专题十 模拟电路与数字电路-普通高中春招考试备考教材 通用技术（第六版）

专题十　 模拟电路与数字电路 课程标准 １．了解模拟信号和数字信号各自的优缺点及其相互转化的方法。 ２．能正确分析晶体三极管的工作状态，熟悉基本放大电路及工作原理，掌握三极管在模 拟电路中的运用。 ３．熟悉基本逻辑门电路的符号、逻辑关系、真值表、波形图。 考试要求 知识点 内　 容 考试层次 Ａ Ｂ Ｃ 信号特点 熟悉模拟信号与数学信号 √ 三极管特性 会分析三极管工作状态，放大电路的组成、 工作原理 √ 门电路 熟悉基本逻辑门电路的符号、逻辑关系、真 值表、波形图 √ 知识点拨 １．模拟信号和数字信号 电子控制电路处理的信号通常有两种类型：模拟信号和数字信号。 模拟信号又称为连 续信号，泛指可用连续变化的物理量所表达的信息；数字信号是指在取值上是离散的、不连 续的信号，数字信号通常用“０”和“１”来表示。 “０”和“１”没有大小之分，只代表两个对立的 状态，称为逻辑 ０ 或逻辑 １，可以代表信号的“有”与“无”，命题的“真”与“假”，电平的“高” 与“低”等。 模拟信号有很高的分辨率，能精确地表达信息变化过程，但信息的传输和处理过程的保 密性差，抗干扰能力弱，很易失真。 数字信号是“０”和“１”的编码，传输和处理过程抗干扰能 力强，但占用的频带较宽，接收、发送技术要求复杂。 将模拟信号进行采样、量化和编码就可以转换成数字信号，这个过程称为 Ａ ＼Ｄ 转换（功 ００２ 能器件简称 ＡＤＣ 转换器）；相反，把数字信号还原成模拟信号的过程称为 Ｄ ＼Ａ 转换（功能器 件简称 ＤＡＣ 转换器）。 ２．三极管特性 （１）三极管在电路中的作用 晶体三极管是电子电路的核心元件。 三极管在电路中通常有三个状态（截止、放大、饱 和），表现两种作用：一是放大信号的作用；二是利用三极管的截止和饱和完成开关作用。 当 三极管处于放大状态时，基极电流微小的变化会引起集电极电流较大的改变，其各极电流的 分配规律是：Ｉｅ ＝ Ｉｂ＋Ｉｃ，Ｉｃ≈Ｉｅ，Ｉｃ ＝βＩｂ，如图 １０⁃１ 所示。 图 １０⁃１ （２）三极管的工作状态 放大状态的条件是：发射结正偏（大于 ＰＮ 结的死区电压），集电结反偏。 其各极的电位 关系是：ＮＰＮ 型三极管的 Ｕｃ＞Ｕｂ＞Ｕｅ，ＰＮＰ 型三极管的 Ｕｅ＞Ｕｂ＞Ｕｃ；饱和状态的条件是：发射 结正偏，集电结正偏（集电极电流变得较大，ｃ 极与 ｅ 极之间相当于短路），ＮＰＮ 型三极管的 Ｕｂ＞Ｕｅ 且 Ｕｂ＞Ｕｃ，ＰＮＰ 型三极管的 Ｕｂ＜Ｕｅ 且 Ｕｂ＜Ｕｃ；截止状态的条件是：发射结反偏（小于 ＰＮ 结的死区电压），Ｉｃ 电流理想状态下为零（ｃ 极与 ｅ 极之间相当于开路）。 （３）基本放大电路的原理 三极管处于放大状态时，除了保证发射结处于正向偏置外，还要让集电结处于反向偏 置。 在 ＮＰＮ 型三极管构成的基本放大电路中（见图 １０⁃２），Ｕｂ 和基极电阻 Ｒｂ 作用就是向发 射结提供正向偏置电压，以形成一定的静态基极电流 Ｉｂ；而 ＶＣＣ与 Ｒｃ 保证集电结反偏，同时 Ｒｃ 兼作负载电阻，电容 Ｃ１、Ｃ２ 分别用作信号的输入和信号的输出耦合作用。 