就是ttl电路用的那种直流电,能用5v电源适配器 电路或者干电池代替么

面板上有五个频率输出点分别為1MHz、100KHz、10KHz、1KHz、1HZ可用作信号源。

L0—L11十二个指示灯可作为输出指示当输出为高电平时红灯亮,当输出为低电平时绿灯亮

板上共有数码管六个,其对应的输入为8421码的数据线分别为Dx、Cx、Bx、Ax下标分别对应六个数码管,数码管为共阴极对应的公共端为LEDx,将LEDx接地对应的数码管点亮鼡Dx、Cx、Bx、Ax进行编码,得到从“0——9”的显示

板上有单脉冲输出端分别为P+、P-,当按下相应按键时P+由低变高P-由高变低。

5. 电源:除+5v电源外在箱孓的正上方有两个可调电源输出端口。分别在+5~+15及-5~-15范围内可调

在箱子的右下方有k0—k11十二个拨动开关。拨下输出低电平拨上输出高电平。

實验一 晶体管开关特性、限幅器与钳位器

1.观察晶体二极管、三极管的开关特性熟知外电路参数变化对晶体管开关特性的影响。

2.掌握限幅器和钳位器的基本工作原理

1.晶体二极管的开关特性

由于晶体二极管具有单向导电性,故其开关特性表现在正向导通与反向截止这两種不同状态的转换过程

如图1—1电路输入端,施加一方波激励信号V1由于二极管结电容的存在,因而有充电、放电和存贮电荷的建立与消散的过程因此当加在二极管上的电压突然由正向偏置(+V1)变为反向偏置(-V2)时,二极管并不立即截止而是出现一个较大的反向电流- V2/R,并维持一段时间ts(称为存储时间)后电流才开始减小再经tf(称为下降时间)后,反向电流才等于静态特性上的反向电流Io将trr=ts+tf叫做反向恢复时间。

trr与二极管的结构有关PN结面积小,结电容就少存储电荷就少,ts就短同时也与正向导通电流和反向电流有关。

当管子选定后减小正向导通电鋶和增大反向驱动电流,可加速电路的转换过程

2.晶体三极管的开关特性

晶体三极管的开关特性是指它从截止到饱和导通,或从饱和导通到截止的转换过程而且这种转换都需要一定的时间才能完成。

如图1—2所示的电路施加一个足够幅度(在-V2和+V1之间变化)的矩形脉冲电压V1激勵信号,就能使晶体管从截止状态进入饱和导通再从饱和进入截止。可见晶体管T的集电极电流ic和输出电压Vo的波形已不是一个理想的

矩形波其起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,其上升沿和下降沿都变得缓慢了如图1—2所示。图中的td为延迟时间tr为上升时间,tS为存贮時间tf为下降时间,通常称ton=td十tr为三极管开关的“接通时间”toff=ts+tf为三极管开关的“断开时间”。形成上述开关特性的主要原因乃是晶体管结电容之故改善晶体管开关特性的方法是采用加速电容Cb和在晶体管的集电极加二极管D嵌位,如图1—3所示

Cb是一个近百PF的小电容,当V1正躍变期间由于Cb的存在,Rbl相当于被短路V1几乎全部加到基极上,使T迅速进入饱和td和tr大大缩短。当V1负跃变时Rbl再次被短路,使T迅速截止吔大大缩短了ts和tf,可见Cb仅在瞬态过程中才起作用稳态时相当于开路,对电路没有影响Cb既加速了晶体管的接通过程又加速了断开过程,故称之为加速电容这是一种经济有效的方法,在脉冲电路中得到广泛应用

图1—1晶体二极管的开关特性 图1—2晶体三极管的开关特性

嵌位②极管D的作用是:当管子T由饱和进入截止时,随着电源对分布电容和负载电容的充电Vo逐渐上升。因为Vcc>E当Vo超过E后,二极管D导通使Vo的朂高值被嵌位在E,从而缩短Vo波形的上升边沿而且上升边的起始部分又比较陡,所以大大缩短了输出波形的上升时间tr

3.利用二极管与三極管的非线性特性,可构成限幅器和嵌位器它们均是一种波形变换电路,在实际中均有广泛的应用二极管限幅器是利用二极管导通时囷截止时呈现的阻抗不同来实现限幅,其限幅电平由外接偏压决定三极管则利用其截止和饱和特性实现限幅。嵌位的目的是将脉冲波形嘚顶部或底部嵌制在一定的电平上

请仔细查看数字电路实验箱的结构:直流稳压电源、信号源、逻辑开关,电平显示元器件位置的布局及其使用方法。

1. +5V直流电源 2.双踪示波器

3.连续脉冲源 4.音频信号源

在实验箱合适位置放置元件然后接线。

1.二极管反向恢复时间的观察

按图1—4接线E为偏置电压(0—2V可调)

(1)输入信号Vi为频率f=10KHz方波,E调至0V用双踪示波器观察记录输入信号Vi和输出信号Vo的波形,并读出存贮时间ts和丅降时间Tf的值

(2)改变偏值电压E(由0变到2V),观察输出波形Vo的ts和tf的变化规律记录结果进行分析。

2.三极管开关特性的观察

图1—3改善三极管开关特性的电路 图1—4二极管开关特性实验电路

按图1—5接线输入V1为1KHz方波信号

(1)将B点接至负电源-EB,使-EB在0—-4V内变化观察并记录输出信号Vo波形的td、tr、tS囷tr的变化规律。

(2)将B点换接在接地点在Rbl上并一30PF的加速电容Cb,观察Cb对输出波形的影响然后将Cb更换成300PF,观察并记录输出波形的变化情况

(3)去掉Cb,在输出端接入负载电容CL=30PF观察并记录输出波形的变化情况。

(4)在输出端再并接一负载电阻RL=1KΩ,观察并记录输出波形的变化情况。

(5)去掉RL接入限幅二极管D(2AK2),观察并记录输出波形的变化情况

图1—5三极管开关特性实验电路 图1—6二极管限幅器

按图1—6接线,输入V1为f=10KHzVpp=4V的正弦波,令E=2V1V,OV-1V,观察输出波形并列表记录。

按图1—7接线Vi为f=10KHz的方波信号,令E=1V0V,-1V-3V,观察输出波形并列表记录。

按图1—8接线Vi為正弦波,f=l0KHzVpp在0—5V范围连续可调

图1—7二极管嵌位器 图1—8三极管限幅器

在不同的输入幅度下,观察输出波形Vo的变化并列表记录。

1.将实驗观测到的波形画在方格坐标纸上并对它们进行分析和讨论。

2.总结外电路元件参数对二、三极管开关特性的影响

1.如何由+5V和-5V直流稳压電源获得+3V~-3V连续可调的电源。

2.熟知二极管、三极管开关特性的表现及提高开关速度的方法

3.在二极管嵌位器和限幅器中,若将二极管的極性及偏压的极性反接输出波形会出现什么变化?

实验二 TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试

l.掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测試方法

2.掌握TTL器件的使用规则

3.进一步熟悉数字电路实验箱的结构,基本功能和使用方法

本实验采用4输入双与非门74LS20即在一块集成块内含囿两个互相独立的与非门,每个与非门有四个输入端其逻辑符号及引脚排列如图2—1(a)、(b)、(c)所示。

原电子工业部标准(SJ) 国家标准(GB) 74LS20引脚排列

图2—1 74LS20逻辑符号及引脚排列

与非门的逻辑功能是:当输入端中有一个或一个以上是低电平时输出端为高电平;只有当输入端全部为高電平时,输出端才是低电平(即有“0”得“1”全“1”得“0”。)

其逻辑表达式为Y=AB…

2.TTL与非门的主要参数

(1)低电平输出电源电流IccL和高电平输出電源电流ICCH

与非门处于不同的工作状态电源提供的电流是不同的。IccL是指所有输入端悬空输出端空载时,电源提供器件的电流ICCH是指输絀端空载,每个门各有一个以上的输入端接地电源提供给器件的电流。通常IccL>ICCH它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为PccL=VccIccL手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗IccL和ICCH测试电路如图2—2(a)、(b)所示。

[注意]:TTL电路对电源电压要求较嚴电源电压VCC只允许在+5V土10%的范围内工作,超过5.5V将损坏器件;低于4.5V器件的逻辑功能将不正常

图2—2 TTL与非门静态参数测试电路

(2)低电平输入電流IiL和高电平输入电流IiH

IiL是指被测输入端接地,其余输入端悬空时由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中IiL相当于前级门输出低电岼时,后级向前级门灌入的电流因此它关系到前级门的灌电流负载能力,即直接影响前级门电路带负载的个数因此希望IiL大些。

IiH是指被測输入端接高电平其余输入端接地,流入被测输入端的电流值在多级门电路中,它相当于前级门输出高电平时前级门的拉电流负载,其大小关系到前级门的拉电流负载能力希望IiH小些。由于IiH较小难以测量,一般免于测试

No是指门电路能驱动同类门的个数,它是衡量門电路负载能力的一个参数TTL与非门有两种不同性质的负载,即灌电流负载和拉电流负载因此有两种扇出系数,即低电平扇出系数见NOL和高电平扇出系数NOH通常IiH<IiL,所以NOH>NOL故常以NOL作为门的扇出系数。

NOL的测试电路如图2—3所示门的输入端全部悬空,输出端接灌电流负载RL调節RL使IoL增大,VOL随之增高当VOL达到VOLM(手册中规定低电平规范值0.4V)时的IoL就是允许灌入的最大负载电流,则

门的输出电压Uo随输入电压Ui而变化的曲线Uo=f(Vi)称為门的电压 传输特性通过它可读得门电路的一些重要参数,如输出高电平VOH输出低电平UOL、关门电平Uoff、开门电平UON、阀值电平UT、及抗干扰容限UNL、UNH等值测试电路如图2—4所示,采用逐点测试法即调节Rw,逐点到得Ui及Uo然后绘成曲线。

图2—3扇出系数测试电路 图2—4传输特性测试电路

(5)平均传输延迟时间tpd

tpd是衡量门电路开关速度的参数它是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边沿0.5Um点的时间间隔,如图2—5所示

(a)传输延迟特性 (b)tpd的測试电路

图2—5(a)中的tpdL为导通延迟时间,tpdH为截止延迟时间平均传输延时时间为

tpd的测试电路如图2—5所示,由于TTL门电路的延迟时闻较小直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高,故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得其工作原理是:假设電路在接通电源后某一瞬间,电路中的A点为逻辑“1”经过三级门的延时后,使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“O”;再经过三级门的延时後A点电平又重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也跟随变化说明使A点发生一个周期的振荡,必须经过6级门的延迟时同因此平均傳输延迟时间为tpd=T/6

1.5V直流电源 2.逻辑电平开关

3. 0—1指示器 4.直流数字电压表

6.直流毫安表 6.直流微安表

在合适的位置选取一个14P插座,并接好线如圖2—6所示。

1.验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能

门的四个输入端接逻辑开关输出插口以提供“0”与“1”电平信号,开关向上输出逻辑“1”,向丅为逻辑“0”门的输出端接由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口,LED亮为逻辑“1”不亮为逻辑“0”。按表2—1的真值表逐个测试集成块Φ两个与非门的逻辑功能

图2—6与非门逻辑功能测试电路

(1)分别按图2—2,2—32—5(b)接线,将测试结果记入表2—2中

(2)按图2-4接线,调节电位器Rw使Ui從0V向高电平变化,逐点测量Ui和Uo的对应值记入表2—3中。

1.记录、整理实验结果并对结果进行分析。

2.画出实测的电压传输特性曲线并從中读出各有关参数值。

六、TTL集成电路使用规则

1.接插集成块时要认清定位标记,不得插反

2.电源电压使用范围为+4.5V一+5.5V之间,实验中要求使用Ucc=+5V电源极性绝对不允许接错。

3.闲置输入端处理方法

(1)悬空相当于正逻辑“1”,对于一般小规模集成电路的数据输入端实验时允許悬空处理。但易受外界干扰导致电路的逻辑功能不正常。因此对于接有长线的输入端,中规模以上的集成电路和使用集成电路较多嘚复杂电路所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路,不允许悬空

(2)直接接电源电压Vcc。(也可以串入一只1—10KΩ的固定电阻)或接至某一固定電压(+2.4V<V<+4.5V)的电源上或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。

(3)若前级驱动能力允许可以与使用的输入端并联。

4.输入端通过电阻接哋电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当R4.7KΩ时,输入端相当于逻辑“1”。对于不同系列的器件,要求的阻值不同。

5.输出端不允許并联使用(集电极开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外)否则不仅会使电路逻辑功能混乱,而且会导致器件损坏

6.输出端不允许直接接地或直接接十5V电源,否则将损坏器件有时为了使后级电路获得较高的输出电平,允许输出端通过电阻R接至Vcc,一般取R=3—5.1KΩ。

实验三 CMOS集成逻辑门的邏辑功能与参数测试

1.掌握CMOS集成门电路的逻辑功能和器件的使用规则

2.学会CMOS集成门电路主要参数的测试方法。

1.CMOS集成电路是将N沟道MOS晶体管和P沟造MOS晶体管同时用于一个集成电路中成为组合二种沟道MOS管性能的更优良的集成电路。CMOS集成电路的主要优点是(1)功耗低其静态工作电鋶在10-9A数量级,是目前所有数字集成电路中最低的而TTL器件的功耗则大得多。(2)高输入阻抗通常大于1010Ω,远高于TTL器件的输入阻抗。(3)接近理想嘚传输特性输出高电平可达电源电压的99,9%以上低电平可达电源电压的O.1%以下,因此输出逻辑电平的摆幅很大噪声容限很高。(4)电源電压范围广可在+3V一+18V范围内正常运行。(5)由于有很高的输入阻抗要求驱动电流很小,约0.1μA输出电琉在+5V电源下约为500μA,远小于TTL电路如以此电流来驱动同类门电路,其扇出系数将非常大在一般低频率时,无需考虑扇出系数但在高频时,后级门的输入电容将成为主要负载使其扇出能力下降,所以在较高额率工作时GMOS电路的扇出系数一般取10一20。

2.CMOS门电路逻辑功能

尽管CM03与TTL电路内部结构不同但它们的逻辑功能完全一样。本实验将测定与门CD4082或门CD4071,与非门CD4011异或门CD4030的逻辑功能。各集成块的逻辑功能与真值表参阅教材及有关资料

3. CM0S与非门的主要參数

CMOS与非门主要参数的定义及测试方法与TTL电路相仿,从略

4.CMOS电路的使用规则

由于CMOS电路有很高的输入阻抗,这给使用者带来一定的麻烦即外来的干扰信号很容易在一些悬空的输入端上感应出很高的电压,以至损坏器件CMOS电路的使用规则如下:

(1)VDD接电源正极,VSS接电源负极(通常接地)不得接反。CD400系列的电器允许电压在+3一+18V范围内选择实验中一般要求使用+5—+12V。

(2)所有输入端一律不准悬空

闲置输入端的处理方法:a)按照邏辑要求直接接VDD(与非门)或VSS(或非门)b)在工作频率不高的电路中,允许输入端并联使用

(3)输出端不允许直接与VDD或VSS连接,否则将导致器件损坏

(4)茬装接电路,改变电路连接或插、拔电路时均应切断电源,严禁带电操作

(5)焊接、测试和储存时的注意事项:

a.电路应存放在导电的容器内,有良好的静电屏蔽

b.焊接时必须切断电原,电路铁外壳必续良好接地或拔下烙铁,靠其余热焊接

c.所有的测试仪器必须良好接地。

d.若信号源与CMOS器件使用两组电源供电应先开CMOS电原,关机时先关信号源最后才关CMOS电源。

3.连续脉冲源 4.逻辑电平开关

5. 0—1指示器 6.直流数芓电压表

7.直流毫安表 8.直流微安表

1. CMOS与非门CD4011参数测试(方法与TTL电路相同)(1)测试CD4011一个门的ICCHICCL,IiHIiL(2)测试CD4011一个门的传输特性(一个输入端作信号输入,另一個输入端接逻辑高电平)(3)将CD4011的三个门串接成振荡器用示波器观测输入、输出波形,并计算出Tpd值

2.验证CMOS各门电路的逻辑功能,判断其好坏

验证与非门CD4011,或门CD4071与门CD4082及异或门CD4030逻辑功能(取器件中的一个门进行验证),其引脚见附录

测试时,选好某一14P插座插入被测器件,其输叺端A、B接逻辑开关的输出插口其输出接至0-1指示器的输入口,拨动逻辑电平开关测试各输出端的电位及逻辑状态,并记入表3—1中

3.观察与非门、与门、或非门对脉冲的控制作用。

选用与非门按图3—2(a)、(b)接线将一个输入端接连续脉冲源(频率为10KHZ),用示波器观察两种电路的输絀波形记录之。

然后测定“与门”和“或非门”对连续脉冲的控制作用

图3—2与非门对脉冲的控制作用

l.复习CMOS门电路的工作原理

2.熟悉实驗用各集成门引脚功能

3.画出各实验内容的测试电路与数据记录表格

4.画好实验用各门电路的真值表表格

5.各CMOS门电路闲置输入端如何处理?

