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金蓝领维修电工技师电子技术理论培训教材,2009.07,第一章 电子技术 第一节 模拟电子技术一.多级放大电路 在大多数情况下，放大电路的输入信号都较微弱，常为毫伏或微伏数量级，输入功率常不到1mW。但放大 电路的负载却需要较大的电压和一定的功率才能推动，单级放大器是难于满足这个要求的，所以实际应用的放 大电路一般都是多级的。下图即为多级放大器组成框图。其中前面若干级主要用作电压放大，称为前置级；微弱的输入信号经前置级放大到足够的幅度，推动功率 放大级(末前级和末级)工作，以输出负载所需要的功率。,(一)多级放大电路的组成 1耦合：两个以上的单级放大电路中，级与级之 间的连接方式叫耦合。耦合电路：实现级与级之间连接的电路。它 作用是把前一级放大电路输出的信 号传送到后一级。耦合方式：(1)阻容耦合(2)直接耦合(3)变压器耦合 2阻容耦合放大电路：把电容器作为级间的连接元件，并与下一 级的输入电阻连接而成的一种耦合方式。如下图：,电路组成：由两个分压式偏置的单管放大电路 组成。第一级和第二级之间用耦合电容C2及电 阻Rb22连接，即为阻容耦合。主要用于交流放 大电路的前置级。(2)电路特点：A.由于电容的“隔直”作用，各级的静态工作点相 互自独立，互不影响，整个电路的零漂不会太 大，电路的分析调试都比较方便。B.由于电容的“通交”作用，并不影响前后级交流 信号的传递。C.由于存在较大的电容器，电路只能放大较大的 交流信号，不能放大直流及缓慢变化的信号，低频特性差，而且不易集成化。缺点,3直接耦合放大电路：一个放大电路的输出与下一个放大电路的 输入用导线直接相连的方式。如下图,电路组成：前一级放大电路的输出端与后一级放大电 路的输入端用导线直接连在一起。即uo1=ui2,(2)电路特点：A前后级直接相连，可以放大缓慢变化的信号 或直流信号，能反映直接电平的变化，低频 特性比较好。B电路中没有电容器，易于集成。C各级静态工作点Q相互影响，信号源及输出负 载也会影响到Q，因此分析计算和安装调试都 比较困难。缺点 D零点漂移的影响。缺点 零点漂移指放大电路的输入端短路(即输 入信号ui=0)时，其输出端仍出现变化缓慢而 无规则的输出电压。这是一个虚假信号。,4变压器耦合放大电路：利用变压器，通过磁路的耦合把原方的交 流信号传送到副方，就构成了变压器耦合放大 电路。如下图,电路组成：利用变压器T1，通过磁耦合把 原边的交流信号传送到副边。(2)电路特点：A前后级的Q相互独立，电路的设计计算 都比较方便。B变压器耦合不能放大直流信号，低频和 高频特性都较差。缺点 C变压器可以进行阻抗变换，得到最佳负 载。常用于功率放大电路中。D制作变压器需要用有色金属和磁性材料，体积大，成本高，无法集成化。缺点,(二)多级放大电路的分析 1.电路的静态分析：即求电路的静态工作点Q,应由电路的直流通路来分析。直流通路画法规定：将所有的电容皆视为开 路,其余的各量不变。(1)三种耦合方式的比较：1阻容耦合放大电路：由于电容的“隔直”作用，各级Q相互独立，互不影响，各级的Q点可以 单独计算，与单级放大电路相同。2直接耦合放大电路：由于各级的直流通路互 相联系，因此各级Q不能单独计算。3变压器耦合放大电路:由于变压器作用，各 级Q相互独立，互不影响，各级的Q点可以 单独计算，与单级放大电路相同。,(2)直流通路：以阻容耦合为例。见下图。按照规定：将所有的电容C1、C2、C3及CE1、CE2皆视为开路。如下：,计算：直流通路的计算就是求静态工作 点Q（即求IBQ、IcQ和UcEQ）。见例题。,2动态性能分析：电路的动态性能分析应通过交流通路 来分析计算。交流通路的画法规定：（1）所有的电容皆视为短路（2）直流电源UGB视为接地 因此，三种耦合方式的分析方法是 相同的，下面以阻容耦合为例。在下图电路中，第一级的输出电压 Uo1就是第二级的输入电压Ui2,而且两级 的发射极电阻RE1与RE2均被发射极旁路电 容CE1和CE2短路。,(1)交流通路：,微变等效电路：（即交流等效电路）由交流通路画出。