高級(jí)維修電工理論培訓(xùn)教材 2008 05 1 半導(dǎo)體三極管 一 基本結(jié)構(gòu) 三層半導(dǎo)體 N P N或P N P 三個(gè)電極 基極B 發(fā)射極E 集電極C 兩個(gè)PN結(jié) 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) 1 類型 按頻率可分為 高頻管和低頻管按功率可分為 大功率管 中功率管和小功率管按半導(dǎo)體材料可分為 硅管和鍺管按結(jié)構(gòu)可分為 NPN型和PNP型 目前國(guó)產(chǎn)的NPN型晶體管多為硅管 3D系列 PNP型晶體管多為鍺管 3A系列 2 放大器中晶體管的三種接線方式 以NPN型為例 1 共發(fā)射極接法 將發(fā)射極作為輸入與輸出的公共端 如下圖 a 2 共集電極接法 將集電極作為輸入與輸出的公共端 如下圖 b 3 共基極接法 將基極作為輸入與輸出的公共端 如下圖 c 三種接法的性能比較見P 31表3 1 3 特性曲線 1 輸入特性曲線 是當(dāng)集電極 發(fā)射極電壓UCE為常數(shù)時(shí) 基極回路中基極電流IB與基極 發(fā)射極電壓UBE之間的關(guān)系曲線 即 IB f UBE UCE C如下圖所示 從圖中可以看出 三極管的輸入特性曲線有一段死區(qū) 只有在發(fā)射結(jié)電壓大于死區(qū)電壓時(shí) 三極管才會(huì)導(dǎo)通 出現(xiàn)基極電流IB 硅管的死區(qū)電壓約為0 5 0 6V 鍺管約為0 2 0 3V 導(dǎo)通后 在正常工作情況下 NPN型硅管的發(fā)射結(jié)電壓UBE 0 6 0 7V PNP型鍺管的發(fā)射結(jié)電壓UBE 0 2 0 3V 2 輸出特性曲線 是當(dāng)基極電流IB為常數(shù)時(shí) 集電極回路中集電極電流IC與集電極 發(fā)射極電壓UCE之間的關(guān)系曲線 即IC f UCE IB C如下圖所示 在不同的IB下可以得到不同的曲線 所以三極管的輸出特性曲線是一曲線組族 在輸出特性曲線上可以劃分三個(gè)區(qū)域 1 截止區(qū) IB 0以下的區(qū)域 對(duì)NPN型硅管而言 當(dāng)UBE 0 5V時(shí)即已開始截止 為了截止可靠 常使UBE 0 此時(shí)集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都處于反向電壓下 稱為反向偏置 但是由于溫度影響 集電極回路中仍有很小的電流ICEO 稱為穿透電流流過(guò) 硅管的穿透電流很小 常溫下在微安以下 特點(diǎn) 集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都處于反向偏置 2 放大區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí) 曲線較平坦的部分是放大區(qū) 對(duì)硅管來(lái)說(shuō) 當(dāng)UBE 0 5V 而集電結(jié)又有一定的反向電壓時(shí) 發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子絕大部分被集電極所收集 IC IE IB很小 此時(shí)IC只隨著IB而改變 和UCE的大小基本無(wú)關(guān) 從特性曲線和電流形成過(guò)程都可以看出 IC的變化比IB的變化大得多 晶體管具有很強(qiáng)的電流放大作用 特點(diǎn) 發(fā)射結(jié)正偏而集電結(jié)反偏 3 飽和區(qū) 如果IC隨IB增加時(shí) 使UCE下降為UCE UBE 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都將處于正向偏置 此時(shí)如果IB再增大 IC也不會(huì)按IC IB增加 晶體三極管失去放大作用 這種情況稱為飽和 我們把UCE UBE的狀態(tài)稱為臨界飽和 把UCE UBE的狀態(tài)稱為過(guò)飽和 特點(diǎn) 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)皆正偏 2 基本放大電路 一 共射極放大電路的組成 P 136圖9 1 a 1 三極管V 放大電路的放大元件 是電流控制元件 2 集電極電源UGB 直流電源 一般為幾 幾十伏作用 1 為輸出信號(hào)提供能量 2 保證集電結(jié)處于反偏狀態(tài)以及發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài) 這樣才能使三極管起到放大作用 3 集電極負(fù)載電阻Rc 一般為幾 幾十千歐 作用是將集電極電流變化成電壓信號(hào) 以實(shí)現(xiàn)電壓放大 4 基極電阻Rb 一般為幾十 幾百千歐 作用是提供適當(dāng)?shù)幕鶚O電流 使放大器有適的工作狀態(tài) 5 耦合電容C1與C2 一般為幾 幾十微法作用 1 隔直 C1隔斷放大器與信號(hào)源之間的直流通道 C2隔斷放大器與負(fù)載之間的直流通道 2 通交 交流耦合 溝通信號(hào)源 放大器和負(fù)載三者之間的交流通道 使交流信號(hào)暢行無(wú)阻 二 直流通路與交流通路 1 直流通路 即放大電路的直流等效電路 也就是在靜態(tài)時(shí) 放大電路輸入回路和輸出回路的直流電流流過(guò)的路徑 放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)要用到直流通路 見下圖 1 靜態(tài) 沒(méi)有加入交流信號(hào)的放大電路 2 靜態(tài)分析 求靜態(tài)工作點(diǎn)Q 即分析靜態(tài)時(shí)放大電路中各處的直流電流和直流電壓 即IbQ ICQ UceQ三個(gè)值 3 直流通路的畫法 直流通路中 所有的電容器作開路處理 其余的不變 4 直流通路的作用 用來(lái)求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q 即IbQ ICQ UceQ 2 交流通路 即放大電路的交流等效電路 也就是在動(dòng)態(tài)時(shí) 放大電路輸入回路和輸出回路的交流電流流過(guò)的路徑 放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)要用到交流通路 見下圖 1 動(dòng)態(tài) 加入交流信號(hào)后的放大電路 2 動(dòng)態(tài)分析 求動(dòng)態(tài)時(shí) 交 直流信號(hào)的迭加 的變化量 3 交流通路的畫法 在交流通路中 將電容器和直流電源都作短路處理 直流電源接地 4 交流通路的作用 交流通路用來(lái)計(jì)算放大電路的放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻等交流電量 三 近似估算法 以分壓式偏置電路為例 P 137圖9 2 1 靜態(tài)工作點(diǎn) 由直流通路求 即求IbQ ICQ UceQ三個(gè)值 其直流通路如下圖所示 2 電壓放大倍數(shù) 輸入電阻與輸出電阻 由交流通路求 如下圖 A 求出三極管的輸入電阻rbe rbe 300 1 26mV IeQmAB 求出交流負(fù)載電阻RL RL Rc RLC 求輸入電阻Ri Ri Rb1 Rb2 rbe rbe Rb1 rbe Rb2 rbe Ri rbe D 求輸出電阻R0 R0 Rc 其中 RL Rc RL 號(hào)表示U0與Ui反相位 計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí) 應(yīng)考慮電路的名稱正確的是A C A 直流通道B 交流通道C 直流電路D 交流電路 估算放大電路的電壓放大倍數(shù) 原則上應(yīng)考慮電路的名稱正確的是B D A 直流通道B 交流通道C 直流電路D 交流電路 四 圖解分析法 運(yùn)用三極管的輸出 輸入特性曲線簇 通過(guò)做圖的方法 直觀的分析放大電路性能的方法 稱為圖解分析法 1 靜態(tài)分析 下圖為三極管的輸出特性曲線 1 直流負(fù)載線 由Uce UGB IcRc知 當(dāng)Ic 