1.整理實验结果,用坐标纸画出传输特性曲线

2.根据实验结果,写出各门电路的逻辑表达式并判断被测电路的功能好坏。

实验四TTL电路开路门與三态输出门的应用

1.掌握TTL集电极开路门(OC门)的逻辑功能及应用

2.了解集电极负载电阻RL对集电极开路门的影响

3.掌握TTL三态输出门(3S门)的逻辑功能及應用

数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能对于普通的TTL门电路,由于输出级采鼡了推拉式输出电路无论输出是高电平还是低电平,输出阻抗都很低因此,通常不允许将它们的输出端并接在一起使用

集电极开路門和三态输出门是两种特殊的TTL门电路,它们允许把输出端直接并接在一起使用

本实验所用OC与非门型号为2输入四与非门74LS03,内部逻辑图及引腳排列如图4—1(a)、(b)所示OC与非门的输出管T3是悬空的,工作时输出端必须通过一只外接电阻RL和电原Ec相连接,以保证输出电平符合电路要求

0C門的应用主要有下述三个方面

(1)利用电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。

图4—2研示将两个0C与非门输出端直接并接在一起,则它门的输出即

把两个(或两个以上)0C与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能

(2)实现多路信息采集,使两路以上的信息共用一个传输通道(总线)

(3)实现逻辑电平的转换,以推动荧光数码管、继电器、MOS器件等多种数字集成电路

图4—1 74LS03内部结构及引脚排列

OC门输出并联运用时负載电阻RL的选择。

图4—3跃示电路由n个0C与非门“线与”驱动有m个输入端的N个TTL与非门为保证OC与非门输出电平符合逻辑要求,负载电阻RL阻值的选擇范围为

式中:IOH—OC门输出管截止时(输出高电平UoH)的漏电流(约50μA)

ILM—OC门输出低电平UoL对允许最大灌入负载电流(约20mA)

IiH—负载门高电平输入电流(<50μA)

IiL—负載门低电平输入电流(<1.6mA)

Ec—RL外接电源电压

m—接入电路的负载门输入端总个数

RL值须小于RLmax否则UoH将下降,RL值须大于RLmin否则UoL将上升,又RL的大小会影響输出波形的边沿时间在工作速度较高时,RL应尽量选取接近RLmin

除了OC与非门外,还有其它类型的OC器件RL的选取方法也与此类同。

图4—2 OC与非門“线与”电路 图4—3 OC与非门负载电阻RL的确定

TTL三态输出门是一种特殊的门电路它与普通的TTL门电路结构不同,它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外(这两种状态均为低阻状态)还有第三种输出状态——高阻状态,处于高阻状态时电路与负载之间相当于开路。三态輸出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型本实验研用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器,图44(a)是三态输出四总线缓冲器的逻輯符号它有一个控制端(又称禁止端或使能端)E,E=0为正常工作状态实现Y=A的逻辑功能;E=1为禁止状态,输出Y呈现高阻状态这种控制端加低电平时电路才能正常工作的工作方式称低电平使能。

图4 – 4 74LS125三态四总线缓冲器逻辑符号及引脚排列

图4—4为74LS125引脚排列表4—1为功能表。

三態电路主要用途之一是实现总线传输即用一个传输通道(称总线),以选通方式传送多路信息图4—5所示,电路中把若干个三态TTL电路输出直接连接在一起构成三态门总线使用时,要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能态(E=0)其余各门皆处于禁止状态(E=1)由于三态门输出電路结构与普通TTL电路相同,显然若同时有两个或两个以上三态门的控制端

图4—5三态输出门实现总线传输

于使能态,将出现与普通TTL门“线與”运用时同样的问题因而是绝对不允许的。

3.示波器 4.直流数字电压表

5.单次脉冲源 6.连续脉冲源

7.逻辑电平开关 8.0—1指示器

1. TTl集电极开路与非门74LS03负载电阻RL的确定

用两个集电极开路与非门“线与”使用驱动一个TTL与非门,按图4—6连接实验电路负载电阻由一个200Ω电阻和一个20K电位器串接而成,取Ec=5VUOH=3.5V,UOL=O.3V接通电源,用逻辑开关改变两个OC门的输入状态先使OC门“线与”输出高电平,调节Rw至使UOH=3.5V测得此时的RL即为RLmax,再使电路输出低电平UOL=0.3V测得此时的RL即为RLmin

2.集电极开路门的应用

实验时输入变量允许用原变量和反变量,外接负载电阻RL自取合适的值

(2)鼡0C门实现异或逻辑。

(3)用OC电路作TTL电路驱动CMOS电路的接口电路实现电平转换。实验电路如图4—7所示

a.在电路输入端加不同的逻辑电平值,用直鋶数字电压表测量集电极开路与非门及CMOS与非门的输出电平值

图4—7 OC电路驱动CMOS电路接口电路

b.在电路输入端加1KHz方波信号,用示波器观察A、B、C各點电压波形幅值的变化

(1)测试74LS125三态输出门的逻辑功能

三态门输入端接逻辑开关,控制端接单脉冲源输出端接0—l指示器显示插口。逐个测試集成块中四个门的逻辑功能记入表4—2中。

(2)三态输出门的应用

将四个三态缓冲器按团4—8接线输入端按图示加输入信号,控制端接逻辑開关输出端接0—1指示器显示插口,先使四个三态门的控制端均为高电平“1”即处于禁止状态,方可接通电器然后轮流使其中一个门嘚控制端接低电平“0”,观察总线的逻辑状态注意,应先使工作的三态门转换到禁止状态再让另一个门开始传递数据。记录实验结果

图4—8用7413125实现总线传格实验电路

1.复习TTL集电极开路门和三态输出门工作原理。

2.计算实验中各RL阻值并从中确定实验所用RL值(选标称值)。

3.畫出用OC与非门实现实验内容2 1)、2)的逻辑图

4.在使用总线传输时,总线上能不能同时接有OC门与三态输出门为什么?

1.画出实验电路图,并标奣有关外接元件值

2.整理分析实验结果,总结集电极开路门和三态输出门的优缺点

实验五 集成逻辑电路的连接和驱动

1.掌握TTL、CMOS集成电蕗输入电路与输出电路的性质。

2.掌握集成逻辑电路相互衔接时应遵守的规则和实际衔接方法

1.TTL电路输入输出电路性质

当输入端为高电岼时,输入电流是反向二极管的漏电流电流极小。其方向是从外部流入输入端

当输入端处于低电平时,电流由电源Vcc经内部电路流出输叺端电流较大,当与上一级电路衔接时将决定上级电路应具有的负载能力。高电平输出电压在负载不大时为3.5V左右低电平输出时,允許后级电路灌入电流随着灌入电流的增加,输出低电平将升高一级LS系列TTL电路允许灌入8mA电流,即可吸收后级20个LS系列标准门的灌入电流朂大允许低电平输出电压为0.4V。

2.CMOS电路输入输出电路性质

一般CC系列的输入阻抗可高达1010Ω,输入电容在5pf以下输入高电平通常要求在3.5V以上,输叺低电平通常为1.5V以下因CMOS电路的输出结构具有对称性,故对高低电平具有相同的输出能力负载能力较小,仅可驱动少量的CMOS电路当输出端负载很轻时,输出高电平将十分接近电源电压;输出低电平时将十分接近地电位

在高速CMOS电路54/74HC系列中的一个子系列54/74HCT,其输入电平与TTL電路完全相同因此在相互取代时,不需考虑电平的匹配问题

3.集成逻辑电路的衔接

在实际的数字电路系统中总是将一定数量的集成逻辑電路按需要前后连接起来。这时前级电路的输出将与后级电路的输入相连并驱动后级电路工作。这就存在着电平的配合和负载能力这两個需要妥善解决的向题可用下列几个表达式来说明连接时所要满足的条件

TTL集成逻辑电路的所有系别,由于电路结构形式相同电平配合仳较方便,不需要外接元件可直接连接主要的限制是受低电平时负载能力的限制。表5—1列出了74系列TTL电路的扇出系数

TTL集成逻辑电路的所囿系别,由于电路结构形式相同电平配合比较方便,不需要外接元件可直接连接主要的限制是受低电平时负载能太的限制。表5—1列出叻74系列TTL电路的扇出系数

TTL电路驱动CMOS电路时,由于CMOS电路的输入阻抗高故此驱动电流一般不会受到限制,但在电平配合问题上低电平是可鉯的,高电平时有困难因为TTL电路在满载时,输出高电平通常低于CMOS电路对输入高电平的要求因此为保证TTL输出高电平时,后级的CMOS电路能可靠工作通常要外接一个提拉电阻R,始图5—1所示使输出高电平达到3.5V以上,R的取值为2一6.2K较合适这时TTL后级的CMOS电路的数目实际上是没有什么限制的。

CMOS的输出电平能满足TTL对输入电平的要求而驱动电流将受限制,主要是低电平时的负载能力表5—2列出了一般CMOS电路驱动TTL电路时的扇絀系数,从表中可见除了74HC系列外的其它CMOS电路驱动TTL的能力都较低。

既要使用此系列又要提高其驱动能力时可采用以下两种方法

a.采用CMOS驱动器,如CD4049CD4050是专为给出较大驱动能力而设计的COMS电路。

b.几个同功能的CMOS电路并联使用即将其输入端并联,输出端并联(TTL电路是不允许并联的)

CMOS电蕗之间的连接十分方便,不需另加外接元件对直流参数来讲,一个CMOS电路可带动的CM0S电路数量是不受限制但在实际使用时,应当考虑后级門输入电容对前级门的传输速度的影响电容太大时,传输速度要下降因此在高速使用时要从负载电容来考虑,例如CD4000T系列CMOS电路在10MHz以上速度运用时应限制在20个门以下。

1.+5V直流电源 2.逻辑电平开关

3. 0—1指示器 4.直流数字电压表

5.直流毫安表 6.逻辑指示灯LED

测试电路如图5—3所示圖中以与非门74LS00为例画出了高、低电平两种输出状态下输出特性的测量方法。改变电位器RW的阻值从而获得输出伏安特性曲线,R为限流电阻

(a)高电平输出 (b)低电平输出

图5—3与非门电路输出特性测试电路

在实验箱的合适位置选取一个14P插座。插入74LSOOR取为100Ω,高电平输出时,Rw取47KΩ,低电平输出时,Rw取10KΩ,高电平测试时应测量空载到最小允许高电平(2,7V)之间的一系列点;低电平测试时应测量空载到最大允许低电平(O.4V)之间的一系列点

高电平测试时应测量从空载到输出电平降到4.6V为止的一系列点;低电平测试时应测量从空载到输出电平升到O.4V为止的一系列点。

用74LS00的┅个门来驱动CD4001的四个门实验电路如图5-1,R取3KΩ。测量连接3K与不连接3K电阻时的逻辑功能及74LS00的输出高低电平(测试逻辑功能时可用实验箱上的邏辑指示灯进行测试,其输入口1NPUT通过一根导线接至所需的测试点)

3.CM0S电路驱动TTL电路,电路如图5—4所示被驱动的电路用74LS00的八个门并联。

电蕗的输入端接逻辑开关输出插口八个输出分别接逻辑电平显示的输入插口。先用CD4001的一个门来驱动观测CD4001的输出电平和74LS00的输出逻辑功能。

嘫后将CD4001的其余三个门一个个并联到第一个门上(输入与输入并联,输出与输出并联)分别观察CMOS的输出电平及74LS00的逻辑功能。

最后用1/4 74HC00代替1/4 CD4001测试其输出电平及系统的逻辑功能。

1.自拟各实验记录用的数据表格及逻辑电平记录表格。

2.熟悉所用集成电路的引脚功能

1.整理實验数据,作出输出伏安特性曲线并加以分析。

2.通过本次实验你对不同集成门电路的衔接得出什么结论?

实验六 组合逻辑电路实验分析

1.掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法

2.了解组合电路的冒险现象及其消除方法

1.组合电路是最常见的逻辑电路,可以用一些常用嘚门电路来组合成具有其它功能的门电路例如,根据与门的逻辑表达式Z=A·B=A·B得知可以用两个与非门组合成一个与门。还可以组合荿更复杂的逻辑关系

2.组合电路的分析是根据所给的逻辑电路,写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式或真值表从而确定该电路的邏辑功能。

3.组合电路设计过程是在理想情况下进行的即假设一切器件均没有延迟效应,但实际上并非如此信号通过任何导线或器件嘟需要一段响应时间,由于制造工艺上的原因各器件延迟时间的离散性很大,这就有可能在一个组合电路中在输入信号发生变化时,囿可能产生错误的输出这种输出出现瞬时错误的现象称为组合电路的冒险现象(简称险象)。本实验仅对逻辑冒险中的静态0型与1型冒险进行研究

(a)简单组合电路 (b)输入A变化时的波形图

图6—1 0型静态险象

其输出函数Z=A+A,在电路达到稳定时即静态时,输出F总是1然而在输入A变化时(动態时)从图6—1(b)可见,在输出Z的某些瞬间会出现0既当A经历1→0的变化时,Z出现窄脉冲即电路存在静态0型险象。

同理如图6—2所示电路,Z=A·A存在有静态l型险象。

进一步研究得知对于任何复杂的按“与或”或“或与”函数式构成的组合电路中,只要能成为A+A或A·A的形式必然存在险象。为了消除此险象

可以增加校正项,前者的校正项为被赋值各变量的“乘积项”后者的校正

图6—2 1型静态险象

项为被赋值各变量的“和项”。

还可以用卡诺图的方法来判断组合电路是否存在静态险象以及找出校正项来消除静态险象。

1.+5V直流电源 2.双踪示波器

3.連续脉冲源 4.逻辑电平开关

1.分析、测试用与非门CD4011组成的半加器的逻辑功能

(1) 写出图6—3的逻辑表达式

图6—3由与非门组成的半加器电路

(2) 根据表達式列出真值表并画出卡诺图判断能否简化

(3)根据图6—3,在实验箱选定两个14P插座插好两片CD4011,并接好连线A、B两输入接至逻辑开关的输出插口。S、C分别接至逻辑电平显示输入插口按下表的要求进行逻辑状态的测试,并将结果填入表中同时与上面真值表进行比较,两者是否一致

2.分析、测试用异或CD4030和与非门CD4011组成的半加器逻辑电路

根据半知器的逻辑表达式可知,半加的和S是A、B的异或而进位C是A、B的相与,故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成如图6—4所示。测试方法同1.(3)项将测试结果填入自拟表格中,并验证逻辑功能

3.分析、测试全加器的逻辑电路

图6—5由与非门组成的全加器电路

写出图6—5电路的逻辑表达式

(1)根据真值表画出逻辑函数Si、Ci的卡诺图

(2)按图6—5要求,选擇与非门并接线进行测试,将测试结果填入下表并与上面真值表进行比较,两者是否一致

(4)根据真值表画出逻辑函数Si、Ci的卡诺图

(5)按图6-5偠求,选择与非门并接线进行测试,将测试结果填入下表并与上面真值表进行比较逻辑功能是否一致。

4.分析、测试用异或门、或非門和非门组成的全加器逻辑电路

根据全加器的逻辑表达式

可知一位全加器可以用两个异或门和两个与门一个或门组成。

(1)面出用上述门电蕗实现的全加器逻辑电路

(2)按所画的原理图,选择器件并在实验箱上接线。

(3)进行逻辑功能测试将测试结果填入自拟表格中,判断测试昰否正确

按图6-6接线,当B=1C=1时,A输入矩形波(f=1MHz以上)用示波器观察Z输出波形。并用添加校正项方法消除险象

1.复习组合逻辑电路的汾析方法。

2.复习用与非门和异或门等构成半加器、全加器的工作原理

3.复习组合电路险象的种类,产生原因如何防止?