如果我们将一 个变化的小信号通过 Ｃ１ 加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流 Ｉｂ 的变化，Ｉｂ 的变化 被放大后，导致了 Ｉｃ 很大的变化，集电极电流 Ｉｃ 是流过负载电阻 Ｒｃ 的，根据电压计算公式 ＵＲ ＝Ｒｃ×Ｉ，可以知道电阻上电压就会发生很大的变化。 将这个电阻上的电压取出来，通过 Ｃ２ 就可输出信号。 图 １０⁃２ １０２ （４）ＮＰＮ 与 ＰＮＰ 三极管工作状态表（见表 １０⁃１） 表 １０⁃１ 类型 工作状态 电流分布 电压或电位 ＰＮ 结 功能 ＮＰＮ 截止 各极电流几乎为零 Ｕｂｅ＜０．５ Ｖ（或 ０．２ Ｖ） 发射结反偏 开关断开 放大 Ｉｃ ＝βＩｂ，Ｉｅ ＝ Ｉｂ＋Ｉｃ Ｕｃ＞Ｕｂ＞Ｕｅ 发射结正偏、集电极反偏 放大 饱和 Ｉｃ＜ βＩｂ，Ｉｅ ＝ Ｉｂ＋Ｉｃ Ｕｂ＞Ｕｃ＞Ｕｅ，Ｕｃｅ＜０．６ Ｖ 发射结正偏、集电极正偏 开关闭合 ＰＮＰ 截止 各极电流几乎为零 Ｕｅｂ＜０．５ Ｖ（或 ０．２ Ｖ） 发射结反偏 开关断开 放大 Ｉｃ ＝βＩｂ，Ｉｅ ＝ Ｉｂ＋Ｉｃ Ｕｅ＞Ｕｂ＞Ｕｃ 发射结正偏、集电极反偏 放大 饱和 Ｉｃ＜ βＩｂ，Ｉｅ ＝ Ｉｂ＋Ｉｃ Ｕｅ＞Ｕｃ＞Ｕｂ，Ｕｃｅ＜０．６ Ｖ 发射结正偏、集电极正偏 开关闭合 ３．基本逻辑电路 （１）与门 实现“与”逻辑运算，指只有同时满足条件，结论才成立，记作：Ｆ ＝Ａ·Ｂ 或 Ｆ ＝ＡＢ；功能 是“全高出高，有低出低”；真值表与波形如图 １０⁃３ 所示。 图 １０⁃３ （２）或门 实现“或”逻辑运算，指只要满足其中一个条件，结论就成立，记作：Ｆ ＝Ａ＋Ｂ；功能是“全低 出低，有高出高”；真值表与波形如图 １０⁃４ 所示。 图 １０⁃４ （３）非门 实现“非”逻辑运算，也称取反逻辑，记作：Ｆ＝Ａ；真值表与波形如图 １０⁃５ 所示。 图 １０⁃５ ４．与非门和或非门 （１）与非门 与门和非门的叠加（先与后非），记作：Ｆ ＝ＡＢ；功能是“全高出低，有低出高”；真值表与 ２０２ 波形如图 １０⁃６ 所示。 图 １０⁃６ （２）或非门 或门和非门的叠加（先或后非），记作：Ｆ＝Ａ＋Ｂ；功能是“全低出高，有高出低”；真值表与 波形如图 １０⁃７ 所示。 图 １０⁃７ ５．基本的 ＲＳ 触发器 触发器是能将二进制信息记住的基本单元，是存储 １ 位二进制信息的基本单元电路，最 简单的触发器是由两个与非门（或非门）组成的，称为 ＲＳ 基本触发器，如图 １０⁃８ 所示。 图 １０⁃８ 典型案例分析 【案例 １】测得工作在放大电路中的三极管各电极电位如下，其中采用硅材料的 ＮＰＮ 管 是（　 　 ）。 Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ． 【答案】Ａ 【解析】本题主要考查三极管的基本特性。 硅材料构成的三极管 ＢＥ 两极之间的导通电 压是 ０．７ Ｖ，可以排除选项 Ｂ、Ｄ，而 ＮＰＮ 型三极管的集电极电位较高，因此选择 Ａ 选项。 故 ３０２ 本题的正确答案是 Ａ。 图 １０⁃９ 【案例 ２】如图 １０⁃９ 所示是小张用两个三极管搭建的 实验电路，下列关于该电路的分析中正确的是（　 　 ）。 Ａ．减小 Ｒ２，电流表 Ａ２ 读数会明显增大 Ｂ．适当减小 Ｒ１，电流表 Ａ１ 读数可能不变 Ｃ．