前言本人在备考研究生复试期间所学习的心得如下当时我复试的电子技术的书名是《电路与电子技术基础》郝晓丽主编。当时也是拿到了不错的名次。故分享与大家。我当时是先学习数字电路再学习模拟电路所以直接分开两大章讲我也亲手做了一个思维导图复习的时候拿着思维导图看是挺好的下面是部分模糊的截图因为太大了大家需要高清版可以去评论区下载。由于我复试都是被提问题所以呢我就讲重点就不配图了。因为是应试教育。数字电路在电子技术的学习中数字电路Digital Circuits无疑是重中之重。它不仅是计算机科学的基石也是现代电子系统设计的核心。本文将基于完整的数字电路知识框架从组合逻辑到时序逻辑再到脉冲波形与 A/D 转换为你进行一次全方位、深层次的硬核盘点。建议收藏备用一、 组合逻辑电路 (Combinational Logic Circuits)组合逻辑电路的最大特点是任意时刻的输出状态仅取决于该时刻的输入信号而与电路原来的状态无关。简单来说就是“没有记忆功能”。1. 核心器件及功能在组合逻辑中有几种极其重要的标准中规模集成电路MSI编码器 (Encoder)功能将特定的输入信号如按键状态转换成对应的二进制代码。优先编码器当有多个输入信号同时有效时电路会严格按照预先设定的优先级高低进行编码只输出优先级最高的信号代码例如经典的74LS148。译码器 (Decoder)功能编码的逆过程。将二进制代码“翻译”成对应的输出信号或特定状态。常见类型二进制译码器如 3线-8线译码器、二-十进制译码器、以及非常常见的显示译码器用于驱动七段数码管显示数字。数据选择器 (Multiplexer / MUX)功能多路输入单路输出。相当于一个多掷开关根据地址码的控制从多个输入数据中选择一个送到输出端。数据分配器 (Demultiplexer / DEMUX)功能数据选择器的逆过程。单路输入多路输出。将一个输入数据根据控制信号分配到多个输出端中的某一个。加法器 (Adder)半加器 (Half Adder)只考虑两个本位数字相加不考虑低位进位的加法电路。全加器 (Full Adder)不仅考虑两个本位数字相加还考虑低位进位的完整加法电路。2. 组合逻辑的“隐患”竞争与冒险 (Competition and Hazard)产生原因由于逻辑门电路内部存在延迟时间当输入信号发生多路同时突变时信号到达各个门级的时间先后不一导致输出端产生短暂的错误尖峰脉冲毛刺。消除方法引入选通脉冲在波形稳定后再进行采样。修改逻辑设计增加冗余项卡诺图加圈。接入滤波电容利用电容的平波特性滤除高频窄脉冲毛刺。二、 触发器 (Flip-Flops)数字电路的“记忆”单元要想让电路拥有“记忆”就必须跨入时序逻辑的大门而触发器就是构成时序逻辑电路的最基本逻辑单元。它能够存储 1 位二进制信息0 或 1。1. 触发器的分类演进基本 RS 触发器由两个与非门或或非门交叉耦合而成。它是所有触发器的基础但存在输入状态约束R和S不能同时有效。同步触发器增加了时钟脉冲CP控制端。只有在 CP 信号到来时触发器才接收输入信号并改变状态。主从触发器为了解决同步触发器在 CP 高电平期间容易出现的“空翻”现象主从触发器分为主、从两级分步完成接收和输出极大提高了稳定性。边沿触发器只在时钟脉冲的上升沿或下降沿瞬间改变状态抗干扰能力极强是现代数字电路中最常用的类型。2. 按逻辑功能分类D 触发器延迟触发器输入什么状态时钟沿到来后就输出什么状态。JK 触发器功能最全的触发器具备保持、置0、置1、翻转功能。T 触发器 / T 触发器具有保持和翻转功能常用于计数和分频。三、 时序逻辑电路 (Sequential Logic Circuits)时序逻辑电路的特点是任意时刻的输出不仅取决于当前的输入信号还与电路原来的状态即之前的输入历史有关。1. 寄存器 (Registers)寄存器是用于存放二进制数据或代码的电路通常由多个 D 触发器组合而成。数据寄存器仅用于并行存储数据。移位寄存器不仅能存储数据还能在时钟脉冲的作用下将数据向左或向右依次移位串行/并行相互转换的核心。