4.根据实验任務要求,设计好必要的线路

1.整理实验数据、图表,并对实验结果进行分析讨论

2,总结组合电路的分析与测试方法

实验七 组合逻辑電路的设计与测试

掌握组合逻辑电路的设计与测试方法

1.使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的┅般步骤是

(1)根据设计任务的要求列出真值表。

(2)用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式

(3)根据逻辑表达式,画出逻辑图用标准器件构成电路。

(4)最后用实验来验证设计的正确性。

2.组合逻辑电路设计举例

用“与非”门设计一个表决电路当四个输入端中有三个或四個为“l”时,输出端才为“l”

设计步骤:根据题意列出真值表如表7—1所示再填入卡诺图表7—2中。

由卡诺图得出逻辑表达式并演化成“與非”的形式

最后画出用‘与非门”构成的逻辑电路如图7—1所示。

1.+5V直流电源 2.逻辑电平开关

3.0—1指示器 4.直流数字电压表

5.继电器 6.蜂鸣器

图7—l 表决电路逻辑图

1.设计一个四人无弃权表决电路(多数赞成则提案通过)本设计要求采用四2输入与非门实现

要求按本文所述的设计步驟进行,直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止

2.设计一个保险箱的数字代码锁,该锁有规定的地代码A、B、C、D的输入端和一个开箱钥匙孔信号E的输入端锁的代码由实验者自编(例如1001)。当用钥匙开箱时(E=1)如果输入代码符合该锁设定的代码,保险箱被打开(Z1=1)如果不符,电蕗将发出报警信号(Z2=1)要求使用最少的与非门来实现,检测并记录实验结果

[提示:实验时锁被打开,用实验箱上的继电器吸合与LED发光二極管点亮表示;在未按规定按下开关键时防盗蜂鸣器响]。

3.设计一个对两个两位无符号的二进制数进行比较的电路;根据第一个数是否夶于、等于、小于第二个数使相应的三个输出端中的一个输出为“1”。

根据实验任务要求设计组合电路并根据所给的标准器件画出逻輯图。

1.列写实验任务的设计过程画出设计的电路图。

2.对所设计的电路进行实验测试记录测试结果。

3.组合电路设计体会

实验八 譯码器及其应用

1.掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法

1.译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代碼进行“翻译”变成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出译码器在数字系统中有广泛的用途,不仅用于代码的转换终端的数字显示,还用于数据分配存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器

2.译码器可分为通用译码器和显礻译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码交换译码器变量译码器(又称二进制译码器),用以表示输入变量的状态如2线—4线、3线—8線和4线—16线译码器。若有n个输入变量则有2n个不同的组合状态,就有2n个输出端供其使用而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的朂小项。

图8—1 3—8译码器74LS138逻辑图及管脚排列

以3线—8线译码器74LS138为例进行分析图8—1(a)、(b)分别为其逻辑图及引脚排列。

其中A2、A1、A0为地址输入端Y0-Y7是譯码输出端,S1、S2、S3是使能端

表8—1为74LS138功能表,当S1=1、S2+S3=0时器件使能,地址码所指定的输出端有信号(为0)输出其它所有输出端均无信号(全为1)輸出。当S1=0S2十S3=X时或S1=X,S2十S3=1时译码器被禁止,所有输出同时为1

二进制译码实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的┅个输入端输入数据信息器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器),如图8—2所示若在S1输入端输入数据信息,S2=S3=0地处码所对应的輸出是S1数据信息的反码;若从输入端输入数据信息,令S1=lS2=0,地址码所对应的输出就是S2端数据信息的原码若数据信息是时钟脉冲,则數据分配器便成为时钟脉冲分配器

根据输入地址的不同组合译出唯一地址,故可用作地址译码器接成多路分配器,可将一个信号原的數据信息传输到不同的地点

图8—2 作数据分配器 围8—3 实现逻辑函数

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数,如图8—3所示实现的逻辑函数昰

利用使能端能方便地将两个3/8译码器组合成一个4/16译码器,如图8-4所示

它能将输入的4位二进制数译成十进制数,其逻辑图及引脚功能如圖8—5所示

其中A3A2A1A0是地址输入端,Y0-Y9是译码输出端由逻辑图可知,CD4028的输出能拒绝译码当输入为l010—1111时,所有输出全为1此外,CD4028没有使能端洇此不能作多路分配器使用。但若用A2AlA0作地址输入端Y8、Y9闲置不用,A3可以作为使能端使用此时的CD4028变成了3/8译码器,A3的选通功能与74LS138的S2、S3相同为低电平使能。

图8—5 CD4028逻辑图及引脚功能

所以CD4028不仅可作为一般译码器使用也可以作多路分配器使用和实现逻辑函数多种功能。

a.七段发光②极管(LED)数码管

LED数码管是目前最常用的数字显示器图8—6(a)、(b)为共阴管和共

阳管的电路,(c)为两种不同出线形式的引出脚功能团

一个LED数码管可鼡来显示一位0一9十进制数和一个小数点。小型数

码管(0.5寸和0.36寸)每段发光二极管的正向压降随显示光(通常为红、绿、黄、橙色)的颜色不同略囿差别,通常约为2—2.5V每个发光二极管的点亮电流在5—10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器该译码器不但偠完成译码功能,还要有相当的驱动能力

b. BCD码七段译码驱动器

此类译码器型号有74LS47(共阳),74LS48(共阴)CD4511(共阴)等,本实验系采用CD4511 BCD码锁存/七段译码/驅动器驱动共阴极LED数码管。

CD4511内接有上拉电阻故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能当输叺码超过1001时,输出全为“0”

A、B、C、D——BCD码输入端

a、b、c、d、e、f、g——译码输出端输出“1”有效,用来驱动共阴极LED数码管

LT—调试输入端,LT=“0”时译码输出全为“1”

BI—消隐输入端,BI=“0”时译码输出全为“0”

LE—锁定端,LE=“1”时译码器处于锁定(保持)状态译码输出保持茬LE=0时的数值,LE=0为正常译码0,数码管熄灭

在本数字电路实验箱上已完成了译码器CD4511和数码管BS202之间的连接。控制端也已连接好实验时,只要接通+5V电源和将十进制数的BCD码接至译码器的相应输入端A、B、G、D将数码管公共端接地即可显示0一9的数字。六位数码管可接受六组BCD码输叺CD4511与LED数码管的连接如图8—8所示。

1.+5V直流电源 2.双踪示波器

3.连续脉冲源 4.逻辑电平开关

5.0—1指示器 6.译码显示器

1.逻辑电平开关的使用

将实验箱中的逻辑电平开关的输出分别按至6组显示译码/驱动器CD4511的对应输入口Ai、Bi、Ci、Di,将数码管公共端接地LE、BI、LT接至三个逻辑开关的輸出插口,接上+5V显示器的电源然后按功能表输入的要求扳动逻辑电平开关,使其接正或接负来改变BCD码的值,观测码盘上的六位数与LED数碼管显示的对应数字是否一致及译码显示是否正常。

2.74LS138译码器逻辑功能测试

将译码器使能端Sl、S2、S3及地址端A2、A1、A0分别接至逻辑电平开关输絀口八个输出端Y7-Y0依次连接在0—1指示器的八个输入口上,拨动逻辑电平开关按表8—1逐项测试74LS138的逻辑功能。

3.用74LS138构成时序脉冲分配器

参照图8—2和实验原理说明时钟脉冲CP频率约为10KHz,要求分配器输出端Y0-Y7的信号与CP输入信号同相

画出分配器的实验电路,用示波器观察和记录在地址端A2AlA0分别取000一111 8种不同状态时Y0-Y7端的输出波形注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。

4.用两片74LS138组合成一个四线一十六线译码器并进行实验。

选取二一十进制译码器CD4028按实验原理的说明,自拟实验线路进行实验和记录。

1.复习有关译码器和分配器的原理

2.根据实验任务,畫出所需的实验线路及记录表格

1.画出实验线路,把观察到的波形画在坐标纸上并标上对应的地址码。

2.对实验结果进行分析、讨论

實验九 触发器及其应用

1.掌握基本RS、JK、D和T触发器的逻辑功能。

2.掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法

3.熟悉触发器之间相互转換的方法。

触发器具有两个稳定状态用以表示逻辑状态“l”和”“0”,在一定的外界信号作用下可以从一个稳定状态翻转到另一个稳萣状态,它是一个具有记忆功能的二进制信息存贮器件是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。

图9—1为由两个与非门交叉耦合构成的基夲BS触发器它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本RS触发器具有置“0”、置“1”和“保持”三种功能通常称S为置“1”端,因为S=0时觸发器被置“1”;R为置“0”端因为R=O时触发器被置“0”,当S=R=1时状态保持

图9—1 基本RS触发器

基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成,此时为高电平触发有效

在输入信号为双端的情况下,JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器本实验采用74LS112双JK触发器,是下降边沿触发的边沿触发器引脚功能及逻辑符号如图9—2所示。

JK触发器的状态方程为

J和K是数据输入端是触发器状态更新的依据,若J、K有两个或两个以上输入端时组成“与”的关系。Q与Q为两个互补输出端通常把Q=O、Q=1的状态定为触发器“0”状态;而把Q=1,Q=0定为“1”状态

图9—2 74LS112双JK触发器引脚功能及逻辑符号

后沿触发JK触发器的功能表如表9—1所示。

JK触发器常被用作缓冲存储器移位寄存器和计数器。

CD4027是CMOS雙JK触发器其功能与74LS112相同,但采用上升沿触发R、S端为高电平有效。

在输入信号为单端的情况下D触发器用起来最为方便,其状态方程为

其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿故又称为上升沿触发的边沿触发器,触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态D触发器的应用佷广,可用作数字信号的寄存移位寄存,分频和波形发生等有很多种型号可供各种用途的需要而选用。如双D(74LS74CD4013),四D(74LS175CD4042),六D(74LS174

图9—3 74LS74引脚排列及逻辑符号

4触发器之间的相互转换

在集成触发器的产品中,每一种触发器都有自己固定的逻辑功能但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。例如将JK触发器的j、k两端连在一起并认它为T端,就得到所需的T触发器如图94(a)所示,其状态方程为

图9—4 JK触发器转换为入T、T’触发器

T触发器的功能表如表9—3所示

由功能表可见,当T=0时时钟脉冲作用后,其状态保持不变;当T=1时时钟脉冲作用后,触发器狀态翻转所以,若将T触发器的T端置1如图9—4(b)所示,即得T’触发器在T’触发器的CP端每来一个CP脉冲信号,触发器的状态就翻转一次故称の为反转触发器,广泛用于计数电路中同样,若将D触发器的Q与D端相连便转换成T’触发器。如图9—5所示

JK触发器也可转换为D触发器,如圖9—6所示

l. +5V直流电源 2.双踪示波器

3.连续脉冲源 4.单次脉冲源

5.逻辑电平开关 6.0-1指示器

1.测试基本RS触发器的逻辑功能

按图9-1,用两个与非门組成基本RS触发器输入端R,S接逻辑开关的输出插口输出端Q、Q接逻辑电平显示输入插口,按表9-4的要求测试记录之。

2.测试双JK触发器74LS112逻辑功能

(1)测试RD、SD的复位、置位功能

任取一只JK触发器RD、SD、J、K端接逻辑开关输出插口,CP端接单次脉冲源Q、Q接至逻辑电平显示输入插口。要求改變RD、SD(J、K、CP处于任意状态)并在RD=0(SD=1)或SD=0(RD=1)作用期间任意改变J、K及CP的状态,观察Q、Q状态自拟表格并记录之。

(2) 测试触发器的逻辑功能

按表9—6嘚要求改变J、K、CP端状态观察Q、Q状态变化,观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的下降沿(即CP由1→0)记录之。

(3) 将JK触发器的J、K端连在一起构荿T触发器。

在CP端输入1Hz连续脉冲用实验箱上的逻辑电平指示器观察Q端的变化。

在CP端输入lKHz连续脉冲用双踪示波器观察CP、Q、Q端波形,注意相位与时间的关系描绘之。

3.测试双D触发器74LS74的逻辑功能

(1)测试RD、SD的复位、置位功能

测试方法同实验内容2、1)自拟表格记录。

(2)测试D触发器的逻辑功能

按表9-6要求进行测试并观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的

上升沿(即由0→1),记录之

(3)将D触发器的Q端与D端相连接,构成T’触发器

测試方法同实验内容2、3),记录之

4.设计一个乒乓球练习电路并进行实验

电路功能要求:模拟二名运动员在练球时,乒乓球能往返运转(提礻:采用双D触发器74LS74,两个CP端的触发脉冲分别由两名运动员操作两触发器的输出状态用逻辑电平显示器显示)。

图9—7 由双JK触发器组成的单发脈冲发生器

用74LS74型双D触发器设计一个单发脉冲发生器的实验线路。要求将频率为1Hz的信号脉冲和手控触发脉冲分别作为两个触发器的CP脉冲输叺只要手控脉冲送出一个脉冲(高电平一次或低电平一次)。单发脉冲发生器就送出一个脉冲该脉冲与手控触发脉冲的时间长短无关。

试問:能实现单发脉冲输出的原理是什么?并请核定实验观察方案

图9—7是用双JK触发器组成的单发脉冲发生器,以供设计时参考

1.复习有关觸发器内容

2.列出各触发器功能测试表格

3.按实验内容四、4,四、5的要求设计线路拟定实验方案。

1.列表整理各类触发器的逻辑功能

2.總结观察到的波形,说明触发器的触发方式

3.体会触发器的应用。

4.利用普通的机械开关组成的数据开关所产生的信号是否可作为触发器嘚时钟脉冲信号?为什么?是否可以用作触发器的其它输入端的信号?又是为什么?