下图为简化的三极管微变等效电路：,(3)计算：A输入电阻Ri：RiRi1Rb11Rb12rbe1 rbe1 其中：三极管V的输入电阻 rbe300(1)26mV/IeQ mA 若前一级无发射极旁路电容CE1，则 RiRi1 Rb11Rb12rbe1(11)RE1 B输出电阻R0：R0R02 Rc2,C电压增益（电压放大倍数）Au：,其中：RL1 Rc1Ri2，而Ri2Rb21Rb22rbe2 rbe2 RL1Rc1rbe2；RL2 Rc2RL 若前一级无发射极旁路电容CE1，则：,而Ri2Rb21Rb22rbe2 RL1Rc1Ri2Rc1Rb21Rb22rbe2,(三)多级放大电路的例题分析：例1 下图电路中，已知：1250，求：电压增益Au，输入电阻Ri，输出电阻R0,这是一个两级阻容耦合放大电路。前一级发射极电阻由RE与RE1串联，其中RE1并联旁路电容CE1，RE无旁路电容；后一级发射极电阻RE2并联旁路电容CE2。（1）静态分析：由直流通路计算，如下图。,计算第一级放大电路的静态工作点：见上图（a）,计算第二级放大电路的静态工作点：见上图（b）,(2)动态性能分析：由交流通路分析。画出交流等效电路图：如下,计算rbe1、rbe2 rbe1300(11)26mV/IE1Q mA 300(150)26/0.52.95K rbe2300(12)26mV/IE2Q mA 300(150)26/11.63K 计算电压增益Au：Ri2RB21RB22rbe2 39131.63 1.4K RL1 Rc1Ri2 101.41.28K 第一级电压增益：,第二级电压增益：总电压增益：AuAu1Au2(4.87)(78.2)381 计算输入电阻Ri：RiRi1RB11RB12rbe1(11)RE1 7.2K 计算输出电阻R0：R0 Rc25.1K,例2下图所示电路中，三极管的放大倍数80，求：(1)该电路的静态工作点Q（Ib、Ic、Uce）(2)该电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻RO。已知rbe1K。,解:(1)静态分析:即求静态工作点Q(Ib、Ic、Uce):首先画出其直流通路，如下图：,静态工作点Q为：Ib26A、Ic2.1mA、Uce6.4V。,(2)动态分析:其微变等效电路如下:,1求输入电阻Ri：已知rbe1K,RiRb1Rb2rbe(1)Re1 4010(1810.1)4.3K 2求输出电阻R0：R0 Rc3K 3求电压放大倍数Au：,例3在上图所示电路中，三极管的放大倍数，它的 静态工作点是(A)AQ()BQ()CQ()DQ()解：其直流通路如右图：,二.集成运算放大器：（一）概述：1集成运算放大器：是一个高电压增益(105以 上)、高输入阻抗和低输出阻抗的直接耦合的 多级放大电路。集成运算放大器是一种集成电路,它是将电阻器、电容器、二极管、三极管以及它们的连线等全部集成在一小块半导体基片的完整电路,具有体积小、质量轻、功耗小、外部接线少等优点,从而大大提高了设备的可靠性，降低了成本。集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类，集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，由于最初用于数值运算，所以称为集成运算放大器，简称集成运放或运放。如下图：,2集成运放的基本结构：见下图：,3集成运放的组成：输入级：是集成运放性能指标好坏的关键。通 常采用差动放大电路来抑制零漂，获得尽可能 高的共模抑制比。它要求具有高的输入阻抗。(2)偏置电路：根据各级的需要，集成运放内部采 用各种形式的电流源电路，为各级提供小而稳 定的直流偏置电流，从而确定合适而稳定的静 态工作点。(3)中间级：是集成运放的主要放大级，常采用带 有源负载的共射极或共基极放大电路来提高电 压增益。(4)输出级：用来提高电路的输出电流和功率，即 带负载能力。因此要求有很低的输出阻抗。,4特点：（1）具有很高的开环电压增益，一般在105以上。（2）具有深度负反馈。（3）可进行比例、加法、减法、微分和积分等数 学运算。5集成运算放大器的两种应用方式：（1）线性应用：指集成运放工作在其特性的线性区，其 内部的三极管都工作在放大区，它的输入、输出信号呈线性关系。线性应用的基本电路有反相比例、同相 比例、加法、减法、微分、积分等各种运算 电路。,(2)非线性应用：指集成运放工作在其特性的非线性区,其内 部的三极管都工作在饱和区或截止区,它的输 入、输出信号呈非线性关系。非线性应用的基本电路是比较器,比较器可 以组成电平比较、波形产生以及波形变换等各种 应用电路。由于集成运算放大器具有极高的电压放大 倍数，为了使它能工作在线性区，电路必须具 有很深的负反馈才能正常工作，因此，电路是 否具有负反馈可以作为判断集成运算放大器是 线性应用还是非线性应用的依据。