电子设计第二部分汇编

1、数字量数字量：是指在时间上或数量上的变化都是离散的。也就是指在时间上或数量上的变化都是离散的。也就是说，它们的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列是说，它们的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列离散的瞬间。这类物理量叫做数字量。在电子电路中，把表离散的瞬间。这类物理量叫做数字量。在电子电路中，把表示数字量的信号叫做数字信号。将产生、存储、变换、处理、示数字量的信号叫做数字信号。将产生、存储、变换、处理、传送数字信号的电子电路叫做传送数字信号的电子电路叫做数字电路数字电路。 例如，用一个电子电路组成的图书馆读者进馆人数统例如，用一个电子电路组成的图书馆读者进馆人数统计计数器，当有读者进馆

2、时，通过红外传感器便给电路送入计计数器，当有读者进馆时，通过红外传感器便给电路送入一个信号，使之记一个信号，使之记1 1，而没有读者进馆时，加给电路的信号是，而没有读者进馆时，加给电路的信号是0 0，因而不计数。由此可见，计数这个信号无论是在时间上还，因而不计数。由此可见，计数这个信号无论是在时间上还是在数量上都不是连续的，因此它是一个数字信号。是在数量上都不是连续的，因此它是一个数字信号。一、基本概念一、基本概念模拟量：模拟量：所谓模拟量，是指在时间上或数值上的变化是所谓模拟量，是指在时间上或数值上的变化是连续的，被称为模拟量。把表示模拟量的信号叫做模拟连续的，被称为模拟量。把表示模拟量的信

3、号叫做模拟信号。在电子电路中，把产生、变换、传送、处理模拟信号。在电子电路中，把产生、变换、传送、处理模拟信号的电子电路叫做信号的电子电路叫做模拟电路模拟电路。 例如，热电偶在工作时输出的电压信号就是模拟信例如，热电偶在工作时输出的电压信号就是模拟信号，因为在任何情况下，被测温度都不发生突变，所测号，因为在任何情况下，被测温度都不发生突变，所测得的电压信号无论在时间上或是在数量上都是连续的，得的电压信号无论在时间上或是在数量上都是连续的，并且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值并且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都有具体的物理意义，即表示一个相应的温度。都有具体的物理意义，

4、即表示一个相应的温度。 逻辑代数是一个由逻辑变量集（逻辑代数是一个由逻辑变量集（“0 0，1”1”）及）及“与与”、“或或”、“非非”三种运算符所构成的代数系统。其中逻辑变三种运算符所构成的代数系统。其中逻辑变量集是指逻辑代数中的所有可能变量中的集合，这些变量可量集是指逻辑代数中的所有可能变量中的集合，这些变量可用字母表示，但每一个变量的取值只有用字母表示，但每一个变量的取值只有0 0或或1 1两种可能。这里两种可能。这里的的0 0或或1 1已不再表示数量的大小，只代表两种不同的逻辑状态。已不再表示数量的大小，只代表两种不同的逻辑状态。二、二、数字集成电路数字集成电路Vcc6A6Y5A5Y4A

5、4Y14131211109812345671A1Y2A2Y3A3YGNDCD4069AY 数字集成电路中的工作信号通常是用脉冲表示数字信数字集成电路中的工作信号通常是用脉冲表示数字信号。如用号。如用“1”1”表示有脉冲，则表示有脉冲，则“0”0”表示无脉冲；也可表示无脉冲；也可以用以用“1”1”表示表示“真真”、“0”0”表示表示“假假”等等。一般说等等。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在时间分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一但在时间分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个基本特点。个基本特点。 0u0u1.1.逻

6、辑代数中的逻辑变量逻辑代数中的逻辑变量4V100.2V0.21数字电路中，信号只有高电平和低电数字电路中，信号只有高电平和低电平两种状态。在二进制系统中用平两种状态。在二进制系统中用“1”和和“0”表示。其工作信号是不连续表示。其工作信号是不连续变化的信号，电路中的器件通常工作变化的信号，电路中的器件通常工作在饱和区或截止区，即工作在开关状在饱和区或截止区，即工作在开关状态。而放大区只是过渡区。态。而放大区只是过渡区。 数字信号的高电平数字信号的高电平VH与低电平与低电平VL表表示的都是一定的电压范围，示的都是一定的电压范围，而不是一而不是一个固定不变的值。在实际工作中，只个固定不变的值。在实

