第五章 数字电路基础知识（课件）西科大版

电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 【任务目标】 1.掌握晶体管的开关特性，基本逻辑门与门、或门、非门电路和组合逻辑门与非门、或非门电路符号、逻辑关系 （2）能识读由二极管组成的与门电路、或门电路和三极管组成的非门电路 （3）了解与或非门、异或门、同或门电路电路符号、逻辑关系。 （4）了解逻辑代数基本公式和基本化简方法。 项目五 数字电路基础知识 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.1.1脉冲的基本概念 5.1脉冲与数字信号 1.脉冲的概念：瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称脉冲。如图5.1.1所示脉冲发生器产生的波形。 2脉冲的特点：电压及电流波形为突变的或不连续或离散的。 图5.1.1 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.1.2矩形波脉冲 在脉冲技术中最常使用的是矩形脉冲波，简称矩形波。如图5.1.2所示。 常用参数： 1.脉冲幅度Vm ：脉冲电压变化的最大值； 2.脉冲上升时间 ： 脉冲从幅度的10％处上升到幅度的90％处所需的时间； 3.脉冲下降时间 ：脉冲从幅度的90％处下降到幅度的10％处所需的时间； 4.脉冲宽度（指时间）： 脉冲出现后的持续时间，一般指上升沿和下降沿幅度为50％处的时间宽度； 5.脉冲周期T ：周期性脉冲，相邻两脉冲波对应点间相隔的时间。它的倒数就是脉冲重复频率： 6.占空比 ：有效电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比率为50%，占空比为0.5，说明高电平所占时间为0.5个周期。 图5.1.2 矩形波脉冲 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.1.3 数字电路概述 1.模拟信号：在数值和时间上都是连续变化的信号。 2.数字信号：时间或大小上都是不连续具有突变特点的脉冲信号称为数字信号。 如收音机、电视机接收到的声音和图像，而用以传递、加工和处理模拟信号的电路叫模拟电路。 如电子表的秒信号、生产线上记录零件个数的计数信号等，而传递、加工和处理数字信号的电路称数字电路。 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.1.4数字电路及其特点 1. 数字电路中半导体器件只需工作在截止、饱和导通两种极限状态,晶体管只作为电子开关使用，就可以表示这两种电平或状态。因此电路对元件参数等方面要求低，电路简单，易于实现数字电路集成化。 2。数字信号通常取两个离散量，用二进制数0和1来反映电路中两种状态。因此数字电路抗干扰能力强，还可以利用相关的数字技术实现数字信号的加密、压缩、检错、纠错等处理。 3.数字电路主要研究电路的输入端与输出端之间的逻辑关系，它不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算与判断，通常采用逻辑代数、真值表、波形图等方法进行运算和分析。 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.1.5 数字电路的发展及应用 1.数字电路的发展:从电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。 2.数字电路应用:计算机、计算器、电视机、音响系统、视频记录设备、光碟、长途电信及卫星系统等。 60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。 70年代末，大规模数字集成电路 近代，可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.2.1 二极管的开关特性 5.2 晶体管的开关特性与反相器 二极管的开关作用如图5.2.1所示。 图5.2.1 （a）正向偏置时相当于开关闭合 1.正向偏置时， 电阻很小，相当于开关闭合。 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2.反向偏置时，电阻很大，相当于开关断开。 图5.2.1 （b）反向向偏置时相当于开关断开 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.2.2 三极管的开关特性 当输入电压VI=-VG1时，三极管的发射结和集电结均反向偏置，三极管工作在截止区， c 极与e 极间约呈断路状态，对应的等效电路如图5.2.2（b）所示，相当于开关断开。 (a) （b） 图5.2.2 （c） 当输入电压VI=VG2时，调节Rb，使基极电流增加，集电极电流不变，集电结和发射结均处于正向偏置，三极管工作在饱和区，c 极与e 极间电压约为0.3V,此时c 极与e 极呈短路状态,对应的等效电路如图5.2.2（c）所示，相当于开关闭合。 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 5.2.3 晶体管反相器 1、电路图 Vi=0V时晶体管截止，输出端电位接近Ucc，这时相当于开关断开的情况。输入为低电平时，输出为高电平 2、工作原理 Vi=＋3V