电路设计的答案一般具有多样性。
二、电路中的主要物理量及参考方向
1．电流：
电路中一个具有大小和方向的基本物理量，其定义为在单位时间内通过导体截面的电通量或电荷量。
电流的大小即电流的强度，简称电流，其单位为安培（A）
在物理学中，规定电流的方向是正电荷运动的方向，即电流的真实方向。
对任意假定的电流方向称为电流的参考方向。
2．电压：
电路中一个具有大小和方向（极性）的重要物理量。
电压又叫做电压差或电压降，与电路中两点有关。
与电流的表示方式相似，用大写字母U表示恒定的电压（直流电压），用小写字母u表示电压的瞬时值。
电压大小规定：
在电路中，单位正电荷经任意路径由节点A运动到节点B电场力所做的功。
电压的单位为（V），做功的单位为焦耳（J）。
电压的方向称为电压极性，其定义为：
如果该电场力做功的数值为正，则A，B两节点之间电压为正，在电路中，可以把任意一个节点选定为参考节点。
3．功率定义为单位时间内，电路元件上能量的变化量，是具有大小及正负值的物理量。
单位为瓦特（W）
在一个电路中，电源所产生的功率一定消耗在该电路的其他一些元件上，这就是电路中的功率平衡原理。
三、电路的基本元件
1．电阻元件
2．电容元件
3．电感元件：
实际电感器的理想化模型，它具有储存磁场能量的功能
4．电压源：
实际电源的一种抽象
5．电流源：
实际电源的一种抽象
实际的电压源是由理想电压源与一个内阻串联构成的
实际的电流源是由理想电流源与一个内阻并联构成的
6．受控源：
一种四端元件，由控制支路和受控支路两部分组成
四、基尔霍夫定律
将元件的伏安关系用于电路分析，是电路分析方法中的一个着重点。
在另一方面，电路元件只有通过某种连接方式相互连接时，才能组成一个完整的电路，基尔霍夫定律正是涉及这方面的内容。
基尔霍夫定律仅与电路结构（即组成电路的节点数，支路数及各支路的关系）有关，而与具体电路元件本身具有何种伏安关系无关
电路分析方法的根本依据就在于：
将元件的伏安关系与基尔霍夫定律这两方面的约束巧妙地结合起来，形成对各种复杂电路的一般分析方法。
1．KCL指出：
在电路中的任何一个节点，在任何时刻，流入（或流出）该节点的电流代数和为零。
2．KVL指出：
在电路中的任何一个回路，在任何时刻，沿该回路绕行一周，该回路上所有支路的电压降的代数和为零
KCL和KVL均只与电路结构有关，而与元件的伏安关系无关。
对于基尔霍夫定律的应用还应注意以下问题：
（1）对于一个由n个节点组成的实际电路，电路分析理论指出：
对于n个节点列写KCL方程，其中只有一个由n-1个方程是独立的。
（2）对由n个节点，b条支路组成的实际电路，电路理论指出，由KVL对电路中的所有回路可以列出b-（n-1）个独立的方程式。
（3）基尔霍夫定律仅是电磁场理论中麦克斯韦方程的近似，如同经典力学中的牛顿定律乃是相对论力学定律的近似。
在某些条件下，例如对微波电路中的空腔谐振器，就不能很好地应用基尔霍夫定律。
五、简单电阻电路的分析方法
将电路元件的伏安关系与基乐霍夫定律相结合，就形成各种对电路分析的方法。
1．二端网络的等效概念
当电路中的某个部分，由一个或多个元件组成，但只有两个端点（钮）与电路中的其他电路部分（外电路）相连接时，则称该电路部分为一个二端网络
2．简单电阻电路的等效变换计算方法
3．戴维南定理指出：
一个由电压源、电流源（本节仅包括受控源的情形）及电阻构成的二端网络，可以用一个电压源和一个电阻的串联等效电路来等效
4．叠加定理：
当电路由电阻、多个电压源或电流源组成时，任何一个支路上的电压或电流是各电源单独作用时，在该支路上产生的电压或电流之和。
