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1、电子公司企业管理电子 维修讲义数字电路篇 1 电子公司企业管理电子 维修讲义数字电路篇 1 数字电子技朮部分数字电子技朮部分 数字电子技术是研究电路的开、 关状态及其相互间的逻輯关系的，俗称为开关电路。显然， 在开关电路中，其工作状态只有开 或 关 。 所谓数字系统，就是由基本的数字电路（开关电路）组成的。 与模拟电路的线性变化相比，数字电路的电信号是跳变方式，即通常称之谓脉冲。包括电路中 用 RC 过渡过程形成的脉冲电压、电流均属数字电子技术涉及的范围。 常用逻輯代数（布尔代数）来分析、表达、设计数字电路及其系统；二进制也是分析、表达 电路及其工作过程的重要工具。 一、脉冲的基本概念一、脉冲
2、的基本概念 1.脉冲脉冲 ： 表示一种时间极短的突变电压或电流信号。 开关 K 的通、断使 UR 的变化是一种突 变脉冲； 波形图记录了电压脉冲 UR 随时间突变 的过程。 2. 脉冲波的参数：脉冲波的参数： 上升沿（上升时间） ： 从 0.10.9 幅度用的时间， 又称前沿； 下降沿（下降时间） ： 从 0.90.1 幅度用的时间， 又称后沿； 脉冲宽度（tK）：脉冲持续时间； E K RUR E UR t K 通K 断 0.1 0.9 上升沿 间隔 Um 幅度 tK 脉宽 下降沿 重复周期 T：相邻间重复出现的时间； 重复频率 f1/T； 幅度：脉冲幅度变化的最大值； 理想状态下，上升、下
3、降时间应为 0，但电路参数会引起波形的畸变，故希望越短越好。 3. 常见脉冲波形：3. 常见脉冲波形： 4. RC 电路充放电特点脉冲形成的过渡过程；4. RC 电路充放电特点脉冲形成的过渡过程； 若：开关 K 合上之前电容 C 上无电压（初态为 0）： K 一合上，E 经 R 对 C 充电，uc从 0 开始呈指数上升； 重复周期 T 矩形波微分尖脉冲 锯齿波三角波 i C E K R uR uC 充电的快慢受时间常数= RC 约束； RC 小，充电快，uc增长迅速；反之，缓慢； 特点：i 从最大值 E/R 下降趋于 0；uR从最 大值 E下降趋于 0； uc 从 0 上升趋于 E，均呈指数规
4、律变化； 若：电容 C 充滿电（uc = E） ，然后接通 K： C 将放电，从 C 正端经 R 到 C 负端； 放电快慢受 RC 约束，大放电缓慢，小 放电迅速。也呈指数规律。从 E 下降趋于 0； 时间常数=RC 的单位为秒。一般认为：充、放电过程经 35 倍的时间即结束（到稳态） 。 RC 电路的充放电过程需时间，揭示出一个重要的概念： 电容两端的电压不能突变，总是从原始态开始进行：初始为 0 时，充电开始瞬间，电容相当于 短路；当充满后，电容相当于断路。 电容两端的电压不能突变，总是从原始态开始进行：初始为 0 时，充电开始瞬间，电容相当于 短路；当充满后，电容相当于断路。 二、脉冲波
5、形的变換二、脉冲波形的变換 1.微分电路 尖脉冲形成电路1.微分电路 尖脉冲形成电路 输出与输入间为微分关系；时间常数= RC； uc uR 大 小 （充电过程） E i E R （放电过程） 大 小 E i C K R uC uC 放 充 C R uO 0 E ui 输入在脉冲持续期间， 相当于加上幅值为 E 的电源对 C 充电， 输出 uo（uR）从 E下降至 0； 输入脉冲间隔期间 ui= 0，相当于输入端短路，电容 C 对 R 放电， 由于 C 上电压极性对输出而言呈负极性， 则输出 uo 从-E 放电至 0； 尖脉冲的脉宽受 RC 约束。 为了形成尖脉冲，时间常数= RC 应很小，让