,6分析工作在线性状态的理想运算放大 器的两条规则：（1）两输入端电流近似为零。即i+0，i-0 虚断路（2）两输入端电压近似相等。即u+u-虚短路 若为反相输入，u+0，u-0 虚地,(二)集成运算放大器使用基本知识：1集成运算放大器的主要参数：(1)开环差模电压放大倍数AuD：指集成运算放大器在开环状态、输 出不接负载时的直流差模电压放大倍数。开环状态指输出端和输入端之间未 接任何元件的状态。一般地，通用型集成运算放大器的 AuD为60140dB；高质量的集成运算放 大器的AuD可达170 dB以上；A741的 AuD典型值约为100dB。,(2)输入失调电压UIO：指为使集成运算放大器的输入电压为零时，输出电压也为零，而在输入端施加的补偿电压。其值越小越好，一般地为几毫伏。(3)输入失调电流IIO：指当输入电压为零时，输入级两个差动对 管的静态基极电流之差。即IIOIB1IB2。IIO越小越好，通常为0.0010.1A。(4)输入偏置电流IIB：指当输出电压为零时，差动对管的两个静 态输入电流的平均值。即IIB（IB1IB2）/2 其值越小越好，通常为0.00110A。,(5)最大差模输入电压UIDM：指集成运算放大器的两个输入端之间所能 承受的 最大电压值。利用平面工艺制造的硅NPN管，UIDM约为5V；横向PNP管可达30V；A741的UIDM为30V。(6)最大共模输入电压UICM：指集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压。若实际的共模输入电压超过UICM值，则集成运算放大 器的共模抑制性能将明显下降。以至于不能正常工作。A741的UICM值约为13V。(7)差模输入电阻Rid：指运算放大器在开环条件下，两输入端之间的动 态电阻。其值越大越好。一般的运算放大器为105106，国产的高输入阻抗运算放大器的Rid值目前可达1012 以上。,(8)输出电阻RO：指运算放大器在开环条件下的动态输出电 阻。它表征集成运算放大器的带负载能力。RO 越小，带负载能力越强。一般地，其数值为几 十至几百，A741的RO值为75。(9)最大输出电压幅度UOPP：指在规定的电源电压下，集成运算放大器 所能输出的不产生明显失真的最大电压峰值。A741的UOPP为1314V。(10)共模抑制比KCMR：指差模放大倍数AuD与共模放大倍数AuC 之比的绝对值。即KCMRAuD/AuC，此 值越大越好。A741的KCMR为90dB；高精度 运算放大器的KCMR可达120dB。,2集成运算放大器的选择：集成运算放大器按其技术指标可 分为通用型、高速型、高阻型、低功 耗型、高精度型等；按其内部电路可 分为双极性型（由晶体管组成）和单 极型（由场效应管组成）；按每一集 成片中集成运算放大器的数目可分为 单运放、双运放和四运放。,选用原则：在能满足设计要求时,应尽量选 择通用型。应选择开环增益高、输入电阻大、共 模抑制比高而且输出电阻小、失调电流小 及失调电压小的集成运算放大器。例如：当输入信号的幅度较大（毫伏级）、频率较低、信号源内阻和负载电阻适中（几千欧)时，采用通用型较好；而对于内 阻很高的信号源，则应选用高阻型运放；若要求输出幅度大、变化速率高时，就可 选用高速型运放等。,3集成运算放大器的使用：(1)集成运算放大器性能的扩展：利用外加电路的方法可使集成运放的某些性能得 到扩展和改善。提高输入电阻：在集成运算放大器的输入端加一个由场效应管组 成的差动放大电路可提高输入电阻。如下图：,这种电路的输入电阻可达103105 M以上。,提高带负载能力：通用型集成运放的带负载能力较弱，它的允许功耗只有几十毫瓦，最大输出电 流为10mA左右。当负载需要较大的电流 和电压变化范围时，就要在它的输出端附 加扩大功能的电路。A扩大输出电流：如下图，在输出端加一级互补对称 放大电路来扩大输出电流。,B同时扩大输出电压和输出电流：如下图 在运放的正负电源接线端与外加正负 电源之间接入三极管V1和V2，目的是提高 三极管V3、V4的基极电流提高输出电 流。由于V3和V4分别接在30V的电源上，故负载RL两端电压的变化将接近30V，提高输出电压。,(2)集成运算放大器的保护：电源反接的保护：在集成运算放大器的正、负电源处，加上 两个二极管，可控制电流倒流，防止电源反接 引起的故障。如下图：,输入保护：集成运算放大器常因输入电压 过高而造成输入级损坏。也可能造成输入 管的不平衡，从而使各项性能变差，因此 必须外加输入保护措施。如上图（b）与（c）就是利用二极管和电阻构成限幅电路 来保护。