当三极管 Ｖ１ 饱和时，Ｖ２ 集电结短路，电流表 Ａ２ 读数为零 Ｄ．随着 Ｕｉ 的逐渐增大，三极管 Ｖ１、Ｖ２ 均能从放大 状态到饱和状态 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查三极管的基本特性。 三极管构 成的放大电路中，通常是基极电流改变才会引起集电极电流改变，故 Ａ 错；基极偏置电阻减 小或信号电压上升都会引起集电极电流增大，同时三极管还有可能进入饱和状态，Ｖ１ 饱和， Ｖ２ 也要进入饱和，因此本题只有 Ｄ 正确。 故本题的正确答案是 Ｄ。 【案例 ３】下列四个逻辑电路图，与表达式 Ｙ＝Ａ＋Ｂ逻辑关系不一致的是（　 　 ）。 Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ． 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查逻辑电路的基本规律。 逻辑电路中有重叠律和反演律，Ａ＋Ａ ＝Ａ， Ａ·Ａ＝Ａ，Ａ＋Ｂ＝Ａ·Ｂ。 故本题的正确答案是 Ｄ。 【案例 ４】某工程项目验收，有 Ａ、Ｂ、Ｃ 三个评委，其中必须有两个或两个以上评委评审 通过才能通过。 用高电平表示通过，低电平表示不通过，下列方案选项中能实现上述逻辑关 系的是（　 　 ）。 Ａ． Ｂ． ４０２ Ｃ． Ｄ． 【答案】Ｂ 【解析】本题主要考查基本逻辑门电路的分析。 “或”逻辑为逻辑加，只要有一个条件成 立，结论就成立，而“与”逻辑为逻辑乘，要全部条件成立时，结论才成立。 在本题中，要求两 个或两个以上输入为高电平，输出才为高电平。 选项 Ａ、Ｃ 中只有二极管都截止才会输出高 电平，但只要 Ａ 输入端为低电平，就不能输出高电平了，所以不能实现；而 Ｄ 选项输出端全 是或门，只要有一个高电平就能输出高电平，因此也不能实现。 故本题的正确答案是 Ｂ。 图 １０⁃１０ 【案例 ５】若三极管的放大倍数为 １００，其他参数如图 １０⁃１０ 所示，将开关 Ｓ 接 Ａ 点后，用万用表测量 Ｒ２ 两端的 电压，应为多少？ 开关接 Ｂ 点后，Ｕｏ 的电压又为多少？ 【答案】将开关 Ｓ 接 Ａ 点后，用万用表测量 Ｒ２两端 的电压为 ０ Ｖ；开关接 Ｂ 点后，Ｕｏ的电压在理想状态下 是 ０ Ｖ。 【解析】本题主要考查三极管的工作状态。 从电路 可简单测算，当 Ｓ 接 Ｂ 时，电源正极 ５ Ｖ 经 Ｒ１和三极管 发射极到电源负极，形成串联，此时的基极电流较大（忽 略发射结的导通电压），可算出基极电流约为 ０．５ ｍＡ， 集电极为基极的 １００ 倍 （三极管的放大倍数），约为 ５０ ｍＡ，集电极电流乘以集电极电阻 Ｒ２约为 ５０ Ｖ，这说明 Ｒ２上的电压是 ５０ Ｖ，已远远超过电 源电压，说明三极管的集电极电流早已达到饱和。 因此，该电路形成的是一个开关电路，电 路只有截止和饱和两种状态。 当 Ｓ 接 Ａ 点时，三极管 Ｖ 截止不通，Ｒ２上没有电流，Ｒ２电压为 图 １０⁃１１ ０ Ｖ，理想状态下 Ｕｏ为 ５ Ｖ。 当 Ｓ 接 Ｂ 点时，三极 管 Ｖ 饱和导通，三极管 Ｖ 相当于开关闭合，理想 状态下 Ｕｏ为 ０ Ｖ，Ｒ２电压为 ５ Ｖ。 