維修電工(教材高級1)

1、第一章電子技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié) 模擬電子技術(shù)一、集成運(yùn)算放大電路 集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）是一個(gè)高電壓增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的直接耦合多級放大電路。一般將其分為專用型和通用型兩類，集成運(yùn)放接 人適當(dāng)?shù)姆答侂娐房蓸?gòu)成各種運(yùn)算電路，主要有比例運(yùn)算、加減運(yùn)算和微積分運(yùn) 算等。由于集成運(yùn)放開環(huán)增益很高，所以它構(gòu)成的基本運(yùn)算電路均為深度負(fù)反饋電路。集成運(yùn)放工作在線性狀態(tài)時(shí)，兩輸入端之間滿足“虛短”和“虛斷”，根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)很容易分析各種運(yùn)算電路。1集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) 是集成運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)、輸出 端不接負(fù)載時(shí)的直流差模電壓放大倍數(shù)。通用型集成運(yùn)算放大器的一般為 6

2、0 140dB，高質(zhì)量的集成運(yùn)算放大器的 可達(dá) 170dB 以上。（2）輸入失調(diào)電壓 為使集成運(yùn)算放大器的輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓 也為零，在輸入端施加的補(bǔ)償電壓稱為失調(diào)電壓，其值越小越好，一般為幾 毫伏。（3）輸入失調(diào)電流 輸入失調(diào)電流是指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸入級兩個(gè) 輸入端靜態(tài)基極電流之差，即=|。越小越好，通常為 0.0010.1A。（4）輸入偏置電流 當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，差動(dòng)對管的兩個(gè)靜態(tài)輸入電流 的平均值稱為輸入偏置電流，即=（+）/2，通常為 0.00110A。其值越小越好。（5）最大差模輸入電壓 集成運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端之間所能承受的 最大電壓值稱為最大差模輸入電壓。超過該值，其中

3、一只晶體管的發(fā)射結(jié)將會(huì)出 現(xiàn)反向擊穿。（6）最大共模輸入電壓 指集成運(yùn)算放大器所能承受的最大共模輸入 電壓，若實(shí)際的共模輸入電壓超過值，則集成運(yùn)算放大器的共模抑制比將明 顯下降，甚至不能正常工作。（7）差模輸入電阻 指運(yùn)算放大器在開環(huán)條件下，兩輸入端的動(dòng)態(tài) 電阻。越大越好，一般運(yùn)算放大器的數(shù)量級為。（8）輸出電阻 輸出電阻是指運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)輸出電 阻。它表征集成運(yùn)算放大器帶負(fù)載的能力，越小越好，帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。 的數(shù)值一般是幾十歐姆至幾百歐姆。（9）共模抑制比是集成運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)與其共模電壓放大倍數(shù)比值的絕對值，共模抑制比反映了集成運(yùn)算放大器對共模信號 的抑制能力，越大越

4、好。2集成運(yùn)算放大器的選擇 在能夠滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)盡量選擇通用型集成運(yùn)放，然后再挑選開環(huán)增益、輸入阻抗、共模抑制比高且輸出電阻、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電壓小的集成運(yùn) 放。3集成運(yùn)算放大器的使用（1）集成運(yùn)算放大器性能的擴(kuò)展利用外加電路的方法可使集成運(yùn)放的某 些性能得到擴(kuò)展和改善。1）提高輸入電阻。在集成運(yùn)算放大器的輸入端加一個(gè)由場效應(yīng)晶體管組成的差動(dòng)放大電路可以提高輸入電阻。如圖 1 一 1 所示，圖中 V1、V2 為差分對管，V3 為恒流源，RP 用以調(diào)節(jié)平衡，調(diào)整 R3 可得到 V3 的零溫漂工作點(diǎn)。這種電路的輸入電阻可達(dá)以上。2）提高帶負(fù)載能力。通用型集成運(yùn)放的帶負(fù)載能力較弱，它的允許

5、功耗只 有幾十毫瓦，最大輸出電流為 10mA 左右。當(dāng)負(fù)載需要較大的電流和電壓變化 范圍時(shí)，就要在它的輸出端附加擴(kuò)大功能的電路。擴(kuò)大輸出電流。如圖 12 所示，在集成運(yùn)放的輸出端加一級互補(bǔ)對稱放 大電路來擴(kuò)大輸出電流。同時(shí)擴(kuò)大輸出電壓和輸出電流。如圖 13 所示，在集成運(yùn)放的正負(fù)電源 接線端與外加正負(fù)電源之間接人晶體管 V1 和 V2，目的是提高晶體管 V3、V4的基極電流，進(jìn)而提高輸出電流。由于 V3、V4 分別接30V 電源，所以負(fù)載兩端電壓變化將接近，這樣輸出電壓和電流都得到擴(kuò)大，因此，這種電路 可輸出較大功率。（2）集成運(yùn)算放大器的保護(hù)電源極性接反或電壓過高，輸出端對地短路 或接到另一

