數(shù)字電路入門課件

第一章數(shù)字電路基礎(chǔ)

1.1數(shù)字電路的基本概念

一、數(shù)字信號的特點數(shù)字信號在時間上和數(shù)值上均是離散的。數(shù)字信號在電路中常表現(xiàn)為突變的電壓或電流。

圖1.1.1典型的數(shù)字信號第一章數(shù)字電路基礎(chǔ)1.1數(shù)字電路的基1

有兩種邏輯體制：

正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯1，低電平為邏輯0。

負(fù)邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯1，高電平為邏輯0。

如果采用正邏輯，圖1.1.1所示的數(shù)字電壓信號就成為下圖所示邏輯信號。

二、正邏輯與負(fù)邏輯

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1和邏輯0）。有兩種邏輯體制：二、正邏輯與負(fù)邏輯2

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：Vm——信號幅度。T——信號的重復(fù)周期。tW——脈沖寬度。q——占空比。其定義為：

三、數(shù)字信號的主要參數(shù)

一個理想的周期3下圖所示為三個周期相同（T=20ms），但幅度、脈沖寬度及占空比各不相同的數(shù)字信號。下圖所示為三個周期相同（T=20ms），但幅4

1.2數(shù)制例1.2.1將二進(jìn)制數(shù)10011.101轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。解：將每一位二進(jìn)制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，可得(10011.101)B＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＝（19.625)D一、幾種常用的計數(shù)體制

1.十進(jìn)制(Decimal)

2.二進(jìn)制(Binary)

3.十六進(jìn)制(Hexadecimal)與八進(jìn)制（Octal）二、不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換

1．二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制1.2數(shù)制例1.2.1將二進(jìn)制5例1.2.2將十進(jìn)制數(shù)23轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

解：用“除2取余”法轉(zhuǎn)換:

2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制則（23)D=（10111)B例1.2.2將十進(jìn)制數(shù)23轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

解：用“除26

1.3二—十進(jìn)制碼（BCD碼）

BCD碼——用二進(jìn)制代碼來表示十進(jìn)制的0～9十個數(shù)。

要用二進(jìn)制代碼來表示十進(jìn)制的0～9十個數(shù)，至少要用4位二進(jìn)制數(shù)。

4位二進(jìn)制數(shù)有16種組合，可從這16種組合中選擇10種組合分別來表示十進(jìn)制的0～9十個數(shù)。

選哪10種組合，有多種方案，這就形成了不同的BCD碼。

1.3二—十進(jìn)制碼（BCD碼）BC7

1.4數(shù)字電路中的二極管與三極管(1)加正向電壓VF時，二極管導(dǎo)通，管壓降VD可忽略。二極管相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)。一、二極管的開關(guān)特性1．二極管的靜態(tài)特性1.4數(shù)字電路中的二極管與三極管(1)加正向電壓V8

可見，二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓vi控制的開關(guān)。當(dāng)外加電壓vi為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開”態(tài)與“關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就是二極管開關(guān)的動態(tài)特性。(2)加反向電壓VR時，二極管截止，反向電流IS可忽略。二極管相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)。

9

2．二極管開關(guān)的動態(tài)特性

給二極管電路加入一個方波信號，電流的波形怎樣呢？ts為存儲時間，tt稱為渡越時間，tre＝ts十tt稱為反向恢復(fù)時間。2．二極管開關(guān)的動態(tài)特性10

反向恢復(fù)時間：tre＝ts十tt產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因：反向恢復(fù)時間tre就是存儲電荷消散所需要的時間。

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(fù)時間要小得多，一般可以忽略不計。反向恢復(fù)時間：tre＝ts十tt產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因11二、三極管的開關(guān)特性1．三極管的三種工作狀態(tài)

（1）截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)VI小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，IB＝ICBO≈0，IC＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三極管工作在截止區(qū)，對應(yīng)圖1.4.5（b）中的A點。

三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小于死區(qū)電壓二、三極管的開關(guān)特性1．三極管的三種12此時，若調(diào)節(jié)Rb↓，則IB↑，IC↑，VCE↓，工作點沿著負(fù)載線由A點→B點→C點→D點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區(qū)，其特點為IC＝βIB。三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

（2）放大狀態(tài)：當(dāng)VI為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管導(dǎo)通。有

此時，若調(diào)節(jié)Rb↓，則IB↑，IC↑，VCE↓，工作13

若再減小Rb，IB會繼續(xù)增加，但I(xiàn)C已接近于最大值VCC/RC，不會再增加，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)。飽和時的VCE電壓稱為飽和壓降VCES，其典型值為：VCES≈0.3V。

三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：IB＞IBS電壓條件為：集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均正偏

