電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第2章電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)根底第2章電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)根底教學(xué)提示：本章共分六節(jié)，主要講述電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的根底知識(shí)和根底設(shè)計(jì)。前三節(jié)介紹了電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的根底知識(shí)：常用電子元器件的知識(shí)、常用工具軟件和常用電子儀器；后三節(jié)介紹了電子系統(tǒng)根底設(shè)計(jì)：模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)和集成電路設(shè)計(jì)。教學(xué)要求：通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的根底知識(shí)和電子系統(tǒng)的根底設(shè)計(jì)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定根底。第2章電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)根底2.1常用電子元器件2.2

模擬電路設(shè)計(jì)

2.3

數(shù)字電路設(shè)計(jì)

2.4集成電路設(shè)計(jì)2.5常用電子儀器2.6常用工具軟件2.1常用電子元器件任何電子電路都是由元器件組成的。常用的元器件有電阻器、電容器、電感器和各種半導(dǎo)體器件(如二極管、三極管、集成電路等)等。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)這些元器件的結(jié)構(gòu)、功能、主要參數(shù)性能和使用方法深入了解和熟練掌握。2.1.1電阻器、電容器、電感器及其應(yīng)用電阻器及其應(yīng)用電阻器(簡(jiǎn)稱電阻)在電路中常用R加數(shù)字表示，是電路元件中應(yīng)用最廣泛的一種。它主要應(yīng)用有限流、分壓、定時(shí)元件、電壓-電流轉(zhuǎn)換、阻抗匹配、利用熱敏電阻測(cè)溫或控溫等。電阻器在電子設(shè)備中占元件的30%以上，其質(zhì)量的好壞對(duì)電路工作的穩(wěn)定性有很大的影響。電阻器及其應(yīng)用電阻器的主要性能指標(biāo)

標(biāo)稱阻值：指標(biāo)注于電阻體上的名義阻值。其單位為歐(Ω)、千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。允許誤差：允許誤差是指電阻器或電位器的實(shí)際阻值對(duì)于標(biāo)稱阻值的最大允許偏差范圍。它表示產(chǎn)品的精度。額定功率：指在規(guī)定的環(huán)境溫度(25℃)和濕度下，長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作條件下，電阻器上允許消耗的最大功率。最高工作電壓：是由電阻器、電位器最大電流密度、電阻體擊穿及其結(jié)構(gòu)等因素所規(guī)定的工作電壓限度。電阻器及其應(yīng)用電阻器的分類按結(jié)構(gòu)可分為固定式和可變式兩大類。固定式電阻器由于制作材料和工藝不同，可分為膜式電阻、實(shí)芯式電阻、金屬線繞電阻RX和特殊電阻四種類型?？勺兪诫娮杩煞譃榛€式變阻器和電位器。其中應(yīng)用廣泛的是電位器。電位器按電阻材料分，可分為薄膜和繞線兩種。薄膜又可分為WTX型小型碳膜電位器、WTH型合成碳膜電位器、WS型有機(jī)實(shí)芯電位器、WHJ型精密合成膜電位器和WHD型多圈合成膜電位器等。電位器按調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式可分為旋轉(zhuǎn)式和直滑式兩種。電位器按結(jié)構(gòu)分，可分為單聯(lián)、多聯(lián)、帶開關(guān)、不帶開關(guān)等；開關(guān)形式又有旋轉(zhuǎn)式、推拉式、按鍵式等。電位器按用途分，可分為普通電位器、精密電位器、功率電位器、微調(diào)電位器和專用電位器等。電位器按阻值隨轉(zhuǎn)角變化關(guān)系分，可分為線性(X式即直線式)和非線性(D式即對(duì)數(shù)式和Z式即指數(shù)式)電位器。電阻器及其應(yīng)用電阻器的型號(hào)命名例如：RJ71—0.25—4.7kI型的命名含義。

由此可見，這是精密金屬膜電阻器，其額定功率為1/4W，標(biāo)稱電阻值為4.7kΩ，允許誤差為±5%。電阻器及其應(yīng)用電阻器的測(cè)量測(cè)量電阻的方法有很多，可用歐姆表、電阻電橋和數(shù)字歐姆表直接測(cè)量，也可通過測(cè)量流過電阻的電流I及電阻上的壓降V來(lái)間接測(cè)量。當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí)，可采用電阻電橋來(lái)測(cè)量電阻；當(dāng)測(cè)量精度要求不高時(shí)，可采用歐姆表來(lái)測(cè)量電阻。各種測(cè)量方法都必須離線，即線路上的電阻至少要斷開一端來(lái)進(jìn)行測(cè)量，以減少其他電路對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。電阻器及其應(yīng)用電阻器的選用常識(shí)①根據(jù)電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和電路的具體要求選用電阻的型號(hào)和誤差等級(jí)。②為提高電子設(shè)備的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，應(yīng)選用額定功率比實(shí)際功率大1.5～2倍的電阻。③電阻裝接前應(yīng)進(jìn)行測(cè)量、核對(duì)，尤其是在精密電子儀器設(shè)備裝配時(shí)，還需經(jīng)人工老化處理，以提高穩(wěn)定性。④在裝配電子儀器時(shí)，假設(shè)所用非色環(huán)電阻，那么應(yīng)將電阻標(biāo)稱值標(biāo)志朝上，且標(biāo)志順序一致，以便于觀察。⑤焊接電阻時(shí)，烙鐵停留時(shí)間不宜過長(zhǎng)。⑥選用電阻應(yīng)根據(jù)電路中信號(hào)頻率的上下來(lái)選擇。一個(gè)電阻可等效成一個(gè)R、L、C二端線性網(wǎng)絡(luò)，如圖2.2所示。不同類型的電阻，R、L、C三個(gè)參數(shù)的大小有很大差異。線繞電阻本身是電感線圈，所以不能用于高頻電路中；薄膜電阻中，假設(shè)電阻體上刻有螺旋槽的，工作頻率在10MHz左右，未刻有螺旋槽的，工作頻率更高。⑦電路中如需串聯(lián)或并聯(lián)電阻來(lái)獲得所需阻值時(shí)，應(yīng)考慮其額定功率。阻相同的電阻串聯(lián)或并聯(lián)，額定功率等于各個(gè)電阻額定功率之和；阻值不同的電阻串聯(lián)時(shí)，額定功率取決于高電阻；并聯(lián)時(shí)，額定功率取決于低電阻，且需計(jì)算方可使用。電容器及其應(yīng)用電容器(簡(jiǎn)稱電容)在電路中常用“C〞加數(shù)字表示，如：C5表示編號(hào)為5的電容。它是一種儲(chǔ)能元件，在電路中用于調(diào)諧、濾波、耦合、旁路、能量轉(zhuǎn)換和延時(shí)等。電容器的性能指標(biāo)：電容量：指電容器上加電壓后，存儲(chǔ)電荷的能力。常用單位：法(F)、微法(μF=10-6F)和皮法(pF=10-6μF)。標(biāo)稱電容量：指標(biāo)志于電容體上的名義電容量。我國(guó)固定式電容器標(biāo)稱電容量系列為E24、E12、E6。電解電容的標(biāo)稱容量參考系列為1，1.5，2.2，3.3，4.7，6.8(以μF為單位)。允許誤差：允許誤差是實(shí)際電容量對(duì)于標(biāo)稱電容量的最大允許偏差范圍。固定電容器的允許誤差分為8個(gè)等級(jí)。額定工作電壓指電容器在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，長(zhǎng)期、可靠地工作所能承受的最高電壓。常用固定電容器的直流工作電壓系列為6.3V，10V，16V，25V，40V，63V，100V，200V，400V。絕緣電阻：由于電容兩極之間的介質(zhì)不是絕對(duì)的絕緣體，它的電阻不是無(wú)限大，而是一個(gè)有限的數(shù)值，一般在1000MΩ以上。電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻，或者叫做漏電電阻。漏電電阻越小，漏電越嚴(yán)重。介質(zhì)損耗：電容器所損耗的能量稱為電容器損耗，包括金屬極板的損耗和介質(zhì)損耗兩局部。電容器及其應(yīng)用電容器的分類①按結(jié)構(gòu)可分為以下三種：固定電容器、半可變電容器〔也叫做微調(diào)電容〕、可變電容器。②按電容器介質(zhì)材料可分為以下幾種：紙介電容器、云母電容器、陶瓷電容器、鐵電陶瓷電容器、薄膜電容、聚苯乙烯薄膜電容器、金屬化紙介電容器、油浸紙介電容器、鋁電解電容器、鉭、鈮電解電容器。電容器的型號(hào)命名例如，CJX—250—0.33—±10%電容器的命名含義如下：電容器及其應(yīng)用電容器的簡(jiǎn)單測(cè)試電容器的簡(jiǎn)單測(cè)試：一般使用數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行電容器的測(cè)量是最方便的方法，測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)±1%；使用便攜式數(shù)字式元件測(cè)試儀測(cè)量電容也極方便，它還可以測(cè)出電容器的損耗；還可以利用數(shù)字電橋測(cè)量電容；對(duì)于工作在高頻電路的小容量電容器可使用高頻Q表進(jìn)行測(cè)量。