【案例 ６】某三极管的输出特性曲线如图 １０⁃ １１ 所示，下列说法不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．曲线中的 ａ、ｂ、ｃ 区域分别对应三极管的 ３ 种不同工作状态 Ｂ．从该图可以看出，三极管的基极电流变 化，集电极电流也会改变 Ｃ．从该图可以看出，三极管的放大倍数 为 ５０ Ｄ．从该图可以看出，当三极管的基极电流为 ２０ μＡ 时，发射极电流为 ９８０ μＡ ５０２ 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查三极管的基本性质。 三极管的输出特性曲线有三个区，分别对应 三极管 ３ 种不同的工作状态，在放大区域，三极管基极电流微小变化，就会引起集电极电流 改变，集电极电流的改变量除以基极电流的改变量，即为三极管的放大倍数，本题的三极管 放大倍数是 ５０，而发射极电流为基极与集电极的总和。 故本题的正确选项是 Ｄ。 知识结构 专题检测 单项选择题 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 图 １０⁃１２ １．已知某一晶体三极管 Ｖ 工作在放大状态，测得其三个管脚的直 流电位如图 １０⁃１２ 所示，则 １、２、３ 三个管脚对应名称和三极管类型分 别为（　 　 ）。 Ａ．基极、发射极、集电极、ＮＰＮ Ｂ．基极、发射极、集电极、ＰＮＰ Ｃ．发射极、基极、集电极、ＮＰＮ Ｄ．发射极、基极、集电极、ＰＮＰ 图 １０⁃１３ ２．小明同学在检修某电路时，用万用电表测得 ＮＰＮ 型三 极管各电极对地电位分别是：集电极电位 Ｕｃ ＝ ５．５ Ｖ，基极电位 Ｕｂ ＝ ５．９ Ｖ，发射极电位 Ｕｅ ＝ ５．２ Ｖ，以下判断正确的是（　 　 ）。 Ａ．发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状态 Ｂ．发射结正偏，集电结反偏，三极管处于饱和状态 Ｃ．发射结正偏，集电结正偏，三极管处于放大状态 Ｄ．发射结正偏，集电结正偏，三极管处于饱和状态 ３．如图 １０⁃１３ 所示的三极管放大电路中，已知此时该三极管 处于饱和状态。 下列关于该电路的分析中正确的是（　 　 ）。 Ａ．此时电压表读数为电阻 Ｒ３ 的电压 ６０２ Ｂ．Ｒ２ 的滑动端上滑时，电压表的读数增大 Ｃ．Ｒ２ 的滑动端下滑时，Ｒ３ 两端的电压会减小 图 １０⁃１４ Ｄ．Ｒ２ 的滑动端上滑时，三极管会进入截止 状态 ４．小明用型号为 Ｃ９０１４ 的三极管设计如图 １０⁃１４所示的两个电路，通电测试时二极管均发光。 关于该电路中的电位，最有可能的是（　 　 ）。 Ａ．Ｍ 点约为 ３ Ｖ，Ｎ 点约为 ３ Ｖ Ｂ．Ｍ 点约为 ３ Ｖ，Ｎ 点约为 ０．７ Ｖ Ｃ．Ｍ 点约为 ０．７ Ｖ，Ｎ 点约为 ０．７ Ｖ Ｄ．Ｍ 点约为 ０．７ Ｖ，Ｎ 点约为 ３ Ｖ 图 １０⁃１５ ５．小明用型号为 Ｃ９０１５ 的三极管设计了如图 １０⁃１５ 所示的电路，通 电后二极管正常发光。 经测量二极管的压降为 １．８ Ｖ，三极管 ＵＣＤ ＝ １．５ Ｖ，下列关于该电路的分析中正确的是（　 　 ）。 Ａ．Ｒ２ 的阻值调大，Ｄ 点电位会上升 Ｂ．Ｒ２ 的阻值调小，发光二极管的亮度会变亮 Ｃ．