0時(shí) Uce UGB 當(dāng)Uce 0時(shí) Ic UGB Rc 連接UGB與UGB Rc兩點(diǎn)所作的直線稱為直流負(fù)載線 見上圖 因?yàn)樗窃陟o態(tài)時(shí)得到的而且又與集電極負(fù)載電阻Rc有關(guān) 其斜率為tg 1 Rc 2 靜態(tài)工作點(diǎn)Q 直流負(fù)載線與三極管輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn) 它與基極電流Ib的大小有關(guān) Q點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)軸上所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即為其靜態(tài)值ICQ與UCeQ 再加上IbQ 即為Q值 2 動(dòng)態(tài)分析 1 交流負(fù)載線 放大器加入交流信號(hào)后 交流信號(hào)迭加在直流信號(hào)上 如P 138圖9 5所示 當(dāng)電路接入負(fù)載RL后 反映交流電壓uce 交流電流ic之間關(guān)系的直線稱為交流負(fù)載線 其斜率為tg 1 RL 而RL Rc RL 2 直流負(fù)載線與交流負(fù)載線的比較 RL Rc RL RL Rc 1 RL 1 Rc tg tg 交流負(fù)載線比直流負(fù)載線要陡一些 即其斜率要大一些 也就是說(shuō) 放大器帶的負(fù)載RL越小 RL 就越小 其交流負(fù)載線的斜率tg 就越大 而電壓放大倍數(shù)Au就越小 交流放大器帶負(fù)載后 電壓放大倍數(shù)會(huì)降低 3 多級(jí)放大電路 一 耦合 多級(jí)放大電路中 每?jī)蓚€(gè)單級(jí)放大電路之間的連接方式叫耦合 二 多級(jí)放大器的耦合方式 三種 1 阻容耦合 如P 139圖9 8所示 1 電路組成 第一級(jí)和第二級(jí)之間用耦合電容C2和電阻Rb22連接 即為阻容耦合 主要用于交流放大電路的前置級(jí) 2 電路特點(diǎn) A 由于電容的 隔直 作用 前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)各自獨(dú)立 互不影響 便于設(shè)置和調(diào)整各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn) B 由于電容的 通交 作用 并不影響前后級(jí)交流信號(hào)的傳遞 C 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 體積小 成本低 D 耦合電容的容量對(duì)交流信號(hào)的傳輸有一定的影響 缺點(diǎn) 3 電壓放大倍數(shù) 電路總的電壓放大倍數(shù)等于各個(gè)單級(jí)放大器電壓放大倍數(shù)的乘積 即Au Au1 Au2 Au3 2 直接耦合 如P 144圖9 19所示 1 電路組成 把前一級(jí)的輸出端直接接到后一級(jí)的輸入端 即為直接耦合 主要用于放大直流信號(hào) 2 電路特點(diǎn) A 前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響 其解決方法為 1 提高后一級(jí)的發(fā)射極電位 即在后一級(jí)三極管發(fā)射極中接入電阻或硅穩(wěn)壓管即可 如P 144圖9 20 a b 所示 2 采用NPN PNP管直接耦合 利用兩只三極管的極性不同 使得兩級(jí)都能獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 如P 145圖9 21所示 B 零點(diǎn)漂移的影響 1 零點(diǎn)漂移 指放大器的輸入端短路 即無(wú)輸入信號(hào) 時(shí) 其輸出端仍有緩慢而無(wú)規(guī)則的輸出電壓 2 引起零點(diǎn)漂移的原因 電源電壓波動(dòng) 電路元件的參數(shù)和晶體管特性的變化 溫度的變化 3 零漂的種類 時(shí)漂和溫漂 4 零漂的抑制 輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路 3 變壓器耦合 前后級(jí)之間采用變壓器連接 主要用于交流放大器的功率輸出級(jí) 多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式一般有A D E A 阻容耦合B 電容耦合C 電感耦合D 變壓器耦合E 直接耦合 4 差動(dòng)放大電路 一 電路組成 P 145圖9 22 1 兩只三極管V1與V2的型號(hào) 特性 參數(shù)完全相同 2 電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱 各電阻元件參數(shù)也對(duì)稱3 兩只三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)相同 即Ic1 Ic2 Uce1 Uce2 4 發(fā)射極電流為兩管發(fā)射極電流之和 即Ie Ie1 Ie2二 差動(dòng)放大電路的特點(diǎn) 靜態(tài)時(shí) 無(wú)輸入信號(hào) 即Ui 0 輸出電壓Uo 0 Rc1Ic1 Rc2Ic2 Uo Rc1Ic1 Rc2Ic2 0 三 共模輸入與差模輸入 1 共模信號(hào)與差模信號(hào) 1 共模信號(hào) 差動(dòng)放大器的兩輸入信號(hào)ui1與ui2的大小相等 極性相同 則稱為共模信號(hào) 這種輸入方式稱為共模輸入方式 2 差模信號(hào) 差動(dòng)放大器的兩輸入信號(hào)ui1與ui2的大小相等 極性相反 則稱為差模信號(hào) 這種輸入方式稱為差模輸入方式 2 放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制能力的大小 反映了它對(duì)零漂的抑制水平 而對(duì)差模信號(hào)則進(jìn)行放大 3 若輸入的兩個(gè)信號(hào)既非共模信號(hào)又非差模信號(hào) 則差動(dòng)放大器只對(duì)其中的差模信號(hào)進(jìn)行放大 同時(shí)又對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行抑制 差動(dòng)放大器的輸入信號(hào)方式可分為A B A 共模輸入B 差模輸入C 同向輸入D 反向輸入 四 對(duì)零漂的抑制 1 利用電路的對(duì)稱性來(lái)抑制零漂 由于電路完全對(duì)稱 輸出電壓Uo 0 零漂被抑制 有時(shí)還可加一調(diào)零電位器RP 通過(guò)調(diào)整以確保輸出電壓Uo 0 如上圖所示 注意 差動(dòng)放大電路中利用電路的對(duì)稱性 只能抑制零漂 而不能完全消除零漂 所以差動(dòng)放大電路中并不是沒(méi)有零漂 2 利用發(fā)射極電阻Re的深度負(fù)反饋來(lái)抑制零漂 五 共模抑制比 放大電路的差模信號(hào)放大倍數(shù)Ad與共模信號(hào)放大倍數(shù)Ac之比 即KCMRR Ad Ac它反映了放大器質(zhì)量的好壞 即對(duì)零漂的抑制水平 六 差動(dòng)放大電路的輸出方式與電壓放大倍數(shù)的關(guān)系 1 雙端輸出 電壓放大倍數(shù)與每個(gè)單管放大器的電壓放大倍數(shù)相等 2 單端輸出 電壓放大倍數(shù)是每個(gè)單管放大器的電壓放大倍數(shù)的一半 5 放大電路中的反饋 一 反饋 將放大器輸出信號(hào)的一部分或全部 經(jīng)一定的電路送回到輸入端 與輸入信號(hào)合成的過(guò)程 稱為反饋 其中 Xi 原輸入信號(hào) Xd 凈輸入信號(hào)Xf 反饋信號(hào) Xo 輸出信號(hào) 二 反饋的分類 正反饋 引回的反饋信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào) 使放大器能力上升 負(fù)反饋 引回的反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào) 使放大器能力下降 直流反饋 對(duì)直流量起反饋?zhàn)饔?