電容器及其應(yīng)用

電容器的選用常識(shí)：①在編寫元件表時(shí)，電容器應(yīng)用全稱，即電容器-額定直流電壓-標(biāo)稱容量-允許偏差表示。電解電容器可不注允許偏差。電源電路圖或特殊電路圖中的電解電容器除注明容量外必須標(biāo)注直流電壓。②電容器根據(jù)需要可串聯(lián)和并聯(lián)使用。并聯(lián)多用于增加電容量，并聯(lián)后額定直流電壓不變。用電容量串聯(lián)以提高工作電壓。③選用何種類型的電容器以及選用何種參數(shù)應(yīng)由電路決定。電感器及其應(yīng)用電感在電路中常用“L〞加數(shù)字表示，如：L6表示編號(hào)為6的電感。電感線圈是將絕緣的導(dǎo)線在絕緣的骨架上繞一定的圈數(shù)制成。常用電感的符號(hào)如圖2.4所示。(a)電感器(b)帶磁心的電感器(c)磁心有間隙的電感器(d)帶磁心連續(xù)可變電感器(e)帶固定抽頭的電感器(兩個(gè)抽頭)(f)步進(jìn)移動(dòng)觸點(diǎn)可變電感器(g)可變電感器圖2.4常用電感的符號(hào)電感器及其應(yīng)用電感器的性能指標(biāo)

電感量：指電感器上通有交流電流后，存儲(chǔ)電荷的能力。常用單位是：亨(H)、毫亨(mH=10-3H)和微亨(μH=10-6H)。標(biāo)稱電感量：指標(biāo)志于電感體上的名義電感量。

允許誤差：指實(shí)際電感量對(duì)于標(biāo)稱電感量的最大允許偏差范圍。常見的允許誤差為±5%、±10%、±20%。

額定工作電流額定工作電流：指電感器在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，長(zhǎng)期、可靠地工作所允許通過的最高電流。單位為毫安(mA)。

直流電阻：直流可通過線圈，直流電阻就是導(dǎo)線本身的電阻，壓降很??；單位為歐(Ω)。

品質(zhì)因數(shù)Q：當(dāng)交流信號(hào)通過線圈時(shí)，線圈兩端將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與外加電壓的方向相反，阻礙交流的通過，所以電感的特性是通直流阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/r，代表了電感器的能量的損耗情況。

電感器及其應(yīng)用電感器的分類

電感器分為空芯和磁芯兩大類型。

空芯電感器具有品質(zhì)因數(shù)高、分布電容小的優(yōu)點(diǎn)，所以在高頻和甚高頻電路中廣泛采用?？招倦姼衅鳠o(wú)成品出售。為減小電感的體積，在電子電路中廣泛采用磁芯電感器。固定電感器分臥式和立式兩種。電感器的型號(hào)命名

電感一般有直標(biāo)法和色標(biāo)法。直標(biāo)法直接將標(biāo)稱電感量和允許偏差標(biāo)注于電感上，如560μHⅡ表示標(biāo)稱電感量560μH，允許偏壓±10%。色標(biāo)法與電阻類似，如：棕、黑、金，金表示1μH(誤差5%)的電感。電感器及其應(yīng)用電感器的測(cè)試電感器可用便攜式數(shù)字式元件測(cè)試儀測(cè)量；使用電橋也極方便。對(duì)于工作在高頻電路的小容量電感器可使用高頻Q表進(jìn)行測(cè)量。電感器的選用①電感器在電路圖中必須標(biāo)注其電感量。②選用電感器必須注意其直流電阻值。小電流場(chǎng)合允許選用直流電阻較大(一般電感也較大)的電感，大電流場(chǎng)合受直流電阻的限制，一般選用的電感器的電感量也較大。③電感在電路中可與電容組成振蕩電路，在LC諧振中應(yīng)用的電感器，要注意對(duì)其品質(zhì)因數(shù)的要求。2.1.2二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管及其應(yīng)用二極管、三極管及場(chǎng)效應(yīng)管是組成分立元器件電子電路的核心器件。二極管具有單向?qū)щ娦?，可用于整流、檢波、穩(wěn)壓、混頻電路中。三極管和場(chǎng)效應(yīng)管具有放大作用和開關(guān)作用。這些器件的外殼上都印有規(guī)格和型號(hào)。半導(dǎo)體器件型號(hào)命名規(guī)那么例如：二極管及其應(yīng)用晶體二極管在電路中常用“D〞加數(shù)字表示，如：D5表示編號(hào)為5的二極管。常用二極管的外形和圖形符號(hào)如圖2.5所示。二極管內(nèi)部含有PN結(jié)，所以它的主要特性是單向?qū)щ娦裕簿褪窃谡螂妷旱淖饔孟?，?dǎo)通電阻很??；而在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無(wú)窮大。正因?yàn)槎O管具有上述特性，無(wú)繩機(jī)中常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護(hù)、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。圖2.5常用二極管外形及圖形符號(hào)二極管及其應(yīng)用二極管的特性參數(shù)①正向電流：在額定功率下，允許通過二極管的電流值。②正向電壓降：二極管通過額定正向電流時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。③最大整流電流(平均值)：在半波整流連續(xù)工作的情況下，允許的最大半波電流的平均值。④反向擊穿電壓：二極管反向電流急劇增大到出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時(shí)的反向電壓值。⑤反向峰值電壓：二極管正常工作時(shí)所允許的反向電壓峰值。⑥反向電流：在規(guī)定的反向電壓條件下流過二極管的反向電流值。⑦結(jié)電容：結(jié)電容包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容，在高頻場(chǎng)合下使用時(shí)，要求結(jié)電容小于某一規(guī)定數(shù)值。⑧最高工作頻率：二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡呓涣餍盘?hào)的頻率。二極管及其應(yīng)用二極管的分類二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。按照管芯結(jié)構(gòu)，二極管可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、光敏二極管和變?nèi)荻O管等。二極管及其應(yīng)用二極管的識(shí)別與簡(jiǎn)單測(cè)試①普通二極管的測(cè)試：二極管的極性通常在管殼上注有標(biāo)記，標(biāo)記箭頭所指向?yàn)殛帢O或有色點(diǎn)的一端為陽(yáng)極。如無(wú)標(biāo)記，可用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量其正反向電阻來(lái)判斷(一般用R×100或R×1k擋)。測(cè)試正向特性時(shí)，硅管的表針指示位置在中間或中間偏右一點(diǎn)；鍺管的表針指示在右端靠近滿刻度的地方說(shuō)明管子正向特性是好的。如果表針在左端不動(dòng)，那么管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。測(cè)試反向特性時(shí)，硅管的表針在左端根本不動(dòng)，即靠近∞位置；鍺管的表針從左端起動(dòng)一點(diǎn)，但不應(yīng)超過滿刻度的1/4，那么說(shuō)明反向特性是好的。如果表針指在0位，那么二極管內(nèi)部已短路。②普通發(fā)光二極管的測(cè)試：發(fā)光二極管出廠時(shí)，較長(zhǎng)的引線表示陽(yáng)極，較短的引線表示陰極。③紅外發(fā)光二極管的測(cè)試：由于紅外發(fā)光二極管發(fā)射1μm～3μm的紅外光，人眼看不到。所以利用上述可見光LED的檢測(cè)法只能判定其PN結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無(wú)法判定其發(fā)光情況正常否。紅外LED的正向壓降一般為1.3V～2.5V。用一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光電池)作接收器；用萬(wàn)用表測(cè)光電池兩端電壓的變化情況，來(lái)判斷紅外LED加上適當(dāng)正向電流后是否發(fā)射紅外光。④穩(wěn)壓二極管的測(cè)試：改變直流電源電壓，使之由零緩慢增加，穩(wěn)壓二極管兩端用直流電壓表監(jiān)視，當(dāng)直流電壓增加到一定值，穩(wěn)壓二極管反向擊穿，穩(wěn)壓二極管兩端電壓不再變化，電壓表所指示的電壓值就是該穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。二極管及其應(yīng)用二極管的選用常識(shí)：選用二極管要注意的幾個(gè)方面。①正向特性：在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)(鍺管小于0.1V，硅管小于0.5V)，管子不導(dǎo)通，處于“死區(qū)〞狀態(tài)，當(dāng)正向電壓超過一定數(shù)值后，管子才導(dǎo)通，電壓再稍微增大，電流急劇增加。不同材料的二極管，其起始導(dǎo)通電壓不同，硅管為0.5V～0.7V，鍺管為0.1V～0.3V。②反向特性：二極管兩端加上反向電壓時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓逐漸增加時(shí)，反向電流根本保持不變，這時(shí)的電流稱為反向飽和電流。不同材料的二極管，反向電流大小不同，硅管約為一微安到幾十微安，鍺管那么可高達(dá)數(shù)百微安，另外，反向電流受溫度變化的影響很大，鍺管的穩(wěn)定性比硅管差。③擊穿特性：當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。這時(shí)的反向電壓稱為反向擊穿電壓，不同結(jié)構(gòu)、工藝和材料制成的管子，其反向擊穿電壓值差異很大，可由一伏到幾百伏，甚至高達(dá)數(shù)千伏。④頻率特性：由于結(jié)電容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時(shí)，容抗小到使PN結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦?，不能工作，PN結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，越不能在高頻情況下工作。三極管及其應(yīng)用半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。晶體三極管在電路中常用“T〞加數(shù)字表示，(1)三極管的工作原理及分類：三極管顧名思義具有三個(gè)電極。三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個(gè)電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。這兩種類型的三極管從工作特性上可互相彌補(bǔ)，所謂OTL電路中的對(duì)管就是由PNP型和NPN型配對(duì)使用。常用三極管外形及圖形符號(hào)如圖2.6所示。圖2.6常用三極管外形及圖形符號(hào)三極管及其應(yīng)用三極管的主要參數(shù)①直流參數(shù)：共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)(倍)hfe或β；三極管的反向電流；三極管的擊穿電壓。②交流參數(shù)：共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β，公式(β＝ΔIc/ΔIb)；共基極交流放大系數(shù)α，公式(α＝ΔIc/ΔIe)；特征頻率Ft，公式β＝α/(1—α)，α＝β/(1—β)。③極限參數(shù)：最高允許結(jié)溫；反向擊穿電壓；集電極最大允許電容；集電極最大允許耗散功率。三極管及其應(yīng)用三極管的三種工作狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，此時(shí)稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。放大狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)為β，這時(shí)三極管處于放大狀態(tài)。電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。飽和導(dǎo)通狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管及其應(yīng)用三極管的識(shí)別與簡(jiǎn)單測(cè)試常用三極管的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝兩大類，引腳的排列方式具有一定的規(guī)律，如圖2.6所示對(duì)于小功率金屬封裝三極管，按底視圖位置放置，使三個(gè)引腳構(gòu)成等腰三角形的頂點(diǎn)上，按順時(shí)針方向依次為e、b、c；對(duì)于中小功率塑料三極管使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，那么從左到右依次為e、b、c；對(duì)于大功率三極管，外形一般分為F型和G型兩種。將F型管底朝上，兩根電極置于左側(cè)，那么上為e，下為b，底座為c；將G型管底朝下，三根電極置于左方，從最下電極起，按順時(shí)針方向依次為e、b、c。三極管的引腳必須正確確認(rèn)，否那么不但不能正常工作，還可能燒壞管子。在使用中不確定引腳排列的三極管，必須用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量確定各引腳正確的位置，或查找晶體管使用手冊(cè)，明確三極管的特性及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和資料。場(chǎng)效應(yīng)管及其簡(jiǎn)單應(yīng)用

