數(shù)字電路基礎

1、數(shù)字電路基礎 有兩種邏輯體制：有兩種邏輯體制： 正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯1，低電平為邏輯，低電平為邏輯0。 負邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯負邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯1，高電平為邏輯，高電平為邏輯0。 如果采用正邏輯，圖所示的數(shù)字電壓信號就成為下圖所示邏輯信如果采用正邏輯，圖所示的數(shù)字電壓信號就成為下圖所示邏輯信號。號。 二、正邏輯與負邏輯二、正邏輯與負邏輯 數(shù)字信號是一種二值信號，用兩個電平（高電平和數(shù)字信號是一種二值信號，用兩個電平（高電平和低電平）分別來表示兩個邏輯值（邏輯低電平）分別來表示兩個邏輯值（邏輯10）。）。邏輯0邏輯1邏輯0邏輯1邏輯0 三、數(shù)字

2、信號的主要參數(shù)三、數(shù)字信號的主要參數(shù) 一個理想的周期性數(shù)字信號，可用以下幾個參數(shù)來描繪：一個理想的周期性數(shù)字信號，可用以下幾個參數(shù)來描繪： Vm信號幅度。信號幅度。 T信號的重復周期。信號的重復周期。 tW脈沖寬度。脈沖寬度。 q占空比。其定義為：占空比。其定義為： %100(%)WTtqVt (ms)0VmwtT 下圖所示為三個周期相同（圖所示為三個周期相同（T T=20ms=20ms），但幅度、脈沖寬度及占空），但幅度、脈沖寬度及占空比各不相同的數(shù)字信號。比各不相同的數(shù)字信號。Vt(V)(ms)501020304050Vt(V)(ms)01020304050Vt(V)(ms)0102030

3、40503.610(a)(b)(c) 1.2 1.2 數(shù)數(shù) 制制例例 將二進制數(shù)將二進制數(shù)10011.10110011.101轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解：解：將每一位二進制數(shù)乘以位權，然后相加，將每一位二進制數(shù)乘以位權，然后相加，可得可得(10011.101)(10011.101)B B1 12 24 40 02 23 30 02 22 21 12 21 11 12 20 01 12 21 10 02 22 21 12 23 3 （19.625)19.625)D D一、幾種常用的計數(shù)體制一、幾種常用的計數(shù)體制 1.1.十進制十進制(Decimal)(Decimal) 2. 2.二進制

4、二進制(Binary)(Binary) 3. 3.十六進制十六進制(Hexadecimal)(Hexadecimal)與八進制（與八進制（OctalOctal）二、不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 1 1二進制轉(zhuǎn)換成十進制二進制轉(zhuǎn)換成十進制231152122222余0余1余1余1余10bbbbb01234讀取次序例例 將十進制數(shù)將十進制數(shù)2323轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。解：解： 用用“除除2 2取余取余”法轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換: : 2.2.十進制轉(zhuǎn)換成二進制十進制轉(zhuǎn)換成二進制則（則（23)23)D D = =（10111)10111)B B 1.3 1.3 二二十進制碼（十進制

5、碼（ BCDBCD碼）碼） BCD BCD碼碼用二進制代碼來表示十進制的用二進制代碼來表示十進制的0 09 9十個數(shù)。十個數(shù)。 要用二進制代碼來表示十進制的要用二進制代碼來表示十進制的09十個數(shù)，至少十個數(shù)，至少要用要用4位二進制數(shù)。位二進制數(shù)。 4位二進制數(shù)有位二進制數(shù)有16種組合，可從這種組合，可從這16種組合中選擇種組合中選擇10種組合分別來表示十進制的種組合分別來表示十進制的09十個數(shù)。十個數(shù)。 選哪選哪10種組合，有多種方案，這就形成了不同的種組合，有多種方案，這就形成了不同的BCD碼。碼。 1.4 1.4 數(shù)字電路中的二極管與三極管數(shù)字電路中的二極管與三極管(1)(1)加正向電壓加