6、其在一个输入 脉冲间隔内很快完成充放电； 形成微分电路的条件是：（RC）t形成微分电路的条件是：（RC）tk k （t （tk k为输入脉冲宽度） 为输入脉冲宽度） 当 RCtk时，变成耦合电路： 因为时间常数很大，在输入持续期，电路充放电过程缓慢， 不能在输入脉冲跳变之前结束； 电路将信号式样无变化地耦合到输出，只不过是信号的交 流分量形式，相当于交流放大电路中的耦合电容。 2. 积分电路2. 积分电路 输出是输入信号的积分，典型的电容充放 电过程。 积分条件是：积分条件是：（RC）t（RC）tk k 在脉宽和间隔时间内，充电充不至 E、放 uo 0 -E ui E E 放 0 uo -E
7、E 小大 很大 充 C R uO 0 E ui 放 充 uo 0 ui E E 电也放不至 0，输出为三角形积分波。 当积分时间常数不同时，将影响输出波线性度等参数，如下图： 1. RC 小（充、放电迅速）：线性差、幅度高； 3. RC 大（充、放电缓慢）：线性好、幅度低； 当 RC 极大时成为阻容滤波器， 尤如交流整 流后的滤波器作用。 在线性放大电路中，我们希望信号无失真地传送；在脉冲与数字电路中，往往用改变时间常数 等方式将一种波形故意失真成另一种特定形式，以滿足电路需要。 三、晶体管开关电路及应用三、晶体管开关电路及应用 1.二极管开关：1.二极管开关： 由单向导电特性可将二极管等效为
8、右图开关； （上+、下-） ，D 正向导通K 闭合； （为 0，短路） ，D 截止K 断开； E uo 1 2 3 D R 0 E E 0 D R K R 0 K R 0 E 0 2. 三极管开关：2. 三极管开关： 用三极管的饱和、截止状态来形成开关作用。 共射极接法（工作于饱和、截止区，放大区仅为前两者间的过渡）： 当输入足够大三极管饱和，两个 PN 结均正向偏置输出为 0；相当 c、e 间开关闭合； 当输入0 三极管截止，两个 PN 结均反向偏置输出EC；相当 c、e 间开关断开； 输出，输入间状态是相反的，称为反相器； 若将 RC換成继电器、指示灯等负載，其等效的开关即构成驱动电路。显
9、而易见，这些驱动是由 输入端的信号形成的 Ib控制的，一般要求： Ib 3Ic max，使之有足够的基极电流实现三极管饱 和。 应用例：应用例： 反相器 反相器 当 ui为矩形脉冲时： 三极管饱和 uo Rb Rc Ib IC EC e b cui uo uce E 0 E 0 Rb Rc EC e bc ui=0 uo=EC Rb Rc EC e bc ui=E uo=0 R1 Rc EC -Eb ui uo R2 E 0 E 0 ui E 0 Ec 0 uo 三极管截止 uo 输出、输入间是反相的。-Eb 使动态时三极管截止更好，脉冲突变更陡直。 驱动指示灯 驱动指示灯 当输入为高电平时
10、驱动三极管饱和（c、 e 开关闭合） 指示灯亮； 当输入为低电平时 驱动三极管截止（c、 e 开关断开） 指示灯灭； 图中：白炽灯额定电压Ec ； R 为发光二极管的限流电阻 ； 驱动继电器 驱动继电器 驱动继电器的过程与指示灯相同。对感性负載，需并联泄流二极管。用复合三极管可得到更大 的值，以减小基极驱动电流。也可用 PNP 管（将右图垂直翻转即为左方形式）：当输入高电平时， 管子截止（J 失电） 、输入低电平时，管子饱和（J 得电）与 NPN 管形式正好相反； R1 白炽灯 EC ui R1 R EC ui R1 EC ui J R1 EC ui J R1 ui EC J 驱动开关陣列 驱