在输入端接入反向并联的二极管，将输入电压限制在二极管的正向压降以下。,输出保护：集成运算放大器最常见的输出 过载有输出端短路造成运放功耗过大，或 者输出端错接高电压使输出级击穿，因此 大多数组件内部均有限流电路，但为可靠 起见，仍需外加保护电路。,上图（a）是用两个反向串联的稳压管跨接在输出端和反向输入端之间来限制输出电压。把输出电压限制在（UZ0.6V）范围内，从而防止了输出过电压。上图（b）是为防止输出端触及外部过高电压而损坏组件的电路。将两个稳压管反向串联，稳压管支路可使输出电压限制在（UZ0.6V）范围内。,(三)集成运算放大器的典型应用 1几种典型的运算电路：属于集成运算放大器 的线性应用。(1)反相比例运算:输出电压U0与输入电压Ui的关系,(2)同相比例运算：输出电压U0与输入电压Ui的关系：,(3)加法运算：输出电压U0与输入电压Ui的关系：,(4)减法运算：输出电压U0与输入电压Ui的关系：,减法器又称为差动放大器。,(5)微分运算：输出电压U0与输入电压Ui的关系：,(6)积分运算：输出电压U0与输入电压Ui的关系：,2比例积分调节器(PI调节器)：也属于集成运算放大器的线性应用。(1)电路结构：如下图(a)所示，图(b)为反相比例 运算电路，图(c)为积分运算电路。,(2)输出电压UO与输入电压Ui的关系：,(3)特点:比例部分迅速反应调节作用，积分部分最 终消除静态偏差。采用比例积分调节器的自动 调速系统，既能获得较高的静态精度，又能具 有较快的动态响应，因而得到了广泛的应用。3.电压比较器：是将一个模拟量的电压去和另一个参考电 压(或给定电压)相比较的电路。属于集成运算 放大器的非线性应用。如下图(a)为电压比较器的基本电路。,工作原理：当运算放大器处于开环状态时，输出电压 UO只有两种可能的状态，即U0+或U0-。其传输 关系(输出与输入)如上图(b)A当输入信号UiUR时，UOU0+；当输入信号UiUR时，UOU0-，它表示Ui在参考电压UR附近有微小的增加 时，输出电压将从正向饱和值U0+过渡到负向 饱和值U0-。B若参考电压UR0，则输入电压每次过零时，输出就要产生突变。这种比较器称为过零比较 器。如下图(a)所示。,其传输特性如上图(b)所示，当输入信号为正弦波时，每过零一次，比较器的输出端将产生一次电压跳变，其正、负向幅度均受电源压电压的限制。输出波形为具有正、负极性的方波。如上图(C)所示。可见：电压比较器是将集成运算放大器的反相输入端和同相输入端所接输入电压进行比较的电路。UiUR是运放工作状态转换的临界点。若UR0，则其传输特性对原点是对称的；而UR0，它的传输特性对原点是不对称的。,(2)分类：A.过零比较器(UR0)B.单限比较器(UR0)C.迟滞比较器(3)迟滞比较器：又称为迟回比较器。即在过零比 较器或单限比较器电路中引入正反馈，则比较 器的输入输出特性曲线具有迟滞回线形状。它又可分为下行迟滞比较器和上行迟滞比 较器两种。A下行迟滞比较器：进行比较的信号Ui作用在 运放的反相输入端,它的输入输出特性曲线 为下行特性。如下图：,阈值电压：指使输出电压翻转的输入电压。见上图 UTH1为上阈值电压,当Ui UTH1时,UO从Uom变为Uom；UTH2为下阈值电压,当Ui UTH2时,UO从Uom变为Uom。,B.上行迟滞比较器：进行比较的信号Ui作用在运放的同相输入端,运放的反相端直接接地或经参考电源ER接地,它 的输入输出特性曲线为上行特性。如下图：,4三角波发生器：也属于集成运算放大器的非线性应用。(1)电路组成：由方波发生器和积分器组成。上行迟滞比较器用来产生一个方波，再接 上一个反相积分器。积分器的输出UO送回到迟 滞比较器的同相输入端，就是迟滞比较器的输 入信号。如下图：,(2)工作原理：利用积分电容的正、反向充电，使 输出电压UO线性下降或上升，当UO减小到阈值 电压Uth-或上升到Uth+时，使得比较器不断翻转，电路就产生了三角波振荡信号。波形图如下：三角波的周期为T(4RF/Rf)RC,由此可知：当改变上图电路的电阻Rf与RF 之比值或改变RC充放电电路的时间常数，就可 改变输出电压UO的频率。(3)频率可调的三角波发生器：改变积分电路输入电压UO1的大小即可改变 三角波的频率。见下图：,调节RW减小被积电压UO1，积分电路输出电压UO到达阈值电压所需的时间增加，三角波频率降低。,(四)使用集成运算放大器的注意事项：1调零：由于集成运算放大器内部参数不对称而 使输入信号为零时，输出不为零，所以给电 路带来了静态误差，为消除失调参数的不良 影响，使用运放时要先进行调零。