6、電源造成電流過大，輸出信號過大等都可能造成集成運(yùn)算放大器的損 壞。所以必須有必要的保護(hù)措施。1）電源接反保護(hù)。如圖 14 所示，在電源回路中加了兩個(gè)二極管，可防止電流反向，防止電源接反所引起的故障。2）輸入保護(hù)。集成運(yùn)放常因?yàn)檩斎腚妷哼^高造成輸入級損壞，也可能造成 輸入管的不平衡，從而使各項(xiàng)性能變差，因此必須外加輸入保護(hù)措施，圖 15 所示為二極管和電阻構(gòu)成限幅保護(hù)電路的兩種常用方法。3）輸出保護(hù)。集成運(yùn)放最常見的輸出過載有輸出端短路或輸出端接錯(cuò)電源 使輸出級擊穿，雖然多數(shù)器件內(nèi)部均有限流保護(hù)電路，但為可靠起見，仍需外接 保護(hù)電路。如圖 16a 所示，用穩(wěn)壓管跨接在輸出端和反向輸入端之間來限制

7、輸出電 壓。圖 16b 所示為穩(wěn)壓管接在輸出和地之間，使輸出電壓限制在一定范圍。4集成運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的通用性和靈活性都很強(qiáng)，只要改變輸入電路或反饋支路的 形式及參數(shù)，就可以得到輸出信號與輸入信號之間多種不同的關(guān)系。（1）比例積分調(diào)節(jié)器圖 17 所示為比例積分調(diào)節(jié)器電路，其輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系為:（11）在零初始和階躍輸入狀態(tài)下，輸出電壓的時(shí)間特性曲線如圖 18 所示。由 式（11）和輸出特性表明，比例積分調(diào)節(jié)器的輸出由“比例”和“積分”兩部 分組成，比例部分迅速產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，積分部分最終消除靜態(tài)偏差。當(dāng)突加時(shí)， 在初始瞬間電容相當(dāng)于短路，反饋回路中，只有電阻，相當(dāng)于

8、放大倍數(shù)為的比例調(diào)節(jié)器，可以立即起到調(diào)節(jié)作用。此后，隨著電容被充電， 線性增長，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，同積分調(diào)節(jié)器一樣，相當(dāng)于開路，極大的開環(huán)放大倍數(shù)使系統(tǒng)基本上達(dá)到無靜差。由此可知，采用比例積分調(diào)節(jié)器的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，既能獲得較高的靜態(tài)精度， 又具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，因而得到了廣泛應(yīng)用。（2）電壓比較器電壓比較器是把一個(gè)輸入電壓和另一個(gè)輸入電壓（或給 定電壓）相比較的電路。圖 19a 為基本電路，運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)下，輸出電壓只有兩種可能的狀態(tài)，即。電路的傳輸特性如圖 19b 所示。當(dāng)輸入信號 時(shí),=+；當(dāng)輸入信號 時(shí)，=。它表示在 參考電壓附近有微小的增加時(shí)，輸出電壓將從正向飽和值過到負(fù)向飽和

9、 值。如果參考電壓=0，則輸入電壓每次過零時(shí)，輸出就要產(chǎn)生突變，這種 比較器稱為過零比較器。其電路如圖 1 一 10a 所示，傳輸特性如圖 1 一 10b 所示。顯然，當(dāng)輸入信號為正弦波時(shí)，每過零一次，比較器的輸出端將產(chǎn)生一次電壓跳變，其正、負(fù)向幅度均受電源電壓的限制。輸出電壓波形如圖 110c 所示， 是具有正、負(fù)向極性的方波。由此可以看出，電壓比較器是將集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端 所接輸入電壓進(jìn)行比較的電路。=集成運(yùn)放工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn)，若=0，則其傳輸特性對原點(diǎn)是對稱的，而0，它的傳輸特性對原點(diǎn)是不對稱的。 常用的電壓比較器有三種：過零比較器、單限比較器（0）和遲滯比較器。

10、如果在過零比較器或單限比較器電路中引入正反饋，這時(shí)比較器的輸入-輸 出特性曲線具有遲滯回線形狀，這種比較器稱為遲滯比較器。如圖 1-11a 所示，由電阻構(gòu)成正反饋電路，反饋信號作用于同相輸入端，反饋電壓為。而，而=，而， 要使輸出電壓變?yōu)?，則反相端應(yīng)大于，反之，要使輸出電壓。則反相端 必須小于。由此可得 遲滯比較器的輸入-輸出特性曲線，如圖 1-11b 所示。在圖 1-11b 中，。稱為上閾值電壓，即后,從 變?yōu)?。?稱為下閾值電壓，即后 從變?yōu)椤D 1-11a 所示的電路中，進(jìn)行比較的信號作用在反相輸入端，它的輸入- 輸出特性曲線為下行特性，所以這個(gè)電路又稱為下行遲滯比較器。如果進(jìn)行比較 的