（3）飽和狀態(tài)：保持VI不變，繼續(xù)減小Rb，當(dāng)VCE＝0.7V時，集電結(jié)變?yōu)榱闫Q為臨界飽和狀態(tài)，對應(yīng)圖（b）中的E點。此時的集電極電流稱為集電極飽和電流，用ICS表示，基極電流稱為基極臨界飽和電流，用IBS表示，有:若再減小Rb，IB會繼續(xù)增加，但I(xiàn)C已接近于最大值VCC/14數(shù)字電路入門課件15解：根據(jù)飽和條件IB＞IBS解題。例1.4.1電路及參數(shù)如圖1.4.6所示，設(shè)輸入電壓VI=3V，三極管的VBE=0.7V。（1）若β＝60，試判斷三極管是否飽和，并求出IC和VO的值。（2）將RC改為6.8kW，重復(fù)以上計算?！逫B＞IBS∴三極管飽和。

IB不變，仍為0.023mA

∵IB＜IBS∴三極管處在放大狀態(tài)。解：根據(jù)飽和條件IB＞IBS解題。例1.4.1電路及參16（3）將RC改為6.8kW，再將Rb改為60kW，重復(fù)以上計算。由上例可見，Rb、RC、β等參數(shù)都能決定三極管是否飽和。該電路的則飽和條件可寫為：即在VI一定（要保證發(fā)射結(jié)正偏）和VCC一定的條件下，Rb越小，β越大，RC越大，三極管越容易飽和。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(dǎo)通時為飽和導(dǎo)通。

IBS≈0.029mA∵IB＞IBS∴三極管飽和。

＞

（3）將RC改為6.8kW，再將Rb改為60kW，重復(fù)以上計17

2．三極管的動態(tài)特性（1）延遲時間td——從輸入信號vi正跳變的瞬間開始，到集電極電流iC上升到0.1ICS所需的時間

（2）上升時間tr——集電極電流從0.1ICS上升到0.9ICS所需的時間。（3）存儲時間ts——從輸入信號vi下跳變的瞬間開始，到集電極電流iC下降到0.9ICS所需的時間。（4）下降時間tf——集電極電流從0.9ICS下降到0.1ICS所需的時間。

2．三極管的動態(tài)特性（1）延遲時間td——18一、基本邏輯運算與邏輯舉例：設(shè)1表示開關(guān)閉合或燈亮；0表示開關(guān)不閉合或燈不亮，則得真值表。

1.5基本邏輯運算與運算——只有當(dāng)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(guān)系稱為與邏輯。1．與運算若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為一、基本邏輯運算與邏輯舉例：1.5基192．或運算——當(dāng)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(guān)系稱為或邏輯。

或邏輯舉例：

若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為：

L＝A+B

2．或運算——當(dāng)決定一件事情的幾個條件中，只要有一個或一個以203．非運算——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；條件不具備時事情才發(fā)生。非邏輯舉例：

若用邏輯表達(dá)式來描述，則可寫為：

3．非運算——某事情發(fā)生與否，僅取決于一個條件，而且是對該條21二、其他常用邏輯運算2．或非——由或運算和非運算組合而成。

1．與非——由與運算和非運算組合而成。二、其他常用邏輯運算2．或非——由或運算和非223．異或

異或是一種二變量邏輯運算，當(dāng)兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)值為0；當(dāng)兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為1。異或的邏輯表達(dá)式為：3．異或異或是一種二變量邏輯運算，當(dāng)兩個變量取值23

1.6邏輯函數(shù)及其表示方法解：第一步：設(shè)置自變量和因變量。

第二步：狀態(tài)賦值。

對于自變量A、B、C設(shè)：同意為邏輯“1”，不同意為邏輯“0”。對于因變量L設(shè)：事情通過為邏輯“1”，沒通過為邏輯“0”。一、邏輯函數(shù)的建立例1.6.1

三個人表決一件事情，結(jié)果按“少數(shù)服從多數(shù)”的原則決定，試建立該邏輯函數(shù)。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。1.6邏輯函數(shù)及其表示方法解：第一步：設(shè)置自24

一般地說，若輸入邏輯變量A、B、C…的取值確定以后，輸出邏輯變量L的值也唯一地確定了，就稱L是A、B、C的邏輯函數(shù)，寫作：

L=f（A，B，C…）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：（1）邏輯變量和邏輯函數(shù)只能取兩個值0和1。（2）函數(shù)和變量之間的關(guān)系是由“與”、“或”、“非”三種基本運算決定的。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：25

二、邏輯函數(shù)的表示方法例1.6.2列出下列函數(shù)的真值表：1．真值表——將輸入邏輯變量的各種可能取值和相應(yīng)的函數(shù)值排列在一起而組成的表格。2．函數(shù)表達(dá)式——由邏輯變量和“與”、“或”、“非”三種運算符所構(gòu)成的表達(dá)式。

由真值表可以轉(zhuǎn)換為函數(shù)表達(dá)式。例如，由“三人表決”函數(shù)的真值表可寫出邏輯表達(dá)式：

反之，由函數(shù)表達(dá)式也可以轉(zhuǎn)換成真值表。解：該函數(shù)有兩個變量，有4種取值的可能組合，將他們按順序排列起來即得真值表。二、邏輯函數(shù)的表示方法例1.6