(1)有调零引出端的运放：应按产品说明书的要求，选择适当阻值的 调零电位器接在调零引出端，去掉信号源，将 输入接地，然后进行调零。输出零值的显示可 以采用高灵敏度的直流电压表或直流示波器。,(2)无调零引出端的运放：有些运放因引脚有限,是不设置引出端的。用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信 号处理的线性电路，则需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压,来抵消失调参数的影响。调零电路的接入对信号的传输关系应无影响。2消振：集成运放是一个高增益的多级直接耦合 放大电路，各级之间存在着输入、输出电阻及 分布电容，从而在高频工作时会产生RC网络的 附加相移，当附加相移达到180时，线性状态 的负反馈就变成了正反馈。这时若集成运放的 开环增益较高，再满足幅度条件，就很可能引 起自激振荡。,(1)“自激”的判别：在调试电路之前，若发现尚未接通输入 信号时，在输出端就有交流信号输出（用示 波器观察或仪表测得),即表明电路产生“自激 振荡”。在接通输入信号后，则在输出信号波 形上叠加了振荡波,破坏了信号的正常传输。(2)消除振荡的方法：1区分内外补偿。2补偿电容与带宽的关系。3缩短外接引线，增加电源去耦电容，进一步 消振。4内补偿运放的进一步消振。,第二节 数字电子技术一集成触发器的应用(一）晶体管的开关特性：1.二极管:正向导通(相当于开关接通),反向截止(相当于开关断开)。二极管由截止到导通所需的时 间极短，可以忽略，但由导通转为 截止过程(称反向恢复过程)所需的 时间(反向恢复时间)则不可忽略。,2.三极管：以NPN管共射极接法为例。(1)饱和状态：发射结与集电结皆处于正偏。当基极输入一定幅值的正脉冲时,三极管进入 饱和导通状态。此时Ube0.7V,而Uces0.3V，c、e极之间近似短路，相当于一个开关的接通，电路中有稳定的电流流过。(2)截止状态：发射结与集电结皆处于反偏。当基极输入负脉冲时,三极管进入截止状态。此时Ube0.5V，而Ib0,Ic0，UceUGB,c、e极之间近似开路，相当于一个开关的断开。在数字电路中，三极管主要工作在饱和区 和截止区，并经常在这两个区域之间进行快速 转换，经过放大区的时间是很短的。,(二)逻辑门电路：1“门”的概念：所谓“门”就是一种开关。当 条件具备时，开关接通；当条件 不满足时，开关断开。2“门”的两种状态：“1”或“0”，二者对立，相反。,3常见逻辑门电路：(1)“与”门电路：A逻辑关系：输入全“1”出“1”，有“0”出“0”。B逻辑表达式：YA B C C逻辑符号：D 真值表:,(2)“或”门电路：A逻辑关系：输入全“0”出“0”，有“1”出“1”。B逻辑表达式：YABC C逻辑符号：D.真值表：,(3)“非”门电路：A逻辑关系：入“1”出“0”，入“0”出“1”。B逻辑表达式：Y C逻辑符号：D.真值表：,(4)“与非”门电路：由“与”门和“非”门组合而成。A逻辑关系：输入全“1”出“0”，有“0”出“1”。B逻辑表达式：C逻辑符号：D.真值表：,(5)“或非”门电路：由“或”门和“非”门组合而成。A逻辑关系：输入全“0”出“1”，有“1”出“0”。B逻辑表达式：C逻辑符号：D.真值表：,(6)“异或”门电路：A逻辑关系：输入不是同为“1”或“0”时输出为“1”，否则输出为“0”。B逻辑表达式：C逻辑符号：D真值表：,(三)逻辑代数的基本定律：1.自等律：A0A，A1A 2.0-1律：A11，A00 3.互补律：A 1，A 0 4.重叠律：AAA，AAA 5.还原律：A 6.交换律：ABBA，ABBA 7.分配律：A(BC)ABAC，ABC(AB)(AC),8.结合律：(AB)CA(BC)(AC)B(AB)CA(BC)(AC)B 9.反演律(摩根定律)：10.吸收律：AABA，A(AB)A，A BAB，(AB)(AC)ABC 11.其他常用恒等式：AB CBCAB C，AB CBCDAB C,（四）集成定时器：集成定时器是一种集成化的具有定时功能的 电路，又称时基电路。它可以产生时间延迟和多 种脉冲信号，应用于自动控制、测量、通信等各 个领域。555集成定时器是一种模拟电路和数字 电路相结合的中规模集成电路。它最早出现于70 年代，开始只是用作定时器，后来发现它有很多 优异性能而且用途很广。集成定时器主要有双极 型和单极型两种，其内部电路结构和工作原理都 基本相同，双极型555定时器的电源电压范围为 516V；CMOS555定时器为318V。