实验十 计数器及其应用

1.学习用集成触发器构成计数器的方法

2.掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法

3.运用集成计数器构成1/N分额器

计数器是一个用以实现计数功能的时序部件它不仅鈳用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能计数器种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分有同步计数器和异步计数器。根据计数器的不同分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器根据计数的增减趋势,又分为加法、减法和可逆计数器还有可预置数和可编程序功能计数器等等。目前无论是TTL还是CMOS集成电路,都有品种较齐全的中规模集成计数电路使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列,就能正确地运用这些器件

1.用D触发器构成异步二进制加、减计数器

图10—1是用四只D激发器构成的四位二进制异步加法计数器,它的连接特点是将每只D触发器接成T’触發器再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接。

图10—1四位二进制异步加法计数器

若将图10—1稍加改动即将低位触发器的Q端与高一位的CP端楿连接,即构成了一个四位二进制减法计数器

2.中规模十进制计数器

74LS192是同步十进制可逆计数器,具有双时钟输入并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如图10—2所示

图中:LD—置数端; CPu——加计数端; CPd—减计数端

C0—非同步进位输出端;B0—非同步借位输出端;

D0、D1、D2、D3——计数器输入端;

Q0、Q1、Q2、Q3——数据输出端; CR——清除端。

74LS192(CD40192二者可互换使用)的功能如表l0—1所示,说明如下:

当清除端CR为高电平“1”時计数器直接清零;CR置低电平则执行其它功能。

当CR为低电平置数端LD为低电平时,数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器

当CR为低电平,LD為高电平时执行计数功能。执行加计数时减计数端CPd接高电平,计数脉冲由CPu输入;在计数脉冲上升沿进行8421码的十进制加法计数执行减計数时,加计数端CPu接高电平计数脉冲由减计数端CPd输入,表10—2为8421码十进制加、减计数器的状态转换表

一个十进制计数器只能表示0一9十个數,为了扩大计数器范围常用加法计数

多个十进制计数器级联使用。

同步计数器往往设有进位(或借位)输出端故可选用其进位(或借位)输絀信号驱动下一级计数器。

图10—3(a)是由74LS192利用进位输出CO制高一位的CPu端构成的加计数级联图图(b)是由CD40160利用进位输出QCC控制高一位的状态控制端Sl、S2的級联图。图(c)和(d)是由CD4510利用行波进位法和用CO控制Ci的级联图

(1)用复位法获得任意进制计数器

假定已有N进制计数器,而需要得到一个M进制计数器时只要M<N,用复位法使计数器计数到M时置“O”即获得M进制计数器。如图10-4所示为一个由74LS192十进制计数器接成的6进制计数器

(2)利用预置功能获M進制计数器

图10—5为用三个74LS192组成的421进制计数器。

外加的由与非门构成的锁存器可以克服器件计数速度的离散性保证在反馈量“0”信号作用丅计数器可靠置“0”。

图10-6是一个特殊12进制的计数器电路方案在数字钟里,对时位的计数序列是12,…1112,1…是12进制的,且无0数如图所示,当计数到13时通过与非门产生一个复位信号,使74LS192(2)[时十位]直接置成0000而74LS192(1),即时的个位直接置成0001从而实现了1—12计数。

l. +5V直流电源 2.双踪示波器 3.连续脉冲源

4.单次脉冲源 5.逻辑电平开关 6. 0—1指示器

图10—3 同步计数器级联方案

10-4六进制计数器 105 421进制计数器

图10—6 特殊12进制计数器

1.用74LS74或CD4013 D觸发器构成4位二进制异步加法计数器

(1)按图10—1连接,RD接至逻辑开关输出插口将低位CPO端接单次脉冲源,输出端Q3、Q2、Q1、Q0接逻辑电平显示输入插口各SD接高电平+5V。

(2)清零后逐个送入单次脉冲,观察并列表记录Q3—Q0状态

(3)将单次脉冲改为1Hz的连续脉冲,观察Q3—Q0的状态

(4)将1Hz的连续脉冲改為1KHz,用双踪示波器观察CP、Q3、Q2、Q1、Q0端波形描绘之。

(5)将图10-1电路中的低位触发器的Q端与高一位的CP端相连接构成减法计数器,按实验内容2)3),4)進行实验观察并列表记录Q3一Q0的

2.测试74LS192或CC40192同步十进制可逆计数器的逻辑功能。

计数脉冲由单次脉冲源提供清零端LD、数据输入端D3、D2、D1、D0分別接逻辑开关,输出端Q3、Q2、Q1、Q0接实验设备的一个译码显示输入的相应插口A、B、C、D;CO和BO逻辑电平显示插口按表10—1逐项测试并判断该集成块嘚功能是否正常。

令CR=1其它输入为任意态,这时Q3Q2QlQ0=000译码数字显示为0。清除功能完成后置CR=O

CR=O,GPuCPD任意,数据输入端输入任意一组二进淛数令LD=1,观察计数译码显示输出予置功能是否完成,此后置LD=1

CR=0,LD=CPD=1CPu接单次脉冲源。清零后送入10个单次脉冲观察输出状态變化是否发生在CPu的上升沿。

CR=0LD=CPu=1,CPD接单次脉冲源参照3)进行实验。

3.用两片74LS192组成两位十进制加法计数器输入1Hz连续计数脉冲,进行由00—99累加计数记录之。

4.将两位十进制加法计数器改为两位十进制减法计数器实现由99——00递减计数,记录之

5.选图10-3(a)、(c)、(d)中任一电路进行實验,记录之

6.按图10—5,或图l0—6进行实验

7.设计一个数字钟移位60进制计数器并进行实验。

1.复习有关计数器部分内容

2.绘出各实验内容嘚详细线路图

3.拟出各实验内容所需的测试记录表格

4.查手册给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图.

1.画出实验线路图,记录、整理實验现象及实验所得的有关波形对实验结果进行分析。

2.总结使用集成计数器的体会

实验十一 移位寄存器及其应用

1.掌握中规模4位移位寄存器逻辑功能及使用方法

2.熟悉移位寄存器的应用一构成串行累加器和环形计数器

1.移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器,是指寄存器Φ所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移既能左移又能右移的称为双向移位寄存器,只需要改变左、右移的控制信号便可實现双向移位要求根据移位寄存器存取信息的方式不同分为:串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双姠通用移位寄存器型号为74LS194或CD40194,两者功能相同可互换使用,其逻辑符号及引脚排列如图11—1所示

图11—1 74LS194的逻辑符号及引脚排列

其中D3、D2、D1、D0為并行输入端;Q3、Q2、Q1、Q0为并行输出端;SR

为右移串行输入端,SL为左移串行输入端;S1、S0为操作模式控制端;CR

为直接无条件清零端;CP为时钟脉冲輸入端

74LS194有5种不同操作模式:即并行送数寄存,右移(方向由Q3→Q0)左移(方向由Q0→Q3),保持及清零

Sl、S0和CR端的控制作用如表11—1所示。

2.移位寄存器应用很广可构成移位寄存器型计数器;顺序脉冲发生器;串行累加器;可用作数据转换,即把串行数据转换为并行数据或把并行数據转换为串行数据等。本实验研究移位寄存器用作环形计数器和串行累加器的线路及其原理

寄存器正常工作时,CR=1

CP上升沿作用后,并荇输入数据

CP作用后寄存器内容保持不变

(1)环形计数器:把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端,就可以进行循环移位如

图11—2所示,紦输出端Q0和右移串行输入端SR相连接设初始状态Q3Q2QlQ0=1000,则在时钟脉冲作用下Q3Q2Q1Q0将依次变为0100→0010→0001→1000→……可见它是一个具有四个有效状态的计數器,这种类型的计数器通常称为环形计数器图11—2电路可以由各个输出端输出在时间上有先后顺序的脉冲,因此也可作为顺序脉冲发生器

累加器是由移位寄存器和全加器组成的一种求和电路,它的功能是将本身寄存的数和另一个输入的数相加并存放在累加器中。

图11—3昰由二个右向移位寄存器、一个全加器和一个进位触发器组成的串行累如器

设开始时,被加数A=AN-1…Ao和加数B=BN-1…Bo已分别存入N+l位累加数移位寄存器和加数移位寄存器再设进位触发器D已被清零。

在第一个CP脉冲到来之前全加器各输入输出端的情况为:An=Ao, Bn=B0Cn-1=0,Sn=Ao十Bo十O=SoCn=Co。

在第一个CP脉冲到来后So存入累加和移位寄存器的最高位,C0存入进位触发器D端且两个移位寄存器中的内容都向右移动一位。全加器输絀为

图11—3 串行累加器结构框图

在第二个脉冲到来后两个移位寄存器的内容又右移一位,S1存入累加和移位寄存器的最高位原先存入的So进叺次高位,C1存入进位触发器Q端全加器输出为:Sn=A2十B2十C1=S2,Cn=C2

如此顺序进行,到第N十1个CP时钟脉冲后不仅原先存入两个移位寄存器中的數已被全部移出,且A、B两个数相加的和及最后的进位Cn-1也被全部存入累加和移位寄存器中若需继续累加,则加数移位寄存器中需再一次存叺新的加数

中规模集成移位寄存器,其位数往往以4位居多当需要的位数多于4

位时,可把几块移位寄存器用级连的方法来扩展位数

3.邏辑电平开关 4. O-l指示器

按图11—4接线,CR、S1、S0、SL、SR、D3、D2、D1、D0分别接至逻辑开关的输出插口;Q3、Q2、Q1、Q0接至LED逻辑电平显示输入插口CP端接单次脉冲源輸出插口。按表11—2所规定的输入状态逐项进行测试。

(1)清除:令CR=0其它输入均为任意态,这时寄存器输出Q3、Q2、Q1、Q0应均为0清除后,置CR=1

(2)送数:令CR=S1=S0=1,送入任意4位二进制数如D3D2DlD0=dcbs,加CP脉冲观察CP=0、CP由0—1、CP由1—0三种情况下寄存器输出状态的变化,观察寄存器输出状态變化是否发生在CP脉冲的上升沿

3)右移:清零后,令CR=1S1=0,S0=1由右移输入端SR送入二进

制数码如0100,由CP端连续加4个脉冲观察输出情况,记錄之

(4)左移:先清零或予置,再令CR=lS1=1,S0=0由左移输入端SL送入二进制数码如1111,连续加四个CP脉冲观察输出端情况,记录之

(5)保持:寄存器予置任意4位二进制数码dcba,令CR=1S1=S0=0,加CP脉冲观察寄存器输出状态,记录之

将实验内容1接线参照图11—2进行改接。用并行送数法予置寄存器为某二进制数码(知0100)然后进行右移循环,观察寄存器输出端状态的变化.记入表11—3中

按图11—5连接实验电路。CR、S1、S0接逻辑开关输絀插口CP接单次脉冲源,由于逻辑开关的数量有限两寄存器并行输入端D3D2DlD0根据实验设备现有条件,进行接线两寄存器的输出端接至LED逻辑電平显示输入插口。

使74LS74的RD由低电平变为高电平

令CR=Sl=S0=1,用并行送数方法把三位被加数A2AlA0和三位加数B2B1B0分别送入累加和移位寄存器A和加数移位寄存器B中然后进行右移,实现加法运算连续输从脉冲,观察两个寄存器输出状态变化记入表11—4中。

1.复习有关寄存器及累加运算嘚有关内容

2.查阅74LS194、74LS183、74LS74逻辑线路。熟悉其逻辑功能及引脚排列

3.在对74LS194进行送数后,若要使输出端改成另外的数码是否一定要使寄存器清零?

图11—5累加运算实验线路

4.使寄存器清零,除采用CR输入低电平外可否采用右移或左移的方法?可否使用并行送数法?若可行,如何进行操作?

6.若进行循环左移图11—4接线应如何改接?

1.分析表11—2的实验结果,总结移位寄存器74LS194的逻辑功能并写入表格功能总结一栏中

2.根据实验内容2嘚结果,画出4位环形计数器的状态转换图及波形图

3.分析累加运算所得结果的正确性。

实验十二 脉冲分配器及其应用

1.熟悉集成时序脉冲分配器的使用方法及其应用

2.学习步进电动机的环形脉冲分配器的组成方法。

1.脉冲分配器的作用是产生多路顺序脉冲信号它可以由计数器和译码器组成。CP端上的系列脉冲经N位二进制计数器和相应的译码器可以转变为2N路顺序输出脉冲。如图12—1所示

图12—l 脉冲分配器的组成

CD4017昰按BCD计数/时序译码器组成的分配器。

CD4022是按八进制计数/时序译码器组成的分配器

它们的真值表完全相同,为多姐妹片其逻辑符号及引脚功能如图12—2所示。

CD4017的输出波形如图12—3所示

CD4017应用十分广泛,可用于十进制计数分频,1/N计数(H=2—10只需用一块H>10可用多块器件级连)。图12—4所示为由两片CD4017组成的60分频的电路

3.步进电动机的环形脉冲分配器

图12—5所示为某一三相步进电动机的驱动电路示意图。

A、B、C分别表礻步进电机的三相绕组步进电机按三相六拍方式运行。即

要求步进电机正转时控制端X=1,使电机三相绕组的通电顺序为

要求步进电机反转时令控制端X=O,三相绕组的通电顺序改为

按六拍通电方式的脉冲环型分配器可由如图12—6所示的三个JK触发器构成。

图12—5三相步进电動机的驱动电路

要使步进电机反转脉冲分配器应如何联线,请自行考虑通常应加有正转脉冲输入控制和反转脉冲控制端。

1.+5V直流电源 2.双踪示波器

3.连续脉冲源 4.单次脉冲原

5.逻辑电平开关 6. 0—1指示器

1.CD4017逻辑功能的测试

(1)参照图12—2(a)用+5V供电,EN、R接逻辑开关的输出插口CP接单佽脉冲源,0一9十个输出端接至LED逻辑电平显示输入插口按真值表要求操作各逻辑开关。清零后连续送出l0个脉冲信号,观察十个发光二极

圖12-6 六拍通电方式的脉冲环行分配器逻辑图

管的显示状态并列表记录。

(2).CP改接为lHz连续脉冲观察记录输出状态。

2.按图12-4线路接线自拟实驗方案验证60分频电路的正确性。

3.参照图12-6的线路设计一个可逆运行的三相六拍环形分配器线路,并自拟实验观察方案

1.复习有关脉冲分配器的原理

2.按实验任务要求,设计实验线路并拟定实验方案及步骤。

1.画出完整的实验线路

实验十三 使用门电路产生脉冲信号

1.掌握使用門电路构成脉冲信号产生电路的基本方法

2.掌握影响输出脉冲波形参数的定时元件数值的计算方法

3.学习石英晶体稳额原理和使用石英晶体構成振荡器的方法

1.利用与非门组成脉冲信号产生电路

与非门作为一个开关倒相器件可用以构成各种脉冲波形的产生电路。电路的基本笁作原理是利用电容器的充放电当输入电压达到与非门的阀值电压Vr时,门的输出状态即发生变化因此,电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值

2.非对称型多谐振荡器

如图13—l所示,它的输出波形是不对称的输出脉冲宽度(TTL与与非门)

131非对称型振荡器

調节R和C值,可改变输出信号的振荡频率通常用改变C实现输出频率的粗调,改变电位器R实现输出频率的细调

如图13—2所示,由于电路完全對称电容器的充放电叶间常数相同,故输出为对称的方波改变R和C的值,可以改变输出振荡频率如输出端加一非门,可实现输出波形整形

132对称型振荡器

4.带RC电路的环形振荡器

电路如图13—3所示。其中门4用于整形以改善输出波形;R为限流电阻一般取100Ω,电位器Rw要求Rw

圖13—3带有BC电路的环形振荡器

控制D点电压VD,从而控制与非门的自动启闭形成多谐振荡,电容C的充电时间twl、放电时间tw2和总的振荡周期分别为

調节R和C的大小可改变电路输出的振荡频率

以上这些电路的状态转换都发生在与非门输入电平达到门的阀值电平VT的时刻。在VT附近电容器的充放电速度已经缓慢而且VT本身也不够稳定,易受温度、电源电压变化等因素以及干扰的影响因此,电路输出频率的稳定性较差

5.石渶晶体稳频的多谐短荡器

当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时,上述几种多谐振荡器的精度巳不能满足要求为此常用石英晶体作為信号频率的基准。用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微型计算机等提供时钟信号

图13-4所示为常用的晶体稳频多谐短荡器。

圖13—4 常用的晶体振荡电路

(a)、(b)为TTL器件组成的晶体振荡电路;(c)、(d)为CM0S器件组成的晶体振荡电路一般用于电子表中,其中晶体的f0=32768Hz

图13—4(c)中,门l鼡于振荡门2用于缓冲整形。Rf是反馈电阻通常在几十兆欧之间选取,一般选22MΩ。R起稳定振荡作用,通常取十至几百千欧。Cl是频率微调电嫆器电容Cs用于温度特性校正。

6.利用晶体管组成多谐振荡器

图13—5所示为由晶体管组成的自激多谐振荡器它只有两个暂稳态(即T1饱和、T2截圵与T1截止、T2饱和)。

135晶体管自激多谐振荡器

设tl时刻电路翻转成T1饱和、T2截止这时电容C1通过Rb2和饱和管T1的集电极放电,同时电源VCC沿RC2和T1的基极對C2进行充电一旦Vbe2达到VT时,电路又翻转成T2饱和、T1截止电路进入另一个暂稳态。这时C2通过Rbl和T2的集电极放电同时VCC经RCl、T2的基极对C1充电,当VbE1.達到VT时电路又返回第一个暂稳态,形成振荡twl=0.7Rb2Cl,tw2=0.7RblC2T=twl+tw2,若电路对称C1=C2=C,Rbl=Rb2=R则T=1.4RbC,输出方波

如果要求改善输出脉冲上升沿,就需要对电路进行改进如图13—6所示。因为电容的充电电流流经集电极电限RC是造成输出脉冲上升沿tr的主要原因现增加一个隔离二极管D,以避免C2的充电电流经集电极电阻R”C2在C2充电时,二极管D截止充电电流经R’C2,集电极电压VA可以很快上升。在C2放电时D导通,放电仍可通过飽和管进行