六、简单RC电路的过渡过程
本章小结：
一、电路是由电路元件按一定的连接方式组成的
元件的伏安关系（VAR）所约束的；基尔霍夫定律（KCL、KVL）是由电路结构所约束的。
电路分析方法的实质是：
将描述电路中具体元件特性的VAR和描述电路结构的KCL、KVL紧密地相结合，并形成各种具体的电路分析方法
二、电路中的主要物理量有电压、电流及功率等
电压及电流都是具有大小及方向的物理量，其参考方向的假设是进行电路分析的必要条件，但假设的任意性并不影响计算结果的正确性。
三、电路中的基本元件电阻R、电感L和电容C的伏安关系为uR=U·iR，uL=L·（diL/dt）和ic=C·（duc/dt）
电容上的电压及电感上的电流一般不会发生突变，在直流电路中，电容相当于开路，电感相当于短路
四、基尔霍夫定律
KVL（∑U=0）和KCL（∑i=0）
应注意在列写方程时有两套正负符号的应用
五、对简单电路的分析方法
1.等效变换的方法
（1）两个二端网络等效是指它们对于外电路进行分析时的作用是相同的
（2）实际电压源与实际电流源等效变换的关系为Rs=R’s，Us=IsRs
（3）数个电流源并联电路，按KCL可简化为一个等效的电流源。
数个电压源串联电路，按KVL可简化为一个等效的电压源
（4）n个电阻串联，等效电阻为R=R1+R2+R3+···+Rn；n个电阻并联，等效电阻为R=R1//R2//R3//﹒﹒﹒//Rn
（5）电压源Us在串联电阻R1，﹒﹒﹒，Ri,﹒﹒﹒,Rn中Ri上的分压Ui为Us╳Ri/（R1+﹒﹒﹒Rn）
2.戴维南定理，一个由线性元件构成的二端网络可以等效为一个由电压源Uoc和内阻Ro串联的等效电路。
求Uoc的方法是：
将二端网络对负载电路（外电路）开路，其所求出的开路电压值即为Uoc。
求Ro时，应该将二端网络中的独立电压源等效为短路、独立电流源等效为开路
3.叠加定理：
一个由线性元件构成的电路中含有多个独立电源时，在求解某个支路电压、电流的过程中，可以让这些电源分别单独作用，再将每次作用的结果叠加。
当电路中某些电压源（或电流源）不作用时，应将其等效为短路（或开路）
六、简单RC电路过渡过程
当RC电路中的电容C上储存的电场能量开始累积或释放时，电容处于充、放电状态，因而电路也处于过渡过程（暂态）。
电容C上的电压不能突变，而是按指数规律变化的。
第2部分模拟电子技术基础
第三章半导体器件
教学目标：
1．了解PN结的单向导电原理
2．熟悉二极管的伏安特性
3．了解开关二极管，整流二极管，稳压二极管的基本用途
4．掌握三极管输出特性曲线中的截止区，放大区和饱和区等概念
5．熟悉熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法
6．熟悉三极管的主要参数
7．熟悉MOS场效应管的分类及符号
8．熟悉增强型NMOS管的特性曲线
9．了解MOS场效应管的主要参数
教学重点及难点：
1．PN结的单向导电原理
2．二极管的伏安特性
3．三极管输出特性曲线中的截止区，放大区和饱和区等概念
4．三极管的主要参数
教学内容：
一、半导体二级管
1．半导体基本知识
（1）半导体的载流子------电子与空穴
（2）N型和P型半导体
（3）PN结的形成
（4）PN结的单向导电性
2．二极管符号及其主要参数
（1）最大正向电流
（2）反向击穿电压
（3）反向电流
（4）最高工作频率和反向恢复时间
（5）温度影响
3．二极管应用举例：
根据情况可把它视为一个理想开关：
