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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作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1. 脉冲 ：表示一种时间极短的突变电压或电流信号。EURtK通K断K URR开关K
2、的通、断使UR 的变化是一种突变脉冲；E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： 下降沿上升沿上升沿（上升时间）：从0.10.9幅度用的时间，又称前沿；Um幅度间隔0.9下降沿（下降时间）：从0.90.1幅度用的时间，tK脉宽又称后沿；0.1脉冲宽度（tK）：脉冲持续时间；重复周期 T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：矩形波微分尖脉冲锯齿波三角波 4. RC电路充放电特点脉冲形成的过渡过程；iCEKRuRuC 若：开关K合上之
3、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；充电的快慢受时间常数= RC约束；ucuR大小（充电过程）EiERRC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，均呈指数规律变化；（放电过程）大小EiCKRuCuC 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
4、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。二、脉冲波形的变換1. 微分电路 尖脉冲形成电路放充CRuO0 Eui 输出与输入间为微分关系；时间常数= RC；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， uo0-EuiEE输出uo（uR）从E下降至0； 充输入脉冲间隔期间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；放尖脉冲的脉宽受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：
5、（RC）tk （tk为输入脉冲宽度） 当RCtk时，变成耦合电路：0uo-EE小大很大 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. 积分电路放充uo0uiEECRuO0 Eui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：（RC）tk 在脉宽和间隔时间内，充电充不至E、放电也放不至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：Euo1231. RC小（充、放电迅速）：线性差、幅度高；3. RC大（充、放电缓慢）：线性
6、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1. 二极管开关：DR0 E KR由单向导电特性可将二极管等效为右图开关；0 E （上+、下-），D正向导通K闭合； E0 DR0KR 0 （为0，短路），D截止K断开；2. 三极管开关：用三极管的饱和、截止状态来形成开关作用。RbRcECebcui=Euo=0RbRcECebcui=0uo=ECRbRcIbICECebcuiuouceE0E0 共射极接法（工作于饱
7、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： 反相器uiE0Ec0uo当R1RcEC-EbuiuoR2E0E0ui为矩形脉冲时： 三极管饱和 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
8、变更陡直。 驱动指示灯R1白炽灯ECuiR1RECui当输入为高电平时 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R1ECuiJR1uiECJR1ECuiJ 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； 驱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
9、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。ECJI1O1Vcc（共8路）ULN2003EC1 182 173 164 155 146 137 128 119 10ULN2803I1I2I3I4I5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O8Vcc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数字电路是研究开、关两个
10、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 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：十进数0123二进数00011011二位形式 三位形式十进数01234567二
11、进数000001010011100101110111四位形式二进0 123456789101112131415十进0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111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 。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 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