2. 计数器 (Counters)计数器用于统计输入时钟脉冲的个数是数字系统中不可或缺的组件。按工作方式分同步计数器所有触发器共享同一个时钟脉冲状态同时改变工作速度快。异步计数器触发器的时钟不统一后一级的时钟通常由前一级的输出提供状态改变有先后存在级联延迟。按进位体制分二进制计数器、十进制计数器、任意 N 进制计数器。按增减趋势分加法计数器、减法计数器、可逆计数器。四、 脉冲波形的产生与整形 (Pulse Waveform Generation Shaping)在数字系统中我们需要各种方波、矩形波来作为时钟信号或控制信号。1. 三大经典脉冲电路施密特触发器 (Schmitt Trigger)特性具有“回差电压”滞回特性状态翻转需要越过不同的阈值。应用主要用于波形变换如将正弦波变方波、脉冲整形以及抗干扰。单稳态触发器 (Monostable Multivibrator)特性具有一个稳定状态和一个暂稳态。受到触发后进入暂稳态维持一段时间后自动回到稳态。应用定时与延时控制。多谐振荡器 (Astable Multivibrator)特性没有稳定状态只有两个暂稳态通电后就会自动交替翻转。应用作为时钟脉冲源自激产生矩形波/方波。2. 核心集成器件555 定时器555 定时器是电子界的一代传奇神级芯片。通过外接少量电阻和电容它可以极其方便地构成上述的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器是数字逻辑中波形处理的“万金油”。五、 A/D 与 D/A 转换连接模拟与数字的桥梁真实世界的信号声音、温度、光照都是连续的模拟量而计算机只能处理离散的数字量。这时候就需要模数和数模转换器。1. A/D 转换 (Analog to Digital - ADC)将模拟信号转换为数字信号必须经过严格的四个步骤采样 (Sampling)按照一定的时间间隔提取模拟信号的瞬时值。核心铁律奈奎斯特采样定理 (Nyquist Theorem) 采样频率必须大于等于信号最高频率的两倍 ($f_s \ge 2f_{max}$)才能保证采样后的信号能无失真地恢复还原。保持 (Holding)由于后续处理需要时间必须将采样到的电压值保持一段时间。量化 (Quantization)将连续的采样电压值近似划分为有限个离散的电平值。编码 (Coding)将量化后的电平值用相应的二进制代码表示出来。常见的 ADC 类型逐次逼近型速度与精度的良好折中、双积分型高精度但慢、并行比较型极快但电路极其复杂。2. D/A 转换 (Digital to Analog - DAC)将数字信号还原为模拟信号。本质上是将各位二进制数码按照其对应的权值转换为相应的模拟电压或电流然后相加。常见的 DAC 类型权电阻网络 DAC、倒 T 型 (R-2R) 电阻网络 DAC最常用解决了电阻阻值差异过大的问题。模拟电路一、 基石半导体与核心元器件万丈高楼平地起模电的所有复杂电路都是由最基础的半导体器件构成的。1. 二极管 (Diode)核心特性单向导电性。正向偏置时导通反向偏置时截止。伏安特性存在死区电压硅管约 $0.5V$导通压降硅管约 $0.7V$。特殊类型稳压二极管利用反向击穿区的特性在电路中起稳压作用工作在反向击穿状态且不可轻易损坏。发光二极管 (LED)、光电二极管等。2. 双极型三极管 (BJT)三极管是模拟电路真正起飞的起点它具备了放大能力。本质电流控制电流源 (CCCS)。即用微小的基极电流 $I_B$ 去控制较大的集电极电流 $I_C$公式体现为 $I_C \beta I_B$。三大工作区放大区发射结正偏集电结反偏。这是模拟放大电路最核心的工作状态。饱和区发射结正偏集电结正偏。相当于开关“闭合”截止区发射结反偏集电结反偏。相当于开关“断开”3. 场效应管 (FET / MOSFET)本质电压控制电流源 (VCCS)。依靠栅源电压 $U_{GS}$ 来控制漏极电流 $I_D$。