11、輸入信號作用在集成運(yùn)放的同相輸入端，反相輸入端直接接地或經(jīng)參考凡 接地，如圖 l-12a 所示，這個(gè)比較器具有上行特性，稱為上行遲滯比較器。二、線性集成穩(wěn)壓電源 線性集成穩(wěn)壓電源中，三端集成穩(wěn)壓器具有外圍元器件少，使用方便，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。1三端固定輸出集成穩(wěn)壓器三端固定輸出集成穩(wěn)壓器有 CW7800 系列（正電壓）和 CW7900 系列（負(fù) 電壓），輸出電壓由型號中的后兩位數(shù)字代表，有 5V、 6V、 8V、 12V、 15V、18V、 24V 等。其額定輸出電流以 78 或 79 后面所加字母來區(qū)分。L 表示 0.1A，M 表示 0.5A，無字母表示 1.5A，如 CW7805

12、 表示輸出電壓為+5V，輸出額定 電流為 1.5A。CW7800 和 CW7900 系列三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列如圖 1-13 所 示。（1）內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)CW7800 系列集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部組成框圖如圖 1-14所示。電路除具有輸出穩(wěn)定電壓作用外，還具有過電流、過電壓和過熱保護(hù)功能。（2）集成穩(wěn)壓電路的應(yīng)用1）基本應(yīng)用電路。圖 1-15 所示為 CW7800 系列集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電 路。為使電路正常工作，要求輸入電壓比輸出電壓至少大 2.53V。輸入端電 容具有防止自激振蕩和抑制電源的高頻脈沖干擾作用。VD 是保護(hù)二極管，防 止輸入端短路時(shí)所儲存的電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。電容、

13、用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)也可以起到消振作用。2）輸出正、負(fù)電壓的電路。圖 1-16 所示為用 CW7800 和 CW7900 系列穩(wěn)壓器構(gòu)成能輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路。3）恒流源電路。集成穩(wěn)壓器輸出端串入合適的電阻，就可構(gòu)成輸出恒定電 流的電源，如圖 1-17 所示。2三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器 集成電路加少量外部元器件即可組成輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。常用的型號有 CWl117CW217CW317 系列（正電壓），CW137CW237CW337系列（負(fù)電壓）。CW117 和 CW137 系列集成電路的外形和引腳如圖 1-18a 所 示。CW117 系列集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路框圖如圖 1-18b 所

14、示。三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路如圖 1-19 所示。輸出電壓計(jì)算公式為(1-2)三、開關(guān)穩(wěn)壓電源1開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)和分類（1）開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)1）效率高。開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，截止期間無電流，不 消耗功率，飽和導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)轱柡蛪航档?，所以功耗低，電源效率高，可達(dá) 8090左右。2）由于效率高，且可以不用降壓變壓器，而直接引入電網(wǎng)電壓，所以電源 體積小，重量輕。3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由脈沖波形的占空比來調(diào)節(jié)的， 受輸入電壓幅度變化的影響小，所以穩(wěn)壓范圍寬，并允許電網(wǎng)電壓有較大的波動(dòng)。4）紋波和噪聲較大。開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài)，電源紋 波

15、系數(shù)較大，交變電壓和電流通過開關(guān)器件，會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾和諧波干擾。5）由于開關(guān)穩(wěn)壓電源本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以線路比較復(fù)雜。但隨著電路集 成化的應(yīng)用，外圍電路已大為簡化。（2）開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類很多，分類方法也各不相 同，常見的分類方法有以下幾種：1）按開關(guān)調(diào)整管與負(fù)載之間的連接方式分為：串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源、并聯(lián) 型開關(guān)穩(wěn)壓電源。2）按開關(guān)器件的勵(lì)磁方式分為：自勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電源和他勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電 源。自勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電源，由開關(guān)調(diào)整管和脈沖變壓器構(gòu)成正反饋電路，形成自激振蕩來控制開關(guān)調(diào)整管。他勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電源，由附加振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)脈沖來控制開關(guān)調(diào)整管。控制開關(guān)調(diào)整管的驅(qū)動(dòng)信號有電壓