6、正向電壓V VF F時，二極管導通，管壓降時，二極管導通，管壓降V VD D可忽略?？珊雎?。二極管相當于一個閉合的開關。二極管相當于一個閉合的開關。一、二極管的開關特性一、二極管的開關特性1 1二極管的靜態(tài)特性二極管的靜態(tài)特性DVFIF(a)LRFKVFLRI(b) 可見，二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓可見，二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓vi控制的開控制的開關。當外加電壓關。當外加電壓vi為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在電壓的變化在“開開”態(tài)與態(tài)與“關關”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就是二極管開關的動態(tài)特性。過程就是二極管開關

7、的動態(tài)特性。(2)(2)加反向電壓加反向電壓V VR R時，二極管截止，反向電流時，二極管截止，反向電流I IS S可忽略。可忽略。二極管相當于一個斷開的開關。二極管相當于一個斷開的開關。DVRISLR(a)KLRVR(b) 2 2二極管開關的動態(tài)特性二極管開關的動態(tài)特性 給二極管電路加入給二極管電路加入一個方波信號，電流的一個方波信號，電流的波形怎樣呢？波形怎樣呢？ts為存儲時間，為存儲時間，tt稱為渡稱為渡越時間，越時間，trets十十tt稱為稱為反向恢復時間。反向恢復時間。+DLRivi(a) 反向恢復時間：反向恢復時間：t treret ts s十十t tt t產(chǎn)生反向恢復過程的原因：

8、產(chǎn)生反向恢復過程的原因：反向恢復時間反向恢復時間t trere就是存儲電荷消散所需要的時間。就是存儲電荷消散所需要的時間。+區(qū)區(qū)PN耗盡層LpnL區(qū)中電子區(qū)中空穴濃度分布濃度分布PN(a)(b)x 同理，二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄒ残枰獣r間，這段同理，二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄒ残枰獣r間，這段時間稱為開通時間。開通時間比反向恢復時間要小得多，時間稱為開通時間。開通時間比反向恢復時間要小得多，一般可以忽略不計。一般可以忽略不計。 二、三極管二、三極管的開關特性的開關特性1 1三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài) （1 1）截止狀態(tài)：當）截止狀態(tài)：當V VI I小于三極管發(fā)射結死區(qū)電壓時，小于三極

9、管發(fā)射結死區(qū)電壓時，I IB BI ICBOCBO00，I IC CI ICEOCEO00，V VCECEV VCCCC，三極管工作在截止區(qū)，對應圖（，三極管工作在截止區(qū)，對應圖（b b）中的）中的A A點。點。 三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結反偏或小于死區(qū)電壓三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結反偏或小于死區(qū)電壓+V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI 此時，若調(diào)節(jié)此時，若調(diào)節(jié)R Rb b，則，則I IB B，I IC C，V VCECE，工作點沿著負載線由，工作點沿著負載線由A A點

10、點B B點點C C點點D D點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區(qū)，點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區(qū)， 其特點為其特點為I IC CIIB B。 三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結正偏，集電結反偏三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結正偏，集電結反偏 （2 2）放大狀態(tài)：當）放大狀態(tài)：當V VI I為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管導通。有為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管導通。有 bIbBEIBRVRVVI+V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI 若再減小若再減小R Rb b，I IB B

11、會繼續(xù)增加，但會繼續(xù)增加，但I IC C已接近于最大值已接近于最大值V VCCCC/ /R RC C，不會再增加，不會再增加，三極管進入飽和狀態(tài)。飽和時的三極管進入飽和狀態(tài)。飽和時的V VCECE電壓稱為飽和壓降電壓稱為飽和壓降V VCESCES，其典型，其典型值為：值為：V VCESCES0.3V0.3V。 三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：I IB B I IBS BS 電壓條件為：集電結和發(fā)射結均正偏電壓條件為：集電結和發(fā)射結均正偏 （3 3）飽和狀態(tài)：保持）飽和狀態(tài)：保持V VI I不變，繼續(xù)減小不變，繼續(xù)減小R Rb b，當，當V VCECE 0.7

12、V0.7V時，集電時，集電結變?yōu)榱闫?，稱為臨界飽和狀態(tài)，對應圖（結變?yōu)榱闫?，稱為臨界飽和狀態(tài)，對應圖（b b）中的）中的E E點。此時的點。此時的集電極電流稱為集電極飽和電流，用集電極電流稱為集電極飽和電流，用I ICSCS表示，基極電流稱為基極表示，基極電流稱為基極臨界飽和電流，用臨界飽和電流，用I IBSBS表示，有表示，有: :CCCC0.7V-RVRVICCCSCCCCSBSRVII解：解： 根據(jù)飽和條件根據(jù)飽和條件IBIBS解題。解題。例例 電路及參數(shù)如圖所示，設輸入電壓電路及參數(shù)如圖所示，設輸入電壓VI=3V，三極管的，三極管的VBE=0.7V。（1 1）若）若6060，試判斷，試

