专题十六 数字电路基础与晶体管开关电路（教案）-山东省职教高考《汽车电工电子基础》（高教版）专题复习讲练测

专题十六.数字电路基础与晶体管开关电路（讲义）-《汽车电工电子基础》（高教版）专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解数字电路的工作原理和特点，并能够和模拟电路进行对比。 2.掌握基本数字逻辑门的符号、真值表和逻辑功能，理解它们的构造和工作原理。 3.理解组合逻辑电路与时序逻辑电路的定义、特性和应用场景。 4.理解计数器和移位寄存器的工作原理，并能够解释它们在数字电路中的应用。 5.熟悉数字电路的测试和故障分析方法。 6.理解晶体管的工作原理，特别是做开关时的截止和饱和状态。 7.熟悉不同逻辑门电路的开关特性及其应用场景，如RTL、DTL、TTL和CMOS。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1. 在数字电路中,信号电压和电流是脉冲的。脉冲是一种跃变信号,并且持续时间短暂。图8-1所示是最常见的矩形波和尖顶波。实际波形并不像图 8-1 那样理想,如图 8-2 所示。 2.下面以图 8-2 的矩形波为例,说明脉冲信号波形的一些参数 (1)脉冲幅度 A:脉冲信号变化的最大值。 (2)脉冲上升沿 t,:从脉冲幅度的 10%上升到 90%所需的时间(3)脉冲下降沿 t;: 从脉冲幅度的 90%下降到 10%所需的时间。 (4)脉冲宽度 t:从上升沿幅度的 50%到下降沿幅度的 50%所需的时间。 (5) 脉冲周期 T:周期性脉冲信号相邻两个上升沿或下降沿的脉冲幅度的 10%两点之间的时间间隔。 (6)脉冲频率: 单位时间的脉冲个数f=1/T。 在数字电路中,通常是根据脉冲信号的有无、个数、宽度和频率来进行工作的,所以抗干扰能力强,准确度高。 此外脉冲信号还有正和负之分。如果脉冲跃变后的值比初始值高,则为正脉冲,如图 8-3a所示;反之,则为负脉冲,如图 8-3b 所示。 3.二极管具有单向导电性,利用这一特性可将二极管当作一个开关,如图 8-4 所示。 图 8-4a 中,扳动开关,可使小电灯亮或灭。而在图 8-4b 中,二极管处于正向偏置,小电灯亮;在图 8-4c 中,二极管处于反向偏置,此时小电灯灭。即二极管正向偏置时相当于开关闭合;二极管反向偏置时相当于开关断开。由此可见二极管具有开关特性。二极管开关只能近似于理想开关.二极管开关具有动作时间短、使用频率高、无触点等优点。 4.晶体管具有饱和、放大、截止三种工作状态。如果有目的地控制晶体管基极电压或电流,就可使晶体管交替工作于饱和或截止状态,相当于晶体管工作在开关的闭合或断开状态。可用图8-5 的实验电路来验证晶体管的开关特性。在图 8-5a 中,加在基极电源电压是 3 V,晶体管工作于饱和状态,即相当于开关闭合,此时小电灯发亮;在图 8-5b 中,加在基极电源电压是0 V晶体管工作于截止状态,即相当于开关断开,此时小电灯不会亮。 5.反相器是最基本的开关电路,电路如图 8-6a 所示。 [真题练讲] 1. (2020年•山东省统一考试) 一个AND逻辑门的输出为高电平，当： A) 所有输入都为低电平 B) 所有输入都为高电平 C) 至少有一个输入为低电平 D) 至少有一个输入为高电平 答案：B 解析：AND逻辑门的输出仅在所有输入同时为高电平时才为高电平。 2. (2017年•山东省统一考试) 在数字电路中，NOT逻辑门也被称为： A) 缓冲器 B) 反相器 C) 或门 D) 与非门 答案：B 解析：NOT逻辑门执行逻辑非操作，输出总是输入的相反状态，因此它被称为反相器。 3. (2017年•山东省统一考试) 一个典型的二进制计数器是一种： A) 组合逻辑电路 B) 时序逻辑电路 C) 逻辑门 D) 解码器 答案：B 解析：计数器依赖于时钟信号来改变其状态，且它的输出不仅依赖于目前的输入，而且还依赖于之前的状态，所以它是一种时序逻辑电路。 4. (2018年•山东省统一考试)  当晶体管作为一个开关使用时，它不应当工作在哪个区域？ A) 饱和区 B) 放大区 C) 截止区 D) 都可以 答案：B 解析：晶体管作为开关时，应当工作在截止区（关闭）和饱和区（打开）。放大区是用于模拟信号放大，并不适于数字开关应用。 5. (2017年•河南省统一考试)TTL和CMOS是两种不同类型的数字逻辑门技术。关于它们的功耗，以下说法正确的是： A) TTL通常有比CMOS更低的功耗 B) CMOS在没有切换时基本不消耗功耗 C) TTL和CMOS在所有操作条件下功耗都相同 D) CMOS仅在高频操作时才有优势 答案：B 解析：CMOS技术的一个显著优点是静态条件下几乎没有功耗，只在逻辑状态切换时才有功耗。这使得CMOS在低功耗应用中比TTL更受欢迎。 [限时练讲] 1.哪一种逻辑门的输出将总是与单个输入的逻辑状态相反？ A) AND门 B) OR门 C) XOR门 D) NOT门