16、型和電流型兩種。3)按穩(wěn)壓控制方式分為：脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式，即周期恒定，改變 脈沖寬度。脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式，即導(dǎo)通脈寬恒定，改變脈沖頻率。混合 調(diào)制方式，即脈沖寬度和脈沖頻率同時(shí)改變。PWM、PFM 方式統(tǒng)稱時(shí)間比率控 制方式，也叫占空比控制。2開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理（1）串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的基本組成框圖，如 圖 1-20 所示。圖中，VT 為開關(guān)調(diào)整管，它與負(fù)載串聯(lián)；VD 為續(xù)流二極管，L 為儲能電感，C 為濾波電容器；和組成取樣電路、A 為誤差放大器、C 為電壓比較 器，它們與基準(zhǔn)電壓源、三角波發(fā)生器組成開關(guān)調(diào)整管的控制電路。誤差放大器。對來自輸出端的

17、取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大，其輸出電壓送 到電壓比較器 C 的同相輸入端。三角波發(fā)生器產(chǎn)生一頻率固定的三角波電壓， 它決定了電源的開關(guān)頻率 送至電壓比較器 C 的反向輸入端并與進(jìn)行比較，當(dāng)，時(shí)，電壓比較器 C 輸出電壓為高電平；當(dāng)，時(shí)，電壓比較 器 C 輸出電壓為低電平。用來控制開關(guān)調(diào)整管 VT 的導(dǎo)通和截止。、的波形如圖 1-21a、b 所示。電壓比較器 C 輸出電壓，為高電平時(shí)，調(diào)整管 VT 飽和導(dǎo)通，若忽略飽和壓降，則，二極管 VD 承受反向電壓而截止，通過電感 L 向提供負(fù) 載電流。由于電感自感電動(dòng)勢的作用，電感中的電流 隨時(shí)間線性增長，L 同時(shí)存儲能量，當(dāng) 后繼續(xù)上升，電容 C

18、 開始被充電，略有增大。電壓比較器 C 輸 出電壓，為低電平時(shí)，調(diào)整管 VT 截止，。因電感 L 產(chǎn)生相反的自感電 動(dòng)勢，使二極管 VD 導(dǎo)通，于是電感中儲存的能量通過 VD 向負(fù)載釋放，使負(fù)載 中繼續(xù)有電流通過，所以將 VD 稱為續(xù)流二極管，這時(shí)隨時(shí)間線性下降，當(dāng)后，電容 C 又開始放電，略有下降。、波形如圖 1-21c、d、e 所示。圖中，、為穩(wěn)壓電路輸出電流、電壓的平均值。由此可見，雖然調(diào)整 管工作在開關(guān)狀態(tài)，但由于二極管 VD 的續(xù)流作用和 L、C 的濾波作用，仍可獲 得平穩(wěn)的直流電壓。開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為，截止時(shí)間為 ,開關(guān)的轉(zhuǎn)換周期為 T，T+，它決定于三角波電壓的頻率。如果忽略

19、濾波電感的直流壓降、開關(guān) 調(diào)整管的飽和壓降以及二極管的導(dǎo)通壓降，輸出電壓的平均值為(1-3)式（1-3）中，DT 稱為脈沖波形的占空比。正比于脈沖占空比 D， 調(diào)節(jié) D 就可以改變輸出電壓的大小。根據(jù)以上分析可知，在閉環(huán)情況下，電路能根據(jù)輸出電壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)整管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，維持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓 升高時(shí)，取樣電 壓增大，誤差放大器的輸出電壓下降，調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間減小，占空比 D 減小，使輸出電壓減小，恢復(fù)到原大小。反之，下降，下降，上升， 調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間增加，占空比 D 增大，使輸出增大，恢復(fù)到原大小，從而 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。必須指出，當(dāng) ， 0，脈沖占空比 D50，此時(shí)穩(wěn)

20、壓電路的輸出電壓等于預(yù)定的標(biāo)稱值，所以，穩(wěn)壓電源取樣 電路的分壓比可根據(jù)求得。（2）并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的電路原理如圖 1-22a所示。圖中：VT 為開關(guān)調(diào)整管，它與負(fù)載并聯(lián)，VD 為續(xù)流二極管，L 為濾波電 感，C 為濾波電容，、為取樣電路，控制電路的組成與串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路 相同。當(dāng)控制電路輸出電壓為高電平時(shí)，VT 飽和導(dǎo)通，其集電極電位近似為 零，使 VD 反偏而截止，輸入電壓通過電流使電感 L 儲能，同時(shí)電容 C 對負(fù) 載放電供給負(fù)載電流，如圖 1-22b 所示。當(dāng)控制電路輸出電壓為低電平時(shí)， VT 截止，由于電感 L 中電流不能突變，這時(shí)在 L 兩端產(chǎn)生自感電壓并通過