在导通时，视为“短路”或一个低值电阻，截止时，视为“开路”
4．稳压管及其应用
稳压管是一种特殊的二极管，是模拟电路中常用的一种元件。
稳压管正常工作在反向穿击穿状态
二、半导体三极管
1．三极管的符号及其特性曲线：
通常认为三极管是一种电流控制电流源型器件
2．三极管的主要参数及应用举例
（1）共发射极电流放大系数
（2）集电极----发射极击穿电压
（3）集电极最大电流
（4）最大功率
（5）特征频率
（6）集电极---发射极饱和压降
3．三极管的开关时间和极间电容
4．三极管的共基极和共集电极电路
三、MOS场效应管
1．MOS管的分类
2．增强型MOS管的特性曲线
3．MOS场效应管的主要参数和应用举例
（1）直流参数
（2）交流参数
（3）极限参数
本章小结：
一、半导体二级管是由P型和N型半导体组成的，其PN结具有单向导电性。
二极管为硅管和锗管两种类型。
硅管的导通电压为0.5V，管子导通后管压降约为0.6~0.8V；锗管的导通电压约为0.1V，管子导通后管压降约为0.1~0.3V。
二极管在模拟电路中常作为整流元件或非线性元件使用在数字电路中，常作为开关元件使用。
二、晶体三极管是一种电流控制电流源器件，其工作状态分为截止区、放大区和饱和区。
三、MOS场效应管是一种电压控制的电流源型器件。
控制量取自G、S极电压而不是电流
对于二极管、三极管及场效应管，都应掌握它们的特性曲线及主要参数
第4章放大电路基础
教学目标：
1、了解放大电路的分析方法
2、熟悉基本放大电路的工作原理
3、掌握负反馈放大电路的分析方法
4、熟悉熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法
5、了解多级放大电路的组成
教学重点及难点：
1、基本放大电路的工作原理
2、二极管的伏安特性
3、多级放大电路的组成放大电路的分析方法
第5章集成运放大器的应用
教学目标：
1、了解集成运放的理想条件
2、熟悉集成运放的应用电路性能
教学重点及难点：
1、运算电路
2、电压比较器
3、正弦波振荡电路
第3部分数字电路
第6章数字电路部分
教学目标
1．掌握用二进制数和十六进制数表示任意整数和带小数的数值
2．熟悉二进制数与十进制数的转换
3．掌握编码规则
4．了解在二进制中，用原码表示法和补码表示法表示有符号的数
5．掌握逻辑代数的与或非三种基本运算及其对应的三种门电路
6．熟悉与非或非与或非异或和异或非等常用运算及其对应的门电路
7．掌握逻辑代数的基本定律和规则
8．掌握由真值表写出标准与或表达式的熟悉逻辑代数法简化逻辑函数的方法
9．熟悉逻辑代数法简化逻辑函数的方法
10．掌握卡诺图简化逻辑函数的方法
教学重点及难点：
1．掌握用二进制数和十六进制数表示任意整数和带小数的数值
2．掌握逻辑代数的与或非三种基本运算及其对应的三种门电路
3．熟悉与非或非与或非异或和异或非等常用运算及其对应的门电路
4．掌握由真值表写出标准与或表达式的熟悉逻辑代数法简化逻辑函数的方法
5．熟悉逻辑代数法简化逻辑函数的方法
6．掌握卡诺图简化逻辑函数的方法
教学内容：
一、数制与编码
1．数制
（1）二进制数
（2）十六进制数
2．十进制数向二进制数的转换
（1）整数的数制转换
（2）纯小数的数制转换
（3）带小数的数制转换
3．二-十进制码：
以四位二进制数表示一位十进制数的数制称二-十进制。
最常用的二-十进制是自然二-十进制
二、逻辑变量和逻辑代数的三种基本运算
1．逻辑变量：
逻辑代数的变量称为逻辑变量
