整套课件教程：电工电子技术及应用

1、电工电子技术及应用目 录124335学习情境一 直流电路分析与测试学习情境二 日光灯的安装与测试学习情境三 三相照明电路的连接与测试学习情境四 变压器的认识学习情境五 电动机及其控制目 录6793810学习情境六 常用半导体器件的检测学习情境七 放大器的实现学习情境八 直流稳压源的设计与实现学习情境九 表决器电路的设计与实现学习情境十 计数器电路的设计与实现目 录11学习情境十一 工厂供电与安全用电谢谢观赏学习情境一 直流电路分析与测试12任务一 学习直流电路的基本知识任务二 复杂直流电路的分析与测试返回任务一 学习直流电路的基本知识1.1.1建立电路模型并分析主要物理量一、电路模型及组成电路

2、是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体，它提供了电流通过的闭合路径。一个完整的电路由电源、负载和中间环节三个基本部分组成。电源是把其他形式的能量转换为电能的装置，例如，发电机将机械能转换为电能。负是取用电能的装置，它把电能转换为其他形式的能量。例如，电灯将电能转换为光能，电动机将电能转换为机械能，电热炉将电能转换为热能等。中间环节包括导线、开关、熔断器等连接或保护器件。图1一1为一最简单的电路。下一页返回任务一 学习直流电路的基本知识 由理想电路元件组成的电路称为电路模型，如图1 -2所示。图中假定实际电源的内阻为Rs. 二、电路的基本物理量1.电流电流是由电荷的定向移动形成的。大小和

3、方向均不随时间变化而变化的电流叫恒定电流，简称直流电流的强弱用电流强度来表示，对于恒定直流，电流强度I用单位时间内通过导体截面的电量Q来表示，即上一页下一页返回任务一 学习直流电路的基本知识 在进行电路计算时，先任意选定某一方向作为待求电流的正方向，并根据此正方向进行计算，若计算得到的结果为正值，说明电流的实际方向与选定的正方向相同;若计算得到的结果为负值，说明电流的实际方向与选定的正方向相反。图1 -3表示电流的参考正方向(图中I所示)与实际方向(图中正电荷所示)之间的关系。图1 -3(a)中参考正方向与实际方向一致，则电流为正值(I0);图1 -3(b)中参考正方向与实际方向相反，则电流为

4、负值(I0，表示u. i，表明u的相位超前于u或i的相位滞后于侧图2一3(b). 若0，表示u. i;，表明。的相位滞后于i，或i的相位超前u 。上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识若=u.- i=这表明。与i在相位上相差7T角，这种情况称为。与i反相(图2一3(c) 二、正弦量的相量表示法正弦量可以用不同的方式来表示，只要把三个要素表示清楚即可，正弦量的表示方法是分析正弦交流电路的工具。前面已经用过两种方法表示正弦量，即三角函数式及其波形图表示，都很直观，但不便于计算。为了电路分析和计算的方便，经常采用相量表示法 相量表示法是用相量或相量图来表示相对应的正弦量的方法，由于相

5、量本身就是复数，下面将对复数及其运算进行简要说明。1.复数上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识一个复数A(如图2一4所示)可用下面四种形式来表示:1)代数式 2)三角函数式 令复数A的模|A|等于a，其值为正，角是复数A的辐角。3)指数式根据欧拉公式4)极坐标式上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识 2.相量确定一个正弦量必须先确定它的三要素，但在分析正弦交流电路时，同一电路中所有的电压、电流都是同频率的正弦量，而且它们的频率与正弦电源的频率相同(我国电网频率50 Hz)，这样频率就可以当成一个已知要素来处理，因此，一个正弦量只需知道幅值(或有效值)及初相位两

6、个要素就可以确定了。设正弦量为3.相量图设正弦量 ，其相量为 应在复平面上可以用长度为最大值I,或有效值Im，与实轴正向夹角，为它的矢量表示，如图2一5所示。上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识这种表示相量的图称为相量图。有时为简便起见，实轴和虚轴可省去不画。同频率的正弦量可以画在一个相量图中，在相量图上，能形象地表示出各正弦量的大小和相位关系。2.1.2正弦交流电路中的电阻、电感和电容由电阻、电感、电容单个元件组成的正弦交流电路，是最简单的交流电路。下面将分别对电阻、电感、电容元件的电压、电流关系进行讨论一、电阻元件的交流特性1.电压与电流的关系纯电阻电路如图2-7(a)所