場(chǎng)效應(yīng)管是通過改變輸入電壓來(lái)控制輸出電流的，是電壓控制器件，不吸收信號(hào)源電流，也不消耗信號(hào)源功率，因此它的輸入電阻很高，還具有很好的溫度特性、抗干擾能力強(qiáng)、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理:場(chǎng)效應(yīng)管也具有三個(gè)電極：G—柵極；D—漏極；S—源極；分別對(duì)應(yīng)三極管的基極、集電極和發(fā)射極。在零偏壓的狀態(tài)下，它是導(dǎo)通的。如果在其柵極(G)和源極(S)之間加上一個(gè)反向偏壓(稱柵極偏壓)，在反向電場(chǎng)作用下P-N變厚(稱耗盡區(qū))溝道變窄，其漏極電流將變小。反向偏壓到達(dá)一定時(shí)，耗盡區(qū)將完全溝道“夾斷〞，場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)的反向偏壓稱之為夾斷電壓，用Vpo表示。它與柵極電壓Vgs和漏源電壓Vds之間可近以表示為Vpo=Vps+|Vgs|，這里|Vgs|是Vgs的絕對(duì)值。場(chǎng)效應(yīng)管及其簡(jiǎn)單應(yīng)用圖2.7是場(chǎng)效應(yīng)管常用圖形符號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(JGFET)那么因柵極與其他電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS管。按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種。假設(shè)按導(dǎo)電方式來(lái)劃分，場(chǎng)效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。圖2.7場(chǎng)效應(yīng)管常用圖形符號(hào)場(chǎng)效應(yīng)管及其簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)①直流參數(shù)：開啟電壓UGS(th)是在UDS為一常量時(shí)，iD大于零所需的最小|UGS|值。iD為規(guī)定微小電流(如5μA)時(shí)的UGS。UGS(th)是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)。夾斷電壓UGS(off)是iD為規(guī)定微小電流(如5μA)時(shí)的UGS，它是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型MOS管的參數(shù)。飽和漏極電流IDSS：對(duì)于耗盡型管，在UGS=0情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流定義為IDSS。直流輸入電阻RGS(DC)：RGS(DC)等于柵-源電壓與柵極電流之比。②交流參數(shù)：低頻跨導(dǎo)gm：gm數(shù)值的大小表示UGS對(duì)iD的控制能力。極間電容Cgs為1pF～3pF；Cds為0.1pF～1pF。在高頻電路中應(yīng)考慮極間電容的影響。③極限參數(shù)。最大漏極電流是場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)漏極電流的上限值。擊穿電壓是指場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū)后，使iD驟然增大的UDS稱為漏源擊穿電壓U(BR)DS，UDS超過此值會(huì)使場(chǎng)效應(yīng)管燒壞.最大漏極耗散功率PDM=UDS×ID，耗散功率使場(chǎng)效應(yīng)管發(fā)熱溫度升高，使用時(shí)不能超過這個(gè)值。場(chǎng)效應(yīng)管及其簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管(三極管)的比較①場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，而晶體管是電流控制器件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。②場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電，被稱之為雙極型器件。③有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵極電壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。④場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.3集成電路及其應(yīng)用集成電路在電路中通常用字母“IC〞表示。集成電路一般是在一塊厚0.2mm～0.5mm、面積約為0.5mm2的P型硅片上通過平面工藝制作成的。這種硅片(稱為集成電路的基片)上可以做出包含為十個(gè)(或更多)二極管、電阻、電容和連接導(dǎo)線的電路。集成電路的型號(hào)命名法,其型號(hào)命名規(guī)那么如下所示。例如：集成電路及其應(yīng)用集成電路的分類根據(jù)集成度的上下，將它分為小規(guī)模集成電路(內(nèi)部有幾十個(gè)元器件)、中規(guī)模集成電路(內(nèi)部有幾百個(gè)元器件)、大規(guī)模集成電路(內(nèi)部有上千個(gè)元器件)和超大規(guī)模集成電路(內(nèi)部有上萬(wàn)個(gè)元器件)等等。集成電路按用途分有“模擬集成電路〞和“數(shù)字集成電路〞兩種。集成電路制造工藝分有膜集成電路和半導(dǎo)體集成電路以及混合集成電路等幾種。半導(dǎo)體集成電路是目前使用最廣泛的。集成電路及其應(yīng)用集成電路中元器件的特點(diǎn)與分立元器件相比，集成電路元器件有以下特點(diǎn)：(1)單個(gè)元器件的精度不高，受溫度影響也較大，但在同一硅片上用相同工藝制造出來(lái)的元器件性能比較一致，對(duì)稱性好，相鄰元器件的溫度差異小，因而同一類元器件溫度特性也根本一致；(2)集成電阻及電容的數(shù)值范圍窄，數(shù)值較大的電阻、電容占用硅片面積大。集成電阻一般在幾十歐～幾十千歐范圍內(nèi)，電容一般為幾十皮法。電感目前不能集成。(3)元器件性能參數(shù)的絕對(duì)誤差比較大，而同類元器件性能參數(shù)之比值比較精確。(4)縱向NPN管β值較大，占用硅片面積小，容易制造。而橫向PNP管的β值很小，但其PN結(jié)的耐壓高。集成電路及其應(yīng)用集成電路的識(shí)別與簡(jiǎn)單測(cè)試識(shí)別：使用集成電路前，必須認(rèn)真查對(duì)識(shí)別集成電路的引腳，確認(rèn)電源、地、輸入、輸出、控制等端的引腳號(hào)，以免因接錯(cuò)而損壞器件。

檢測(cè)：檢測(cè)前要了解集成電路及其相關(guān)電路的工作原理。檢查和修理集成電路前首先要熟悉所用集成電路的功能、內(nèi)部電路、主要電氣參數(shù)、各引腳的作用以及引腳的正常電壓、波形與外圍元器件組成電路的工作原理。如果具備以上條件，那么分析和檢查會(huì)容易許多。2.1.4特殊元器件及其應(yīng)用晶閘管的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用晶閘管是晶體閘流管(thyristor)的簡(jiǎn)稱，俗稱可控硅，它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)“V〞、“VT〞表示(舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR〞表示)。晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程、導(dǎo)通時(shí)間可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管的分類①按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類：可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。②按引腳和極性分類：可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。③按封裝形式分類：可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。④按電流容量分類：可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管那么多采用塑封或陶瓷封裝。⑤按關(guān)斷速度分類：可分為普通晶閘管和高頻(快速)晶閘管。晶閘管的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用