现以双极型555定时器为例。,15G555双极型定时器的逻辑图：（1）电路组成：如下图,它由电压比较器N1和N2(包括电阻分压器)、G1和G2组成的基本RS触发器、集电极开路的放电管V和输出缓冲级G3三部分组成。A N1和N2的基准电压为EC经三个5K的电阻分压后 提供，比较器N1的基准电压为2/3EC，加在N1的同 相输入端；比较器N2的基准电压为1/3EC，加在N2 的反相输入端。每个比较器都有“+”、“-”两个信号输 入端，V+和V-分别表示正负两个输入端上所加的电 平。当V+V-时，比较器输出高电平；当V+V-时，比较器输出低电平。B由G1和G2构成的基本RS触发器的状态受比较器N1 和N2的控制。是复位端，低电平有效，当电路正常 工作时，不用复位端，应将该端接高电平。C放电管V为三极管开关，受触发器 端控制。当 0时，开关断开；1时，V饱和导通，开关 闭合。,(2)工作情况：设TH和TL端的输入电压分别 为ui1和ui2 A当ui1V1+、ui2V2-时，比较器N1和N2 的输出uc10、uc21，基本RS触发器 被置0，即Q0，1，输出uo0，同 时V导通。B当ui1V1+、ui2V2-时，两个比较器的输 出uc11、uc20，基本RS触发器被置1，即Q1，0，输出uo1，同时V截止。C当ui1V1+、ui2V2-时,两个输出uc11、uc21,基本RS触发器保持原状态不变。以上工作情况见P28表1-1,(五)抢答器 1逻辑图：如下 FF0FF3为四个J-K触发器，S0S3为四个抢答开关。,2J-K触发器的逻辑功能：AJK1：来一个时钟脉冲就翻转一次。即具有计数功能。设时钟脉冲C1到来之前，J-K触发器已置0，即Q0而 1，当时钟脉冲C1到来之后，即 翻转为Q1而 0。BJK0：触发器保持原状态不变。即原先 Q0或 Q1都保持不变。CJ1，K0：不论触发器原先处于什么状态，下一个状态一定是“1”态。DJ0，K1：不论触发器原先处于什么状态，下一个状态一定是“0”态。,3工作过程：A开始前，先按下复位开关SR，四个触发器FF0 FF3都被置0，即Q0Q3输出低电平0，而 0 3皆输出高电平1，发光二极管LED0 LED3不发光，这时JK1，四个触发器皆处 于接收输入信号的状态。B若抢先按下开关S0，则FFO首先由0状态翻转到 1状态,即Q01而 00，使发光二极管LED0 发光，0同时输出到“与非”门G1，由于“有0出1”，使G1输出为1，则G2输出为0。这样FF1FF3的 J和K端都变成低电平0，,这时三个触发器处于保持功能，即状态 不变。因此在按下S0后。FF1FF3便不 再接受由开关S1S3送来的任意一个信 号。对应的发光二极管LED1LED3也 不会发光，所以根据发光二极管的发光 便可判断出是开关S0第一个按下。C如要重复进行抢答时，则在每次进行抢 答前先按下复位开关SR，使四个触发器 FF0FF3皆处于接收输入信号的状态。,二组合逻辑电路的分析方法和设计方法 1.组合逻辑电路的特点：在任意时刻的输出信号 仅取决于该时刻的信号，而与信号作用前电路 所处的状态无关。2.在组合逻辑电路中，数字信号是单向传递的，即只有从输入到输出的传递，而没有从输出到 输入的传递。(一)组合逻辑电路的分析方法：目的是为了确定已知电路的逻辑功能。1由逻辑电路写出各输出端的逻辑关系式。即已知逻辑图 写出逻辑式 2列出逻辑函数的真值表。3根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分 析，最后确定其功能。,例1 分析下图(a)所示逻辑电路的功能。,解：(1)写出输出端的逻辑表达式：YABBCCA(2)列出逻辑函数的真值表：将输入端A、B、C取值的各种 组合代入上式，即可得出。如上图(b)(3)分析逻辑功能：由真值表可看出，当输入A、B、C三个变量中有两个或两个以上为1 时，输出为1；其余情况输出则为0。因此该电路为三人表决器。,例2 分析下图所示电路的逻辑功能。,解：(1)写出各输出逻辑函数表达式：由电路图，,(2)列出逻辑函数的真值表（P.31表1-3）(3)分析逻辑功能：该电路为译码器。输入为8421BCD码，输出 0 9,为低电平有效。BCD码：用二进制表示的十进制方法，称为二十进 制编码，简称BCD码。8421表示09十个基本数字的四位二进制码中，每一位码各对应一个固定的常数，从左至右，分别是8，4，2，1，这个常数称为权。把代 码中的每个数码乘以各位的权，然后相加，就可得出该二进制代码所表示的一位十进制数。