对电路参数的要求,T>>T即Rb2C1>>R’C2C2,RblC2>>RClCl在放电的同时,充电要尽快结束另外,要求Rb<βORC使得导通管处于饱和状态,以保证電

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原标题:太牛了!电路图符号超強科普不懂物理也能轻松看懂电路图!(推荐收藏)

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电子设备中有各种各样的图。能够说明它们工作原理的是电原理图简称电路图。

电路图有两种一种是说明模拟电子电路工作原理的。它用各种图形符号表示电阻器、电容器、开关、晶体管等实物用线条把元器件和单元电路按工作原理的关系连接起来。这种图长期以来就一直被叫做电路图

另一種是说明数字电子电路工作原理的。它用各种图形符号表示门、触发器和各种逻辑部件用线条把它们按逻辑关系连接起来,它是用来说奣各个逻辑单元之间的逻辑关系和整机的逻辑功能的为了和模拟电路的电路图区别开来,就把这种图叫做逻辑电路图简称逻辑图。

除叻上述两种图外常用的还有方框图。它用一个框表示电路的一部分它能简洁明了地说明电路各部分的关系和整机的工作原理。

一张电蕗图就好象是一篇文章各种单元电路就好比是句子,而各种元器件就是组成句子的单词所以要想看懂电路图,还得从认识单词 —— 元器件开始有关电阻器、电容器、电感线圈、晶体管等元器件的用途、类别、使用方法等内容。本文只把电路图中常出现的各种符号重述┅遍希望初学者熟悉它们,并记住不忘

符号详见图 1 所示 其中( a )表示一般的阻值固定的电阻器( b )表示半可调或微调电阻器;( c )表示电位器;( d )表示带开关的电位器。电阻器的文字符号是“ R ”电位器是“ RP ”,即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字符“

在某些电路中对电阻器的功率有一定要求,可分别用图 1 中( e )、( f )、( g )、( h )所示符号来表示

几种特殊电阻器的符号:

第 1 种是热敏電阻符号,热敏电阻器的电阻值是随外界温度而变化的有的是负温度系数的,用 NTC 来表示;有的是正温度系数的用 PTC 来表示。它的符号见圖( i )用 θ 或 t° 来表示温度。它的文字符号是“ RT ”

第 2 种是光敏电阻器符号,见图 1 ( j )有两个斜向的箭头表示光线。它的文字符号是“ RL ”

第 3 种是压敏电阻器的符号,压敏电阻阻值是随电阻器两端所加的电压而变化的符号见图 1 ( k ),用字符 U 表示电压它的文字符号是“ RV ”。

这三种电阻器实际上都是半导体器件但习惯上我们仍把它们当作电阻器。

第 4 种特殊电阻器符号是表示新近出现的保险电阻它兼囿电阻器和熔丝的作用。当温度超过 500℃ 时电阻层迅速剥落熔断,把电路切断能起到保护电路的作用。它的电阻值很小目前在彩电中鼡得很多。它的图形符号见图 1 ( 1 )文字符号是“ R F ”。

详见图2 所示 其中( a )表示容量固定的电容器,( b )表示有极性电容器例如各种電解电容器,( c )表示容量可调的可变电容器( d )表示微调电容器,( e )表示一个双连可变电容器电容器的文字符号是 C 。

电感线圈在電路图中的图形符号见图 3其中( a )是电感线圈的一般符号,( b )是带磁芯或铁芯的线圈( c )是铁芯有间隙的线圈,( d )是带可调磁芯嘚可调电感( e )是有多个抽头的电感线圈。电感线圈的文字符号是“ L ”

变压器的图形符号见图 4 。其中( a )是空芯变压器( b )是滋芯戓铁芯变压器,( c )是绕组间有屏蔽层的铁芯变压器( d )是次级有中心抽头的变压器,( e )是耦合可变的变压器( f )是自耦变压器,( g )是带可调磁芯的变压器( h )中的小圆点是变压器极性的标记。

送话器、拾音器和录放音磁头的符号

送话器的符号见图 5?( a )( b )( c )其中( a )为一般送话器的图形符号,( b )是电容式送话器( c )是压电晶体式送话器的图形符号。送话器的文字符号是“ BM ”

拾音器俗称电唱头。图 5 ( d )是立体声唱头的图形符号它的文字符号是“ B ”。图 5 ( e )是单声道录放音磁头的图形符号如果是双声道立体声的,僦在符号上加一个“ 2 ”字见图( f )。

扬声器、耳机都是把电信号转换成声音的换能元件耳机的符号见图 5 ( g )。它的文字符号是“ B E ”揚声器的符号见图 5 ( h ),它的文字符号是“ BL ”

电子电路中常常需要进行电路的接通、断开或转换,这时就要使用接线元件接线元件有兩大类:一类是开关;另一类是接插件。

在机电式开关中至少有一个动触点和一个静触点当我们用手扳动、推动或是旋转开关的机构,僦可以使动触点和静触点接通或者断开达到接通或断开电路的目的。

动触点和静触点的组合一般有 3 种:① 动合(常开)触点符号见图 6 ( a );② 动断(常闭)触点,符号是图 6 ( b );③ 动换(转换)触点符号见图 6 ( c )。一个最简单的开关只有一组触点而复杂的开关就有恏几组触点。

开关在电路图中的图形符号见图 7其中( a )表示一般手动开关;( b )表示按钮开关,带一个动断触点;( c )表示推拉式开关带一组转换触点;图中把扳键画在触点下方表示推拉的动作;( d )表示旋转式开关,带 3 极同时动合的触点;( e )表示推拉式 1×6 波段开关;( f )表示旋转式 1×6 波段开关的符号开关的文字符号用“ S ”,对控制开关、波段开关可以用“ SA ”对按钮式开关可以用“ SB ”。

( 2 )接插件的符号

接插件的图形符号见图 8 其中( a )表示一个插头和一个插座,(有两种表示方式)左边表示插座右边表示插头。( b )表示一个巳经插入插座的插头( c )表示一个 2 极插头座,也称为 2 芯插头座( d )表示一个 3 极插头座,也就是常用的 3 芯立体声耳机插头座( e )表示┅个 6 极插头座。为了简化也可以用图( f )表示在符号上方标上数字 6 ,表示是 6 极接插件的文字符号是 X 。为了区分可以用“ XP ”表示插头,用“ XS ”表示插座

因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的,所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分:

一个长方框表示线圈;一组触点符号表示触点组合当触点不多电路比较简单时,往往把触点组直接画在线圈框的一侧这种画法叫集中表示法,如图 9 ( a )當触点较多而且每对触点所控制的电路又各不相同时,为了方便常常采用分散表示法。就是把线圈画在控制电路中把触点按各自的工莋对象分别画在各个受控电路里。这种画法对简化和分析电路有利但这种画法必须在每对触点旁注上继电器的编号和该触点的编号,并苴规定所有的触点都应该按继电器不通电的原始状态画出

图 9 ( b )是一个触摸开关。当人手触摸到金属片 A 时 555 时基电路输出( 3 端)高电位,使继电器 KR1 通电触点闭合使灯点亮使电铃发声。555 时基电路是控制部分使用的是 6 伏低压电。电灯和电铃是受控部分使用的是 220 伏市电。

繼电器的文字符号都是“ K ”有时为了区别,交流继电器用“ KA ”电磁继电器和舌簧继电器可以用“ KR ”,时间继电器可以用“ KT ”

电池的圖形符号见图 10 。长线表示正极短线表示负极,有时为了强调可以把短线画得粗一些图 10 ( b )是表示一个电池组。有时也可以把电池组简囮地画成一个电池但要在旁边注上电压或电池的数量。图 10 ( c )是光电池的图形符号电池的文字符号为“ GB ”。熔断器的图形符号见图 11

半導体二极管在电路图中的图形符号见图 12其中( a )为一段二极管的符号,箭头所指的方向就是电流流动的方向就是说在这个二级管上端接正,下端接负电压时它就能导通图( b )是稳压二极管符号。图( c )是变容二极管符号旁边的电容器符号表示它的结电容是随着二极管两端的电压变化的。图( d )是热敏二极管符号图( e )是发光二极管符号,用两个斜向放射的箭头表示它能发光图( f )是磁敏二极管苻号,它能对外加磁场作出反应常被制成接近开关而用在自动控制方面。二极管的文字符号用“ V ”有时为了和三极管区别,也可能用“ VD ”来表示

由于 PNP 型和 NPN 型三极管在使用时对电源的极性要求是不同的,所以在三极管的图形符号中应该能够区别和表示出来图形符号的標准规定:只要是 PNP 型三极管,不管它是用锗材料的还是用硅材料的都用图 13 ( a )来表示。同样只要是 NPN 型三极管,不管它是用锗材料还是矽材料的都用图 13 ( b )来表示。图 13 ( c )是光敏三极管的符号图 13 ( d )表示一个硅 NPN 型磁敏三极管。

晶闸管、单结晶体管、场效应管的符号

晶閘管是晶体闸流管或可控硅整流器的简称常用的有单向晶闸管、双向晶闸管和光控晶闸管,它们的符号分别为图 14 中的( a )( b )( c )晶閘管的文字符号是“ VS ”。

单结晶体管的符号见图 15

利用电场控制的半导体器件,称为场效应管它的符号如图 16 所示,其中( a )表示 N 沟道结型场效应管( b )表示 N 沟道增强型绝缘栅场效应管,( c )表示 P 沟道耗尽型绝缘栅场效应管它们的文字符号也是“ VT ”。

前面介绍了电路图Φ的元器件的作用和符号一张电路图通常有几十乃至几百个元器件,它们的连线纵横交叉形式变化多端,初学者往往不知道该从什么哋方开始怎样才能读懂它。

其实电子电路本身有很强的规律性不管多复杂的电路,经过分析可以发现它是由少数几个单元电路组成嘚。好象孩子们玩的积木虽然只有十来种或二三十种块块,可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型

同样道悝,再复杂的电路经过分析就可发现,它也是由少数几个单元电路组成的因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路,再学会分析和汾解电路的本领看懂一般的电路图应该是不难的。

按单元电路的功能可以把它们分成若干类每一类又有好多种,全部单元电路大概总囿几百种下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始

每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池但电池有成本高、體积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)的缺点,因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源

电子电路中的电源一般是低压直流電,所以要想从 220 伏市电变换成直流电应该先把 220 伏交流变成低压交流电,再用整流电路变成脉动的直流电最后用滤波电路滤除脉动直流電中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器需要介绍的只是后面三种单元电路。

整流电路是利用半导体二极管的单向導电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路

半波整流电路只需一个二极管,见图 2 ( a )在交流电正半周时 VD 导通,负半周时 VD 截止负载 R 仩得到的是脉动的直流电。

全波整流要用两个二极管而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈,见图 2 ( b )负载 R L 上得到嘚是脉动的全波整流电流,输出电压比半波整流电路高

( 3 )全波桥式整流

用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的變压器,见图 2 ( c )负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。

用多个二极管和电容器可以获得较高的直流电压图 2 ( d )是一個二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通 C1 被充电, C1 上最高电压可接近 1.4U2 ;当 U2 正半周时 VD2 导通 C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电,使 C2 上电压接近 2.8U2 昰 C1 上电压的 2 倍,所以叫倍压整流电路

整流后得到的是脉动直流电,如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分就可得到平滑的直鋶电。

把电容器和负载并联如图 3 ( a ),正半周时电容被充电负半周时电容放电,就可使负载上得到平滑的直流电

把电感和负载串联起来,如图 3 ( b )也能滤除脉动电流中的交流成分。

用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”被称为 L 型,见图 3 ( c )用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”,被称为 π 型见图 3 ( d ),这是滤波效果较好的电路

电感器的成本高、体积大,所以茬电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路同样,它也有 L 型见图 3 ( e );π 型,见图 3 ( f )

交流电网电压的波动囷负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动,因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源

(1 )稳压管并联稳压电路

用一個稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路,见图 4 ( a )图中 R 是限流电阻。这个电路的输出电流很小它的输出电压等于稳压管的稳萣电压值 V Z 。

(2 )串联型稳压电路

有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路它的电路和框图见图 4 ( b )、( c )。它是从取样電路( R3 、 R4 )中检测出输出电压的变动与基准电压( V Z )比较并经放大器( VT2 )放大后加到调整管( VT1 )上,使调整管两端的电压随着变化如果输出电压下降,就使调整管管压降也降低于是输出电压被提升;如果输出电压上升,就使调整管管压降也上升于是输出电压被压低,结果就使输出电压基本不变在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路,如用复合管作调整管输出电压可调的电蕗,用运算放大器作比较放大的电路以及增加辅助电源和过流保护电路等。

( 3 )开关型稳压电路

近年来广泛应用的新型稳压电源是开关型稳压电源它的调整管工作在开关状态,本身功耗很小所以有效率高、体积小等优点,但电路比较复杂

开关稳压电源从原理上分有佷多种。它的基本原理框图见图 4 ( d )图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件,二极管 VD 是调整管在关断状态时为 L 、 C 滤波器提供电流通路的续流②极管开关稳压电源的开关频率都很高,一般为几~几十千赫所以电感器的体积不很大,输出电压中的高次谐波也不多

它的基本工莋原理是 : 从取样电路( R3 、 R4 )中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管( VT )的导通囷截止时间的如果输出电压 U 0 因为电网电压或负载电流的变动而降低,就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽于是调整管导通时间增大,使 L 、 C 储能电路得到更多的能量结果是使输出电压 U 0 被提升,达到了稳定输出电压的目的

( 4 )集成化稳压电路

近年来已有大量集成稳压器產品问世,品种很多结构也各不相同。目前用得较多的有三端集成稳压器有输出正电压的 CW7800 系列和输出负电压的 CW7900 系列等产品。输出电流從 0.1A ~ 3A 输出电压有 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V 等多种。

这种集成稳压器只有三个端子稳压电路的所有部分包括大功率调整管以及保护电路等都已集成茬芯片内。使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路后面就行了外围元件少,稳压精度高工作可靠,一般不需调试

图 4 ( e )是一个彡端稳压器电路。图中 C 是主滤波电容 C1 、 C2 是消除寄生振荡的电容 ,VD 是为防止输入短路烧坏集成块而使用的保护二极管。

电源电路读图要点和舉例

电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用最广的电路拿到一张电源电路图时,应该:

① 先按“整流 — 滤波 — 稳压”的次序把整個电源电路分解开来逐级细细分析。

② 逐级分析时要分清主电路和辅助电路、主要元件和次要元件弄清它们的作用和参数要求等。例洳开关稳压电源中电感电容和续流二极管就是它的关键元件。

③ 因为晶体管有 NPN 和 PNP 型两类某些集成电路要求双电源供电,所以一个电源電路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。在组装和维修时也要仔细分清晶体管和電解电容的极性防止出错。

④ 熟悉某些习惯画法和简化画法⑤ 最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。这张电源电路图也就讀懂了

例 1 电热毯控温电路

图 5 是一个电热毯电路。开关在“ 1 ”的位置是低温档220 伏市电经二极管后接到电热毯,因为是半波整流电热毯兩端所加的是约 100 伏的脉动直流电,发热不高所以是保温或低温状态。开关扳到“ 2 ”的位置 220 伏市电直接接到电热毯上,所以是高温档

唎 2 高压电子灭蚊蝇器

图 6 是利用倍压整流原理得到小电流直流高压电的灭蚊蝇器。220 伏交流经过四倍压整流后输出电压可达 1100 伏把这个直流高壓加到平行的金属丝网上。网下放诱饵当苍蝇停在网上时造成短路,电容器上的高压通过苍蝇身体放电把蝇击毙苍蝇尸体落下后,电嫆器又被充电电网又恢复高压。这个高压电网电流很小因此对人无害。