21、VD 向電容 C 充電，以補(bǔ)充電容放電時(shí)所消耗的能量，同時(shí)向負(fù)載供電，電流方向 如圖 1-22C 所示。此后再為高電平或低電平，VT 再次導(dǎo)通或截止，重復(fù)上述 過程。因此，在輸出端可獲得穩(wěn)定的、且大于的直流電壓輸出?？梢宰C明，并 聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓為:（1+(1-4)式（1-4）中，、分別為開關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通和截止的時(shí)間。由式（1-4）可見，并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓總是大于輸入電壓，且 越長，電感 L 中儲存的能量越多，在期間內(nèi)向負(fù)載提供的能量越多，輸出電壓比輸入電壓就大得越多。3集成開關(guān)穩(wěn)壓電路的應(yīng)用特點(diǎn) 目前開關(guān)穩(wěn)壓電路多已集成化，常用的有兩種方式：一種是單片的脈寬調(diào)制器，和外接開

22、關(guān)功率管組成開關(guān)穩(wěn)壓電路，應(yīng)用比較靈活，但電路較復(fù)雜；另一 種是脈寬調(diào)制器和開關(guān)功率管集成在同一芯片上，組成單片集成開關(guān)穩(wěn)壓電路，電路集成度高，使用方便。開關(guān)管的控制方法有電壓控制型和電流控制型兩種。 電流控制型電路是一種新型的開關(guān)控制方式，它有兩路反饋信號，一路是電 壓輸出反饋信號，另一路是電感或開關(guān)變壓器線圈電流的反饋信號，如圖 1-23所示。通過對輸出電壓和電流的雙重控制達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。當(dāng)負(fù)載要求輸出較多的 功率（較大的電流）時(shí)，控制器可以控制電感或開關(guān)變壓器輸出較大的電流。當(dāng) 負(fù)載突然發(fā)生變化時(shí)，由于電流和電壓的反饋，控制電路可以立即做出反應(yīng)，使 輸出電壓保持在設(shè)定的輸出電壓值上。

23、所以，電流型控制電路具有更好的控制特 性和更平穩(wěn)的電壓輸出，同時(shí)也具有良好的過載控制能力，可以保證不會(huì)因過載 而損壞穩(wěn)壓電源。常用的器件有 MC34023、UC3842 UC3845 等。UC3842 是一種高性能固定頻率的電流型控制器，具有電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào) 整率高、頻響特性好、穩(wěn)定幅度大、過電流限制特性好、過電壓保護(hù)和欠電壓鎖 定等特點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1-24 所示。第二節(jié) 數(shù)字電子技術(shù) 一、集成門電路數(shù)字集成電路按其內(nèi)部有源器件的不同可以分為兩大類。一類為雙極型晶體 管集成電路（TTL 電路）；另一類為單極型集成電路（MOS 管組成的電路）。1TTL 集成邏輯門電路（l）TTL 與非門

24、1）TTL 與非門的工作原理：CT74S 肖特基系列 TTL 與非門的電路組成如圖1-25a 所示，它由輸入級、中間級、輸出級三部分組成。輸入級：由多發(fā)射極管 VT1 和電阻組成，多發(fā)射極管的三個(gè)發(fā)射結(jié)為三 個(gè) PN 結(jié)。其作用是對輸入變量 A、B、C 實(shí)現(xiàn)邏輯與運(yùn)算，所以它相當(dāng)一個(gè)與 門。中間級：由 VT2、和 VT6、組成，VT2 集電極和發(fā)射極同時(shí)輸出 兩個(gè)邏輯電平相反的信號，用以驅(qū)動(dòng) VT3 和 VT5。輸出級：由 VT3和、組成，它采用了達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，VT3 和 VT4 組 成復(fù)合管降低了輸出高電平時(shí)的輸出電阻，提高了帶負(fù)載能力。TTL 與非門的邏輯符號如圖 1-25 b 所示；邏輯表

25、達(dá)式為：Y對圖 1-25 所示電路，如高電平用 1 表示，低電平用 0 表示，則可列出圖 1-25所示的真值表，見表 1-1。輸入輸出ABCY000100110101011110011011110111102）TTL 與非門的工作速度：為了提高開關(guān)速度，圖 1-25a 所示電路采用了 抗飽和晶體管和有源泄放電路。我們知道，晶體管飽和越深，工作速度越慢。因此，應(yīng)使電路工作在淺飽和狀態(tài)，電路采用了抗飽和晶體管，如圖 1-26 所示。（2）集電極開路與非門（OC 門）1）集電極開路與非門的工作原理：集電極開路與非門也叫 OC 門，能使門 電路輸出的電壓高于電路的高電平電壓值，且門電路的輸出端可以并聯(lián)