晶閘管的選用①選擇晶閘管的類型，晶閘管有多種類型，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求合理選用。②晶閘管的主要參數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求而定：所選晶閘管應(yīng)留有一定的功率裕量，其額定峰值電壓和額定電流(通態(tài)平均電流)均應(yīng)高于受控電路的最大工作電壓和最大工作電流1.5～2倍。繼電器及其應(yīng)用繼電器是一種電子控制器件，具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)〞。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、平安保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。其電路符號(hào)如圖2.10所示。圖2.10繼電器的電路圖形符號(hào)繼電器及其應(yīng)用繼電器的分類繼電器的觸點(diǎn)有三種根本形式：(1)動(dòng)合型(H型)線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合。以合字的拼音字頭“H〞表示。(2)動(dòng)斷型(D型)線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開。用斷字的拼音字頭“D〞表示。(3)轉(zhuǎn)換型(Z型)是觸點(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開和另一個(gè)閉合，線圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來(lái)斷開的成閉合，原來(lái)閉合的成斷開狀態(tài)，到達(dá)轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。用“轉(zhuǎn)〞字的拼音字頭“Z〞表示。繼電器及其應(yīng)用繼電器的選用必要的條件①控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；②被控制電路中的電壓和電流；③被控電路需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。查閱有關(guān)資料。確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號(hào)和規(guī)格號(hào)。假設(shè)手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對(duì)是否可以利用。最后考慮尺寸是否適宜。注意器具的容積。假設(shè)是用于一般用電器，除考慮機(jī)箱容積外，小型繼電器主要考慮電路板安裝布局。對(duì)于小型用電器，如玩具、遙控裝置那么應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。光耦合器光耦合器又稱光隔離器，是以光為媒介傳輸電信號(hào)的-種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩局部組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管，等等。光耦合器光耦合器的特點(diǎn)①輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于1010Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以到達(dá)10kV以上。②由于“光〞傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信?hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反響現(xiàn)象，其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。③由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號(hào)。因此光耦合器件的共模抑制比很大，所以，光耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。④容易和邏輯電路配合。⑤響應(yīng)速度快。光耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在微秒甚至納秒極。⑥無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、體積小、耐沖擊。光耦合器光耦合器的分類及選用光耦合器的種類較多，常見有光敏二極管型、光敏三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光敏達(dá)林頓型、集成電路型等。在家電電路中，常見的只有四種結(jié)構(gòu):①發(fā)光二極管與光敏晶體管封裝的光電耦合器，結(jié)構(gòu)為雙列直插四引腳塑封，主要用于開關(guān)電源電路中。②發(fā)光二極管與光敏晶體管封裝的光耦合器，與①的主要區(qū)別在于引腳結(jié)構(gòu)不同，結(jié)構(gòu)為雙列直插六引腳塑封，也用于開關(guān)電源電路中。③發(fā)光二極管與光敏晶體管(附基極端子)封裝的光敏耦合器，結(jié)構(gòu)為雙列直插六引腳塑封，主要用于AV轉(zhuǎn)換音頻電路中。④發(fā)光二極管與光敏二極管加晶體管(附基極端子)封裝的光耦合器，結(jié)構(gòu)為雙列直插六引腳塑封，主要用于AV轉(zhuǎn)換視頻電路中。2.2模擬電路設(shè)計(jì)在任何電子應(yīng)用系統(tǒng)中，模擬電路是不可缺少的重要組成局部。模擬電路一般是由低頻電子線路或高頻電子線路組合而成，如音頻采集電路、視頻回放電路、模擬顯示電路、射頻電路等。雖然它們的性能、用途各不相同，但其電路各局部都是由單元功能電路組成。一般來(lái)說(shuō)，模擬電路主要有以下單元功能電路：傳感器電路、信號(hào)放大和變換電路以及驅(qū)動(dòng)電路等。傳感器電路局部主要是將非電量信號(hào)的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)放大和變換電路是對(duì)得到的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波整形和變換等，再傳送給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。2.2.1模擬電子電路的設(shè)計(jì)方法模擬電子電路的設(shè)計(jì)，從整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)首先根據(jù)任務(wù)要求，再經(jīng)過可行性的分析、研究后，拿出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，畫出總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。在確定總體方案后，根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，選擇適宜的功能單元電路，然后確定所需要的具體器件的型號(hào)和參數(shù)。最后再將單元器件及單元電路組合起來(lái)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和修改，最終設(shè)計(jì)出完整的系統(tǒng)電路。需要說(shuō)明的是，隨著科技的進(jìn)步，集成電路正在迅速的開展，線性集成電路日漸增多，采用模擬線性集成電路組建電路已日趨廣泛，其電路的設(shè)計(jì)性能更加可靠。2.2.2傳感器傳感器概述傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三局部組成。傳感器的種類很多。按被測(cè)對(duì)象可分類成物理量傳感器、化學(xué)量傳感器及生物量傳感器；按輸出方式可分類成模擬式傳感器、數(shù)字式傳感器；按輸入輸出特性可分類成線性傳感器、非線性傳感器；等等。傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。傳感器傳感器的選擇現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。選用傳感器主要需要考慮以下幾個(gè)方面的問題：(1)首先需要根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型；(2)靈敏度：一般來(lái)說(shuō)，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好；線性范圍：傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍；(4)穩(wěn)定性：傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性；(5)精度：精度關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。應(yīng)用舉例〔LMx35與AD590〕2.2.3集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的分類按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來(lái)分，集成運(yùn)算放大器主要可分為以下幾種：(1)通用型運(yùn)算放大器：常用的通用型運(yùn)算放大器有mA741、LM358、LM324及LF356等。其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。(2)高阻型運(yùn)算放大器：常見的高阻型運(yùn)算放大器有LF356、LF355、LF347、CA3130、CA3140等。高阻型運(yùn)算放大器的主要特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，高達(dá)109W～1012W，輸入偏置電流非常小，為幾皮安到幾十皮安。(3)低溫漂型運(yùn)算放大器：常用的高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP07、OP27、AD508及斬波穩(wěn)零型低漂移運(yùn)放ICL7650等。低溫漂型運(yùn)算放大器主要用于精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等。(4)高速型運(yùn)算放大器：常見的高速型運(yùn)算放大器有LM318、mA715等，其轉(zhuǎn)換速率為50V/ms～70V/ms，單位增益帶寬大于20MHz。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。主要應(yīng)用于快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器。(5)低功耗型運(yùn)算放大器：常用的低功耗型運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為±2V～±18V，消耗電流為50mA～250mA。低電源電壓、低功耗的運(yùn)算放大器主要應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品中。集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的選擇選用集成運(yùn)算放大器時(shí)，應(yīng)先查閱有關(guān)手冊(cè)，了解集成運(yùn)算放大器的以下主要參數(shù)：開環(huán)電壓增益；開環(huán)帶寬；失調(diào)電壓和溫度漂移，失調(diào)電流和溫度漂移；輸入偏置電流；差模輸入電阻和輸出電阻等。然后選用能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)算放大器。另外如信號(hào)源的性質(zhì)等因素也要適當(dāng)考慮。集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的使用需要注意以下一些問題：(1)電源供給方式：集成運(yùn)放有兩個(gè)電源接線端+VCC和-VEE，主要電源供電方式有：對(duì)稱雙電源供電和單電源供電。(2)調(diào)零：由于集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線性電路輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出往往不等于零。(3)自激振蕩：運(yùn)算放大器是一個(gè)高放大倍數(shù)的多級(jí)放大器，在接成深度負(fù)反響條件下，很容易產(chǎn)生自激振蕩。(4)輸入輸出保護(hù)：集成運(yùn)放的輸入差模電壓過高或者輸入共模電壓過高，超出該集成運(yùn)放的極限參數(shù)范圍，將可能損壞運(yùn)放。2.2.4濾波器傳感器輸出的信號(hào)往往存在溫漂、信號(hào)比較小及非線性等問題，因此它的信號(hào)通常不能被控制元件直接接收，信號(hào)的調(diào)理電路就成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的重要組成局部，并且其性能直接關(guān)系到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。濾波器是信號(hào)調(diào)理電路的重要組成局部。濾波器濾波器的分類濾波器種類繁多，一般有以下幾種分類：(1)按處理信號(hào)類型分類：按處理信號(hào)類型分類，可分為模擬濾波器和離散濾波器兩大類。其中模擬濾波器又可分為有源、無(wú)源、異類三個(gè)分類；離散濾波器又可分為數(shù)字、取樣模擬、混合三個(gè)分類。實(shí)際上有些濾波器很難歸于哪一類，例如開關(guān)電容濾波器既可屬于取樣模擬濾波器，又可屬于混合濾波器，還可屬于有源濾波器。(2)按選擇物理量分類：按選擇物理量分類，濾波器可分為頻率選擇、幅度選擇、時(shí)間選擇(例如PCM制中的話路信號(hào))和信息選擇(例如匹配濾波器)等四類濾波器。(3)按頻率通帶范圍分類：按頻率通帶范圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個(gè)類別，而梳形濾波器屬于帶通和帶阻濾波器，因?yàn)樗兄芷谛缘耐◣Ш妥鑾?。濾波器通用集成濾波器的應(yīng)用舉例LTC1068是凌特公司生產(chǎn)的四通道通用濾波器，它有極低的失調(diào)電流、漂移電流和偏置電流，動(dòng)態(tài)范圍寬，到達(dá)截至頻率的200倍時(shí)無(wú)混疊現(xiàn)象。濾波器LTC1068的典型應(yīng)用電路如圖2.16所示。圖2.16LTC1068的典型應(yīng)用2.3數(shù)字電路設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹幾種常用的中規(guī)模數(shù)字邏輯電路的應(yīng)用：模擬開關(guān)、比較器的合理選擇及應(yīng)用、計(jì)數(shù)/分頻器、譯碼器。2.3.1模擬開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇器模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號(hào)或斷開信號(hào)的作用。根據(jù)模擬開關(guān)在電子設(shè)備中的作用可知，模擬開關(guān)是一種在數(shù)字信號(hào)控制下將模擬信號(hào)接通或斷開的元件或者電路。模擬開關(guān)主要由開關(guān)元件和控制-驅(qū)動(dòng)電路兩局部組成(如圖2.17所示)。模擬開關(guān)具有功耗低、速度快、無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)、無(wú)剩余電壓、體積小和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