交流反饋 對(duì)交流量起反饋?zhàn)饔?電壓反饋 反饋信號(hào)與輸出電壓成正比 電流反饋 反饋信號(hào)與輸出電流成正比 串聯(lián)反饋 放大器的凈輸入信號(hào)由原輸入信號(hào)和反饋信號(hào)串聯(lián)而成 并聯(lián)反饋 放大器的凈輸入信號(hào)由原輸入信號(hào)和反饋信號(hào)并聯(lián)而成 由反饋網(wǎng)絡(luò)與放大器的輸入 輸出信號(hào)的不同而組成以下四種負(fù)反饋 1 串聯(lián)電壓負(fù)反饋2 并聯(lián)電壓負(fù)反饋3 串聯(lián)電流負(fù)反饋4 并聯(lián)電流負(fù)反饋 三 反饋的判斷 瞬時(shí)極性法1 正反饋與負(fù)反饋的判斷 2 并聯(lián)負(fù)反饋與串聯(lián)負(fù)反饋的判斷 從輸入端判斷 3 電流負(fù)反饋與電壓負(fù)反饋的判斷 從輸出端判斷 四 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 1 使電路的放大倍數(shù)降低 2 使電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性得到提高3 使放大信號(hào)的非線性失真減小 4 改變輸入 輸出電阻 輸入電阻Ri的變化與反饋的串聯(lián)或并聯(lián)有關(guān) 輸出電阻RO的變化與電壓反饋或電流反饋有關(guān) 5 展寬通頻帶 五 射極輸出器 P 141圖9 10 1 組成 輸出信號(hào)由發(fā)射極取出 實(shí)際上為共集電極電路 2 特點(diǎn) 1 放大電路的反饋系數(shù)為1 具有深度負(fù)反饋 2 電壓放大倍數(shù)接近于1 但略小于1 3 具有電流放大作用 4 輸出電壓與輸入電壓同相位 5 輸入電阻大 輸出電阻小 6 屬于串聯(lián)電壓負(fù)反饋 6 正弦波振蕩電路 一 振蕩的基本概念 1 自激振蕩 放大器的輸入端不接入外加信號(hào)時(shí) 其輸出端可以出現(xiàn)一定頻率和幅度的交流信號(hào)的現(xiàn)象叫自激振蕩 或者說(shuō) 能夠自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定頻率和一定幅度的交變振蕩的電路 稱為自激振蕩 2 自激振蕩產(chǎn)生的原因 主要是在電路中引入了正反饋 3 產(chǎn)生自激振蕩的條件 1 相位平衡條件 反饋信號(hào)必須與輸入信號(hào)同相位 電路必須有正反饋性質(zhì) 2 振幅平衡條件 反饋信號(hào)的幅值必須等于輸入信號(hào)的幅值 4 正弦波振蕩器的組成 1 放大部分 利用晶體管的放大作用 使電路有較大的輸出電壓 2 反饋部分 把輸出信號(hào)反饋到輸入端 讓電路產(chǎn)生自激振蕩 3 選頻部分 使電路只對(duì)某種頻率的信號(hào)能滿足自激振蕩和條件 二 LC正弦波振蕩器 用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器 1 變壓器反饋式振蕩器 通過(guò)互感實(shí)現(xiàn)耦合和反饋 很容易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和達(dá)到起振要求 效率高 應(yīng)用普遍 但頻率穩(wěn)定度不高 輸出波形不夠理想 如P 143圖9 15 a 2 電感三點(diǎn)式振蕩器 采用Lb和Lc緊耦合方式 容易起振 頻率調(diào)整范圍較寬 但輸出電壓中含有高次諧波 波形較差 頻率穩(wěn)定度不高 如P 143圖9 15 b 3 電容三點(diǎn)式振蕩器 電容Cb和Cc的容量可以選得很小 使電路的振蕩頻率較高 輸出波形較好 如P 143圖9 15 c 三 RC正弦波振蕩器 用RC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器 用于較低頻率 幾赫茲到幾千赫茲 的振蕩信號(hào)1 RC橋式正弦波振蕩器 P 143圖9 16 a 2 RC移相式正弦波振蕩器 P 143圖9 16 b 四 石英體振蕩器 用石英晶體作為選頻網(wǎng)絡(luò) 其頻率穩(wěn)定性較高 1 并聯(lián)型石英體振蕩器 P 144圖9 172 串聯(lián)型石英體振蕩器 P 144圖9 18 石英體振蕩器可分為A D兩種 A 串聯(lián)B 串并聯(lián)C 并聯(lián)D 混聯(lián) 7 集成運(yùn)算放大器 P 255一 運(yùn)算放大器的定義 是一種具有深度負(fù)反饋的 高增益 105以上 的多級(jí)直流放大器 二 運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端 1 輸入端 運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端 1 反相輸入端u 當(dāng)輸入電壓由反相輸入端u 輸入時(shí) 輸出電壓u0與輸入電壓u 反相位 2 同相輸入端u 當(dāng)輸入電壓由同相輸入端u 輸入時(shí) 輸出電壓u0與輸入電壓u 同相位 2 輸出端u0 三 運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 輸入級(jí) 采用差動(dòng)放大電路 有兩個(gè)輸入端 要求Ri較大 為了抑制零漂 2 中間級(jí) 由一級(jí)或多級(jí)放大器組成 主要用于電壓放大 要求Au較高 3 輸出級(jí) 有一個(gè)輸出端 與負(fù)載相連 要求Ro較小 以提高帶負(fù)載能力 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路主要由B C D組成 A 差動(dòng)級(jí)B 中間級(jí)C 輸入級(jí)D 輸出級(jí) 四 主要技術(shù)參數(shù) P 255 1 9 集成運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流愈小愈好 判斷 衡量一個(gè)集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路對(duì)稱程度的高低 是用輸入失調(diào)電壓來(lái)進(jìn)行判斷 運(yùn)算放大器的A B隨溫度改變而發(fā)生變化的漂移叫溫度漂移 A 輸入失調(diào)電壓B 輸入失調(diào)電流C 輸出失調(diào)電壓D 輸出失調(diào)電流 運(yùn)算放大器的A B所能承受的最高電壓值稱為最大差模輸入電壓 A 反相輸入端B 同相輸入端C 輸出端D 接地端 五 分析理想運(yùn)算放大器的兩條規(guī)則 1 理想運(yùn)算放大器 1 電壓放大倍數(shù)AV 2 輸入電阻Ri 3 輸出電阻RO02 分析理想運(yùn)算放大器的兩條規(guī)則 1 兩輸入端電流近似為零 即i 0 i 0 虛斷路 2 兩輸入端電壓近似相等 即u u 虛短路若為反相輸入 則u 0 虛地 六 幾種典型的運(yùn)算電路 將運(yùn)算放大器接上一定的反饋電路和外接元件 主要是求輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關(guān)系 1 反相比例運(yùn)算 1 電路構(gòu)成 1 輸入信號(hào)Ui由反相輸入端經(jīng)電阻R1輸入 2 同相輸入端接地 3 輸出信號(hào)經(jīng)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端 2 輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關(guān)系 反相比例運(yùn)算放大器輸出電壓Uo與輸入電壓Ui的關(guān)系為A B 2 同相比例運(yùn)算 1 電路構(gòu)成 1 輸入信號(hào)Ui由同相輸入端輸入 2 反相輸入端經(jīng)電阻R1接地 3 輸出信號(hào)經(jīng)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端 