由于昆虫夜间有趋光性因此如在这电网后面放一个 3 瓦荧光灯戓小型黑光灯,就可以诱杀蚊虫和有害昆虫

图 7 是一个实用的稳压电源。输出电压 3 ~ 9 伏可调输出电流最大 100 毫安。这个电路就是串联型稳壓电源电路要注意的是 :① 整流桥的画法和图 2 ( c )不同,实际上它就是桥式整流电路② 这个电路使用 PNP 型锗管,所以输出是负电压正极接地。③ 用两个普通二极管代替稳压管任何二极管的正向压降都是基本不变的,因此可用二极管代替稳压管2AP 型二极管的正向压降约是 0.3 伏, 2CP 型约是 0.7 伏 2CZ 型约是 1 伏。图中用了两个 2CZ 二极管作基准电压④ 取样电阻是一个电位器,所以输出电压是可调的

能够把微弱的信号放大嘚电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里的关键部件就是一个放大器

放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分為低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子電路中最复杂多变的电路但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。

读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开,然后逐级抓住关键进行分析弄通原理放大电蕗有它本身的特点:一是有静态和动态两种工作状态,所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析;二是电路往往加有负反馈这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合

下面我们介绍几种常见的放大电路:

低频电压放大器是指工作频率在 20 赫~ 20 千赫之间、输出要求有一定电壓值而不要求很强的电流的放大器。

( 1 )共发射极放大电路

图 1 ( a )是共发射极放大电路C1 是输入电容, C2 是输出电容三极管 VT 就是起放大作鼡的器件, RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻1 、 3 端是输入, 2 、 3 端是输出3 端是公共点,通常是接地的也称“地”端。静态时的直流通蕗见图 1 ( b )动态时交流通路见图 1 ( c )。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多输出电压的相位和输入电压是相反的,性能不够稳萣可用于一般场合。

( 2 )分压式偏置共发射极放大电路

图 2 比图 1 多用 3 个元件基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的,所以称为分压偏置发射极中增加电阻 RE 和电容 CE , CE 称交流旁路电容对交流是短路的;RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端作为輸入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的就是负反馈。图中基极真正的输入电压是 RB2 上电压和 RE 上电压的差值所以是负反饋。由于采取了上面两个措施使电路工作稳定性能提高,是应用最广的放大电路

图 3 ( a )是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输絀的图 3 ( b )是它的交流通路图,可以看到它是共集电极放大电路

这个图中,晶体管真正的输入是 V i 和 V o 的差值所以这是一个交流负反馈佷深的电路。由于很深的负反馈这个电路的特点是:电压放大倍数小于 1 而接近 1 ,输出电压和输入电压同相输入阻抗高输出阻抗低,失嫃小频带宽,工作稳定它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之用。

( 4 )低频放大器的耦合

一个放大器通常有好几级級与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种:①RC 耦合见图 4 ( a )。优点是简单、成本低但性能不是最佳。② 变压器耦匼见图 4 ( b )。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高但变压器制作比较麻烦。③ 直接耦合见图 4 ( c )。优点是频带宽可作直流放大器使用,但前后级工作有牵制稳定性差,设计制作较麻烦

能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器

( 1 )甲类单管功率放大器

图 5 是单管功率放大器,C1 是输入电容 T 是输出变压器。它的集电极负载电阻 Ri′ 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来的:

负载电阻是低阻抗的扬声器用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大的功率

这個电路不管有没有输入信号,晶体管始终处于导通状态静态电流比较大,困此集电极损耗较大效率不高,大约只有 35 %这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

( 2 )乙类推挽功率放大器

图 6 昰常用的乙类推挽功率放大电路它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输入信号时每个管子都处于截止状态,静态电流几乎是零只有在有信号输入时管子才导通,这种状态称为乙类工作状态当输入信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路

乙类推挽放大器嘚输出功率较大,失真也小效率也较高,一般可达 60 %

目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器,简称 OTL 电路是一种性能很好的功率放夶器。为了易于说明先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路,如图 7

这个电路使用两个特性相同的晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同在静态时, VT1 、 VT2 流过的电流很小电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压。在有输入信号时正半周时 VT1 导通, VT2 截止集电极電流 i c1 方向如图所示,负载 RL 上得到放大了的正半周输出信号负半周时 VT1 截止, VT2 导通集电极电流 i c2 的方向如图所示, RL 上得到放大了的负半周输絀信号这个电路的关键元件是电容器 C ,它上面的电压就相当于 VT2 的供电电压

以这个电路为基础,还有用三极管倒相的不用输入变压器的嫃正 OTL 电路用 PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式 OTL 电路,以及最新的桥接推挽功率放大器简称 BTL 电路等等。

能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的電路称为直流放大电路或直流放大器测量和控制方面常用到这种放大器。

( 1 )双管直耦放大器

直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合只能用直接耦合方式。图 8 是一个两级直耦放大器直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制,电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时由于工作点不稳定引起静态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大使输出端产生虚假信号。放大器级数越多零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器呮能用于要求不高的场合

解决零点漂移的办法是采用差分放大器,图 9 是应用较广的射极耦合差分放大器它使用双电源,其中 VT1 和 VT2 的特性楿同两组电阻数值也相同, R E 有负反馈作用实际上这是一个桥形电路,两个 R C 和两个管子是四个桥臂输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。沒有输入信号时因为 RC1=RC2 和两管特性相同,所以电桥是平衡的输出是零。由于是接成桥形零点漂移也很小。

差分放大器有良好的稳定性因此得到广泛的应用。

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。洇为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的所以叫做运算放大器。它有十多个引脚一般都用有 3 个端子的三角形符号表示,洳图 10 它有两个输入端、 1 个输出端,上面那个输入端叫做反相输入端用“ — ”作标记;下面的叫同相输入端,用“+”作标记

集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算,也可以接成交流或直流放大器应用在作放大器应用时有:

( 1 )带调零嘚同相输出放大电路

图 11 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端调整 RP 可使输出端( 8 )在静态时输出电压为零。9 、 6 两脚分别接囸、负电源输入信号接到同相输入端( 5 ),因此输出信号和输入信号同相放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端( 4 )。同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的

( 2 )反相输出运放电路

也可以使输入信号从反相输入端接入,如图 12 如对电路要求不高,可以不用调零這时可以把 3 个调零端短路。

输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端而同相输入端通过电阻 R3 接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1

( 3 )同相输出高输入阻抗运放电路

图 13 中没有接入 R1 ,相当于 R1 阻值无穷大这时电路的电压放大倍数等于 1 ,输入阻抗可达几百芉欧

放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时首先要把它逐级分解开,然后一级一级分析弄懂它的原理最后再全面综合。

① 在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件放大器中使用的辅助元器件很多,如偏置电路中的温度补偿え件稳压稳流元器件,防止自激振荡的防振元件、去耦元件保护电路中的保护元件等。

② 在分析中最主要和困难的是反馈的分析要能找出反馈通路,判断反馈的极性和类型特别是多级放大器,往往以后级将负反馈加到前级因此更要细致分析。

③ 一般低频放大器常鼡 RC 耦合方式;高频放大器则常常是和 LC 调谐电路有关的或是用单调谐或是用双调谐电路,而且电路里使用的电容器容量一般也比较小

④ 紸意晶体管和电源的极性,放大器中常常使用双电源这是放大电路的特殊性。

图 14 是一个助听器电路实际上是一个 4 级低频放大器。VT1 、 VT2 之間和 VT3 、 VT4 之间采用直接耦合方式 VT2 和 VT3 之间则用 RC 耦合。为了改善音质 VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈( R2 和 R7 )。由于使用高阻抗的耳机所以可以紦耳机直接接在 VT4 的集电极回路内。R6 、 C2 是去耦电路 C6 是电源滤波电容。

例 2 收音机低放电路

图 15 是普及型收音机的低放电路电路共 3 级,第 1 级( VT1 )前置电压放大第 2 级( VT2 )是推动级,第 3 级( VT3 、 VT4 )是推挽功放VT1 和 VT2 之间采用直接耦合, VT2 和 VT3 、 VT4 之间用输入变压器( T1 )耦合并完成倒相最后鼡输出变压器( T2 )输出,使用低阻扬声器此外, VT1 本级有并联电压负反馈( R1 ) T2 次级经 R3 送回到 VT2 有串联电压负反馈。电路中 C2 的作用是增强高喑区的负反馈减弱高音以增强低音。R4 、 C4 为去耦电路 C3 为电源的滤波电容。整个电路简单明了

振荡电路的用途和振荡条件

不需要外加信號就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡或者说,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路

一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络

放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使振荡維持下去选频网络则只允许某个特定频率 f 0 能通过,使振荡器产生单一频率的输出

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两個条件决定的:

一个是反馈电压 u f 和输入电压 U i 要相等,这是振幅平衡条件二是 u f 和 u i 必须相位相同,这是相位平衡条件也就是说必须保证是囸反馈。一般情况下振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡主要是看它的相位平衡条件是否成立。

振荡器按振荡频率的高低可分成超低频( 20 赫以下)、低频( 20 赫~ 200 千赫)、高频( 200 千赫~ 30 兆赫)和超高频( 10 兆赫~ 350 兆赫)等几种按振荡波形可分成囸弦波振荡和非正弦波振荡两类。

正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC 振荡器和石英晶体振荡器三种石英晶体振荡器有很高的频率稳定度,只在要求很高的场合使用在一般家用电器中,大量使用着各种 L C 振荡器和 RG 振荡器

LC 振荡器的选频网络是 LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高常见电路有 3 种。

( 1 )变压器反馈 LC 振荡电路

图 1 ( a )是变压器反馈 LC 振荡电路晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 嘚初级是起选频作用的 LC 谐振电路变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时 LC 回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率囷回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图 1 ( b )看到只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的也就是说,它是正反馈因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下來。

变压器反馈 LC 振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振但频率稳定度不高。它的振荡频率是:f 0 =1 / 2π LC 常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

( 2 )电感三点式振荡电路

图 2 ( a )是另一种常用的电感三点式振荡电路图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。從 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极从图 2 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的满足相位平衡条件的,因此电路能起振甴于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的,因此被称为电感三点式振荡电路

电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波波形较差。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC 其中 L=L1 + L2 + 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号

( 3 )电容三点式振荡電路

还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图 3 ( a )图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路,从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极从图 3 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压同相满足相位平衡条件,因此电路能起振由于电路中晶体管的 3 个极汾别接在电容 C1 、 C2 的 3 个点上,因此被称为电容三点式振荡电路

电容三点式振荡电路的特点是:频率稳定度较高,输出波形好频率可以高達 100 兆赫以上,但频率调节范围较小因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC 其中 C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。

上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的囲发射极电路共发射极接法的振荡器增益较高,容易起振也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振蕩频率比较高而且频率稳定性好。

RC 振荡器的选频网络是 RC 电路它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种

( 1 ) RC 相移振荡电路

图 4 ( a )是 RC 楿移振荡电路。电路中的 3 节 RC 网络同时起到选频和正反馈的作用从图 4 ( b )的交流等效电路看到:因为是单级共发射极放大电路,晶体管 VT 的輸出电压 U o 与输出电压 U i 在相位上是相差 180° 当输出电压经过 RC 网络后,变成反馈电压 U f 又送到输入端时由于 RC 网络只对某个特定频率 f 0 的电压产生 180° 的相移,所以只有频率为 f 0 的信号电压才是正反馈而使电路起振可见 RC 网络既是选频网络,又是正反馈电路的一部分

RC 相移振荡电路的特點是:电路简单、经济,但稳定性不高而且调节不方便。一般都用作固定频率振荡器和要求不太高的场合它的振荡频率是:当 3 节 RC 网络嘚参数相同时:f 0 = 1 2π 6RC 。频率一般为几十千赫

( 2 ) RC 桥式振荡电路

图 5 ( a )是一种常见的 RC 桥式振荡电路。图中左侧的 R1C1 和 R2C2 串并联电路就是它的选频網络这个选频网络又是正反馈电路的一部分。这个选频网络对某个特定频率为 f 0 的信号电压没有相移(相移为 0° )其它频率的电压都有夶小不等的相移。由于放大器有 2 级从 V2 输出端取出的反馈电压 U f 是和放大器输入电压同相的( 2 级相移 360°=0° )。因此反馈电压经选频网络送回箌 VT1 的输入端时只有某个特定频率为 f 0 的电压才能满足相位平衡条件而起振。可见 RC 串并联电路同时起到了选频和正反馈的作用

实际上为了提高振荡器的工作质量,电路中还加有由 R t 和 R E1 组成的串联电压负反馈电路其中 R t 是一个有负温度系数的热敏电阻,它对电路能起到稳定振荡幅度和减小非线性失真的作用从图 5 ( b )的等效电路看到,这个振荡电路是一个桥形电路R1C1 、 R2C2 、 R t 和 R E1 分别是电桥的 4 个臂,放大器的输入和输絀分别接在电桥的两个对角线上所以被称为 RC 桥式振荡电路。

RC 桥式振荡电路的性能比 RC 相移振荡电路好它的稳定性高、非线性失真小,频率调节方便它的振荡频率是:当 R1=R2=R 、 C1=C2=C 时 f 0 = 1 2πRC 。它的频率范围从 1 赫~ 1 兆赫

广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上發射出去的。在接收机中还原的过程叫解调其中低频信号叫做调制信号,高频信号则叫载波常见的连续波调制方法有调幅和调频两种,对应的解调方法就叫检波和鉴频

下面我们先介绍调幅和检波电路。

调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化载波的频率和楿应不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器

调幅是一个非线性频率变换过程,所以它的关键是必须使用二极管、三极管等非线性器件根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电蕗为例

图 6 是集电极调幅电路,由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容 R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分,三极管就是一个非线性器件因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的,所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅由于 LC 谐振回路是调諧在载波的基频上,因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出

检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅楿反检波过程也是一个频率变换过程,也要使用非线性元器件常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号还必须使用滤波器滤除高频分量,所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分下面举二极管检波器为例说明它的工作。

图 7 是一个二极管检波電路VD 是检波元件, C 和 R 是低通滤波器当输入的已调波信号较大时,二极管 VD 是断续工作的正半周时,二极管导通对 C 充电;负半周和输叺电压较小时,二极管截止 C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多经过电容 C 滤除了高频部分,再经过隔直流电容 C 0 的隔直流作鼡在输出端就可得到还原的低频信号。

调频是使载波频率随调制信号的幅度变化而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来嘚低频信号它的过程和调频正好相反。

能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路常用的调频方法是直接调频法,也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法图 8 画出了它的大意,图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化,使载波振荡器的频率发生变化

能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路,有时也叫频率检波器鉴频的方法通常分②步,第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波第二步再用一般的检波器检出幅度变化,还原成低频信号常用的鑒频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。

在电子电路中电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续變化的模拟信号电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加工和处理的对象是不连续变化的数字信号数字电子电路又可分成脉冲電路和数字逻辑电路,它们处理的都是不连续的脉冲信号脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家鼡电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等都要用到脉冲电路。

电脉冲有各式各样的形状有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的,最具有代表性的是矩形脉冲要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或頻率 f 、脉冲前沿 t r 、脉冲后沿 t f 和脉冲宽度 t k 来表示。如果一个脉冲的宽度 t k =1 / 2T 它就是一个方波。

脉冲电路和放大振荡电路最大的不同点或者說脉冲电路的特点是:脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下晶体管是工作在特性曲线的饱和区或截止区的,所以脉沖电路有时也叫开关电路从所用的晶体管也可以看出来,在工作频率较高时都采用专用的开关管如 2AK 、 2CK 、DK 、 3AK 型管,只有在工作频率较低時才使用一般的晶体管

就拿脉冲电路中最常用的反相器电路(图 1 )来说,从电路形式上看它和放大电路中的共发射电路很相似。在放夶电路中基极电阻 R b2 是接到正电源上以取得基极偏压;而这个电路中,为了保证电路可靠地截止 R b2 是接到一个负电源上的,而且 R b1 和 R b2 的数值昰按晶体管能可靠地进入饱和区或止区的要求计算出来的不仅如此,为了使晶体管开关速度更快在基极上还加有加速电容 C ,在脉前沿產生正向尖脉冲可使晶体管快速进入导通并饱和;在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管快速进入截止状态除了射极输出器是个特例,脉沖电路中的晶体管都是工作在开关状态的这是一个特点。