圖2.17模擬開關(guān)的組成示意圖模擬開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇器模擬開關(guān)的分類按模擬開關(guān)的工作原理可將其分為雙極性晶體管模擬開關(guān)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管模擬開關(guān)和集成模擬開關(guān)。按切換的對(duì)象分：電壓模擬開關(guān)和電流模擬開關(guān)。模擬開關(guān)的正確選用在電子應(yīng)用系統(tǒng)中，首先可根據(jù)模擬開關(guān)的性能參數(shù)來(lái)正確選擇模擬開關(guān)。其次，還要根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，以及不同種類的模擬開關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)，正確選擇多路開關(guān)的種類。同時(shí)還需要注意模擬開關(guān)與相關(guān)電路的合理搭配，保證各電路單元有適宜的工作狀態(tài)，才能充分發(fā)揮模擬開關(guān)的性能，甚至彌補(bǔ)某些性能指標(biāo)的缺乏。模擬開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇器集成模擬開關(guān)電路1)無(wú)譯碼器的模擬開關(guān)

這類模擬開關(guān)的特點(diǎn)是每一個(gè)開關(guān)可獨(dú)立通斷，也可同時(shí)通斷，使用方式靈活。這樣的中規(guī)模數(shù)字邏輯電路如CD4066，AD7510/AD7511，AD7512等。2)有譯碼器的多路開關(guān)

(1)AD7501(AD7503)：AD7501、AD7503芯片都是單向八通道到一通道的模擬多路開關(guān)，即信號(hào)只允許從八個(gè)輸入端向一個(gè)輸出端傳送。(2)AD7502是CMOS雙四通道的模擬多路開關(guān)。(3)CD4501：CD4051為八通道單刀結(jié)構(gòu)形式，它允許雙向使用，即可用于多個(gè)到單個(gè)的輸出切換，也可用于單個(gè)到多個(gè)的輸出切換。常用的數(shù)據(jù)選擇器還有74150,74151,74153,74157,74253,74353,74351等。模擬開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇器模擬開關(guān)的應(yīng)用舉例圖2.27為使用多路模擬開關(guān)CD4051所構(gòu)成的程控放大電路。圖2.28為用多路模擬開關(guān)CD4051設(shè)計(jì)的信號(hào)多路轉(zhuǎn)換器。

圖2.27程控放大電路圖2.28信號(hào)多路轉(zhuǎn)換器模擬開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇器模擬開關(guān)的應(yīng)用舉例使用CD4051應(yīng)注意的三個(gè)要點(diǎn)：(1)使用單電源時(shí)，CD4051的VEE可以和GND相連。(2)建議A、B、C三路片選端要加上拉電阻。(3)CD4051的公共輸出端不要加(并聯(lián)到地的)濾波電容，否那么不同通道轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)電容充放電后會(huì)引起極大的誤差。選擇和使用多路開關(guān)時(shí)，考慮的重點(diǎn)應(yīng)該是是否滿足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)傳輸精度和傳輸速度的要求，同時(shí)還必須注意以下兩點(diǎn)：(1)全面了解多路開關(guān)的特性，否那么可能出現(xiàn)難以預(yù)料的問題。(2)多路開關(guān)只有與相關(guān)電路合理搭配，協(xié)調(diào)工作，才能充分發(fā)揮其性能，甚至彌補(bǔ)某些性能的欠缺。2.3.2數(shù)值比較器在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對(duì)兩組二進(jìn)制數(shù)A和B(可以是一位，也可是多位)進(jìn)行大小比較。比較的結(jié)果有A＞B、A＜B、A=B三種結(jié)果，分別用FA＞B、FA＜B、FA=B來(lái)表示。完成這樣功能的各種邏輯電路統(tǒng)稱數(shù)值比較器。74LS85,CD4585，74LS686,74LS687,74LS688,74LS689等就是完成這種數(shù)值比較功能的中小規(guī)模集成電路。數(shù)值比較器數(shù)值比較器的擴(kuò)展在數(shù)字系統(tǒng)中，可能參與比較的數(shù)值位數(shù)較多，多于數(shù)值比較器的輸入位數(shù)，這時(shí)需要進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)值比較器的擴(kuò)展分為串行擴(kuò)展和并行擴(kuò)展。串行擴(kuò)展如圖2.30所示。最低4位的級(jí)聯(lián)輸入端A‘＞B’、A‘＜B’和A‘=B’必須分別預(yù)置為0、0、1。圖2.30數(shù)值比較器的串行擴(kuò)展

數(shù)值比較器的并行擴(kuò)展如圖2.31所示。

圖2.31數(shù)值比較器的并行擴(kuò)展數(shù)值比較器的應(yīng)用占空比可數(shù)控的脈沖發(fā)生器。其電路如圖2.32所示。圖2.32占空比可數(shù)控的脈沖發(fā)生器數(shù)值比較器的應(yīng)用圖2.33表示了該電路的工作情況。圖2.33占空比可數(shù)控的脈沖發(fā)生器的工作情況輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間tw(脈寬)為M個(gè)時(shí)鐘脈沖，故占空比DR為DR的設(shè)置范圍為1%～99%。數(shù)值比較器的應(yīng)用例2：數(shù)字峰值檢出器。其電路如圖2.34所示。圖2.34數(shù)字峰值檢出電路2.3.3計(jì)數(shù)器/分頻器計(jì)數(shù)器/分頻器概述計(jì)數(shù)器是用來(lái)實(shí)現(xiàn)累計(jì)輸入時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)功能的時(shí)序電路。在數(shù)字電路中，計(jì)數(shù)器屬于時(shí)序電路，主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。計(jì)數(shù)器不僅僅用來(lái)記錄時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，在計(jì)數(shù)功能的根底上，計(jì)數(shù)器還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、定時(shí)、分頻、程序控制和邏輯控制等功能，應(yīng)用十分廣泛。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，計(jì)數(shù)器是用量大、品種多的產(chǎn)品之一。計(jì)數(shù)器按時(shí)鐘脈沖的作用方式可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)變化規(guī)律可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)的進(jìn)制可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(如十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器)。按時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)方式可分為上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器和下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器/分頻器計(jì)數(shù)器是一種單端輸入、多端輸出的記憶器件，它能對(duì)輸入的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，而在輸出端又以不同的方式輸出以表示不同的狀態(tài)。這種不同的輸出方式為電路設(shè)計(jì)提供了多種用途，給使用帶來(lái)極大的方便。計(jì)數(shù)器輸出的幾種常用方式(1)十進(jìn)制計(jì)數(shù)/七段譯碼輸出的計(jì)數(shù)器。(2)BCD碼輸出的計(jì)數(shù)器。(3)分頻器輸出的計(jì)數(shù)器。(4)多位二進(jìn)制輸出的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器/分頻器的應(yīng)用

(1)雙時(shí)鐘和單時(shí)鐘的相互轉(zhuǎn)換電路：圖2.35和圖2.36示出了可逆計(jì)數(shù)器中雙時(shí)鐘和單時(shí)鐘相互轉(zhuǎn)換的電路,以便適應(yīng)雙時(shí)鐘型可逆計(jì)數(shù)器或者適應(yīng)單時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖輸入要求。圖2.35由單時(shí)鐘輸入轉(zhuǎn)為雙時(shí)鐘輸出的電路圖2.36由雙時(shí)鐘輸入轉(zhuǎn)為單時(shí)鐘輸出的電路計(jì)數(shù)器/分頻器的應(yīng)用(2)自動(dòng)關(guān)斷電路：圖2.37示出了使用CD406014級(jí)行波進(jìn)位二時(shí)制計(jì)數(shù)器組成的自動(dòng)關(guān)斷電路，該電路用以保護(hù)干電池?zé)o謂消耗。圖2.37自動(dòng)關(guān)斷電路計(jì)數(shù)器/分頻器的應(yīng)用(3)脈沖延時(shí)控制電路：圖2.38示出用CD40247級(jí)異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成的脈沖延遲控制電路。其波形如圖2.39中的所示。圖2.39脈沖延遲控制電路的波形圖圖2.38脈沖延遲控制電路計(jì)數(shù)器/分頻器的應(yīng)用(4)時(shí)序控制電路，CD4017與四雙向模擬開關(guān)CD4066組成的時(shí)序控制電路或開關(guān)控制電路如圖2.40所示。圖2.40時(shí)序控制電路2.3.4譯碼器譯碼器是將具有特定含義的數(shù)字代碼進(jìn)行區(qū)分，并轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)或另一種數(shù)字代碼的邏輯電路。集成譯碼器可分為時(shí)序譯碼電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路。常用的中規(guī)模集成時(shí)序譯碼電路有雙2線-4線譯碼器74139，3線-8線譯碼器74138，4線-16線譯碼器74154、CD4514和4線-10線譯碼器7442、CD4028等；數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路如7448,7449等。下面分別介紹這些譯碼器的應(yīng)用。時(shí)序譯碼電路