7、际工作中，只要求确切区分高、低电平即可。要求确切区分高、低电平即可。 在分析数字信号过程中，着重考在分析数字信号过程中，着重考虑数字虑数字信号的有无信号的有无，而无需过多的考，而无需过多的考虑信号大小。虑信号大小。2.2.数字电路的电平数字电路的电平3.3.数字集成电路的分类数字集成电路的分类集成规模元件数/片小规模集成电路(SSI)中规模集成电路(MSI)大规模集成电路(LSI)甚(超)大规模集成电路(VLSI)超超大规模集成电路(ULSI)巨大规模集成电路(GLSI)102103104105106107集成电路根据不同的规模分类集成电路根据不同的规模分类 双极型三极管逻辑电路的简称。双极型

8、三极管逻辑电路的简称。特点：特点：性能优良性能优良 结构简单结构简单 开关速度快开关速度快 抗干扰能力强抗干扰能力强 负载能力强负载能力强 功耗适中功耗适中 使用比较广泛使用比较广泛 应用：应用：触发器、计数器、译码器等触发器、计数器、译码器等逻辑电平：逻辑电平：TTLTTL电路为正逻辑系统，电路为正逻辑系统，即高电即高电平平(“1”)(“1”)是大约是大约3.6V3.6V的正的正电压，低电平电压，低电平(“0”)(“0”)大约是大约是0.2V0.2V0.35V0.35V。工作电压：工作电压：5V5V。互补金属氧化物半导体集成电路的简称。互补金属氧化物半导体集成电路的简称。特点：特点： 功耗低

9、功耗低(25(25100W)100W) 电源电压范围宽电源电压范围宽 ( (3 318V)18V) 抗干扰能力强抗干扰能力强 输入阻抗高输入阻抗高( (大于大于100M)100M) 逻辑摆幅大，成本低逻辑摆幅大，成本低 价格便宜价格便宜 应用范围极广应用范围极广 发展速度快，逐步取代一些发展速度快，逐步取代一些TTLTTL电电路路分类：分类： CD4000CD4000系列系列 工作电压：工作电压：3 318V18V C000 C000系列系列 工作电压：工作电压： 8 812V12V、7 715V15V、3 318V18V。 CMOS CMOS逻辑电路逻辑电路 400*系列系列 TTL逻辑电路

10、逻辑电路 7474* * *系列系列4 4. 简单的门电路简单的门电路(a)YBA图（图（a a）电路中，只）电路中，只有全部条件同时具备有全部条件同时具备时，结果才会发生。时，结果才会发生。这种因果关系叫做逻这种因果关系叫做逻辑辑“与与”。或叫逻辑。或叫逻辑乘。其公式可写成乘。其公式可写成Y=A BYBAABYY0001010110011110Y=A BABY与门ABY与非门(b)YBA图（图（b b）电路中，在全）电路中，在全部条件中，只要有部条件中，只要有任任何一个条件满足时，何一个条件满足时，结果就会发生。这种结果就会发生。这种因果关系叫做逻辑因果关系叫做逻辑“或或”。或叫逻辑相加。或

11、叫逻辑相加。其公式可写成。其公式可写成Y=ABABY+或门YBAABYY0001011010101110Y=ABABY+或非门(c)YRA图（图（c c）电路中，）电路中，只要条件具备了，结只要条件具备了，结果便不会发生。而条果便不会发生。而条件不具备时，结果反件不具备时，结果反而会发生。这种因果而会发生。这种因果关系叫做逻辑关系叫做逻辑“非非”。或叫逻辑反。其公。或叫逻辑反。其公式可写成式可写成A= =YAY非门YRAAY0110A= =YABY与非门ABY+或非门32VMCRR1R3R4R5R6R7R8R2RGC1C2C3F4MICF3F1F3T1D1 在二进制数字计算系统中，我们可分别用