例如：代码“0111”表示的是十进制数7，则 081412117 由于只用了10个“与非”门电路，故代码只使用到1001，而10101111就没有使用，称为伪码。当输入伪码时，输出 0 9都为高电平，不会出现低电平0，因此，译码器不会产生错误译码。,例3 写出下图电路的逻辑表达式。解：,(二)组合逻辑电路的设计方法：与组合逻辑电路的分析过程相反。1分析设计要求，列出真值表。2根据真值表写出输出逻辑函数表 达式。3对输出逻辑函数进行化简。4根据最简输出逻辑函数式画出逻 辑图。,例4 设计一个奇校验电路，要求三个输入变量中有奇数 个1时，输出为1，否则输出为0。,解：(1)根据设计要求，列出真值表如下。,(2)根据真值表，列写逻辑函数表达式。,(3)根据逻辑函数式画出逻辑图。如下(a)、(b)两图皆可。,例5 设计一个将余三码变换为8421BCD码的组合 逻辑电路。(1)分析设计要求，列出真值表。,(2)根据真值表，求出最简的逻辑函数。可利用卡诺图或逻辑函数的代数化 简法。,(3)根据输出逻辑函数式，画出逻辑电路。,例6 设计一个有A、B、C三个输入端，一个输出 端Y的逻辑电路（用“与非”门组成）。它的 逻辑功能是：A和B都是1或A和C都是0时，Y为1，否则Y为0。解：(1)按逻辑要求列出逻辑状态表(真值表)如下：,(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式：(3)按要求运用逻辑代数进行变换或化简：(变换为最简形式的“与非”门）,(4)画出逻辑图。(用“与非”门),例7有一个皮带传输机，为了实现正常运转，避免物料在 传输途中堆积，要求当A电动机开动时，则B电动机 必须开机；若B电动机开机，则C电动机必须开机，否则立即停机，并报警。试按组合逻辑设计电路步 骤，设计停机及报警控制的逻辑电路。即停机和报警 时为“1”，正常动作和途中不堆积货物时不报警为“0”。(1)按照题意,列出真值表：(设开机为“1”，停机为“0”),(2)列逻辑函数式并化简。(3)按要求运用逻辑代数进行变换或化简：(变换为最简形式的“与非”门)(4)画出逻辑图。,例8在三个输入信号中，A的优先权最高，B次之，C最低，它们的输出分别为YA、YB、YC，要求 同一时间内只有一个信号输出，如有两个及两 个以上的信号同时输入时，则只有优先权最高 的输出。试设计一个能实现此要求的逻辑电路。解：(1)根据题意列真值表：,(2)根据真值表写出逻辑表达式：(3)根据逻辑式画出逻辑电路图：,例9 全加器的设计(略)(三)组合逻辑电路中的竞争冒险 1.竞争冒险现象及其产生的原因：A竞争同一个门的一组输入信号，由于它们在此前通过不同的数目的门，经过不同长度导线的传输，到达门输 入端的时间会有先有后，这种现象称为 竞争。B.冒险逻辑门因输入端的竞争而导致 输出产生不应有的尖峰干扰脉冲（又称 过渡干扰脉冲）的现象称为冒险。,C.竞争冒险现象产生的原因：信号通过导线和门电路时，都存在时 间的延迟，信号发生变化时也有一定的上 升时间和下降时间，这样，竞争就可能导 致输出端产生不应有的尖峰干扰脉冲。如下图电路：,在组合逻辑电路中，当一个门电路(如G2)输入两个同时向相反方向变化的 互补信号(如YA)时，则在输出端 可能会产生不应有的尖峰干扰脉冲。这是产生冒险竞争的主要原因。2.冒险现象的判别:可通过逻辑函数来判别。即若根据组合逻辑电路写出的逻辑函 数在一定条件下，可简化成下列两种形式 时，则该组合逻辑电路存在冒险现象。即：YA 或YA,例如：函数式Y(AB）(C)，在BC0时，YA。电路就可能出现冒险竞争。但若 把该式换成 YAC BBC，就不存在 A，这样就不会出现冒险竞争。3消除冒险现象的方法：(1)增加多余项：如：YA BC，当A1，C1时，YB，存在冒险现象。但它可变换为 YA BCAC(根据常用恒等式)，这 样增加了一项AC，函数式不变，却消除了 冒险竞争。,(2)加封锁脉冲：在输入信号产生竞争冒险的时间内，引入 一个脉冲将可能产生尖峰干扰脉冲的门封锁住。封锁脉冲应在输入信号转换前到来，转换后消 失。(3)加选通脉冲：对输出可能产生尖峰干扰脉冲的门电路增 加一个接选通信号的输入端，只有在输入信号 转换完成并稳定后，才引入选通脉冲将它打开，此时才允许有输出。在转换过程中，由于没有 加选通脉冲，因此输出不会出现尖峰干扰脉冲。,(4)接入滤波电容：如果逻辑电路在较慢速度下工 作，可以在输出端并联一电容器，其 容量为420PF。由于尖峰干扰脉冲 的宽度一般都很窄，因此用电容器即 可吸收掉尖峰干扰脉冲。