26、以實(shí)現(xiàn)邏輯與功能，即線與（一般的 TTL 門電路不能線與）。OC 門的電路如圖 1-27a 所示，邏輯符號如圖 1-27b 所示，邏輯表達(dá)式為：Y2）OC 門的應(yīng)用： OC 門可以實(shí)現(xiàn)線與，如圖 1-28 所示，邏輯表達(dá)式為Y=；驅(qū)動(dòng)顯示器，如圖1-29 所示；實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，如圖 1-30 所示。（3）與或非門與或非門電路如圖 1-31a 所示，邏輯符號如圖 1-31b 所示， 邏輯表達(dá)式為 Y（4）三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門是指不僅可輸出高電平、低電平兩個(gè)狀態(tài)， 而且還可輸出高阻狀態(tài)的門電路，如圖 1-32 所示，為控制端。當(dāng)0 時(shí)， G 輸出 P1，VD 截止，輸出 Y，三態(tài)門處于工作狀 態(tài)。低

27、電平有效。當(dāng)1 時(shí)， G 輸出 p0， VD 導(dǎo)通，輸出高阻狀態(tài)。2CMOS 集成邏輯門和 TTL 數(shù)字集成電路相比，CMOS 電路的突出特點(diǎn)是微功耗、高抗干擾能 力。（1）CMOS 反相器由兩個(gè)場效應(yīng)晶體管組成互補(bǔ)工作狀態(tài)，如圖 1-33所示。其邏輯表達(dá)式為:Y（2）CMOS 與非門如圖 1-34 所示，兩個(gè)串聯(lián)的增強(qiáng)型 NMOS 管和為驅(qū)動(dòng)管，兩個(gè)并聯(lián)的增強(qiáng)型 PMOS 管和。為負(fù)載管，組成 CMOS與非門，邏輯表達(dá)式為Y（3）CMOS 或非門如圖 1-35 所示，兩個(gè)并聯(lián)的增強(qiáng)型 NMOS 管和為驅(qū)動(dòng)管，兩個(gè)串聯(lián)的增強(qiáng)型 PMOS 管和為負(fù)載管，組成 CMOS 或 非門，邏輯表達(dá)式為Y=

28、（4）CMOS 傳輸門將兩個(gè)參數(shù)對稱一致的增強(qiáng)型 NMOS 管和 PMOS管并聯(lián)可構(gòu)成 CMOS 傳輸門，電路和邏輯符號如圖 1-36 所示。（5）CMOS 三態(tài)門圖 1-37a 所示為低電平控制的三態(tài)輸出門，圖1-37b 為邏輯符號。當(dāng)0 時(shí)，和導(dǎo)通，和；組成的 CMOS 反相器工作，所以Y=。當(dāng)=1， 和同時(shí)截止，輸出時(shí)輸出 Y 對地和對電源都呈高阻狀 態(tài)。（6）CMOS 異或門圖 1-38a 所示為異或門，圖 1-38b 為邏輯符號。 當(dāng)輸入 AB0 或 AB1 時(shí)，即輸入信號相同，輸出 Y0；當(dāng)輸入 A1 或 B1 時(shí)，即輸入信號不同，輸出 Y1。其真值表見表 1-2。表 1-2異或門

29、輸入輸出ABY0000111011103復(fù)合門電路除了上述介紹的邏輯門電路外，還有或非門、異或門、同或門等，表 1-3 是 基本門和常用復(fù)合門的邏輯符號、邏輯表達(dá)式、及邏輯功能。二、組合邏輯電路邏輯電路在任何時(shí)刻的輸出狀態(tài)只取決于這一時(shí)刻的輸入狀態(tài)，而與電路的 原來狀態(tài)無關(guān)，則該電路稱為組合邏輯電路。1組合邏輯電路的分析方法（1）分析步驟1）根據(jù)結(jié)定的邏輯電路寫出輸出邏輯表達(dá)式。 一般從輸入端向輸出端逐級寫出各個(gè)門輸出對其輸入的邏輯表達(dá)式，從而寫出整個(gè)邏輯電路的輸出對輸入變量的邏輯表達(dá)式。必要時(shí)，可進(jìn)行化簡。2）列出邏輯函數(shù)的真值表。 將輸入變量的狀態(tài)以自然二進(jìn)制數(shù)順序的各種取值組合代入輸出邏

30、輯表達(dá)式，求出相應(yīng)的輸出狀態(tài)，并填人表格中，即得真值表。3）根據(jù)真值表和邏輯表達(dá)式對邏輯電路進(jìn)行分析，最后確定其功能。（2）分析舉例分析圖 1-39 所示邏輯電路的功能。1）寫出輸出邏輯表達(dá)式，有：Y= Y= Y=2）列出邏輯函數(shù)的真值表。將輸入 A、B、C 取值的各種組合代入式（1-5）中，求出輸出 Y 的值。由此列出真值表，見表 1-4。輸入輸出ABCY000000110101011010011010110011113）分析邏輯功能。由表 1-4 可知：在輸入 A、 B、C 三個(gè)變量中，有奇數(shù) 個(gè) 1 時(shí)，輸出 Y 為 1，否則 Y 為 0，由此可知，圖 1-39 所示為三位奇校驗(yàn)電路。2