11、动开关陣列 在一个数字系统或其电路板中经常要使用多个上述的驱动开关，将多个开关集成在一块基片上 的 ULN2000 系列开关陣列集成电路也得到广泛应用。 一片 ULN2003 内有 8 个独立的集电极 开路驱动电路。每一路输出容量约 80mA。 右图为片内结构示意及片外连接方式。 ULN2000 系列多种不同路数、输出容量 的型号可供选择。 ULN2003 广泛用于 8 位微处理器系统等 的总线、接口、输出驱动。以适应电路板的较 高密度装配、制作。 四、二进制的基本表示方法四、二进制的基本表示方法 数字电路是研究开、 关两个状态构成的逻辑关系及系统。常用数码符号0、 1来对应表示。 与此相关的
12、即为二进制，包括与十进制之间的对应关系。 和熟知的十进制数一样，二进制数也是累进计数，只不过是逢二进一 。 二进制中只有0、 1两个数码符号，也称数码；它们的累计即在0、 1间按逢二进一的方式进 行。 1 18 2 17 3 16 4 15 5 14 6 13 7 12 8 11 9 10 ULN2803 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 Vcc EC J I1O1 Vcc （共 8 路） ULN2003 EC 1 0 0 1 左式可見：低三位相加，没有出现逢二进位，各位的和可对位写 1 1 0 1 0 出。 高二位相加（包括对本位
13、的进位）出现二，应向上位进位， 1 0 0 0 1 1 并写出本位和（ 左例本位写 0） 。 由此规律：十进制数和二进制数的对应关系可写成以下形式： 二位形式 三位形式 位形式 位权（簡称权）的意义：位权（簡称权）的意义： 二进制数只有 0、1 两种数码符号，多位组成的二进制数所对应的十进制数数值可以通过权相 加求得： 观察四位形式的对应关系：在十进数的 1、2、4、8，对应了二进制数中只有某一位为1，其 余为 0，即某位二进码为1 时，表示该位具有十进数值的多少 称为该位的权，然后把出现 1 的权值加起来就可以了 。 十进数 0123 二进数 0 0 0 1 1 0 1 1 十进数 0123
14、4567 二进数 00 0 00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 二进0 123456789101112131415 十进000 0 000 1 001 0 001 1 010 0 010 1 011 0 011 1 100 0 100 1 101 0 101 1 110 0 110 1 111 0 111 1 权 2n-1 32 16 8 4 2 1 二进数位 an-1 a5 a4 a3 a2 a1 a0 权值是 2n关系，与打麻将数翻一样。 对四位表示方式常称为8-4-2-1 编码，即为对应位的权值； 用权相加即可求出对应的十进数值。 例 有一个二进数 （1
15、 0 1 0 0 1）2 脚标表示括号内为二进制数； 权 32 16 8 4 2 1 所以， （101001）2 32+0+8+0+0+1（41）10 即为十进制的 41； 以上是学习数字电路时对二进制内容的最基本的要求。 五、门电路五、门电路 组成数字逻辑系统的单元有门电路、 触发器等。 门电路是组成数字逻辑的最基本单元。 由门电路构成的逻辑电路又称为组合逻辑电路，特点是：电路无存儲功能，输出是输入的即时 响应 只要输入确定了，输出就唯一确定。 所谓逻辑关系 是指条件与结果的关系。 与逻辑：与逻辑： 只有当 A、B 都合上（条件成立） ，L 才能发亮（结果才成立） ； AB L 或逻辑：或逻辑： 当 A 或 B 或全部合上，L 均可发亮； 非逻輯：非逻輯： 当 A 合上（条件成立） ，L 不发亮（结果不成立） ； 上述开关条件与灯亮是三种最基本的逻辑关系。条件及结果是人为事先约定的，显然，约定不 同，分析出的结果也不一定相同。 具有逻辑关系的电路也称为逻輯电路，在数字电子技朮中也习惯称为数字电路。 1.逻辑关系 的表示方法和规定：1.逻辑关系 的表示方法和规定： 数字电路是开、