7、示，设流过电阻的电流的表达式为 ，根据欧姆定律有上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识由此可知，通过电阻中的电流L与它的端电压，是同频同相位的两个正弦量。于是可得出它们的波形图及相量图，如图2 -7(b)和图2 -7(c)所示。 2.功率计算1)瞬时功率P电路任一瞬时所吸收的功率称为瞬时功率，用P表示。它等于电压与电流瞬时值的乘积。为方便计算取u = u = 0，则有 2)平均功率(有功功率)P瞬时功率在一周期的平均值，称平均功率或有功功率，或简称功率，用大写英文字母尸表示即上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识二、电感元件的交流特性1.电压电流关系图2 -8(

8、a)所示为纯电感的交流电路，电压与电流的参考方向如图所示。设由电感元件上的电压关系可得上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识 从相量的角度来分析，设 ，则电流的相量为 ，根据式(2 -9)和式(2一12)可得2.功率计算1）瞬时功率P2)平均功率p在一周期内，纯电感线圈的平均功率可表示为上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基本知识3)无功功率QL储能元件中瞬时功率的振幅称为无功功率，用字母QL来表示，即三、电容元件的交流特性1.电压电流关系电容元件通过的电流与两端的电压，在关联参考方向下如图2 -9所示。设电容两端电压为上一页下一页返回任务一 学习单相正弦交流电路的基

9、本知识2.功率计算1)瞬时功率P2)平均功率p由以上分析可知，电容元件也是不消耗功率的，平均功率也为零，p=03)无功功率Qc:与电感元件的无功功率相似，一也定义电容元件瞬时功率最大值为它的无功功率，单位也是var上一页返回任务二 连接日光灯电路并测试2. 2. 1练习使用交流电流表、交流电压表和功率表一、实训目的(1)了解交流电流表、交流电压表和功率表的结构和工作原理。(2)掌握交流电流表、交流电压表和功率表的接线和使用方法。(3)测定电阻(W、感抗(XL)、容抗(Xc)与供电电源频率f间的关系。二、实训原理和电路(一)交流电流表和交流电压表交流电流表和交流电压表的实物如图2一13所示 交流

10、电流表与交流电压表有多种构造。常见的有以下几种: 下一页返回任务二 连接日光灯电路并测试(1)磁电整流式(图2一13(b)。在直流电流表(或电压表)里面增加一个(或2个或4个)整流二极管，就变成了交流电流(或电压)表，如图2一14所示，其中(a)为串阻抽头半波整流交流电压表，(b)为闭路抽头半波整流交流电流表。这种表拿在手里觉得很重，因为里面有一个永久磁铁。 (2)电动式。用一个位置固定的通电线圈(这个线圈里是没有铁芯的，若是有铁芯，就叫做“铁磁电动式”)代替上面磁电式电表里的永久磁铁，这个线圈通电后产生一个磁场，这个磁场与里面的可转动的通电线圈作用，也能使线圈发生偏转。这种电表是交直流两用的

11、。并且精度很高。缺点是受外磁场影响较大，并且在作为电流表、电压表使用时，其刻度是不均匀的。上一页下一页返回任务二 连接日光灯电路并测试 (3)电磁式。这种电表构造极其简单，就是在一个粗导线做的线圈里放置两个铁片，其中一个铁片固定，另一个可转动，还连着一个指针。所以也叫“动铁式”。可以直接测量几十安的大电流。现在配电房里用的大多是这种表。其价格低廉，精度不高。表2一1为磁电式、整流式、电磁式、电动式电压表和电流表的工作原理和主要技术特性 (二)功率表 1.工作原理电动式功率表用于测量正弦电路中负载的平均功率时，定圈B与负载串联，动圈C串联附加电阻尺.后与负载并联，如图2一15(a)所示上一页下一

12、页返回任务二 连接日光灯电路并测试。这时，流过定圈中的电流I，和负载电流I实际上是同一电流，因此，定圈也常称为电流线圈。如果忽略动圈的感抗并且记动圈支路的电阻(包括Rd)为R2，则流过动圈中的电流图2一15(b)是负载为感性时功率表中的电流I1、12和电压IJ的相量图。 2.电动式功率表的正确接线如果改变功率表一个线圈中电流的方向，则该线圈中通过的电流与原先的反相，两线圈中流过电流的相位差比原先的增加了1800，则由式(2 - 38)可知，偏转角将变成负值，即功率表的指针就会反偏。因此功率表接线必须使线圈中的电流遵循一定的方向。在接线时要区分线圈的“起端”和“终端”。上一页下一页返回任务二 连