12、一个确定的低电平和一个确定的高电平代表“0”和“1”，因此对数字量的运算和处理就归结为对电的量低电平和高电平的运算和处理。而对非电的物理量，则可用电压的高低或电流的大小相应模拟它们的大小，在时间上或数值上的变化是连续的，被称为模拟量。因此，模拟集成电路就是数字电路以外的所有半导体集成电路。 三、模拟集成电路三、模拟集成电路 从模拟集成电路的工作机理和功能要求考虑，与数字集从模拟集成电路的工作机理和功能要求考虑，与数字集成电路相比，概括起来有下述一些特点：成电路相比，概括起来有下述一些特点：1.1.模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点 电路所要处理的是连续变化的模拟信号。电路所要处理的是连续变化

13、的模拟信号。 除了需要功率输出的输出级电路外，电路中信号的电平除了需要功率输出的输出级电路外，电路中信号的电平值是比较小的。值是比较小的。 模拟集成电路具有多种多样的电路功能。以收音机用模模拟集成电路具有多种多样的电路功能。以收音机用模拟集成电路为例，就包括高频放大、混频、中放、检波、拟集成电路为例，就包括高频放大、混频、中放、检波、前置放大和功率放大等功能。电路功能的多样化，使模拟前置放大和功率放大等功能。电路功能的多样化，使模拟集成电路的封装形式也是多种多样的。集成电路的封装形式也是多种多样的。 与数字集成电路相比，模拟集成电路一般总是要求在较与数字集成电路相比，模拟集成电路一般总是要求在

14、较高的电源电压下工作。高的电源电压下工作。 线性线性模拟集成电路模拟集成电路非线性非线性模拟集成电路模拟集成电路功率集成电路功率集成电路功能功能2. 2. 模拟集成电路的分类模拟集成电路的分类模拟集成电路的分类方法是各种各样的。模拟集成电路的分类方法是各种各样的。 运算放大器运算放大器 电视机集成电路电视机集成电路 音响集成电路音响集成电路 钟表集成电路钟表集成电路 集成稳压器等集成稳压器等用途用途 参数参数通用型运算放大器高阻型运算放大器低温漂型运算放大器高速型运算放大器低功耗型运算放大器高压大功率型运算放大器 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入阻抗和低集成运算放大器是一种高电压增益、高

15、输入阻抗和低输出电阻的多级直接耦合放大器，借助外加反馈网络可以输出电阻的多级直接耦合放大器，借助外加反馈网络可以控制运放的输出、输入之间的函数关系。控制运放的输出、输入之间的函数关系。 目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在它的输入与输出之间接入不同倍数的直接耦合放大器。在它的输入与输出之间接入不同的反馈网络的反馈网络, ,可实现不同用途的电路可实现不同用途的电路, ,例如利用集成运算放例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、

16、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换等。集成运算放大器的种类调制）以及波形的产生和变换等。集成运算放大器的种类非常多非常多, ,可适用于不同的场合，已成为模拟系统的一个基本可适用于不同的场合，已成为模拟系统的一个基本单元。单元。 3.3.集成运算放大器集成运算放大器 通常，集成运算放大器在电路中有三种基本接法，即反相通常，集成运算放大器在电路中有三种基本接法，即反相输入运算放大器、同相输入运算放大器和差动输入运算放大器。输入运算放大器、同相输入运算放大器和差动输入运算放大器。这是集成运算放大器的三种基本电路，或

17、称为三种基本组态。这是集成运算放大器的三种基本电路，或称为三种基本组态。 反相输入运算放大器反相输入运算放大器 电路如图所示是反相输入运算放大器电路。图中输入信号电路如图所示是反相输入运算放大器电路。图中输入信号R RI I加到运放的加到运放的“”端（反相输入端），运放端（反相输入端），运放“”端（同相输端（同相输入端）入端）接地。输出电压由接地。输出电压由RfRf反馈到反馈到“”端，构成电压并联负反馈，端，构成电压并联负反馈，RfRf称为反馈电阻。由于信号是由反相端输入，故称为反相输入运称为反馈电阻。由于信号是由反相端输入，故称为反相输入运算放大器。算放大器。 集成运算放大器的三种基本组态集