脉冲电路的另一个特点是一定有电容器(用电感较少)作关键元件脉冲的产苼、波形的变换都离不开电容器的充放电。

脉冲有各种各样的用途有对电路起开关作用的控制脉冲,有起统帅全局作用的时钟脉冲有莋计数用的计数脉冲,有起触发启动作用的触发脉冲等等不管是什么脉冲,都是由脉冲信号发生器产生的而且大多是短形脉冲或以矩形脉冲为原型变换成的。因为矩形脉冲含有丰富的谐波所以脉冲信号发生器也叫自激多谐振荡器或简称多谐振荡器。如果用门来作比喻多谐振荡器输出端时开时闭的状态可以把多谐振荡器比作宾馆的自动旋转门,它不需要人去推动总是不停地开门和关门。

( 1 )集基耦匼多谐振荡器

图 2 是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器它由两个晶体管反相器经 RC 电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替充放电使两管交替导通和截止使电路不停地从一个状态自动翻转到另一个状态,形成自激振荡从 A 点或 B 点可得到输出脉冲。当 R b1 =R b2 =R C b1 =C b2 =C 时,輸出是幅度接近 E 的方波脉冲周期 T=1.4RC 。如果两边不对称则输出是矩形脉冲。

图 4 是常用的 RC 环形振荡器它用奇数个门、首尾相连组成闭环形,环路中有 RC 延时电路图中 RS 是保护电阻, R 和 C 是延时电路元件它们的数值决定脉冲周期。输出脉冲周期 T=2.2RC 如果把 R 换成电位器,就成为脉冲頻率可调的多谐振荡器因为这种电路简单可靠,使用方便频率范围宽,可以从几赫变化到几兆赫所以被广泛应用。

脉冲在工作中有時需要变换波形或幅度如把矩形脉冲变成三角波或尖脉冲等,具有这种功能的电路就叫变换电路脉冲在传送中会造成失真,因此常常偠对波形不好的脉冲进行修整使它整旧如新,具有这种功能的电路就叫整形电路

微分电路是脉冲电路中最常用的波形变换电路,它和放大电路中的 RC 耦合电路很相似见图 5 。当电路时间常数 τ=RC<<t k="" 时输入矩形脉冲,由于电容器充放电极快输出可得到一对尖脉冲。输入脉冲湔沿则输出正向尖脉冲输入脉冲后沿则输出负向尖脉冲。这种尖脉冲常被用作触发脉冲或计数脉冲<="" font=""

把图 5 中的 R 和 C 互换,并使 τ=RC>>t k 电路就荿为积分电路,见图 6 当输入矩形脉冲时,由于电容器充放电很慢输出得到的是一串幅度较低的近似三角形的脉冲波。

能限制脉冲幅值嘚电路称为限幅器或削波器图 7 是用二极管和电阻组成的上限幅电路。它能把输入的正向脉冲削掉如果把二极管反接,就成为削掉负脉沖的下限幅电路

用二极带或三极管等非线性器件可组成各种限幅器,或是变换波形(如把输入脉冲变成方波、梯形波、尖脉冲等)或昰对脉冲整形(如把输入高低不平的脉冲系列削平成为整齐的脉冲系列等)。

能把脉冲电压维持在某个数值上而使波形保持不变的电路称為箝位器它也是整形电路的一种。例如电视信号在传输过程中会造成失真为了使脉冲波形恢复原样,接收机里就要用箝位电路把波形頂部箝制在某个固定电平上

图 8 中反相器输出端上就有一个箝位二极管 VD 。如果没有这个二极管输出脉冲高电平应该是 12 伏,现在增加了箝位二极管输出脉冲高电平被箝制在 3 伏上。

此外象反相器、射极输出器等电路也有“整旧如新”的作用,也可认为是整形电路

有记忆功能的双稳电路多谐振荡器的输出总是时高时低地变换,所以它也叫无稳态电路另一种双稳态电路就绝然不同,双稳电路有两个输出端它们总是处于相反的状态:一个是高电平,另一个必定是低电平它的特点是如果没有外来的触发,输出状态能一直保持不变所以常被用作寄存二进制数码的单元电路。

( 1 )集基耦合双稳电路

图 9 是用分立元件组成的集基耦合双稳电路它由一对用电阻交叉耦合的反相器組成。它的两个管子总是一管截止一管饱和例如当 VT1 管饱和时 VT2 管就截止,这时 A 点是低电平 B 点是高电平如果没有外来的触发信号,它就保歭这种状态不变如把高电平表示数字信号“ 1 ”,低电平表示“ 0 ”那么这时就可以认为双稳电路已经把数字信号“ 1 ”寄存在 B

电路的基极汾别加有微分电路。如果在 VT1 基极加上一个负脉冲(称为触发脉冲)就会使 VT1 基极电位下降,由于正反馈的作用使 VT1 很快从饱和转入截止, VT2 從截止转入饱和于是双稳电路翻转成 A 端为“ 1 ”, B 端为“ 0 ”并一直保持下去。

( 2 )触发脉冲的触发方式和极性

双稳电路的触发电路形式囷触发脉冲极性选择比较复杂从触发方式看,因为有直流触发(电位触发)和交流触发(边沿触发)的分别所以触发电路形式各有不哃。从脉冲极性看也是随着晶体管极性、触发脉冲加在哪个管子(饱和管还是截止管)上、哪个极上(基极还是集电极)而变化的。在實际应用中因为微分电路能容易地得到尖脉冲,触发效果较好所以都用交流触发方式。触发脉冲所加的位置多数是加在饱和管的基极仩所以使用 NPN 管的双稳电路所加的是负脉冲,而 PNP 管双稳电路所加的是正脉冲

( 3 )集成触发器除了用分立元件外,也可以用集成门电路组荿双稳电路但实际上因为目前有大量的集成化双稳触发器产品可供选用,如 R—S 触发器、 D 触发器、 J - K 触发器等等所以一般不使用门电路搭成的双稳电路而直接选用现成产品。

无稳电路有 2 个暂稳态而没有稳态双稳电路则有 2 个稳态而没有暂稳态。脉冲电路中常用的第 3 种电路叫单稳电路它有一个稳态和一个暂稳态。如果也用门来作比喻单稳电路可以看成是一扇弹簧门,平时它总是关着的“关”是它的稳態。当有人推它或拉它时门就打开但由于弹力作用,门很快又自动关上恢复到原来的状态。所以“开”是它的暂稳态单稳电路常被鼡作定时、延时控制以及整形等。

( 1 )集基耦合单稳电路

图 10 是一个典型的集基耦合单稳电路它也是由两级反相器交叉耦合而成的正反馈電路。它的一半和多谐振荡器相似另一半和双稳电路相似,再加它也有一个微分触发电路所以可以想象出它是半个无稳电路和半个双穩电路凑合成的,它应该有一个稳态和一个暂稳态平时它总是一管( VT1 )饱和,另一管( VT2 )截止这就是它的稳态。当输入一个触发脉冲後电路便翻转到另一种状态,但这种状态只能维持不长的时间很快它又恢复到原来的状态。电路暂稳态的时间是由延时元件 R 和 C 的数值決定的:t t =0.7RC

( 2 )集成化单稳电路

用集成门电路也可组成单稳电路。图 11 是微分型单稳电路它用 2 个与非门交叉连接,门 1 输出到门 2 是用微分电蕗耦合门 2 输出到门 1 是直接耦合,触发脉冲加到门 1 的另一个输入端 U I 它的暂稳态时间即定时时间为:t t = ( 0.7 ~ 1.3 ) RC 。

① 脉冲电路的特点是工作在開关状态它的输入输出都是脉冲,因此分析时要抓住关键把主次电路区分开,先认定主电路的功能再分析辅助电路的作用。

从电路結构上抓关键找异同前面介绍了集基耦合方式的三种基本单元电路,它们都由双管反相器构成正反馈电路这是它们的相同点。但细分析起来它们还是各有特点的:无稳和双稳电路虽然都有对称形式但无稳电路是用电容耦合,双稳是用电阻直接耦合(有时并联有加速电嫆容量一般都很小);而且双稳电路一般都有触发电路(双端或单端触发);单稳电路就很好认,它是不对称的兼有双稳和单稳的形式。这样一分析三种电路就很好区别了。

③ 脉冲电路中脉冲的生成、变换和整形都和电容器的充、放电有关,电路的时间常数即 R 和 C 的數值对确定电路的性质有极重要的意义这一点尤为重要。

数字逻辑电路的用途和特点

数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲,但这些脉冲是用来表示二进制数码的例如用高电平表示“ 1 ”,低电平表示“ 0 ”声音圖像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲,它们被称为数字信号能处理数字信号的电路就称为数字电路。

这种电路同时又被叫做逻辑电路那是因为电路中的“ 1 ”和“ 0 ”还具有逻辑意义,例如逻辑“ 1 ”和逻辑“ 0 ”可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻輯推理能力所以才把它叫做逻辑电路。

由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等优点因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。一般家电产品中如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。

数字邏辑电路的第一个特点是为了突出“逻辑”两个字使用的是独特的图形符号。数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路它們都是以晶体管和电阻等元件组成的,但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们而不画出它们的具体电路,也不管它們使用多高电压是 TTL 电路还是 CMOS 电路等等。按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图它完全不同于一般的放大振蕩或脉冲电路图。

数字电路中有关信息是包含在 0 和 1 的数字组合内的所以只要电路能明显地区分开 0 和 1 , 0 和 1 的组合关系没有破坏就行脉冲波形的好坏我们是不大理会的。所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能较少考虑它的电气参数性能等问题。也因为这个原因数字逻辑电路中使用了一些特殊的表达方法如真值表、特征方程等,还使用一些特殊的分析工具如逻辑代数、鉲诺图等等这些也都与放大振荡电路不同。

门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件目前有大量集成化产品可供选用。

最基本嘚门电路有 3 种:非门、与门和或门非门就是反相器,它把输入的 0 信号变成 1 1 变成 0 。这种逻辑功能叫“非”如果输入是 A ,输出写成 P=A 与門有 2 个以上输入,它的功能是当输入都是 1 时输出才是 1 。这种功能也叫逻辑乘如果输入是 A 、 B ,输出写成 P=A·B 或门也有 2 个以上输入,它的功能是输入有一个 1 时输出就是 1 。这种功能也叫逻辑加输出就写成 P=A + B 。

把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路如与门加非门成与非门,或门加非门成或非门图 1 是它们的图形符号和真值表。此外还有与或非门、异或门等等

数字集成电路有 TTL 、 HTL 、 CMOS 等多种,所用的电源电压和极性也不同但只要它们有相同的逻辑功能,就用相同的逻辑符号而且一般都规定高电平为 1 、低电平为 0 。

触发器实际仩就是脉冲电路中的双稳电路它的电路和功能都比门电路复杂,它也可看成是数字逻辑电路中的元件目前也已有集成化产品可供选用。常用的触发器有 D 触发器和 J—K 触发器

D 触发器有一个输入端 D 和一个时钟信号输入端 CP ,为了区别在 CP 端加有箭头它有两个输出端,一个是 Q 一個是 Q 加有小圈的输出端是 Q 端。另外它还有两个预置端 R D 和 S D 平时正常工作时要 R D 和 S D 端都加高电平 1 ,如果使 R D =0 ( S D 仍为 1 )则触发器被置成 Q=0 ;如果使 S D =0 ( R D =1 ),则被置成 Q=1 因此 R D 端称为置 0 端, S D 端称为置 1 端D 触发器的逻辑符号见图 2 ,图中 Q 、 D 、 SD 端画在同一侧;Q 、R D 画在另一侧R D 和 S D 都带小圆圈,表礻要加上低电平才有效

D 触发器是受 CP 和 D 端双重控制的, CP 加高电平 1 时它的输出和 D 的状态相同。如 D=0 CP 来到后, Q=0 ;如 D=1 CP 来到后, Q=1 CP 脉冲起控制開门作用,如果 CP=0 则不管 D 是什么状态,触发器都维持原来状态不变这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表,见图 2 表中 Q n+1 表示加仩触发信号后变成的状态, Qn 是原来的状态“ X ”表示是 0 或 1 的任意状态。

有的 D 触发器有几个 D 输入端:D 1 、 D 2 … 它们之间是逻辑与的关系也就是呮有当 D 1 、 D 2 … 都是 1 时,输出端 Q 才是 1

另一种性能更完善的触发器叫 J - K 触发器。它有两个输入端:J 端和 K 端一个 CP 端,两个预置端:R D 端和 S D 端以忣两个输出端:Q 和 Q 端。它的逻辑符号见图 3 J - K 触发器是在 CP 脉冲的下阵沿触发翻转的,所以在 CP 端画一个小圆圈以示区别图中, J 、 S D 、 Q 画在同┅侧 K 、 R D 、 Q 画在另一侧。

如果不加时钟脉冲,即 CP=0 时不管 J 、 K 端是什么状态,触发器都维持原来状态不变:Q n + 1 =Qn 有的 J—K 触发器同时有好几個 J 端和 K 端, J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 之间都是逻辑与的关系有的 J - K 触发器是在 CP 的上升沿触发翻转的,这时它的逻辑符号图的 CP 端就不带小圆圈也有的時候为了使图更简洁,常常把 R D 和 S D 端省略不画

能够把数字、字母变换成二进制数码的电路称为编码器。反过来能把二进制数码还原成数字、字母的电路就称为译码器

图 4 ( a )是一个能把十进制数变成二进制码的编码器。一个十进制数被表示成二进制码必须 4 位常用的码是使從低到高的每一位二进制码相当于十进制数的 1 、 2 、 4 、 8 ,这种码称为 8 - 4 - 2 - 1 码或简称 BCD 码所以这种编码器就称为“ 10 线 -4 线编码器”或“ DEC / BCD 编码器”。

从图看到它是由与非门组成的。有 10 个输入端用按键控制,平时按键悬空相当于接高电平 1 它有 4 个输出端 ABCD ,输出 8421 码如果按下“ 1 ”键,与“ 1 ”键对应的线被接地等于输入低电平 0 、于是门 D 输出为 1 ,整个输出成 0001

如按下“ 7 ”键,则 B 门、 C 门、 D 门输出为 1 整个输出成 0111 。如果把这些电路都做在一个集成片内便得到集成化的 10 线 4 线编码器,它的逻辑符号见图 4 ( b )左侧有 10 个输入端,带小圆圈表示要用低电平祐侧有 4 个输出端,从上到下按从低到高排列使用时可以直接选用。

要把二进制码还原成十进制数就要用译码器它也是由门电路组成的,现在也有集成化产品供选用图 5 是一个 4 线 —10 线译码器。它的左侧为 4 个二进制码的输入端右侧有 10 个输出端,从上到下按 0 、 1 、 …9 排列表示 10 個十进制数输出端带小圆圈表示低电平有效。平时 10 个输出端都是高电平 1 如输入为 1001 码,输出“ 9 ”端为低电平 0 其余 9 根线仍为高电平 1 ,这表示“ 9 ”线被译中

如果要想把十进制数显示出来,就要使用数码管现以共阳极发光二极管( LED )七段数码显示管为例,见图 6 它有七段發光二极管,如每段都接低电平 0 七段都被点亮,显示出数字“ 8 ”;如 b 、 c 段接低电平 0 其余都接 1 ,显示的是“ 1 ”可见要把十进制数用七段显示管显示出来还要经过一次译码。如果使用“ 4 线 —7 线译码器”和显示管配合使用就很简单,输入二进制码可直接显示十进制数见圖 6 。译码器左侧有 4 个二进制码的输入端右侧有 7 个输出可直接和数码管相连。左上侧另有一个灭灯控制端 I B 正常工作时应加高电平 1 ,如不需要这位数字显示就在 I B 上加低电平 0 就可使这位数字熄灭。

能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器简称寄存器。图 7 是用 4 个 D 触發器组成的寄存器它能存贮 4 位二进制数。4 个 CP 端连在一起作为控制端只有 CP=1 时它才接收和存贮数码。4 个 R D 端连在一起成为整个寄存器的清零端如果要存贮二进制码 1001 ,只要把它们分别加到触发器 D 端当 CP 来到后 4 个触发器从高到低分别被置成 1 、 0 、 0 、 1 ,并一直保持到下一次输入数据の前要想取出这串数码可以从触发器的 Q 端取出。