31、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法（1）設(shè)計(jì)步驟組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，應(yīng)以電路簡單、所用器件最少為目 標(biāo)，其設(shè)計(jì)步驟為：1）分析設(shè)計(jì)要求，列出真值表。2）根據(jù)真值表寫出輸出邏輯表達(dá)式。3）對輸出邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡。4）根據(jù)最簡輸出邏輯表達(dá)式畫邏輯圖。（2）設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)一個(gè) A、B、C 三人表決電路。當(dāng)表決某個(gè)提案時(shí)， 多數(shù)人同意，提案通過，同時(shí) A 具有否決權(quán)。用與非門實(shí)現(xiàn)。1）分析設(shè)計(jì)要求，列出真值表，見表 1-5。設(shè) A、B、C 同意提案用 1 表示，不同意用 0 表示，Y 為表決結(jié)果，提案通過為 1，通不過為 0。 表 1-5真值表輸入輸出ABCY0000001001000110100010111101

32、11112）將輸出邏輯函數(shù)化簡，變換為與非表達(dá)式。由圖 1-40 的卡諾圖進(jìn)行化簡， 可得：Y=AC+AB將上式變化為與非表達(dá)式Y(jié)=3）根據(jù)輸出邏輯表達(dá)式畫邏輯圖，如圖 1-41 所示。3組合邏輯電路中的競爭冒險(xiǎn)（1）競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因信號通過導(dǎo)線和門電路時(shí)都存在一定 的時(shí)間延遲，信號發(fā)生變化時(shí)也有一定的上升時(shí)間和下降時(shí)間。因此，同一個(gè)門 的一組輸入信號，通過不同的數(shù)目的門，經(jīng)過不同長度導(dǎo)線的傳輸，到達(dá)門輸入端的時(shí)間會(huì)有先有后，這種現(xiàn)象稱為競爭。邏輯門因輸入端的競爭而導(dǎo)致輸出產(chǎn)生不應(yīng)有的尖峰干擾脈沖（又稱過渡干擾脈沖）的現(xiàn)象，稱為冒險(xiǎn)。圖 1-42 所示為產(chǎn)生正尖峰干擾脈沖冒險(xiǎn)的實(shí)例。

33、（2）冒險(xiǎn)現(xiàn)象的判別在組合邏輯電路中，是否存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象，可通過邏 輯函數(shù)來判別。如果根據(jù)組合邏輯電路寫出的輸出邏輯函數(shù)在一定條件下可簡化 成下列兩種形式時(shí)，則該組合邏輯電路存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象，即Y=A .(1-7) Y=A +(1-8)例如，函數(shù)表達(dá)式 Y=（A+B）（+C），在 A=C=0 時(shí)， Y=B。若直接根據(jù)這個(gè)邏輯表達(dá)式組成邏輯電路，則可能出現(xiàn)競爭冒險(xiǎn)。（3）消除冒險(xiǎn)現(xiàn)象的方法1）增加多余項(xiàng)。例如： Y=A+BC，當(dāng) A=1， C=1 時(shí)，存在著競爭冒險(xiǎn)。 根據(jù)邏輯代數(shù)的基本公式，增加一項(xiàng) AC，函數(shù)式不變，卻消除了競爭冒險(xiǎn)，即 Y= A+BC+AC。2）加封鎖脈沖。在輸入信號產(chǎn)生競爭冒險(xiǎn)

34、時(shí)間內(nèi)，引入一個(gè)脈沖將可能產(chǎn) 生尖峰干擾脈沖的門封鎖住。封鎖脈沖應(yīng)在輸入信號轉(zhuǎn)換前到來，轉(zhuǎn)換后消失。3）加選通脈沖。對輸入可能產(chǎn)生尖峰干擾脈沖的門電路增加一個(gè)接選通信 號的輸入端，只有在輸入信號轉(zhuǎn)換完成并穩(wěn)定后，才引入選通脈沖將它打開，此時(shí)才允許有輸出。4）接入濾波電容。如果邏輯電路在較慢速度下工作，可以在輸出端并聯(lián)一 電容器。由于尖峰干擾脈沖的寬度一般都很窄，因此用電容即可吸收掉尖峰干擾 脈沖。5）修改邏輯設(shè)計(jì)。 三、時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路不同，時(shí)序邏輯電路在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于 當(dāng)時(shí)的輸入信號，而且還取決于電路原來的狀態(tài)。根據(jù)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況的不同，時(shí)序邏輯電路分為同步時(shí)序