2．基本的逻辑运算
（1）逻辑加（或运算）
（2）逻辑乘（与运算）
（3）逻辑反（非运算）
三、常见的逻辑门电路
1．与非门：
仅当所有输入都为1时，输出才为0，输出便是1
与非门可以由一个与门后接一个非门构成
2．或非门：
只要有一个输入为1，输出就为0；仅当所有输入都为0时，输出才为1
或非门可以由一个或门后接一个非门构成
3．与或非门
4．异或门：
输入信号不相同时，输出为1；当两路输入信号相同时，输出为0
5．异或非门：
输入信号相同时，输出为1；当两路输入信号不相同时，输出为0
四、逻辑代数的基本定律和规则
1．基本定律
（1）交换律
（2）结合律
（3）分配律
（4）吸收律
（5）0-----1律
（6）互补律
（7）重叠律
（8）对合律
（9）反演律
2．基本规则
（1）代入规则
（2）对偶规则
（3）反演规则
五、常用公式
六、逻辑函数的标准形式
1．由真值表写出逻辑表达式
逻辑表达式是用逻辑代数中的函数表示式描述了逻辑函数
2．最小项
最小项具有如下性质：
（1）全体最小项之和1
（2）任意两个最小项之积为0
（3）若两个最小项之间只有一个变量不同（在一个最小项中是原变量，在另一个最小项中是反变量），其余各变量均相同，则称这两个最小项是相邻项。
七、逻辑函数的代数化简方法
八、逻辑函数的卡诺图化简方法
1．卡诺图
2．利用卡诺图进行逻辑化简
3．随意项
4．卡诺图化简法求最简或---与表达式
本章小结：
一、本章首先介绍了常见的数制与编码，讨论了二进制数与十进制数的相互转换，以及有符号二进制数的表示方法
二、逻辑代数是按一定逻辑规律进行运算的代数，它是分析和设计数字电路的数学工具。
逻辑代数中的0和1不是表示数量的0和1，而是表示事物的两个对立面。
两个具有同样输入变量的函数，只有对应任何一组输入组合，两个函数的值都相同，才称这两个函数相等的。
逻辑代数和普通代数的运算规律是不同的。
逻辑函数相等的概念也不同于普通代数的相等概念，其含义是完全不同的。
逻辑代数有三种基本运算（与、或、非），并可由相应的逻辑电路实现。
应熟记逻辑代数的运算规则和常用公式
三、常用的手工逻辑函有选举权化简方法是代数法和卡诺图法。
对于四个和四个以下变量的函数用卡诺图法可较快地得到最简的逻辑表达式。
化简的目的是寻找用最少的硬件实现同样功能的逻辑表达式。
第7章门电路
教学目标：
1．了解TTL与非门，集电极开路门和三态门的工作原理，熟悉它们的功能及特点
2．了解CMOS门电路的工作原理和主要特性参数
3．熟悉各种逻辑系统在速度，功耗和抗干扰能力等方面的主要特点
4．熟悉各种逻辑系统的主要参数的物理意义和数值的量级
教学重点及难点：
1．TTL与非门，集电极开路门和三态门的工作原理，熟悉它们的功能及特点
2．CMOS门电路的工作原理和主要特性参数
3．熟悉各种逻辑系统在速度，功耗和抗干扰能力等方面的主要特点
4．熟悉各种逻辑系统的主要参数的物理意义和数值的量级
教学内容：
一、数字集成电路的特点及分类
数字集成电路的特点与分类
数字集成电路目前的主要制作材料是硅，按其内部有源器件的不同可分为两类，一类为双极型晶体管集成电路；另一类为绝缘栅场效应管集成电路，或称金属---氧化物---半导体集成电路
数字集成电路按其集成度可分为：
小规模集成；中规模集成；大规模集成和超大规模集成等
具体到数字电路中，常把逻辑0对应着低电位；逻辑1对应着高电位，并将这种约定称为正逻辑。
若把逻辑0对应高电位；逻辑1对应着低电位，则称为负逻辑约定。
二、晶体管-晶体管逻辑电路
1．最简单的与门、非门和与非门电路