(1)用兩片741383-8譯碼器級(jí)聯(lián)可組成4-16線譯碼器，如圖2.42所示。圖2.42用74138實(shí)現(xiàn)4-16線譯碼時(shí)序譯碼電路用3-8譯碼器實(shí)現(xiàn)如下邏輯表達(dá)式F(C,B,A)：F(C,B,A)＝m1+m3+m6+m7。從741383-8譯碼器的功能可知，它的每一個(gè)輸出都是對(duì)應(yīng)輸入邏輯變量最小項(xiàng)的非，因此把74138相應(yīng)的輸出項(xiàng)進(jìn)行“與非〞操作，即可實(shí)現(xiàn)該邏輯表達(dá)式，如圖2.43所示。圖2.43用3-8譯碼器實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式時(shí)序譯碼電路7442二-十進(jìn)制譯碼器：二-十進(jìn)制譯碼器又稱為碼制變換譯碼器，它是將BCD碼譯成十個(gè)獨(dú)立輸出的電平信號(hào)。如7442和CD4028，當(dāng)輸入為8421BCD碼時(shí)，輸出為十個(gè)獨(dú)立的低電平信號(hào)(輸出為低電平有效)，對(duì)于8421BCD碼以外的偽碼，十個(gè)輸出全為高電平。7442邏輯功能示意圖如圖2.44所示。圖2.448421BCD碼譯碼器7442邏輯功能圖數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路

顯示譯碼器主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種顯示器件，如LED、LCD等，從而將二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字、文字、符號(hào)“翻譯〞成人們習(xí)慣的形式，直觀地顯示出來(lái)。本小節(jié)主要講述七段顯示譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。七段數(shù)碼管分共陰極和共陽(yáng)極兩種形式，其外形結(jié)構(gòu)和二極管連接方式如圖2.45所示。圖2.45七段數(shù)碼管的外形圖及共陰共陽(yáng)等效電路數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路(1)7448七段顯示譯碼器：7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管，其邏輯功能圖如圖2.46所示。

7448譯碼器的典型應(yīng)用電路如圖2.47所示。圖2.467448邏輯功能圖圖2.477448譯碼器的典型應(yīng)用電路數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路利用7448實(shí)現(xiàn)帶有前0消隱的多位數(shù)字譯碼顯示電路如圖2.48所示。

圖2.48用7448實(shí)現(xiàn)帶前0消隱的多位數(shù)字譯碼顯示數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路(2)7449七段顯示譯碼器：7449的邏輯功能圖如圖2.49所示。

7449譯碼器的典型應(yīng)用電路如圖2.50所示。7449是集電極開路(OC)輸出，必須外接上拉電阻。圖2.497449的邏輯功能圖圖2.507449譯碼器的典型應(yīng)用電路

2.4集成電路設(shè)計(jì)

2.4.1傳感器放大電路的設(shè)計(jì)傳感元件輸出的電信號(hào)通常是比較小的，信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路往往會(huì)采用放大器。1.設(shè)計(jì)原理通常情況下，放大電路常常采用運(yùn)算放大器。理想運(yùn)算放大器具有以下的特性：(1)輸入阻抗極高，即放大器之正負(fù)兩端內(nèi)阻很大，可近似為；(2)輸出阻抗極小，即放大器之輸出端內(nèi)阻很小，可近似為0；(3)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)極大，可近似為；(4)運(yùn)算放大器的響應(yīng)頻寬極大。由以上特性可知虛短路原理：(1)由于放大器之正負(fù)兩端內(nèi)阻很大，故其間電流I0；(2)由于放大器內(nèi)的電路V-與V+兩點(diǎn)間電流I0，因此V-與V+間其壓降亦可近似為0，所以V-=V+。傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路1)反相放大器，如圖2.51所示，由運(yùn)算放大器特性可知，而且因與間無(wú)電流流過。故所以其放大倍數(shù)為由于此放大器的放大倍數(shù)為負(fù)值，故稱為反相放大器。圖2.51反相放大電路傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路2)同相放大器如圖2.52所示，

此放大器的放大倍數(shù)均大于1，故僅能用于放大，無(wú)法衰減信號(hào)。且

，那么圖2.52同相放大電路傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路3)電壓跟隨器,如圖2.53所示，由運(yùn)算放大器特性可知，，由于負(fù)電壓反響，，故，其放大倍數(shù)為這種放大電路的主要是利用運(yùn)算放大器內(nèi)阻很大的特性來(lái)降低負(fù)載效應(yīng)的產(chǎn)生。

圖2.53電壓跟隨電路傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路4)差動(dòng)放大器

如圖2.54所示，由運(yùn)算放大器特性及分壓原理可知：這種電路在調(diào)整增益時(shí)必須同時(shí)調(diào)整R1與R2，并保持同一比例，所以應(yīng)用上較為不便。

所以，

其差動(dòng)放大倍數(shù)為圖2.54差動(dòng)放大電路傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路5)儀器放大器如圖2.55可知，OP1的

，OP2的

根據(jù)分壓原理可得

各式合并得又因

所以

因此，放大倍數(shù)為傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路5)儀器放大器

這種放大電路可改善差值放大電路在調(diào)整增益上的不便，當(dāng)要改邊增益時(shí)，僅需調(diào)整電位器R1即可。圖2.55儀器放大電路傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路6)橋式放大器如圖2.56所示，這種電路可以用于檢測(cè)微小的電阻變化量。由運(yùn)算放大器的特性可知

且由電阻電橋的分壓可知假設(shè)假設(shè)R1=R2//Rf且R3=R，那么輸出電壓Vo與電阻變化之線性關(guān)系式為傳感器放大電路的設(shè)計(jì)2.常見簡(jiǎn)單電路6)橋式放大器假設(shè)進(jìn)一步假設(shè)時(shí)，那么所以，其放大倍數(shù)為圖2.56橋式放大電路2.4.2有源濾波器的設(shè)計(jì)濾波器是一種能使有用頻率的信號(hào)通過而同時(shí)能對(duì)無(wú)用頻率的信號(hào)進(jìn)行抑制或衰減的電子裝置。在工程上，濾波器常被用在信號(hào)的處理、數(shù)據(jù)的傳送和干擾的抑制等方面。濾波器按照組成的元件，可分為有源濾波器和無(wú)源濾波器兩大類。但凡只由電阻、電容、電感等無(wú)源元件組成的濾波器稱為無(wú)源濾波器。但凡由放大器等有源元件和無(wú)源元件組成的濾波器稱為有源濾波器。由運(yùn)算放大器和電阻、電容(不含電感)組成的濾波器稱為RC有源濾波器。有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器的分類常用的集成有源濾波器主要有RC有源濾波器和開關(guān)電容濾波器兩種。RC有源濾波器按照其所實(shí)現(xiàn)的傳遞函數(shù)的次數(shù)分，可分為一階、二階和高階RC有源濾波器。濾波器按照所允許通過的信號(hào)的頻率范圍又可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器設(shè)計(jì)原理介紹巴特沃斯低通濾波器的幅頻特性為，濾波器的幅頻特性如圖2.57所示。

式中，n=1，2，3，???。寫成：

圖2.57低通濾波器的幅頻特性曲線當(dāng)

>>

C時(shí)，有源濾波器的設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器對(duì)于一階低通濾波器，其傳遞函數(shù)為歸一化的傳遞函數(shù)為對(duì)于二階低通濾波器，其傳遞函數(shù)為歸一化后的傳遞函數(shù)為有源濾波器的設(shè)計(jì)步驟有源濾波器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所給定的指標(biāo)要求，確定濾波器的階數(shù)n，選擇具體的電路形式，算出電路中各元件的具體數(shù)值，安裝電路和調(diào)試，使設(shè)計(jì)的濾波器滿足指標(biāo)要求，具體步驟如下：(1)根據(jù)阻帶衰減速率要求，確定濾波器的階數(shù)n；(2)選擇具體的電路形式；(3)根據(jù)電路的傳遞函數(shù)和表2.19歸一化濾波器傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式，建立起系數(shù)的方程組；(4)解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值；(5)安裝電路并進(jìn)行調(diào)試，使電路的性能滿足指標(biāo)要求。有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)圖2.58是利用RC濾波電路和運(yùn)算放大器組成的三階壓控電壓源高通濾波電路。

該電路的傳遞函數(shù)為圖2.58三階壓控電壓源高通濾波器將上式歸一化為2.4.3轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路

模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(又稱A／D轉(zhuǎn)換電路或ADC)是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量的一種電路或器件。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)需要經(jīng)過采樣、量化和編碼三個(gè)過程。ADC按功能劃分，可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級(jí)轉(zhuǎn)換、積分式轉(zhuǎn)換等類型。其中逐次分級(jí)轉(zhuǎn)換又分為分級(jí)式轉(zhuǎn)換和逐次逼近式轉(zhuǎn)換；積分式轉(zhuǎn)換又分為雙積分式轉(zhuǎn)換和電荷平衡式轉(zhuǎn)換等。

模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(1)