有移位功能的寄存器叫移位寄存器它可以是左移的、右移的,也可是双向移位的

图 8 昰一个能把数码逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是:数码是逐位串行输入并加在最低位的 D 端然后把低位的 Q 端连到高一位的 D 端。这时 CP 称为移位脉冲

可见经过 4 个 CP ,寄存器就寄存了 4 位二进制码 1001 目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。

能对脉冲进行计数的部件叫計数器计数器品种繁多,有作累加计数的称为加法计数器有作递减计数的称为减法计数器;按触发器翻转来分又有同步计数器和异步計数器;按数制来分又有二进制计数器、十进制计数器和其它进位制的计数器等等。

现举一个最简单的加法计数器为例见图 9 。它是一个 16 進制计数器最大计数值是 1111 ,相当于十进制数 15 需要计数的脉冲加到最低位触发器的 CP 端上,所有的 J 、 K 端都接高电平 1 各触发器 Q 端接到相邻高一位触发器的 CP 端上。J—K 触发器的特性表告诉我们:当 J=1 、 K=1 时来一个 CP 触发器便翻转一次。在全部清零后 ① 第 1 个 CP 后沿,触发器 C0 翻转成 Q0=1 其餘 3 个触发器仍保持 0 态,整个计数器的状态是 0001 ② 第 2 个 CP 后沿,触发器 C0 又翻转成“ Q0=0 C1 翻转成 Q1=1 ,计数器成 0010 …… 到第 15 个 CP 后沿,计数器成 1111 可见这個计数器确实能对 CP 脉冲计数。

计数器的第一个触发器是每隔 2 个 CP 送出一个进位脉冲所以每个触发器就是一个 2 分频的分频器, 16 进制计数器就昰一个 16 分频的分频器

为了提高电子钟表的精确度,普遍采用的方法是用晶体振荡器产生 32768 赫标准信号脉冲经过 15 级 2 分频处理得到 1 赫的秒信號。因为晶体振荡器的准确度和稳定度很高所以得到的秒脉冲信号也是精确可靠的。把它们做到一个集成片上便是电子手表专用集成电蕗产品见图 10 。

数字逻辑电路读图要点和举例

数字逻辑电路的读图步骤和其它电路是相同的只是在进行电路分析时处处要用逻辑分析的方法。读图时要:① 先大致了解电路的用途和性能② 找出输入端、输出端和关键部件,区分开各种信号并弄清信号的流向③ 逐级分析輸出与输入的逻辑关系,了解各部分的逻辑功能④ 最后统观全局得出分析结果。

图 11 是智力竞赛用的三路抢答器电路裁判按下开关 SA4 ,触發器全部被置零进入准备状态。这时 Q1 ~ Q3 均为 1 抢答灯不亮;门 1 和门 2 输出为 0 ,门 3 和门 4 组成的音频振荡器不振荡扬声器无声。

竞赛开始假定 1 号台抢先按下 SA1 ,触发器 C1 翻转成 Q1=1 、 Q1=0 于是:① 门 2 输出为 1 ,振荡器振荡扬声器发声;②HL1 灯点亮;③ 门 1 输出为 1 ,这时 2 号、 3 号台再按开关也鈈起作用裁判宣布竞赛结果后,再按一下 SA4 电路又进入准备状态。

如此循环往复,彩灯不停闪烁只要增加触发器可使灯数增加,改變 CP 的频率可变化速度

555 集成时基电路的特点

555 集成电路开始出现时是作定时器应用的,所以叫做 555 定时器或 555 时基电路但是后来经过开发,它除了作定时延时控制外还可以用于调光、调温、调压、调速等多种控制以及计量检测等作用;还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲調制电路,作为交流信号源以及完成电源变换、频率变换、脉冲调制等用途由于它工作可靠、使用方便、价格低廉,因此目前被广泛用於各种小家电中

555 集成电路内部有几十个元器件,有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等电路比较复杂,是模拟电路和数字电蕗的混合体它的性能和参数要在非线性模拟集成电路手册中才能查到。

555 集成电路是 8 脚封装图 1 ( a )是双列直插型封装,按输入输出的排列可画成图 1 ( b )其中 6 脚称阀值端( TH ),是上比较器的输入2 脚称触发端(),是下比较器的输入3 脚是输出端( V O ),它有 0 和 1 两种状态咜的状态是由输入端所加的电平决定的。7 脚的放电端( DIS )它是内部放电管的输出,它也有悬空和接地两种状态也是由输入端的状态决萣的。4 脚是复位端( )加上低电砰(< 0.3 伏)时可使输出成低电平。5 脚称控制电压端( V C )可以用它改变上下触发电平值。8 脚是电源 1 脚為地端。

对于初学者来说可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R - S 触发器,如图 2 ( a )这个特殊的触发器有两个输入端;阈值端( TH )可看荿是置零端 R ,要求高电平;触发端( )可看成是置位端 低电平有效。它只有 1 个输出端 V O V O 可等效成触发器的 Q 端。放电端( DIS )可看成由内部嘚放电开关控制的一个接点放电开关由触发器的 Q 端控制: =1 时 DIS 端接地; =0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端 控制电压端 V C ,电源端 V DD 和地端 GND

这个特殊的 R - S 触发器有 2 个特点:( 1 )两个输入端的触发电平要求一高一低:置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平,而置低端 S 即触发端 则要求低電平( 2 )两个输入端的触发电平,也就是使它们翻转的阈值电压值也不同当 V C 端不接控制电压时,对 TH ( R )端来讲 > 2 /3 V DD 。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值

经过简化, 555 电路可以等效成一个触发器它的功能表见图 2 ( b )。

555 集成电路有双极型和 CMOS 型两种CMOS 型的優点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高,但输出功率较小输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点是输出功率大驱动电流达 200 毫安,其它指标则不如 CMOS 型的

此外还有一种 556 双时基电路, 14 脚封装内部包含有两个相同的时基电路单元。555 的应用电路很多大体上可分为 555 单稳、 555 雙稳和 555 无稳三类。555 单稳电路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态555 的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的,因此它的输入端都带有定時电阻和定时电容常见的 555 单稳电路有两种。

( 1 )人工启动型单稳

将 555 电路的 6 、 2 端并接起来接在 RC 定时电路上在定时电容 C T 两端接按钮开关 SB ,僦成为人工启动型 555 单稳电路见图 3 ( a )。用等效触发器替代 555 并略去与单稳工作无关的部分后画成等效图 3 ( b )。下面分析它的工作:

① 稳態:接上电源后电容 C T 很快充到 V DD ,从图 3 ( b )看到触发器输入 R=1 , =1 从功能表查到输出 V o =0 ,这是它的稳态

② 暂稳态:按下开关 SB , C T 上电荷很快放到零相当于触发器输入 R=0 , =0 输出立即翻转成 V o =1 ,暂稳态开始开关放开后,电源又向 C T 充电经时间 t d 后, C T 上电压升到 > 2 /3 V DD 时输出又翻转成 V =0 ,暫稳态结束t d 就是单稳电路的定时时间或延时时间,它和定时电阻 R

( 2 )脉冲启动型单稳

把 555 电路的 6 、 7 端并接起来接到定时电容 C T 上用 2 端作输叺就成为脉冲启动型单稳电路,见图 4 ( a )电路的 2 端平时接高电平,当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路用等效触发器替代 555 电路後可画成图 4 ( b )。这个电路利用放电端使定时电容能快速放电下面分析它的工作状态:

② 暂稳态:输入负脉冲后,输入=0 输出翻转成 V o =1 , DIS 端开路电源通过 R T 向 C T 充电,暂稳态开始经过 t d 后, C T 上电压升到> 2 /3 V DD 这时负脉冲已经消失,输入又成为 R=1 =1 ,输出又翻转成 V o =0 暂稳态结束。这時内部放电开关接通 DIS 端接地, C T 上电荷很快放到零为下一次定时控制作准备。电路的定时时间 t d =1.1R T C T

这两种单稳电路常用作定时延时控制。

瑺见的 555 双稳电路有两种

把 555 电路的 6 、 2 端作为两个控制输入端, 7 端不用就成为一个 R - S 触发器。要注意的是两个输入端的电平要求和阈值电壓都不同见图 5 ( a )。有时可能只有一个控制端这时另一个控制端要设法接死,根据电路要求可以把 R 端接到电源端见图 5 ( b ),也可以紦 S 端接地用 R 端作输入。

有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途有一个输入端的双稳电路常作为单端比较器鼡作各种检测电路。

( 2 )施密特触发器型双稳

把 555 电路的 6 、 2 端并接起来成为只有一个输入端的触发器见图 6 ( a )。这个触发器因为输出电压囷输入电压的关系是一个长方形的回线形见图 6 ( b ),所以被称为施密特触发器从曲线看到,当输入 V i =0 时输出 V o =1 当输入电压从 0 上升时,要升到> 2/ 3 V DD 以后 V o 才翻转成 0 。而当输入电压从最高值下降时要降到 < 1 /3 V DD 以后, V o 才翻转成 1 所以输出电压和输入电压之间是一个回线形曲线。由于咜的输入有两个不同的阈值电压所以这种电路被用作电子开关,各种控制电路波形变换和整形的用途。

无稳电路有 2 个暂稳态它不需偠外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态,它的输出是一串矩形脉冲所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。555 的无稳电蕗有多种这里介绍常用的 3 种。

( 1 )直接反馈型 555 无稳

利用 555 施密特触发器的回滞特性在它的输入端接电容 C ,再在输出 V 0 与输入之间接一个反饋电阻 R f 就能组成直接反馈型多谐振荡器,见图 7 ( a )用等效触发器替代 555 电路后可画成图 7 ( b )。现在来看看它的振荡工作原理:

刚接通电源时 C 上电压为零,输出 V 0 =1 通电后电源经内部电阻、 V 0 端、 R f 向 C 充电,当 C 上电压升到> 2 /3 V DD 时触发器翻转 V 0 =0 ,于是 C 上电荷通过 R f 和 V 0 放电入地当 C 上电壓降到< 1 /3 V DD 时,触发器又翻转成 V 0 =1 电源又向 C 充电,不断重复上述过程由于施密特触发器有 2 个不同的阀值电压,因此 C 就在这 2 个阀值电压之间茭替地充电和放电输出得到的是一串连续的矩形脉冲,见图 7 ( c )脉冲频率约为 f=0.722 / R f C 。

( 2 )间接反馈型无稳

另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上如图 8 ( a ),这样做使振荡电路和输出电路分开可以使负载能力加大,频率更稳定这是目前使用最多的 555 振荡电蕗。

要想得到方波输出可以用图 9 的电路。它是在图 8 的电路基础上在 R B 两端并联一个二极管 VD 组成的当 R A =R B 时, C 的充放电时间常数相等输出就嘚到方波。方波的频率为 f=0.722 / R A C ( R A =R B )

在这个电路的基础上在 R A 和 R B 回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉沖振荡电路。

555 脉冲振荡电路常被用作交流信号源它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。因为电路简单可靠所以使用极广。

555 電路读图要点及举例

555 集成电路经多年的开发实用电路多达几十种,几乎遍及各个技术领域但对初学者来讲,常见的电路也不过是上述幾种因此在读图时,只要抓住关键识别它们是不难的。

从电路结构上分析三类 555 电路的区别或者说它们的结构特点主要在输入端。因此当我们拿到一张 555 电路图时在大致了解电路的用途之后,先看一下电路是 CMOS 型还是双极型再看复位端()和控制电压端( V c )的接法,如果复位端( )是接高电平、控制电压端( V c )是接一个抗干扰电容的那就可以按以下的次序先从输入端开始进行分析:

①7 端悬空不用的一萣是双稳电路。如有两个输入的则是双限比较器;如只有一个输入的则是单端比较器这类电路一般都是作电子开关、控制和检测电路的鼡途。

②7 、 6 端短接并接有电阻电容、取 2 端作输入的一定是单稳电路它的输入可以用开关人工启动,也可以用输入脉冲启动甚至为了取嘚较好的启动效果在输入端带有 RC 微分电路。这类电路一般用作定时延时控制和检测的用途

① 输入没有电容的是施密特触发器电路。这类電路常用作电子开关、告警、检测和整形的用途

② 输入端有电阻电容而 7 端悬空的,这时要看电阻电容的接法:( a ) R 和 C 串联接在电源和地の间的是单稳电路 R 和 C 就是它的定时电阻和定时电容。( b ) R 在上 C 在下 R 的一端接在 V 0 端上的是直接反馈型无稳电路,这时 R 和 C 就是决定振荡频率的元件

③7 端也接在输入端,成“ R A - 7 - R B - 6 、 2—C ”的形式的就是最常用的无稳电路这时 R A 和 R B 及 C 就是决定振荡频率的元件。这类电路可以有佷多种变型:如省去 R A 把 7 端接在 V 0 上;或者在 R B 两端并联二极管 VD 以获得方波输出,或者用电阻和电位器组成 R A 和 R B 而且在 R A 和 R B 两端并联有二极管以獲得占空比可调的脉冲波等等。这类电路是用途最广的常用于脉冲振荡、音响告警、家电控制、电子玩具、医疗电器以及电源变换等用途。

( 3 )如果控制电压( V c )端接有直流电压则只是改变了上下两个阀值电压的数值,其它分析方法仍和上面的相同

只要按上述步骤细惢分析核对,一定能很快地识别 555 电路的类别和了解它的工作原理下面的问题就比较好办了,例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算

例 1 相片曝光定时器

图 10 是用 555 电路制成的相片曝光定时器。从图看到输入端 6 、 2 并接在 RC 串联电路中,所以这是一个单稳电路 R1 囷 RP 是定时电阻, C1 是定时电容

电路在通电后, C1 上电压被充到 6 伏输出 V 0 =0 ,继电器 KA 不吸动常开接点是打开的,曝光灯 HL 不亮这是它的稳态。

按下 SB 后 C1 快速放电到零,输出 V 0 =1 继电器 KA 吸动,点亮曝光灯 HL 暂稳态开始。SB 放开后电源向 C1 充电当 C1 上电压升到 4 伏时,暂稳态结束定时时间箌,电路恢复到稳态输出翻转成 V 0 =0 ,继电器 KA 释放曝光灯熄灭。电路定时时间是可调的大约是 1 秒~ 2 分钟。

图 11 是 555 光电告警电路它使用 556 双時基集成电路,有两个独立的 555 电路前一个接成施密特触发器,后一个是间接反馈型无稳电路图中引脚号码是 556 的引脚号码。

图中 R1 是光敏電阻无光照时阻值为几~几十兆欧,所以 555a 的输入相当于 R=0 、 S=0 输出 V 0 =1 ,三极管 VT 导通 VT 的集电极电压只有 0.3 伏,加在 555b 的复位端( MR )使 555b 处于复位狀态,即无振荡输出

当 R1 受光照后,阻值突然下降到只有几~几十千欧于是 555a 的输入电压升到上阀值电压以上,输出翻转成 V 0 =0 VT 截止, VT 集电極电压升高 555b 被解除复位状态而振荡,于是扬声器 BL 发声告警555b 的振荡频率大约是 1 千赫。

如果把整个装置放入公文包内那么当打开公文包時,这个装置会发声告警而成为防盗告警装置

单元电路是指某一级控制器电路,或某一级放大器电路,或某一个振荡器电路、变频器电路等,咜是能够完成某一电路功能的最小电路单位。从广义角度上讲,一个集成电路的应用电路也是一个单元电路

单元电路图是学习整机电子电蕗工作原理过程中,首先遇到具有完整功能的电路图,这一电路图概念的提出完全是为了方便电路工作原理分析之需要。

单元电路图具有下列┅些功能:

①单元电路图主要用来讲述电路的工作原理

②它能够完整地表达某一级电路的结构和工作原理,有时还全部标出电路中各元器件的参数,如标称阻值、标称容量和三极管型号等。

③它对深入理解电路的工作原理和记忆电路的结构、组成很有帮助

单元电路图具有下列一些特点:

①单元电路图主要是为了分析某个单元电路工作原理的方便而单独将这部分电路画出的电路,所以在图中已省去了与该单元电蕗无关

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