（1）二极管与门
（2）三极管非门
（3）晶体管与非门：
利用二极管与门可构成一个与非门电路
2．TTL与非门
3．TTL门的主要参数
（1）空载功耗
（2）传输特性
（3）传输延时和速度---功耗积
（4）扇出系数：
一个门能够驱动同类型门的个数
4．肖特基TTL电路
5．可以线或的TTL门：
两个TTL门的输出端是不可并联使用的，应注意普通TTL门的输出端也不可短接到地或者电源上
（1）集电极开路门
（2）三态TTL门
三、CMOS逻辑电路
1．CMOS反相器
2．CMOS传输门
3．CMOS逻辑门
4．CMOS三态门
四、数字集成电路的正确使用
1．不同逻辑系列的配合问题
（1）逻辑电位的配合
（2）驱动能力的配合
2．闲置输入端的处理：
不使用的闲置输入端，应按逻辑关系连接适当的逻辑电位（电源或地电位）
本章小结：
一、本章介绍了TTL和CMOS两种数字电路。
逻辑电路在选用时，应注意的主要参数有：
逻辑电平UH和UL、阈值电压UTH、噪声容限UNL和UNH、传输延时Tpd、功耗P和扇出系数No
二、本章介绍了三态门和数据总线的概念，这在数字系统中是经常会遇到的，应学会使用三态门。
第8章组合逻辑电路
教学目标
1．掌握组合逻辑电路的特点和分析方法
2．学会根据文字描述的设计要求列出相应组合逻辑电路的真值表
3．熟悉组合逻辑电路的设计方法
4．了解竞争和冒险问题
5．熟悉编码器的逻辑功能，工作原理和应用
6．熟悉译码器的逻辑功能，工作原理和应用
7．熟悉多路选择器的逻辑功能，工作原理和应用
8．熟悉数值比较器的逻辑功能，工作原理和应用
9．掌握全加器的设计
10．掌握逐位进位加法器的设计
11．了解超前进位加法器的工作原理
教学难点及重点：
1．组合逻辑电路的特点和分析方法
2．根据文字描述的设计要求列出相应组合逻辑电路的真值表
3．组合逻辑电路的设计方法
4．数值比较器的逻辑功能，工作原理和应用
5．全加器的设计
教学内容：
一、组合逻辑电路的特点
数字逻辑电路可分为两类。
一类是逻辑电路的输出只与当时输入的逻辑值有关，而与输入的历史情况无关，迷类逻辑电路叫做组合逻辑电路。
另一类逻辑电路的输出不仅和当时的输入逻辑值有关，而与电路以前曾输入过的逻辑值有关，这类逻辑电路叫做时序逻辑电路
二、组合逻辑电路的分析
分析组合逻辑电路的步骤如下：
1．电路中每个门的输出标以不同的符号
2．先求每个门输出的逻辑表达式
3．选代各逻辑表达式，并进行化简，直到求出电路输出的逻辑表达式，使其仅是电路输入变量的函数
4．填写真值表
三、组合逻辑电路的设计
设计电路的过程恰好与分析电路的过程相反
四、组合逻辑电路中的竞争和险象
1．竞争和险象：
这种时差引起的现象称为竞争。
竞争的结果若导致险象发生，并造成错误的后果，则这种竞争称为临界竞争；若竞争的结果不导致险象发生，或虽有险象发生，但不影响系统的工作，则称这种竞争为非临界竞争。
组合逻辑电路的险象从波形上可分为静态险象和动态险象。
五、常见的组合逻辑电路
1．编码器和优先编码器
（1）互斥输入的编码器
（2）优先编码器
2．译码器的功能：
将给定的输入码组进行翻译，变换成对应的输入信号，对每一种可能的输入组合，一个且仅一个输出信号为有效电位，有时将一种输入代码变换成另外一种形式的输出，也称为译码
（1）二进制译码器
（2）数字显示译码器
3．多路选择器：
又叫数据选择器
4．数值比较器
（1）一位二进制数的比较
（2）两位二进制数的比较
5．加法器
（1）全加器
（2）逐位进位加法器
（3）超前进位加法器