2 輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關(guān)系 同相比例運(yùn)算放大器輸出電壓Uo與輸入電壓Ui的關(guān)系為B C 3 加法運(yùn)算 1 電路構(gòu)成 1 所有的輸入信號(hào)U1 U2 U3由反相輸入端輸入 2 同相輸入端接地 3 輸出信號(hào)經(jīng)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端 2 輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關(guān)系 已知 Ui1 0 5V Ui2 1V Ui3 1V 則UO C E A 12 5VB 2 5VC 2 5VD 1VE 5 2V 4 減法運(yùn)算 1 電路構(gòu)成 1 輸入信號(hào)U1 U2分別由反相輸入端和同相輸入端經(jīng)電阻R1和R2輸入 2 輸出信號(hào)經(jīng)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端 2 輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關(guān)系 8 直流穩(wěn)壓電源 一 整流電路 1 單相半波整流 1 電路構(gòu)成及工作原理 電路圖與波形圖如下 只有一只二極管 利用二極管的單向?qū)щ娦?正向?qū)?反向截止 2 輸出直流電壓平均值 UL 0 45U2其中 U2為變壓器副邊交流電壓的有效值 3 二極管承受最高反向電壓 2 單相全波整流 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 28圖3 9 利用兩只二極管在一個(gè)周期內(nèi)輪流導(dǎo)通 正半周V1導(dǎo)通 負(fù)半周V2導(dǎo)通 故負(fù)載上可得到較高的輸出電壓 2 輸出直流電壓平均值 UL 0 9U2其中 U2為變壓器副邊交流電壓的有效值 3 二極管承受最高反向電壓 3 單相橋式整流 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 29圖3 10 利用四只二極管在一個(gè)周期內(nèi)兩兩輪流導(dǎo)通 正半周V1 V2導(dǎo)通 負(fù)半周V3 V4導(dǎo)通 故負(fù)載上可得到較高的輸出電壓 2 輸出直流電壓平均值 UL 0 9U2其中 U2為變壓器副邊交流電壓的有效值 3 二極管承受最高反向電壓 每只管子 單相橋式整流電路中 輸出直流電壓平均值UL和變壓器副邊交流電壓有效值U2的關(guān)系是B D A UL 0 45U2B UL 0 9U2C UL 0 7U2D UL 1 1 11U2 二 濾波電路 濾波 把脈動(dòng)的直流電變?yōu)槠交闹绷麟?保留脈動(dòng)電壓的直流成分盡量濾除它的交流成分稱為濾波 1 電容濾波電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 29圖3 12 利用電容的充 放電作用 使輸出電壓的平均值得到提高 并且脈動(dòng)系數(shù)減小 2 輸出直流電壓平均值 UL 1 1 1 4 U2一般地 UL 1 2U2 所以提高了輸出直流電壓平均值 波形見上頁(yè)圖所示 3 適用場(chǎng)合 只適用于負(fù)載電流較小并保持不變的場(chǎng)合 2 電感濾波電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 30圖3 13 利用電感元件對(duì)交流的 阻礙 作用 使流過(guò)電感元件的電流的變化變慢 達(dá)到減小脈動(dòng)電流的脈動(dòng)程度的目的 2 輸出直流電壓平均值 UL 0 7 0 8 U2雖然降低了輸出電壓 但波形平滑了 見上頁(yè)圖 3 適用場(chǎng)合 適用于負(fù)載電流較大且經(jīng)常變化的場(chǎng)合 3 復(fù)式濾波電路 將電容濾波和電感濾波結(jié)合在一起 1 LC濾波 P 30圖3 14 a 2 型濾波 分LC 型濾波和RC 型濾波兩種見P 30圖3 14 b c 4 電子濾波電路 三 穩(wěn)壓電路 1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 P 31圖3 172 串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路 由四部分組成 1 取樣環(huán)節(jié) 2 基準(zhǔn)環(huán)節(jié) 3 比較放大環(huán)節(jié) 4 調(diào)整環(huán)節(jié)晶體管串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源中的調(diào)整管起調(diào)整管壓降來(lái)保證輸出電壓穩(wěn)定的作用 單選 3 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路 效率最高 串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路的四個(gè)組成部分是B C D E A 變壓器環(huán)節(jié)B 取樣環(huán)節(jié)C 基準(zhǔn)環(huán)節(jié)D 比較放大環(huán)節(jié)E 調(diào)整環(huán)節(jié) 4 三端集成穩(wěn)壓器 就是把調(diào)整管 取樣放大 基準(zhǔn)電壓 啟動(dòng)和保護(hù)電路全部集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上 對(duì)外只有三個(gè)端頭的集成穩(wěn)壓電路 1 分類 1 三端固定電壓輸出穩(wěn)壓器 分為正極輸出和負(fù)極輸出2 三端可調(diào)電壓輸出穩(wěn)壓器 分為正極輸出和負(fù)極輸出 2 主要參數(shù) P 256 3 使用注意事項(xiàng) 有金屬封和塑料封兩種結(jié)構(gòu) 引腳的排列順序不盡相同 使用時(shí)須加以認(rèn)清 應(yīng)按要求裝上散熱片 三端集成穩(wěn)壓器可分為A B穩(wěn)壓器兩類 A 三端固定電壓輸出B 三端可調(diào)電壓輸出C 三端固定電流輸出D 三端可調(diào)電流輸出 9 晶閘管及其應(yīng)用 一 晶閘管的構(gòu)造和工作原理 1 結(jié)構(gòu)和符號(hào) P 146圖9 23 b c 1 結(jié)構(gòu) 為三端四層元件四層半導(dǎo)體 P1 N1 P2 N2 三個(gè)PN結(jié) P1N1 N1P2 P2N2 三個(gè)電極 陽(yáng)極A 陰極K 門極G 2 符號(hào) 見上頁(yè)圖2 工作原理 有電流流過(guò)晶閘管時(shí)稱為導(dǎo)通 反之稱為截止 1 晶閘管陽(yáng)極接直流電源正極 陰極接電源負(fù)極 此時(shí)晶閘管承受正向電壓 而門極電路開關(guān)S斷開 如下圖所示 此時(shí)電燈不亮 說(shuō)明晶閘管不導(dǎo)通 2 晶閘管陽(yáng)極接直流電源正極 陰極接電源負(fù)極 而門極電路開關(guān)S接通 即門極也加正向電壓 如下圖所示 此時(shí)電燈亮 說(shuō)明晶閘管導(dǎo)通 3 晶閘管一旦導(dǎo)通后 如果去掉門極上的電壓 即將開關(guān)S斷開 如下圖所示 電燈仍然亮 這表明晶閘管仍然導(dǎo)通 即晶閘管一旦導(dǎo)通后 門極就失去了控制作用 4 在晶閘管陽(yáng)極和陰極之間加反向電壓 如下圖所示 無(wú)論門極加不加電壓 晶閘管都不導(dǎo)通 5 在門極加反向電壓 而陽(yáng)極回路無(wú)論加正向電壓還是方向電壓 晶閘管都不導(dǎo)通 3 晶閘管導(dǎo)通的條件 1 晶閘管主電路必須加正向電壓 2 門極加上適當(dāng)?shù)恼螂妷?3 流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極電流必須大于摯 擎 住電流 摯 擎 住電流 晶閘管導(dǎo)通后去掉控制信號(hào) 