35、邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路兩大類。1同步時(shí)序邏輯電路的分析方法（1）分析步驟1）寫出電路輸出、驅(qū)動(dòng)及狀態(tài)方程。時(shí)序邏輯電路的輸出邏輯表達(dá)式（即 輸出方程）、各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式（即驅(qū)動(dòng)方程）和時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程。2）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值代入狀態(tài)方程和輸出方程 中進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出，從而列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。3）對說明邏輯功能。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來說明電路的邏輯功能。4）畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖。（2）分析舉例分析圖 1-43 所示電路的邏輯功能，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。 寫出電路輸出、驅(qū)動(dòng)及狀態(tài)方程，有：輸出方程： Y=（1-9）驅(qū)動(dòng)方程：（1-10） 狀態(tài)

36、方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入 JK 觸發(fā)器的特性方程，得到電路的狀態(tài)方程為 （1-11）2）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。該電路的現(xiàn)態(tài)為=000，代入式（1-9）和式（1-11）中進(jìn)行計(jì)算后得 Y0 和=001，然后在將 001 當(dāng)作現(xiàn) 態(tài)代入式（1-11），得=010，以此類推?？汕蟮帽?1-6 所示的狀態(tài) 轉(zhuǎn)換真值表。表 1-6狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Y0000010001010001001100111000100101010100013）說明邏輯功能：由表 1-6 可看出，圖 1-43 所示電路在輸入第六個(gè)計(jì)數(shù)脈 沖 CP，返回原來的狀態(tài)，同時(shí)輸出端 Y 輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。因此，該電路為同 步六進(jìn)制計(jì)數(shù)

37、器。4）畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖：根據(jù)表 1-6 可畫出圖 1-44a 所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 圖。圖中圓圈內(nèi)的數(shù)值表示電路一個(gè)狀態(tài)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向，箭頭線上方標(biāo)注的 XY 為轉(zhuǎn)換條件，X 為轉(zhuǎn)換前輸入變量的取值，Y 為輸出值，由于本例 沒有輸入變量，故 X 未標(biāo)上數(shù)值。2同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和分析正好相反，根據(jù)給定邏輯功能的要求，設(shè)計(jì)同步時(shí)序邏輯電路。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)律和求出各觸 發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。（1）設(shè)計(jì)步驟1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2）進(jìn)行狀態(tài)化簡，即合并重復(fù)狀態(tài)。在保證滿足邏輯功能要求的前提下， 獲得最簡單的電路結(jié)構(gòu)。

38、3）狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù) n 位二進(jìn)制代碼可以表示來對電路狀態(tài)進(jìn)行編碼，一般采用自然二進(jìn)制數(shù)編碼，觸發(fā)器的數(shù)目 n 可按N確定，N 為狀態(tài)數(shù)。4）選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。5）畫出最簡邏輯電路圖。6）檢查電路有無自啟動(dòng)能力。（2）設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖序列為 10100 的序列脈沖發(fā)生器。1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求可推斷出電路應(yīng)有 5 個(gè)狀態(tài)，它們分別用， 表示。輸入第一個(gè)時(shí)鐘 CP 時(shí)，狀態(tài)由轉(zhuǎn)到，輸出 Y1；輸入第二個(gè) CP 時(shí)，狀態(tài)由轉(zhuǎn)到，輸出 Y=0；依次類推。由此可畫出圖 1-45 所示的狀 態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2）狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù)N可知，在 N5

39、 時(shí)，n3，即采用三位二進(jìn)制代碼。該序列脈沖發(fā)生器采用自然二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)編 碼，即= 000， 001， 010，011，= 100，由此可列出表 1-7 所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。表 1-7狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表狀態(tài)轉(zhuǎn)換 順序現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出YS00000011S10010100S20100111S30111000S410000003）選擇觸發(fā)器類型，求輸出方程、狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。選用 JK 觸發(fā)器， 其特性方程為。根據(jù)表 1-7 可畫出圖 1-46 所示的各觸發(fā)器狀態(tài)和輸出函數(shù)的卡諾圖，由此可得：輸出方程：（1-12）狀態(tài)方程： （1-13） 驅(qū)動(dòng)方程：（1-14）4）由式（1-12）和式（1-14）可

40、畫出圖 1-47 所示的產(chǎn)生脈沖序列為 10100的序列脈沖發(fā)生器。5）最后檢查電路有無自啟動(dòng)能力。將三個(gè)無效狀態(tài)101、110、111 代入 狀態(tài)方程中計(jì)算，結(jié)果 010、010、000 都為有效狀態(tài)，因此該電路能夠自啟動(dòng)。四、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法 綜合前面的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，不難得到數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法和步驟。1設(shè)計(jì)方法和步驟（1）明確電路的總體方案根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，先畫出電路的粗框圖， 即電路工作原理框圖。（2）把總體方案分割成若干獨(dú)立的子功能部件把電路的粗框圖中的每一 方框按照組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，再分割成相對獨(dú)立的若干功能塊。對于 每一個(gè)功能塊即可按照前面所講的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