六、中规模集成组合逻辑电路及应用
1．中规模集成译码器
2．中规模集成多相选择器
（1）中规模集成多路选择器
（2）用多路选择器实现逻辑函数
本章小结：
一、组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，其特点是电路的输出仅与该时刻逻辑值有关，而与电路曾输入过什么逻辑值无关。
组合逻辑电路中没有反馈回路
二、组合逻辑电路的分析是较简单，目的是由逻辑图求出对应的真值表。
组合逻辑电路的设计是分析的逆过程，目的是由给定的任务列出真值表，直至画出逻辑图
三、竞争和险象是实际工作中经常遇到的重要问题，它们是由器件的延时造成的。
组合逻辑电路的险象是过渡性的，不会影响稳定值的正确性
四、本章着重讨论了几种常见的组合逻辑电路：
编码器、译码器、多路选择器、数值比较器和加法器。
介绍了这些电路的功能、工作原理和应用。
并给出了一些典型、中规模集成的组合逻辑电路。
通过上述电路的讨论，进一步学习组合逻辑电路的分析和设计方法
第9章时序逻辑电路
教学目标：
1．掌握RS触发器，D解发器，JK触发器的逻辑功能和描述方法
2．掌握常用的标准中规模寄存器，移位寄存器和计数器的逻辑功能及使用方法
3．熟悉异步置位，复位端的作用
4．熟悉寄存器的并行送数方式
5．熟悉移位寄存器的工作原理
6．熟悉同步二进制及任意进制计数器的分析方法
7．熟悉同步时序逻辑电路的特点和分析方法
8．了解各种触发器的工作原理
9．了解不同结构的触发器在使用时，对激励信号在时间上的限制
10．了解多谐振荡器，单稳态触发器，施密特触发器的工作原理，主要参数和用途
教学重点及难点：
1．RS触发器，D解发器，JK触发器的逻辑功能和描述方法
2．异步置位，复位端的作用
3．同步二进制及任意进制计数器的分析方法
4．同步时序逻辑电路的特点和分析方法
教学内容：
一、时序逻辑电路的特点
1．时序逻辑电路的特点：
其任意时刻的输出状态不仅取决于该时刻的输入状态，而且还与信号作用前的电路状态有关
2．时序电路逻辑功能描述方法
二、触发器：
是具有记忆功能的基本单元电路，它能存储一位二进制代码，是组成时序电路必不可少的重要组成部分
触发器具有以下基本特点：
（1）具有两个稳定的状态，能存储一位二进制信息
（2）根据不同的输入，可以置成0或1状态
（3）当输入信号消失后，被置成的状态能保存下来
1．基本RS触发器
（1）电路结构及逻辑符号
（2）工作原理
（3）基本RS触发器的动作特点
2．门控RS触发器和D锁存器
（1）门控RS触发器
（2）D锁存器
3．主从型触发器
（1）主从型RS触发器
（2）主从型JK触发器
（3）主从型触发器的动作特点
4．边沿触发型触发器
（1）电路结构
（2）工作原理
（3）具有异步复位、置位功能和多输入端的维持阻塞D触发器
（4）边没触发型触发器的动作特点
6．触发器的逻辑功能及其描述方法
（1）触发器的逻辑功能及其描述方法
（2）触发器电路结构和逻辑功能的关系
7．触发器的选择与使用
三、时序逻辑电路的一般分析方法
根据组成时序电路的各个触发器的动作是否受同一个CP信号控制而同时动作，将时序电路分为同步和异步两种类型：
同步时序电路是指组成时序电路的各个触发器在同一CP信号作用下同时动作，而异步时序电路是指组成时序电路的各个触发器并不在同一个时钟信号控制下同时动作。
1．同步时序电路的一般分析方法：
时序电路的分析就是从逻辑图求出给定时序电路的功能，一般用状态表（又称状态转换表）或状态图来表示。
已经介绍了描述时序
升级会员 