优势相比于三极管场效应管的输入阻抗极高几乎不消耗驱动电流、噪声小、热稳定性更好在现代集成电路特别是 CMOS 工艺中占据绝对主导地位。二、 核心基本放大电路放大电路是模电的灵魂。我们通常将三极管或场效应管接入电路以实现对微弱信号的放大。评判一个放大电路好坏的核心指标有三个电压放大倍数 ($A_u$)、输入电阻 ($R_i$)、输出电阻 ($R_o$)。1. 三大基本组态 (以三极管为例)共射放大电路 (Common Emitter)特点反相放大输入输出相位差 $180^\circ$。不仅能放大电压还能放大电流。应用应用最广泛常作为多级放大电路的中间级。共集放大电路 (Common Collector / 射极跟随器)特点电压跟随电压放大倍数约等于 1但小于 1。输入电阻大输出电阻小。应用不放大电压但拥有极强的电流放大能力。常用于多级放大电路的输入级减小对信号源的索取或输出级提高带负载能力以及作为缓冲隔离级。共基放大电路 (Common Base)特点具有电压放大能力无电流放大能力频带宽。应用常用于高频或宽频带电路。2. 分析方法静态分析找直流通路计算静态工作点 (Q点$I_{BQ}, I_{CQ}, U_{CEQ}$)。Q点设置不合理会导致饱和失真或截止失真。动态分析画微变等效电路将三极管等效为受控源和电阻计算 $A_u, R_i, R_o$。三、 进阶复杂放大系统与反馈当单管放大无法满足需求时我们需要引入更复杂的结构。1. 差分放大电路 (Differential Amplifier)痛点解决直接耦合多级放大电路最大的敌人是零点漂移受温度影响输入为 0 时输出不为 0。原理采用两只特性完全相同的管子对称连接。特性“放大差模信号抑制共模信号”。它只对两个输入端的电压差进行放大对两个输入端相同的干扰信号如温度漂移造成的共模信号进行极强的抑制。2. 功率放大电路 (Power Amplifier)目标不追求极高的电压放大倍数而是向负载提供足够大的功率。分类甲类 (Class A)全周期导通失真小但效率极低最高 50%。乙类 (Class B)半周期导通效率高最高 78.5%但存在严重的交越失真。甲乙类 (Class AB)微导通状态综合了效率和失真应用最广。3. 集成运算放大器 (Op-Amp)集成运放是将多级放大电路通常包含差分输入级、中间放大级、推挽输出级集成在一块芯片上的高增益放大器。分析利器理想运放的两个“虚”字诀虚短 (Virtual Short)同相输入端和反相输入端电位相等 ($U_ \approx U_-$)。虚断 (Virtual Open)输入端不汲取电流输入电流为零 ($I_ \approx I_- \approx 0$)。基于这两个诀窍可以极其方便地推导出比例放大、加法器、减法器、积分器、微分器等经典应用电路。4. 放大电路的灵魂负反馈 (Negative Feedback)在模电中几乎所有实用的放大电路都引入了负反馈。本质将输出信号的一部分引回输入端与原输入信号进行相减从而牺牲了电路的放大倍数。为什么一定要牺牲增益四大好处提高放大倍数的稳定性。减小非线性失真。展宽频带让高频和低频信号都能被良好放大。改变输入/输出电阻如串联负反馈提高输入电阻并联负反馈降低输入电阻。四、 系统的终点直流稳压电源任何电子设备都需要能量供应将交流电市电 $220V$转换为稳定的直流电是模电应用中最经典的一环。标准流程分为四步电源变压 (Transformer)将 $220V$ 交流电降压到合适的低压交流电。整流电路 (Rectifier)利用二极管的单向导电性将交变的正弦波变为单向的脉动直流电如桥式整流电路。滤波电路 (Filter)利用电容的充放电特性或电感将脉动直流电中的交流成分滤除使波形变得平滑。稳压电路 (Voltage Regulator)当电网电压波动或负载变化时利用稳压二极管或三端稳压芯片如 7805、7905 系列保持输出直流电压的绝对稳定。未完待续思维导图是全面概括了这本书的基本一个问题不漏上面文字我说的都是重点有需要评论区免费下载思维导图。