(5)修改逻辑设计：,三时序逻辑电路的分析方法和设计方法(一)时序逻辑电路的特点：时序逻辑电路在任何 一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入 信号，而且还取决于电路原来的状态。(二)数字电路的分类：1.组合逻辑电路：它的输出变量状态完全由当 时的输入变量的组合状态来决定，而与电路 原来的状态无关，也就是组合逻辑电路不具 有“记忆”功能。组合逻辑电路的基本单元是门电路。如：加法器(包括半加器和全加器)、编码器、译码器和数码显示器等。,2.时序逻辑电路：它的输出状态不仅决定于当时 的输入状态，而且还与电路的原来状态有关，也就是时序电路具有“记忆”功能。时序逻辑电路的基本单元是触发器。如：寄存器、计数器和集成定时器等。(三)时序逻辑电路的分类：1.同步时序逻辑电路：由于时钟脉冲CP只控制触 发器的翻转时刻，而对触发器翻转到何种状态 并无影响，所以在分析同步时序逻辑电路时，可以不考虑时钟条件，各触发器的转换状态由 驱动方程决定。2.异步时序逻辑电路：应考虑各个触发器的时钟 条件。如：时钟脉冲是上升沿(前沿)还是下降 沿(后沿)触发。,(三)同步时序逻辑电路的分析方法：1写方程式：写出时序逻辑电路的输出逻辑表达 式(即输出方程)、各触发器输入端的逻 辑表达式(即驱动方程)和时序逻辑电路 的状态方程。2列状态转换真值表：将电路现态的各种取值代入状态方 程和输出方程中进行计算，求出相应的 次态和输出，从而列出状态转换真值表。,3逻辑功能的说明：根据状态转换真值表来说明电路的 逻辑功能。4画出状态转换图和时序图。(四)异步时序逻辑电路的分析方法：其步骤与同步时序逻辑电路的分析 方法相同。但应考虑各个触发器的时钟 条件。,(五)同步时序逻辑电路的设计方法：关键是根据设计要求确定状态转换的规 律和求出各触发器的驱动方程。1根据要求和给定的条件画出状态图或状态表。2状态化简，即合并重复状态。在保证满足逻辑 功能要求的前提下，获得最简单的电路结构。3状态分配，列出状态转换编码表。4选择触发器的类型，求出状态方程后，再将状 态方程和触发器的特性方程进行化简，从而求 得驱动方程。5画出最简逻辑电路图。6检查电路有无自启动能力。,四数字电路的设计方法 1.明确电路的总体方案。根据设计的任务和 要求，先画出电路的粗框图，即产生了电 路工作原理的框图。2.把总体方案分割成若干独立的子功能部件。把电路的粗框图中的每一方框按照组 合逻辑电路和时序逻辑电路再分割成相对 独立的若干功能块。对于每一个功能块，即可按照前面所讲的组合逻辑电路和时序 逻辑电路的设计方法起来设计。3.设计各子功能部件。,4将各功能部件组装成数字电路。把各功能部件连接起来构成数字电 路的过程，是数字电路线路设计的最后 一个环节，这里要强调的是各单元电路 之间的配合和协调一致问题。集体地讲，各单元的输入、输出信息应符合正常工 作的要求，例如是高电平有效，还是低 电平有效；是脉冲上升沿动作还是脉冲 下降沿动作等。另外还有影响可靠工作 的险象或不能自启动等问题。,第二章 电力电子技术,电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是指应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW。也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要应用于信息处理，而电力电子技术则主要应用于电力变换。,通常所用的电力有交流和直流两种。从公用 电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电 池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力 往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。电力变换通常可以分为四大类：(1)交流变直流称为整流。(2)直流变交流称为逆变。(3)直流变直流指一种电压(或电流)的直流变 为另一种电压(或电流)的直流，可以用直流斩 波电路来实现。(4)交流变交流可以是电压或电力的变换,称 为交流电力控制,也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。,通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件应用技术，它包括电力电