要保持元件維持通態(tài)所需要的最小電流 約為維持電流的2 4倍 使晶閘管導(dǎo)通必須具備的條件是A B C A 晶閘管主電路必須加正向電壓B 門極加上適當(dāng)?shù)恼螂妷篊 流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極電流必須大于摯住電流D 晶閘管主電路必須加反向電壓 4 晶閘管的特點(diǎn) 1 晶閘管不僅具有反向阻斷能力 還具有正向阻斷能力 其正向?qū)ㄊ荛T極控制 2 晶閘管一旦導(dǎo)通 門極即失去控制作用 要重新關(guān)斷晶閘管 必須讓陽(yáng)極電流減小到低于其維持電流 維持電流 晶閘管導(dǎo)通后 從較大的通態(tài)電流下降到維持通態(tài)所必須的最小電流 二 晶閘管的主要參數(shù) P 145三 晶閘管型號(hào) P 146 四 晶閘管可控整流電路 以接電阻性負(fù)載為例 1 單相半波可控整流電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 147圖9 24 2 輸出電壓平均值 UL 0 45U2 1 COS 2其中 控制角 即晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下的不導(dǎo)通范圍 導(dǎo)通角 即晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下的導(dǎo)通范圍 且 180 3 每只晶閘管承受的最大峰值電壓為 U2 2 單相全波可控整流電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 174圖9 25 2 輸出電壓平均值 UL 0 9U2 1 COS 2 3 每只晶閘管承受的最大峰值電壓為2U2 3 單相半控橋式整流電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 147圖9 26 2 輸出電壓平均值 UL 0 9U2 1 COS 2 3 每只晶閘管承受的最大峰值電壓為U2 4 三相半波可控整流電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 147圖9 27 2 輸出電壓平均值 UL 2 34U2 1 COS 2 3 每只晶閘管承受的最大正反向峰值電壓為 U2 U2其中 U2為變壓器副邊 二次側(cè) 相電壓的有效值 每只晶閘管流過(guò)的平均電流是負(fù)載電流的1 3 4 每只晶閘管的最大導(dǎo)通角為120 5 當(dāng)負(fù)載為電感性時(shí) 負(fù)載電感量越大 導(dǎo)通角 越大 單相半波可控整流電路中 輸出直流電壓平均值UL和變壓器副邊交流電壓有效值U2的關(guān)系是A D A UL 0 45U2 1 COS 2B UL 0 9U2 1 COS 2C UL 0 7U2 1 COS 2D UL 1 2 22U2 1 COS 25 三相橋式半控整流電路 1 電路構(gòu)成及工作原理 P 256圖15 2 二極管V4 V5 V6的陽(yáng)極接在一起 陰極分別與對(duì)應(yīng)的晶閘管陽(yáng)極相連 并接到三相電源上 三只晶閘管V1 V2 V3的陰極接在一起 對(duì)外為正極 在三相電源作用下 任何時(shí)刻都有一只二極管的陰極電位最低而處于導(dǎo)通狀態(tài) 當(dāng)三只晶閘管中陽(yáng)極電位最高者又加上合適的觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通時(shí) 整流電路就有整流電壓UL輸出 改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的角度 即控制角 就可以改變整流輸出電壓的高低 2 輸出電壓平均值 UL 2 34U2 1 COS 2 3 每只晶閘管承受的最大峰值電壓為線電壓的最大值 即 URM U2 2 45U2其中 U2為變壓器副邊相電壓的有效值 4 每只晶閘管流過(guò)的平均電流是負(fù)載電流的1 3 6 晶閘管可控整流電路接電感性負(fù)載時(shí) 必須加接續(xù)流二極管 因?yàn)殡姼行载?fù)載中自感電動(dòng)勢(shì)的作用 使電流總是滯后于電壓的變化 當(dāng)電壓下降到零時(shí) 電流卻并不到零 在電壓過(guò)零變負(fù)后 只要電流大于維持電流 晶閘管便不能關(guān)斷 即當(dāng)負(fù)載上出現(xiàn)了負(fù)電壓后 晶閘管仍然導(dǎo)通 只有當(dāng)電流下降到維持電流以下時(shí) 晶閘管才能關(guān)斷 這種現(xiàn)象稱為 失控 為防止 失控 的出現(xiàn) 必須加接續(xù)流二極管 如下圖 對(duì)稱三相半控橋式整流電路帶大電感負(fù)載時(shí) 為防止失控 并接了續(xù)流二極管 已知 U2 100V RL 10 求 120 時(shí)輸出的平均電壓UL及負(fù)載的平均電流IL 分別為B C A 585VB 58 5VC 5 85AD 0 585A 五 帶平衡電抗器三相雙反星形可控整流電路 1 電路構(gòu)成與工作原理 P 257圖15 3 變壓器二次側(cè)有兩個(gè)繞組 都接成星形 同名端相反 平衡電抗器LP中心抽頭作為輸出電壓的負(fù)極 使兩組三相半波可控整流以180 相位差并聯(lián) 使得兩組可控整流電路中各有一只晶閘管導(dǎo)通且并聯(lián)工作 即每時(shí)刻都有兩只晶閘管導(dǎo)通 同時(shí)向負(fù)載供電 2 輸出電壓平均值 兩組輸出電壓相加的平均值 UL 1 2 ULI UL 1 17U2當(dāng)控制角為0 60 時(shí) UL 1 17U2COS 當(dāng)控制角為60 120 時(shí) UL 1 17U2 1 COS 60 3 每只晶閘管承受的最高正反向電壓為線電壓的最大值 即URM 2 45U2每只晶閘管流過(guò)的平均電流為負(fù)載電流的1 6 4 應(yīng)用 應(yīng)用在需要直流低壓大電流的電工設(shè)備中 帶平衡電抗器三相雙反星形可控整流電路一般應(yīng)用在需要A C的電工設(shè)備中 A 直流電壓較低B 直流電壓較高C 電流較大D 電流較小 六 斬波器 將直流電源的恒定電壓UG變換為可調(diào)直流電壓Ud的裝置稱為直流斬波器 1 電路組成與工作原理 P 257圖15 4斬波器內(nèi)以晶閘管作為直流開關(guān) 控制其接通與關(guān)斷 在負(fù)載上可得到大小可調(diào)的直流平均電壓Ud 其方框圖如下 其控制電路可改變斬波器的輸出脈沖寬度 和通斷時(shí)間T 1 f 2 輸出電壓平均值 Ud T UG其中 T 為電路的導(dǎo)通比 為輸出脈沖電壓的寬度T 為通斷時(shí)間3 直流斬波器的作用 把直流電源的電壓由固定的電壓變?yōu)榭烧{(diào)的電壓 七 逆變器 把直流電變換成交流電的過(guò)程稱為逆變 逆變器是變頻器的一種 晶閘管逆變器是一種將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿难b置 可分為以下兩種 A 電源逆變 由直流電逆變器交流電交流電網(wǎng)B 無(wú)源逆變 由直流電逆變器交流電 頻率可調(diào) 用電器 1 負(fù)載諧振式逆變器 P 257圖15 5是利用負(fù)載回路諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器中的換流 在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的晶閘管中頻電源等裝置中多采用負(fù)載諧振式逆變器 1 電路構(gòu)成 下圖為并聯(lián)諧振逆變器主電路 V1 V4和V2 V3兩對(duì)晶閘管構(gòu)成單相全控橋式電路 Ud為整流電路提供的直流電源 Ld為濾波電抗器 可使輸出直流Id保持連續(xù) 減小電流波紋 并限制中頻電流進(jìn)入電網(wǎng) 電感線圈L是負(fù)載 電容C是償電容 為了使負(fù)載呈容性 2 工作原理 四只晶閘管中 V1和V4 V2和V3分別被同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通 