A/D轉(zhuǎn)換器工作原理〔以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器為例〕逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種反響比較型A/D轉(zhuǎn)換器。如圖2.59所示，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的根本構(gòu)思是：取一個(gè)數(shù)字量加到D/A轉(zhuǎn)換器，于是得到一個(gè)輸出模擬比較電壓。將這個(gè)模擬電壓與輸入的模擬電壓信號(hào)比較，如果兩者不等，那么調(diào)整所取的數(shù)字量，直到兩個(gè)模擬電壓相等為止，最后所取的數(shù)字量就是所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2.59逐次逼近式A/D變換器原理圖模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(2)集成A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用如圖2.60所示，ADC0809是CMOS單片8通道A/D轉(zhuǎn)換器，采用雙列直插式28引腳封裝。其主要由逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、8位模擬開關(guān)、三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器、以及地址鎖存與譯碼等組成。圖2.60ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳功能圖

模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(2)集成A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用ADC0809與8031單片機(jī)的一種連接方式，如圖2.61所示?！簿€選法〕轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送：A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。定時(shí)傳送方式：對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是的和固定的。查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片有說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。中斷方式：把說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)(EOC)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。圖2.61ADC0809與8031單片機(jī)的連接電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。1)分類:數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式有并行轉(zhuǎn)換和串行轉(zhuǎn)換兩種。目前常使用的是并行轉(zhuǎn)換方式。并行轉(zhuǎn)換是要把轉(zhuǎn)換的各位數(shù)字代碼同時(shí)送到轉(zhuǎn)換器相應(yīng)的輸入端，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于轉(zhuǎn)換器中電流或電壓建立的時(shí)間以及求和時(shí)間，所以轉(zhuǎn)換速度快，用得最多。2)工作原理:數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸入輸出可用下式表示：式中：A——模擬輸出電壓(或電流)；K——基準(zhǔn)電壓(或電流)；D——輸入的數(shù)字量，假設(shè)D是二進(jìn)制整數(shù)，可用下式表示：數(shù)/模轉(zhuǎn)換器其電路框圖如圖2.62所示。圖2.62D/A轉(zhuǎn)換器原理框圖

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器3)集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用(1)

DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能。DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.63所示，它由8位輸入存放器、8位DAC存放器、8位D/A轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換控制電路組成。圖2.63DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖數(shù)/模轉(zhuǎn)換器3)集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

(2)

DAC0832的應(yīng)用。DAC0832為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時(shí)，需要外加轉(zhuǎn)換電路，圖2.64為DAC0832和運(yùn)放組成的單極性D/A轉(zhuǎn)換器電路。圖2.64單極性輸出D/A轉(zhuǎn)換電路圖2.64單極性輸出D/A轉(zhuǎn)換電路2.4.4集成信號(hào)發(fā)生器這里介紹MAX038，它是美信公司生產(chǎn)的一通用波形發(fā)生芯片，較以前常用的函數(shù)發(fā)生器件，從頻率范圍、頻率精確度、對(duì)芯片、波形的控制性能以及用戶使用的方便性等方面都有了很大的提高，因此可廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生、壓控振蕩器、脈寬調(diào)制器、頻率合成器及FSK發(fā)生器等。1.

MAX038的性能特點(diǎn)(1)能精密地產(chǎn)生三角波、方波、正弦波信號(hào)。(2)頻率范圍從0.1Hz～20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出峰-峰值幅度均為2V。(3)占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍10%～90%。(4)波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2%。(5)采用±5V雙電源供電，允許有5%變化范圍，電源電流為80mA，典型功耗400MW，工作溫度范圍為0～70℃。(6)內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，利用控制端FADJ、DADJ實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。集成信號(hào)發(fā)生器2.