13、判斷三極管三極管是否飽和，并求出是否飽和，并求出IC和和VO的值的值。（2）將）將RC改為改為6.8kW W，重復以上計算。，重復以上計算。+V+-T123RRbCCIVC（+12V）OV10k100k圖1.4.6 例1.4.1電路)mA0.023(1000.7-3BI)mA0.020(106012CCCBSRVIIBIBS 三極管飽和。 )mA1.2(1012CCCCSCRVIIV3 . 0CESOVVIB不變，仍為0.023mA )mA0.029(6.86012CCCBSRVIIBIBS 三極管處在放大狀態(tài)。 )mA1.4(0.02360BIIC)V2.48(6.81.4-12-CCCCC

14、EORIVVV（3）將）將RC改為改為6.8kW W，再將，再將Rb改為改為60kW W，重復以上計算。，重復以上計算。由上例可見，由上例可見，Rb 、RC 、等參數(shù)都能決等參數(shù)都能決定三極管是否飽和。定三極管是否飽和。該電路的則飽和條件可寫為：該電路的則飽和條件可寫為：即在即在VI一定（要保證發(fā)射結正偏）和一定（要保證發(fā)射結正偏）和VCC一定的條件下，一定的條件下，Rb越小，越小，越大，越大，RC越大，三極管越容易飽和。越大，三極管越容易飽和。在數(shù)字電路中總是合理在數(shù)字電路中總是合理地選擇這幾個參數(shù)，使三極管在導通時為飽和導通。地選擇這幾個參數(shù)，使三極管在導通時為飽和導通。+V+-T123R

15、RbCCIVC（+12V）OV10k100k圖1.4.6 例1.4.1電路)mA0.038(600.7-3BI IBS0.029 mAIBIBS 三極管飽和。 )mA1.76(6.812CCCCSRVIICV3 . 0CESOVVbIRVCCCRV 2 2三極管的動態(tài)特性三極管的動態(tài)特性（1 1）延遲時間）延遲時間t td d 從輸入信號從輸入信號v vi i正跳變的正跳變的 瞬間開始，到集電極電流瞬間開始，到集電極電流i iC C上升到上升到0.10.1I ICSCS所需的時間所需的時間 （2 2）上升時間）上升時間t tr r集電極電流從集電極電流從0.10.1I ICSCS上上升到升到0

16、.90.9I ICSCS所需的時間。所需的時間。（3 3）存儲時間）存儲時間t ts s從輸入信號從輸入信號v vi i下跳變的下跳變的瞬間開始，到集電極電流瞬間開始，到集電極電流i iC C下降到下降到0.90.9I ICSCS所需的時間。所需的時間。（4 4）下降時間）下降時間t tf f集電極電流從集電極電流從0.90.9I ICSCS下降下降到到0.10.1I ICSCS所需的時間。所需的時間。 一、一、 基本邏輯運算基本邏輯運算與邏輯舉例：與邏輯舉例：設設1 1表示開關閉合或燈亮；表示開關閉合或燈亮；0 0表示開關不表示開關不閉合或燈不亮，閉合或燈不亮，則得則得真值表真值表。 1.5

17、 1.5 基本邏輯運算基本邏輯運算與運算與運算只有當決定一件事情的條件全部具備之后，這件事情只有當決定一件事情的條件全部具備之后，這件事情才會發(fā)生。我們把這種因果關系稱為才會發(fā)生。我們把這種因果關系稱為與邏輯與邏輯。1 1與運算與運算BAL若用邏輯表達式若用邏輯表達式來描述，則可寫為來描述，則可寫為2 2或運算或運算當決定一件事情的幾個條件中，只要有一個或一個以當決定一件事情的幾個條件中，只要有一個或一個以上條件具備，這件事情就發(fā)生。我們把這種因果關系稱為或邏輯。上條件具備，這件事情就發(fā)生。我們把這種因果關系稱為或邏輯。 或邏輯舉例：或邏輯舉例： 若用邏輯表達式若用邏輯表達式來描述，則可寫為：