使得負(fù)載上得到與交替觸發(fā)脈沖頻率相等的交變電壓ua 改變兩組晶閘管的導(dǎo)通 截止時(shí)間 就可改變交變電壓ua的頻率 2 脈沖換流式逆變器 P 258圖15 6 1 電路構(gòu)成 下圖為單相電流型脈沖換流式逆變器的主電路圖 電抗器Ld的作用是使輸入電流Id維持恒定 C1與C2相等 稱為換流電容 V1 V4為兩對(duì)晶閘管構(gòu)成單相全控橋式電路 V5 V8為隔離二極管 RL為負(fù)載電阻 2 工作原理 V1 V4同時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通 V2 V3也是同時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通 在這兩組晶閘管被輪流觸發(fā)導(dǎo)通時(shí) 利用換流電容的作用 在負(fù)載RL上獲得頻率可調(diào)的交流電壓 3 特點(diǎn) 逆變器輸出的波形由負(fù)載性質(zhì)決定 負(fù)載為電阻性RL時(shí)其波形接近正弦波 只要改變觸發(fā)脈沖的頻率即可改變輸出電壓的頻率 目前 在籠型異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速器中多采用這種逆變器 常用逆變器根據(jù)換流方式的不同 分為A B A 負(fù)載諧振式B 脈沖式C 電源波動(dòng)D 斬波式 10 數(shù)字電路基礎(chǔ) 模擬信號(hào) 信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化數(shù)字信號(hào) 信號(hào)不連續(xù)變化的脈沖信號(hào)數(shù)字電路 用來(lái)處理數(shù)字信號(hào)的電路脈沖信號(hào) 變化不連續(xù) 持續(xù)時(shí)間可短至幾個(gè)微秒甚至幾個(gè)納秒 如 矩形波 鋸齒波 三角波 尖峰波等 一 晶體管的開關(guān)特性 1 二極管 正向?qū)?相當(dāng)于開關(guān)接通 反向截止 相當(dāng)于開關(guān)斷開 二極管由截止到導(dǎo)通所需的時(shí)間極短 可以忽略 但由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止過(guò)程 稱反向恢復(fù)過(guò)程 所需的時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間 則不可忽略 2 三極管 以NPN管共射極接法為例P 149圖9 32 1 飽和狀態(tài) 發(fā)射結(jié)與集電結(jié)皆處于正偏 當(dāng)基極輸入一定幅值的正脈沖時(shí) 三極管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài) 此時(shí)Ube 0 7V 而Uces 0 3V c e極之間近似短路 相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的接通 電路中有穩(wěn)定的電流流過(guò) 2 截止?fàn)顟B(tài) 發(fā)射結(jié)與集電結(jié)皆處于反偏 當(dāng)基極輸入負(fù)脈沖時(shí) 三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) 此時(shí)Ube 0 5V 而Ib 0 Ic 0 Uce UGB c e極之間近似開路 相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的斷開 在數(shù)字電路中 三極管主要工作在A B區(qū) A 飽和B 截止C 放大D 快速轉(zhuǎn)換 在數(shù)字電路中 三極管主要在A B兩個(gè)區(qū)域之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換 經(jīng)過(guò)放大區(qū)的時(shí)間是很短的 A 飽和B 截止C 放大D 基區(qū) 二 基本邏輯門電路 1 與 門電路 1 邏輯 與 只有當(dāng)條件都具備時(shí) 事件才能實(shí)現(xiàn) 表示為 P A B C 在正邏輯中以 1 表示A 以 0 表示B A 高電平B 低電平C 升高D 降低 2 與 門電路 由二極管組成P 150圖9 33 a 當(dāng)輸入端A與B與C全為高電平 1 3V 時(shí) 電源UGB 5V 經(jīng)電阻R向這三個(gè)輸入端流通電流 三管都導(dǎo)通 輸出端P的電位比3V略高 因二極管的管壓降硅管為0 7V 鍺管為0 3V 此處一般采用鍺管 但仍屬于 3V左右 這一范圍 因此輸出端P為 1 即其電位被鉗制在3V左右 當(dāng)輸入端不全為 1 而有一個(gè)或兩個(gè)為 0 電位為0V 時(shí) 例如A端為 0 因?yàn)?0 電位比 1 電位低 正電源將經(jīng)電阻R向處于 0 態(tài)的A端流通電流 V1優(yōu)先導(dǎo)通 這樣 二極管V1導(dǎo)通后 輸出端P的電位與處于 0 態(tài)的A端電位近似相等 因此P端為 0 二極管V2與V3因承受反向電壓而截止 把B C端的高電位與輸出端P隔離開了 A 邏輯關(guān)系 輸入全 1 出 1 有 0 出 0 B 邏輯符號(hào) P 150圖9 33 b 2 或 門電路 1 邏輯 或 只要有一個(gè)條件具備 事件便可實(shí)現(xiàn) 只有條件全不具備時(shí) 事件才不能實(shí)現(xiàn) 表示為 P A B C 2 或 門電路 見P 150圖9 34由二極管組成 如果A端為 1 設(shè)其電位為3V 則A端電位比B C 電位為 0 高 電流從A端經(jīng)V1和R流向電源負(fù)極 V1優(yōu)先導(dǎo)通 輸出端P電位近似等于A端電位3V 略低 因有管壓降 因此輸出為 1 P端的電位比其它兩輸入端B與C為高 V2 V3因承受反向電壓而截止 如果有一個(gè)以上的輸入端為 1 時(shí) 輸出端P也為 1 只有當(dāng)三個(gè)輸入端全部都為 0 時(shí) 輸出端P才為 0 A 邏輯關(guān)系 輸入全 0 出 0 有 1 出 1 B 邏輯符號(hào) P 150圖9 34 b 3 非 門電路 1 邏輯 非 輸出總是輸入的否定 表示為 P 2 非 門電路 見P 151圖9 35由三極管組成 當(dāng)輸入端A為高電平 1 3V 時(shí) 三極管飽和 其集電極即輸出端P為低電平 0V 當(dāng)A為低電平 0 0V 時(shí) 三極管截止 輸出端P為高電平 1 其電位接近于UGB 加負(fù)電源 UGB是為了使三極管可靠的截止 A 邏輯關(guān)系 入 1 出 0 入 0 出 1 B 邏輯符號(hào) P 151圖9 35 b 4 復(fù)合門電路 把基本的 與 或 非 門電路分別組合在一起 可以構(gòu)成許多復(fù)雜的門電路 1 與非 門電路 由 與 門和 非 門組合而成 A 邏輯關(guān)系 輸入全 1 出 0 有 0 出 1 表示為 B 邏輯符號(hào) P 151圖9 36 a 或非 門電路 由 或 門和 非 門組合而成A 邏輯關(guān)系 輸入全 0 出 1 有 1 出 0 表示為 B 邏輯符號(hào) P 151圖9 36 b n個(gè)邏輯變量 共有B個(gè)最小項(xiàng) A nB 2nC n2D 2n 1 三 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 邏輯代數(shù)又稱為布爾代數(shù) 1 三種基本的邏輯運(yùn)算 1 與 運(yùn)算 亦稱邏輯乘 P A B 2 或 運(yùn)算 亦稱邏輯加 P A B 3 非 運(yùn)算 亦稱邏輯非 P 2 邏輯代數(shù)的基本定律 P 151 1 自等律 A 0 A A 1 A 2 0 1律 A 1 1 A 0 0 3 互補(bǔ)律 A 1 A 0 4 重疊律 A A A A A A 5 還原律 A 6 交換律 A B B A A B B A 7 分配律 A B C AB AC A BC A B A C 8 結(jié)合律 A B C A B C A C B