MAX038引腳功能MAX038為20引腳標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式或小型扁平封裝。各引腳功能說(shuō)明如下：1—基準(zhǔn)電源輸出；2、6、9、11、18—接地；3—波形選擇輸入，兼容TTL/COMS電平；4—波形選擇輸入，兼容TTL/COMS電平；5—外接振蕩電容器COSC；7—脈沖波占空比調(diào)節(jié)輸入；8—振蕩頻率調(diào)節(jié)(電壓輸入)；10—振蕩頻率參考電流輸入；12—相位檢測(cè)器輸出，如果不使用相位檢測(cè)器那么接地；13—相位檢測(cè)器同步信號(hào)輸入，如果不用相位檢測(cè)器那么接地；14—同步脈沖輸出，兼容TTL/COMS電平；15—數(shù)字電路局部接地；16—數(shù)字電路+5V電源輸入端，如果不用外同步那么懸空；17—電源+5V輸入端；19—信號(hào)輸出端；20—電源-5V輸入端。3.設(shè)計(jì)實(shí)例該簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器可以輸出三角波、方波、正弦波和階躍波四種波形；三個(gè)固定頻率選擇；以及十個(gè)電壓選擇。此外，為了更好的滿足大多數(shù)實(shí)驗(yàn)與電路檢測(cè)的要求，該信號(hào)發(fā)生器還可以輸出電荷量。該信號(hào)發(fā)生器電路主要由信號(hào)產(chǎn)生電路、電壓電荷輸出電路和電源模塊三局部組成。1)信號(hào)產(chǎn)生電路MAX038產(chǎn)生波形的根本電路，如圖2.65所示。圖2.65MAX038波形產(chǎn)生電路3.設(shè)計(jì)實(shí)例為了確保輸出信號(hào)的起始電壓在0V附近，此電路需加信號(hào)上升沿起始控制電路，如圖2.66所示。對(duì)于該信號(hào)發(fā)生器的階躍信號(hào)，那么不經(jīng)過上升沿起始電路，階躍信號(hào)可用電壓跟隨器產(chǎn)生。圖2.66上升沿起始電路3.設(shè)計(jì)實(shí)例2)信號(hào)放大及電壓電荷輸出電路MAX038的各種輸出波形的峰-峰幅值均為2V，階躍信號(hào)的幅值為1V。為了使信號(hào)的幅值范圍更大，可以先把信號(hào)衰減，再經(jīng)過輸出放大器AD822以適當(dāng)比例同相放大輸出。為了輸出不同的電壓，可在運(yùn)放AD822的反相端和輸出端串聯(lián)不同的電阻來(lái)調(diào)節(jié)電壓的幅值。為了濾除噪聲，可在每個(gè)電阻上并上電容，并且要使輸入輸出端的電阻電容匹配。幅值控制電路如圖2.67所示。圖2.67幅度控制電路3)電源模塊可用四節(jié)3.6V的可充電鋰電池串聯(lián)成正負(fù)7.2V，再分別經(jīng)過LP2985、LT1964輸出+5V和-5V(已變成穩(wěn)壓電源)供電路工作。2.5常用電子儀器電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的電子儀器主要用于測(cè)量電路中的電壓、電流、頻率等信號(hào)參量，測(cè)試信號(hào)波形以及一些器件的參數(shù)，主要包括萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器及直流穩(wěn)壓電源等。本章中所用到的示波器、信號(hào)發(fā)生器、穩(wěn)壓電源等，均以Caltek公司產(chǎn)品為例，產(chǎn)品功能說(shuō)明參見Caltek公司網(wǎng)站或產(chǎn)品說(shuō)明書。2.5.1萬(wàn)用表萬(wàn)用表是電子測(cè)量中最常用的儀器，可用于測(cè)量電阻，直流電壓、電流、交流電壓、電流，有的還可以測(cè)晶體管主要參數(shù)及電容的容值。一般可以分為模擬式萬(wàn)用表和數(shù)字式萬(wàn)用表。數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量精度高、過載能力強(qiáng)，讀取結(jié)果方便直觀，功能多等優(yōu)點(diǎn)，因而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.模擬式萬(wàn)用表模擬式萬(wàn)用表是以表頭為核心的多功能測(cè)量?jī)x表。其根本原理是利用靈敏的磁電式直流電流表做表頭。微小電流通過表頭時(shí)，就會(huì)有顯示，通過并聯(lián)或串聯(lián)一些電阻進(jìn)行分流或分壓，就可檢測(cè)電路中的電壓、電流及電阻大小。1.模擬式萬(wàn)用表下面介紹模擬式萬(wàn)用表的使用方法和本卷須知：(1)使用前通過機(jī)械調(diào)零位，使表頭指針指零。(2)測(cè)量時(shí)使紅表筆插入“+〞插孔，黑表筆插入“-〞插孔。(3)測(cè)量交流電壓。測(cè)量交流電壓時(shí)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置交流電壓檔的某一量程上，兩表筆分別接觸所測(cè)的兩點(diǎn)上，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)讀出讀數(shù)。(4)測(cè)量直流電壓。測(cè)量直流電壓時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置直流電壓檔的某一量程上，紅表筆接觸被測(cè)電壓正極端，黑表筆接觸被測(cè)電壓負(fù)極端，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)讀出讀數(shù)。此時(shí)，表筆不能接反，否那么可能燒壞萬(wàn)用表。(5)測(cè)量直流電流。測(cè)量直流電流時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置直流電壓檔的某一量程上，應(yīng)使被測(cè)的電流從紅表筆流入，黑表筆流出。(6)測(cè)量電阻。測(cè)量電阻時(shí)，首先應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置歐姆檔的某一量程上，將紅黑兩表筆直接短接調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零處，使表頭指針在歐姆標(biāo)尺的零位，再將兩表筆分別接觸被測(cè)電阻兩端，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)讀出讀數(shù)。2.數(shù)字式萬(wàn)用表數(shù)字式萬(wàn)用表采用了集成電路及運(yùn)算放大器，以數(shù)字方式顯示測(cè)量結(jié)果，具有讀數(shù)直觀、測(cè)量的精確度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。下面介紹其使用方法和本卷須知：(1)測(cè)量電壓。測(cè)量電壓時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置直流電壓或交流電壓檔的某一量程上紅表筆插入“V·Ω〞孔，黑表筆插入“COM〞孔，使用時(shí)，萬(wàn)用表與被測(cè)電壓并聯(lián)。(2)測(cè)量電流。測(cè)量電流時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置直流或交流電流檔的某一量程上，通過表筆把萬(wàn)用表串聯(lián)到被測(cè)的電路中。紅表筆插入“10A〞孔或“A〞孔，黑表筆插入“COM〞孔，此時(shí)也不必考慮電流方向，萬(wàn)用表將自動(dòng)轉(zhuǎn)換并顯示極性。2.數(shù)字式萬(wàn)用表(3)測(cè)量電阻。測(cè)量電阻時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置歐姆檔某一量程上，紅表筆插入“V·Ω〞孔，黑表筆插入“COM〞孔。(4)檢查線路通斷。將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置蜂鳴器位置，紅表筆插入“V·Ω〞孔，黑表筆插入“COM〞孔，用測(cè)量電阻的方法測(cè)量電路中任意兩點(diǎn)，假設(shè)兩點(diǎn)間的電阻值低于發(fā)生閾值電阻時(shí)，就會(huì)使蜂鳴器發(fā)出聲音。(5)測(cè)量二極管。將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置二極管擋位置，紅表筆插入“V·Ω〞孔，黑表筆插入“COM〞孔。測(cè)量時(shí)，紅表筆接二極管正極，黑表筆接二極管負(fù)極為正向接入二極管。正向接入時(shí)，鍺管應(yīng)顯示電壓0.15V～0.3V，硅管應(yīng)顯0.55V～0.7V。(6)測(cè)量三極管。判斷三極管類型時(shí)，把基極確定后，用紅表筆接基極，用黑表筆分別接觸另兩極，假設(shè)兩次顯示為0.55V～0.7V，那么為NPN管；假設(shè)兩次顯示電壓都溢出那么為PNP管。測(cè)量三極管參數(shù)時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋置三極管檔“PNP〞或“NPN〞位置，測(cè)量時(shí)將三極管的三個(gè)引腳分別插入“〞的插孔。2.5.2示波器示波器是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用來(lái)觀察電信號(hào)波形的常用電子儀器，利用示波器可以測(cè)量信號(hào)的周期或頻率，脈沖寬度、相位差、幅度等參數(shù)。示波器根據(jù)結(jié)構(gòu)及性能、用途的不同，可以分為通用示波器、多束示波器、存儲(chǔ)示波器、取樣示波器及特殊示波器等。下面就模擬示波器CA8060為例，介紹示波器的使用方法。CALTEKCA8060為便攜式雙通道示波器，垂直系統(tǒng)具有0～60MHz的頻帶寬度和5mV/DIV～5V/DIV的偏轉(zhuǎn)靈敏度，配以10∶1探頭靈敏度可達(dá)50V/DIV。示波器CA8060雙蹤示波器的使用1.檢查本儀器初次使用或長(zhǎng)期未使用時(shí)，需對(duì)儀器進(jìn)行檢查，步驟如下：(1)將儀器面板上的控件設(shè)置如下：亮度、聚焦、位移控件居中，垂直方式選CH1，垂直靈敏度選10mV/DIV擋，微調(diào)旋鈕到校正位，觸發(fā)方式選峰值自動(dòng)，掃描速率選5ms擋，觸發(fā)極性選正，出發(fā)源為內(nèi)觸發(fā)CH1，輸入耦合方式為AC；(2)接通電源，預(yù)熱片刻，屏幕上出現(xiàn)光跡，分別調(diào)節(jié)亮度、聚焦、跡線旋轉(zhuǎn)，使光跡清晰并與水平刻度平行；(3)用10∶1探極把校正信號(hào)輸入至CH1輸入插座，調(diào)節(jié)CH1位移與X位移，得到校正波形；(4)同上步驟，校正CH2輸入。CA8060雙蹤示波器的使用2.峰-峰電壓的測(cè)量測(cè)量信號(hào)波形的峰-峰電壓的步驟如下：(1)將信號(hào)輸入至CH1或CH2輸入插座，將垂直方式置于被選用的通道；(2)設(shè)置電壓衰減器并觀察屏幕波形，使顯示的波形占屏幕上5格左右，將微調(diào)旋至校正位置；(3)調(diào)整觸發(fā)電平使波形穩(wěn)定(如果是峰值自動(dòng)，不需調(diào)節(jié)電平)；(4)調(diào)節(jié)掃描速率控制器，使屏幕顯示至少一個(gè)波形周期；(5)調(diào)整垂直位移，使波形底部位于屏幕中某一水平坐標(biāo)上(如圖2.72中①點(diǎn))；(6)調(diào)整水平位移，使波形頂部位于屏幕中央的垂直坐標(biāo)上(如圖2.72中②點(diǎn))；(7)讀出垂直方向上①、②點(diǎn)間的格數(shù)；(8)按如下公式計(jì)算信號(hào)的峰-峰電壓值(VP-P)VP-P=垂直方向的格數(shù)×垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)CA8060雙蹤示波器的使用3.直流電壓的測(cè)量如果被測(cè)信號(hào)中含有直流電平，可以測(cè)量直流電平的大小。其測(cè)量步驟如下：(1)設(shè)置面板控制，使屏幕顯示一條掃描基線；(2)設(shè)置被選用通道的耦合方式為“GND〞，調(diào)節(jié)垂直位移，使掃描基線位于某一水平線上，如圖2.73“測(cè)量前〞位置，定義此水平位置為零電壓值；(3)將被測(cè)信號(hào)電壓接入被選用的通道插口，將輸入耦合方式設(shè)為“DC〞，調(diào)節(jié)電壓衰減器，使顯示的掃描基線位于屏幕適宜位置，微調(diào)旋至校正位置；(4)讀出掃描基線在垂直方向上偏移的格數(shù)，如圖2.73“測(cè)量后〞；(5)按以下公式計(jì)算被測(cè)電壓值。V=垂直方向的格數(shù)×垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)×偏轉(zhuǎn)方向(+或-)CA8060雙蹤示波器的使用4.時(shí)間的測(cè)量對(duì)被測(cè)信號(hào)波形上的任意兩點(diǎn)間的時(shí)間參數(shù)可以進(jìn)行測(cè)量，步驟如下：(1)將信號(hào)接入CH1或CH2插座，設(shè)置垂直方式為被選通道；(2)調(diào)整觸發(fā)電平使屏幕顯示波形穩(wěn)定；(3)將掃描速率微調(diào)到校正位置，調(diào)整掃速控制器，使屏幕上顯示1～2個(gè)周期的信號(hào)；(4)分別調(diào)整垂直移位和水平移位，使波形中需測(cè)量的兩點(diǎn)位于屏幕中央水平線上；(5)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的水平線的刻度，按以下公式計(jì)算時(shí)間間隔S：CA8060雙蹤示波器的使用5.頻率的測(cè)量對(duì)于重復(fù)頻率的測(cè)量，一般可以按時(shí)間測(cè)量的步驟測(cè)得信號(hào)周期，然后對(duì)其周期求倒數(shù)即可得到信號(hào)的頻率。2.5.3信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器和示波器一樣，也是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的電子測(cè)量?jī)x器之一。信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生頻率、幅度可連續(xù)調(diào)節(jié)的正弦波、方波或三角波等波形。按照輸出的波形種類來(lái)分類，常見的有正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器等。下面以Caltek公司的CA1640-20函數(shù)信號(hào)發(fā)生器為例，講述信號(hào)發(fā)生器的使用方法。信號(hào)發(fā)生器1.面板及控件CA1640信號(hào)發(fā)生器前、后面板的示意圖分別如圖2.75、圖2.76所示。圖2.75CA1640信號(hào)發(fā)生器前面板示意圖

圖2.76CA1640信號(hào)發(fā)生器后面板示意圖2.5.4直流穩(wěn)壓電源

在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常常需要有穩(wěn)定的直流電源供電。直流穩(wěn)壓電源是一種在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，其輸出直流電壓或電流保持不變的電源裝置。現(xiàn)以Caltek公司的CA1713雙路直流穩(wěn)壓電源為例說(shuō)明其功能及使用方法。直流穩(wěn)壓電源1.

CA1713面板及控制件功能說(shuō)明CA1713直流穩(wěn)壓電源面板示意如圖2.77所示。圖2.77CA1713直流穩(wěn)壓電源面板示意圖直流穩(wěn)壓電源CA1713直流穩(wěn)壓電源面板各功能元件的作用如表2-22所示。序號(hào)功能序號(hào)功能1電源開關(guān)，控制電源通斷8右路電壓顯示2左路輸出：0～32V，0～3A9右路電流顯示3右路輸出：0～32V，0～3A10左路電流顯示4固定輸出：5V，0～2A11左路電壓顯示5右路電壓調(diào)節(jié)12左路電流調(diào)節(jié)6右路電流調(diào)節(jié)13左路電壓調(diào)節(jié)7按入為跟蹤，彈出為獨(dú)立

表2-22CA1713直流穩(wěn)壓電源功能元件說(shuō)明表直流穩(wěn)壓電源2.使用方法(1)作為雙路可調(diào)獨(dú)立電源使用：將⑦鍵彈出，那