18、成运算放大器的三种基本组态IiViVoRfRI IfvfRRAIiiifRIVRv反相输入运算放大反相输入运算放大器的闭环电压增益为器的闭环电压增益为v负号表示输出电压与输入负号表示输出电压与输入电压反相位。电压反相位。v输入电阻为输入电阻为 电路如图所示是同相输入运算放大器电路。图中输入信号电路如图所示是同相输入运算放大器电路。图中输入信号ViVi直接加直接加到运放的到运放的“”端（同相输入端），运放端（同相输入端），运放“”端（反相输入端）经端（反相输入端）经R RI I 接地。接地。输出电压由输出电压由R Rf f 反馈到反馈到“”端，构成电压串联负反馈，端，构成电压串联负反馈，R Rf

19、 f 称为反馈电阻。称为反馈电阻。由于信号是由同相端输入，故称为同相输入运算放大器。由于信号是由同相端输入，故称为同相输入运算放大器。I Ii iViVoRfRI 同相输入运算放大器同相输入运算放大器同相输入运算放大器的闭环增益为同相输入运算放大器的闭环增益为IfvfRRA1由于串联负反馈使输入电阻增大、由于串联负反馈使输入电阻增大、电压负反馈使输出电阻减小，所电压负反馈使输出电阻减小，所以同相输入运算放大器的输入电以同相输入运算放大器的输入电阻很高、输出电阻很低。阻很高、输出电阻很低。 同相输入运算放大器输出电压与同相输入运算放大器输出电压与输入电压同相位。输入电压同相位。 电路如图所示是差

20、动输入运算放大器电路。图中输入信号电路如图所示是差动输入运算放大器电路。图中输入信号V Vi i1 1、V Vi i2 2 经经R R1 1 、R R3 3分别分别加到运放的加到运放的“”端（反相输入端）和端（反相输入端）和“”端（同端（同相相输入端），运放输入端），运放“”端（反相输入端）经端（反相输入端）经R R4 4 接地。输出电压由接地。输出电压由R Rf f 反反馈到馈到“”端。由于同相端和反相端同时输入信号，故这种电路称为端。由于同相端和反相端同时输入信号，故这种电路称为差差动输入运算放大器。动输入运算放大器。12RRAvfVi2R4R3Vi1VoR2R1 差动输入运算放大器差动输

21、入运算放大器差动输入运算放大器的闭环增益为差动输入运算放大器的闭环增益为即与反相输入运算放大器的闭环增益相同。但是，差动输入运算放大器不存在虚地。输出电压)(1212iioVVRRV可见，差动输入负反馈运算放大器的输出电压与输入电压的差值成正比，可见，差动输入负反馈运算放大器的输出电压与输入电压的差值成正比，反馈系数只与外接反馈元件阻抗有关。反馈系数只与外接反馈元件阻抗有关。 电压比较器是一种判断输入电压相对大小的电路。电压比较器是一种判断输入电压相对大小的电路。通常，它至少有两个输入端和一个输出端，其中一个输通常，它至少有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端加信号入端加信号V V1 1，另一个信号是，另一个信号是已知电压已知电压或参考电压（也称或参考电压（也称门限电压门限电压V VR R，比较器仅有两种输出状态：输出高电位，比较器仅有两种输出状态：输出高电位V VH H，输出低电位，输出低电位V VL L。当输入信号大于参考电压时，输出。当输入信号大于参考电压时，输出状态便发生翻转，即输出为高电平，用状态便发生翻转，即输出为高电平，用V VH H表示；当输入表示；当输入信号小于参考电压时，输出为低电平，用信号小于参考电压时，输出为低电平，用V VL L表示。从数表示。从数字电路观点看，对于正逻辑，高电平相当于逻辑电平字电路观点看，对