A B C A B C A C B 9 反演律 摩根定律 10 吸收律 A A B A A A B A A B A B A B A C A BC 11 其他常用恒等式 AB C BC AB C AB C BCD AB C 3 邏輯代數(shù)的基本規(guī)則 1 代入規(guī)則 2 反演規(guī)則 3 對(duì)偶規(guī)則 四 集成邏輯門電路1 TTL集成 與非 門電路 1 TTL集成 與非 門電路的組成 TTL集成 與非 門電路的輸入端和輸出端采用的都是三極管 因此又稱為晶體管 晶體管邏輯電路 其英文簡(jiǎn)稱為TTL 因?yàn)榫w管是雙極型元件 故稱為雙極型集成門電路 下圖 a 為CT54 74H系列的典型電路圖 b 為其邏輯圖 P 260圖15 8 1 輸入級(jí)V3 為多發(fā)射極三極管 它相當(dāng)于發(fā)射極獨(dú)立而基極和集電極分別并在一起的三極管 其發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均可近似地看作二極管 起到二極管 與 門電路的作用 當(dāng)集成邏輯 與非 門某一輸入端接地 而其余輸入端懸空時(shí) 流入這個(gè)輸入端的電流稱為輸入短路電流 2 倒 反 相級(jí)V4 V4的集電極和發(fā)射極輸出兩個(gè)相位相反的信號(hào) 起著直流放大的作用 驅(qū)動(dòng)V5和V7 3 輸出級(jí)V5 V6 V7 V5和V6組成復(fù)合管 輸入信號(hào)從V3管發(fā)射極加入 輸出信號(hào)從V7管集電極引出 使得當(dāng)V5 V6飽和導(dǎo)通時(shí) V7截止 當(dāng)V5 V6截止時(shí) V7飽和導(dǎo)通 TTL集成邏輯門電路內(nèi)部大多是由A B D組成A 輸入級(jí)B 輸出級(jí)C 同相級(jí)D 反相級(jí) TTL集成邏輯門電路的A B D都是采用三極管結(jié)構(gòu) A 輸入端B 輸出端C 同相級(jí)D 反相級(jí) 2 邏輯功能 當(dāng)輸入端全為 1 時(shí) 輸出為 0 當(dāng)輸入端不全為 1 時(shí) 輸出為 1 3 主要參數(shù) P 260 1 8 TLL 與非 門電路參數(shù)中的扇出系數(shù)N0表示 與非 門的輸出端最多能接幾個(gè)同類的 與非 門 判斷 2 CMOS集成邏輯門電路 1 MOS門電路的組成 由金屬 氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的集成電路簡(jiǎn)稱MOS電路 MOS管作為開關(guān)元件 因?yàn)镸OS管是一種單極型元件 故稱為單極型集成門電路 2 分類 1 N溝道 增強(qiáng)型和耗盡型2 P溝道 增強(qiáng)型和耗盡型 3 CMOS門電路 又稱為互補(bǔ)對(duì)稱式門電路 它兼有N型和P型兩種溝道的MOS管 其優(yōu)點(diǎn)是工作速度高 靜態(tài)功耗低 1 CMOS集成電路的特點(diǎn) 與TTL集成電路相比較 優(yōu)點(diǎn) 靜態(tài)功耗低 電源電壓范圍寬 輸入阻抗高 扇出能力強(qiáng) 抗干擾能力強(qiáng) 邏輯擺幅大 溫度穩(wěn)定性好 缺點(diǎn) 工作速度低于TTL電路 功耗隨頻率的升高顯著增大 2 CMOS 非 門電路 又稱為CMOS反相器 由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成互補(bǔ)工作狀態(tài) 如P 261圖15 9所示 邏輯功能 當(dāng)輸入端全為 1 時(shí) 輸出為 0 當(dāng)輸入端為 0 時(shí) 輸出為 1 實(shí)現(xiàn)反相 3 CMOS 與非 門電路 有兩個(gè)以上CMOS反相器P溝道增強(qiáng)型MOS管源極和漏極分別并接 N溝道增強(qiáng)型MOS管串接而成 如P 261圖15 10所示 邏輯功能 當(dāng)兩個(gè)輸入端全為 1 時(shí) 輸出為 0 當(dāng)輸入端中有一個(gè)或全部為 0 時(shí) 輸出為 1 4 CMOS 或非 門電路 將兩個(gè)CMOS反相器的開關(guān)管部分并聯(lián) 負(fù)載管部分串聯(lián)構(gòu)成 如P 261圖15 11所示 邏輯功能 當(dāng)兩個(gè)輸入端全為 1 或其中一個(gè)輸入端為 1 時(shí) 輸出為 0 只有當(dāng)兩個(gè)輸入端全為 0 時(shí) 輸出才為 1 4 NMOS門電路 1 NMOS 非 門電路2 NMOS 與非 門電路3 NMOS 或非 門電路 五 組合邏輯電路 1 組合邏輯電路的特點(diǎn) 在任意時(shí)刻的輸出狀態(tài)僅取決于該時(shí)刻的輸入狀態(tài) 而與輸入信號(hào)作用前電路所處的狀態(tài)無(wú)關(guān) 即組合邏輯電路的輸入與輸出之間的關(guān)系具有即時(shí)性 在組合邏輯電路中 數(shù)字信號(hào)是單向傳遞的 即只有從輸入到輸出的傳遞 而沒(méi)有從輸出到輸入的傳遞 2 組合邏輯門電路的分析方法 步驟如下 已知邏輯圖寫出邏輯式運(yùn)用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)或變換列邏輯狀態(tài)表 真值表 分析邏輯功能 寫出下圖電路的邏輯表達(dá)式P A C A A BB A BC A B A B D A B A B 例1 寫出下圖電路的邏輯表達(dá)式 例2 寫出下圖電路的邏輯表達(dá)式 3 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 步驟如下已知邏輯要求列出邏輯狀態(tài)表寫出邏輯表達(dá)式運(yùn)用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)或變換畫出邏輯圖 例3 設(shè)計(jì)一個(gè)有A B C三個(gè)輸入端 一個(gè)輸出端P的邏輯電路 用 與非 門組成 它的邏輯功能是 A和B都是1或A和C都是0時(shí) P為1 否則P為0 解 1 按邏輯要求列出邏輯狀態(tài)表 真值表 如下 2 由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯表達(dá)式 3 按要求運(yùn)用邏輯代數(shù)進(jìn)行變換或化簡(jiǎn) 變換為最簡(jiǎn)形式的 與非 門 4 畫出邏輯圖 用 與非 門 六 集成觸發(fā)器 A 觸發(fā)器 是一種基本邏輯元件 它具有 記憶 功能 可作儲(chǔ)存和計(jì)數(shù)之用 B 觸發(fā)器的分類 1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 3 無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 亦稱為多諧振蕩器 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原先處于 1 態(tài) 想讓它翻轉(zhuǎn)為 0 態(tài) 可采用的觸發(fā)方式是單邊觸發(fā) 若觸發(fā)脈沖過(guò)窄 將會(huì)使電路出現(xiàn)觸發(fā)而不翻轉(zhuǎn)的后果 以下討論的皆為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 按其邏輯功能可作如下分類 1 基本RS觸發(fā)器 1 邏輯電路及邏輯符號(hào) P 262圖15 12基本RS觸發(fā)器由兩個(gè) 與非 門作正反饋閉環(huán)連接而構(gòu)成 它有兩個(gè)輸入端為R和S 有兩個(gè)輸出端為Q與 Q與在正常狀態(tài)下總能保持相反 即當(dāng)一個(gè)輸出端為 0 時(shí) 另一個(gè)必定為 1 2 邏輯表達(dá)式 3 置位與復(fù)位 觸發(fā)器Q端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài) 當(dāng)Q 1 0時(shí)稱為置位狀態(tài) 亦稱 1 態(tài) 當(dāng)Q 0 