18、來描述，則可寫為： L LA A+ +B B 3 3非運算非運算某事情發(fā)生與否，僅取決于一個條件，而某事情發(fā)生與否，僅取決于一個條件，而且是對該條件的否定。即條件具備時事情不發(fā)生；且是對該條件的否定。即條件具備時事情不發(fā)生；條件不具備時事情才發(fā)生。條件不具備時事情才發(fā)生。非邏輯舉例：非邏輯舉例： 若用邏輯表達式來描述，若用邏輯表達式來描述，則可寫為：則可寫為： AL 二、其他常用邏輯運算二、其他常用邏輯運算2 2或非或非 由或運算和非運算組合而成。由或運算和非運算組合而成。 1 1與非與非 由與運算和非運算組合而成。由與運算和非運算組合而成。A B000011111110&ABL=AB

19、(a)(b)L=AB01A B1011L=A+BA00B1(a)(b)000L=A+B13 3異或異或 異或是一種二變量邏輯運算，當兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)異或是一種二變量邏輯運算，當兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)值為值為0 0；當兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為；當兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為1 1。 異或的邏輯表達式為：異或的邏輯表達式為：BAL1100(b)BA0A B10101(a)01L=A=1+AB+ B 1.6 1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法解：第一步：設置自變量和因變量。解：第一步：設置自變量和因變量。 第二步：狀態(tài)賦值。第二步：狀態(tài)賦值。 對于自變量對

20、于自變量A A、B B、C C設：設： 同意為邏輯同意為邏輯“1 1”， 不同意為邏輯不同意為邏輯“0 0”。 對于因變量對于因變量L L設：設： 事情通過為邏輯事情通過為邏輯“1 1”， 沒通過為邏輯沒通過為邏輯“0 0”。一、邏輯函數(shù)的建立一、邏輯函數(shù)的建立例例 三個人表決一件事情，結果按三個人表決一件事情，結果按“少數(shù)服從多數(shù)少數(shù)服從多數(shù)”的原則決定，的原則決定，試建立該邏輯函數(shù)。試建立該邏輯函數(shù)。第三步：根據(jù)題義及上述規(guī)定第三步：根據(jù)題義及上述規(guī)定 列出函數(shù)的真值表如表。列出函數(shù)的真值表如表。 一般地說，若輸入邏輯變量一般地說，若輸入邏輯變量A A、B B、C C的的取值確定以后，輸出

21、邏輯變量取值確定以后，輸出邏輯變量L L的值也唯的值也唯一地確定了，就稱一地確定了，就稱L L是是A A、B B、C C的邏輯函的邏輯函數(shù)，寫作：數(shù)，寫作： L L= =f（A A，B B，C C） 邏輯函數(shù)與普通代數(shù)中的函數(shù)相比較，有兩邏輯函數(shù)與普通代數(shù)中的函數(shù)相比較，有兩個突出的特點：個突出的特點：（1 1）邏輯變量和邏輯函數(shù)只能取兩個值）邏輯變量和邏輯函數(shù)只能取兩個值0 0和和1 1。（2 2）函數(shù)和變量之間的關系是由）函數(shù)和變量之間的關系是由“與與”、“或或”、“非非”三種基本運算決定的。三種基本運算決定的。 3 3邏輯圖邏輯圖邏輯圖是由邏輯符號及它們之間的連線而構成的圖形。邏輯圖是由邏輯符號及它們之間的連線而構成的圖形。由邏輯圖也可以寫出其相應由邏輯圖也可以寫出其相應的函數(shù)表達式。的函數(shù)表達式。例例 寫出如圖所示邏輯圖的函數(shù)表達式。寫出如圖所示邏輯圖的函數(shù)表達式。解：解：可由輸入至輸出逐步可由輸入至輸出逐步寫出邏輯表達式：寫出邏輯表達式：BABALACBCABL由函數(shù)表達式可以畫出其相應的邏輯圖。由函數(shù)表達式可以畫出其相應的邏輯圖。例例 畫出下列函數(shù)的邏