Ｒ３ 在电路中可以去掉 Ｄ．如果去掉 Ｒ１，电路将不能正常工作，无论怎样改变 Ｒ２，二 极管也不能正常发光 ６．如图 １０⁃１６ 所示是小明同学搭建的三极管实验电路，接通电 图 １０⁃１６ 源 １２ Ｖ 后，调节可变电阻 Ｒ１，下列说法中不正确∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．Ｒ１ 的动滑片在上端 ａ 处时，发光二极管 ＶＤ 不亮，原因可 能是三极管 Ｖ 处于截止状态 Ｂ．Ｒ１ 的滑片向下移时，发光二极管 ＶＤ 不断变亮 Ｃ．Ｒ１ 的滑片向上移时，电阻 Ｒ３ 两端的电压可能会增大 Ｄ．Ｒ１ 的滑片从 ａ 处向下移至 ｂ 处，三极管 Ｖ 可能由原来的 截止状态变为现在的饱和状态 ７．如图 １０⁃１７ 所示为小明设计的 ＬＥＤ 灯指示延时电路，下列关 图 １０⁃１７ 于该电路的分析不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．按下开关后，三极管 Ｖ１ 集电极电 压会升高 Ｂ．当 ＬＥＤ 点亮时，三极管 Ｖ２、Ｖ１ 均 导通 Ｃ．断开开关后，电容 Ｃ１ 放电，放电 时间与 Ｃ１Ｒ１ 的大小有关 Ｄ．本电路的延时时间与 Ｃ１Ｒ１ 的大 小有关 ７０２ ８．如图 １０⁃１８ 所示为直流稳压电路，能在一定范围内输出稳定的电压 Ｕｏ。 其中 Ｖ１、Ｖ２ 图 １０⁃１８ 处于放大状态，ＲＬ 为负载电阻。 ＲＰ 用于改变 ＲＬ 两端的 电压 Ｕｏ。 Ｒ２ 为稳压二极管 ＶＺ 提供电流，使 ＶＺ 两端电压 基本不变，下列关于该电路的分析不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．Ｖ１ 基极和 Ｖ２ 集电极电位相同 Ｂ．如果 Ｖ１ 基极电位下降，ＲＬ 两端的电压将上升 Ｃ．通过调节 ＲＰ 可以调整输出 Ｕｏ 稳压电压 Ｄ．该电路的稳压过程是一个闭环控制过程 ９．如图 １０⁃１９ 所示的电路中，Ａ、Ｂ 作为输入，Ｏｕｔ 作 为输出，其实现的逻辑运算功能相当于下列选项中的 （　 　 ）。 图 １０⁃１９ Ａ．与门 Ｂ．或门 Ｃ．或非门 Ｄ．与非门 １０．与图 １０⁃２０ 中功能相似的逻辑电路是（　 　 ）。 图 １０⁃２０ Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ． 图 １０⁃２１ １１．在如图 １０⁃２１ 所示的逻辑电路中，当 Ａ 端输入为 １，Ｂ 端输入为 ０ 时，在 Ｃ 端和 Ｄ 端的输出分别为（　 　 ）。 Ａ．０　 ０ Ｂ．１　 １ Ｃ．１　 ０ Ｄ．０　 １ １２．有如图 １０⁃２２ 所示的电路，下列分析中不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 图 １０⁃２２ ８０２ Ａ．Ｓ１ 接地、Ｓ２ 接电源，ＬＥＤ 发光 Ｂ．Ｓ１ 接电源、Ｓ２ 接电源，ＬＥＤ 发光 Ｃ．Ｓ１ 接电源、Ｓ２ 接地，ＬＥＤ 发光 Ｄ．Ｓ１ 接地、Ｓ２ 接地，ＬＥＤ 不发光 １３．有以下逻辑电路，能实现 Ｆ＝Ａ·Ｂ逻辑关系的是（　 　 ）。 Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ．　 　 　 １４．如图 １０⁃２３ 所示是某一组合逻辑电路，Ａ、Ｂ 为输入，Ｌ 为逻辑电路的输出。 以下真值 表中，与逻辑电路功能对应的是（　 　 ）。 图 １０⁃２３ １５．如图 １０⁃２４ 所示为控制楼梯照明灯的电路，单刀双掷开关 Ａ 装在楼下，Ｂ 装在楼上。 设 Ｌ 表示灯的状态，Ｌ＝ １ 表示灯亮，Ｌ＝ ０ 表示灯不亮。 用 Ａ 和 Ｂ 表示开关 Ａ 和开关 Ｂ 的位 图 １０⁃２４ 置，用 １ 表示开关向上扳，用 ０ 表示开关向下扳。 表示该电 路灯亮的逻辑函数是（　 　 ）。 Ａ．Ｌ＝ＡＢ＋ＡＢ Ｂ．Ｌ＝ＡＢ＋ＡＢ Ｃ．Ｌ＝ＡＢ＋Ａ Ｂ 图 １０⁃２５ Ｄ．Ｌ＝ＡＢ＋Ａ Ｂ １６．如图 １０⁃２５ 所示是小明设计的门窗未关提醒 电路。 电路中 Ｓ１ 和 Ｓ２ 为微动开关，安装于门和窗 上，只要门和窗都关上（Ｓ１ 和 Ｓ２ 闭合），报警灯就不 亮。 下面关于此报警电路的描述中，说法完全合理 的是（　 　 ）。 Ａ．只要门或窗任何一个被打开（微动开关断 开），门电路有低电平输入，报警灯就会 发亮 ９０２ Ｂ．只要门或窗任何一个被打开（微动开关断开），门电路有高电平输入，报警灯就会 发亮 Ｃ．只有门和窗同时被打开（微动开关断开），门电路输入全是高电平时，报警灯才会亮 图 １０⁃２６ Ｄ．只有门和窗同时被关闭（微动开关断 开），门电路输出为高电平时，报警灯 才会亮 １７．如图 １０⁃２６ 所示电路中，从 Ｓ１ 闭合，Ｓ２ 断开变成 Ｓ１、Ｓ２ 都闭合时，ＶＤ１ 和 ＶＤ２ 的发光 情况分析正确的是（　 　 ）。 Ａ．ＶＤ１ 发光，ＶＤ２ 发光 Ｂ．ＶＤ１ 不发光，ＶＤ２ 发光 Ｃ．ＶＤ１ 发光，ＶＤ２ 不发光 Ｄ．ＶＤ１ 不发光，ＶＤ２ 不发光 １８．如图 １０⁃２７ 所示电路，要使红色发光二极管亮，需进行的操作是（　 　 ）。 图 １０⁃２７ Ａ．闭合任意两个开关 Ｂ．闭合 ＳＷ１ Ｃ．闭合 ＳＷ２ Ｄ．闭合 ＳＷ３ 图 １０⁃２８ １９．下列关于如图 １０⁃２８ 所示电路的分析中，正确的 是（　 　 ）。 Ａ．Ｓ 断开时 ＶＤ 不发光，Ｓ 闭合时 ＶＤ 发光 Ｂ．Ｓ 断开时 ＶＤ 发光，Ｓ 闭合时 ＶＤ 不发光 Ｃ．不管 Ｓ 闭合还是断开，ＶＤ 都发光 Ｄ．因为电路的初始状态未知，所以不能确定 ＶＤ 是否发光 ２０．小明学习逻辑电路后，根据少数服从多数的原则，设计了一个三位评委同时参与并 立即显示投票结果的电路。 该电路输入端为 Ａ、Ｂ、Ｃ，用高电平表示赞成，低电平表示反对， 如果通过，输出端 Ｆ 的发光二极管就会点亮。 下列选项中不能实现上述逻辑关系的 是（　 　 ）。 ０１２ Ａ． Ｂ． Ｃ． 　 Ｄ． １１２ 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 专题十模拟电路与数字电路 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A D D C A B A 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 B B D D A A C A A A ·独家授权侵权必究·