1時(shí)稱為復(fù)位狀態(tài) 亦稱 0 態(tài) 4 置 1 端與置 0 端 當(dāng)S 0 R 1時(shí)使觸發(fā)器置 1 亦稱置位 故稱S端為置 1 端 當(dāng)S 1 R 0時(shí)使觸發(fā)器置 0 亦稱復(fù)位 故稱R端為置 0 端 2 時(shí)鐘脈沖控制的RS觸發(fā)器 亦稱為同步RS觸發(fā)器 時(shí)鐘脈沖 CP 1 邏輯電路及邏輯符號(hào) P 262圖15 13 2 觸發(fā)沿 前沿 即上升沿 其中 Qn 表示時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前觸發(fā)器的輸出狀態(tài) 即初態(tài) Qn 1 表示時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后觸發(fā)器的輸出狀態(tài) 即次態(tài) SR 0 指不允許將S和R同時(shí)取為 1 3 D觸發(fā)器 具有鎖存數(shù)據(jù)的功能 1 邏輯電路及邏輯符號(hào) P 263圖15 14 2 觸發(fā)沿 前沿 即上升沿 3 邏輯功能 輸出端Q的狀態(tài)隨著輸入端D的狀態(tài)而變化 但總比輸入端狀態(tài)的變化晚一步 即某個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后輸出端Q的狀態(tài)和該脈沖到來(lái)之前輸入端D的狀態(tài)一樣 4 特征方程 D觸發(fā)器具有鎖存數(shù)據(jù)的功能 即C D的功能 A 存儲(chǔ)B 譯碼C 置1D 置0 4 T觸發(fā)器 1 邏輯電路及邏輯符號(hào) P 263圖15 15 2 觸發(fā)沿 前沿 即上升沿 3 邏輯功能 特點(diǎn) 每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖 觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次 具有計(jì)數(shù)功能 4 特征方程 T觸發(fā)器廣泛應(yīng)用于A B A 計(jì)數(shù)電路B 分頻電路C 存儲(chǔ)電路D 譯碼電路 5 JK觸發(fā)器 1 邏輯電路及邏輯符號(hào) P 264圖15 17 2 觸發(fā)沿 主從型JK觸發(fā)器為后沿 即下降沿 觸發(fā) 3 特征方程 七 時(shí)序邏輯電路 數(shù)字電路可分為以下兩類 1 組合邏輯電路 它的輸出變量狀態(tài)完全由當(dāng)時(shí)的輸入變量的組合狀態(tài)來(lái)決定 而與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān) 也就是組合電路不具有 記憶 功能 組合邏輯電路的基本單元是門電路 如 加法器 包括半加器和全加器 編碼器 譯碼器和數(shù)碼顯示器等 2 時(shí)序邏輯電路 它的輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài) 而且還與電路的原來(lái)狀態(tài)有關(guān) 也就是時(shí)序電路具有 記憶 功能 時(shí)序邏輯電路的基本單元是觸發(fā)器 如 寄存器 計(jì)數(shù)器和集成定時(shí)器等 1 寄存器 由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組成 其功能是存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼 A 寄存器按其存放數(shù)碼的方式有并行和串行兩種 并行方式就是數(shù)碼各位從各對(duì)應(yīng)位輸入端同時(shí)輸入到寄存器中 串行方式就是數(shù)碼各位從一個(gè)輸入端逐一輸入到寄存器中 B 寄存器取出數(shù)碼的方式也有并行和串行兩種 在并行方式中 被取出的數(shù)碼各位在對(duì)應(yīng)于各位的輸出端上同時(shí)出現(xiàn) 而在串行方式中 被取出的數(shù)碼在一個(gè)輸出端逐一出現(xiàn) 1 數(shù)碼寄存器 只有寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼的功能 而無(wú)移位功能 其內(nèi)部電路主要是由觸發(fā)器組成 A 雙拍工作方式 P 264圖15 18優(yōu)點(diǎn) 電路簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 每次接受數(shù)據(jù)必須給兩個(gè)脈沖 操作不方便 B 單拍工作方式 P 264圖15 19優(yōu)點(diǎn) 當(dāng)CP正脈沖接受指令到達(dá)時(shí) 觸發(fā)器同步翻轉(zhuǎn) 寄存數(shù)據(jù)不需要清除原來(lái)數(shù)據(jù)的過(guò)程 只要CP 1信號(hào)一到 新的數(shù)據(jù)就會(huì)存入 缺點(diǎn) 電路較雙拍復(fù)雜 2 移位寄存器 不僅有存放數(shù)碼而且有移位的功能 即可以將數(shù)碼向左移 也可以將數(shù)碼向右移 移位 每當(dāng)來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖 觸發(fā)器的狀態(tài)便向左或向右移一位 也就是寄存器的數(shù)碼可以在移位脈沖的控制下依次進(jìn)行移位 P 265圖15 20即為一個(gè)四位左移位寄存器 2 計(jì)數(shù)器 是一種能夠記錄脈沖數(shù)目的裝置 其內(nèi)部電路主要由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成 按進(jìn)位制分 有二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩種 按運(yùn)算功能分 有加法計(jì)數(shù)器 減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器三種 按各個(gè)觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)分 有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器兩種 1 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 只有 1 和 0 兩個(gè)數(shù)碼 逢二進(jìn)一 由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有 1 和 0 兩個(gè)狀態(tài) 所以一個(gè)觸發(fā)器可以表示一位二進(jìn)制數(shù) 若要表示n位二進(jìn)制數(shù) 就得用n個(gè)觸發(fā)器 凡具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的器件 都可以構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 A 同步加法 遞增 計(jì)數(shù)器 P 265圖15 22同步 計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)加到各位觸發(fā)器的CP端 它們的狀態(tài)變換和計(jì)數(shù)脈沖同步 利用時(shí)鐘脈沖去觸發(fā)計(jì)數(shù)器中所有觸發(fā)器 使之發(fā)生狀態(tài)變換的計(jì)數(shù)器 稱為同步計(jì)數(shù)器 加法計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)前先清零 每輸入一個(gè)脈沖 就進(jìn)行一次加一運(yùn)算 B 同步減法 遞減 計(jì)數(shù)器 減法計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)前先置1 每輸入一個(gè)脈沖 就進(jìn)行一次減一運(yùn)算 C 異