13、接日光灯电路并测试功率表线圈的“起端”通常用符号“*”标出。标有“*”号的接线端子称发电机端。接线时电流线圈和电压线圈的发电机端要接在电源的同一极性上，从而保证通过线圈的电流都由发电机端流入。按照这样的接线原则，功率表的正确接线有两种。图2一16是功率表的两种正确接线。图2一16(a)是电压线圈前接的电路。图2一16(b)是电压线圈后接的电路。 图2一17是功率表的几种常见的错误接线。图2一17(a)没有按功率表的正确接线原则接线。这种接线使指针反偏还可能损坏仪表。图2一17(b)由于分压电阻R比电压线圈的电阻大得多，电源电压几乎全部降落在Rd上，使两个线圈之间的电压接近电源电压，结果引起较大

14、的静电误差，还可能使线圈的绝缘击穿。图2一17(c)既没有按功率表的正确接线原则接线，又使定圈、动圈之间的电压接近于电源电压U，因此这种接线错误更严重。上一页下一页返回任务二 连接日光灯电路并测试 3.功率表的量限和指示值1)功率表的量限普通功率表的量限是在负载功率因数cos = 1时，电压量限和电流量限的乘积。电流量限是仪表与被测电路串联部分的额定电流。电压量限是仪表电压线圈支路允许承受的额定电压。在选择功率表时，不仅要注意被测功率是否超过功率表的量限，而且还要注意被测电路的电流和电压是否超出功率表的电流量限和电压量限。当被测电路的功率因数cos 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性(2)研

15、究集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。(二)实训原理及电路上一页下一页返回任务一 分立元器件直流稳压源的设计与实现 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电(市电)转变为直流电的直流稳压电源。 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图8一11所示。电网供给的交流电压u1(220 V , 50 Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压us ,再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u3。但这样的直流输出电压，还会随交流电

16、网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。上一页下一页返回任务一 分立元器件直流稳压源的设计与实现1.整流滤波电路测试按图8一12连接实训电路。取可调工频电源电压为16 V，作为整流电路输人电压u2。 (1) RL= 240，不加滤波电容，测量直流输出电压鱿，并用示波器观察U和。L波形，记入表8一1(2)取RL= 240, C =470 uF,重复内容1)的要求，记入表8一1(3)取RL= 120, C = 470 uF ,重复内容1)的要求，记入表8一1上一页下一页返回任务一 分立元器件直流稳压源的设计与实现 2.稳压测试图8

17、一13是用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出稳压电源的实训电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品(又称桥堆)，型号为KBP310，内部接线和外部管脚引线如图8一14所示。滤波电容C1 , C2一般选取几百至几千uF。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C3 ( 0. 33uF )，以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C4 ( 0. 1 uF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。上一页返回图8一1 半波整流电路及波形图返回图8 -3 常见的三种桥式整流电路画法返回图8-4 桥式整流电路图返回图8 -5 单相桥式整流电路波形图

18、返回图8-6 桥堆外形封装图返回图8一7 半波整流电客滤波及其波形返回图8 -8 三端式集成稳压器的实物照片返回图8一9 三端式集成稳压器的脚排列、符号返回图8 -10 可调输出的三端集成稳压器外形及图形符号返回图8一11 首流稳压电源框图返回图8 -12 整流滤波电路返回表8一1 整流滤波电路测试返回图8 -13 中W7815构成的串联刑稳压电源返回图 8一14 桥堆KBP310管脚图返回谢谢观赏学习情境九 表决器电路的设计与实现12任务一 学习数字电路基础知识任务二 表决器电路的实现返回任务一 学习数字电路基础知识9.1.1常用数制与编码电子电路分为模拟电路和数字电路两类。数字电路传递、加

19、工和处理的是数字信号，模拟电路传递、加工和处理的是模拟信号。在数字电路和计算机系统中，用代码表示数和特定的信息，因此，学习数字电路必须了解数字系统中的数制和码制。 一、数字电路和模拟电路1.模拟信号和模拟电路在时间上和幅值上都是连续变化的信号，称为模拟信号，如广播中传送的语音信号和放大电路输出的信号，如图9一1所示。用于传递、加工和处理模拟信号的电子电路，称为模拟电路。下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 2.数字信号和数字电路在时间上和幅值上都是断续变化的离散信号，称为数字信号，如脉冲信号和计算机通信端口的输入、输出信号，如图9 -2所示。用于传递、加工和处理数字信号的电子电路，称为数字电

20、路。 3.数字电路与模拟电路的区别(1)处理的信号不同:模拟电路处理的是随时间连续变化，幅值一也连续变化的模拟信号，而数字电路处理的是用“0”和“1”两个基本数字符号表示的离散信号。在数字电路中，信号只有高电平和低电平两个状态，通常低电平用数字“0”来表示，高电平用数字“1”来表示。(2)晶体管的工作状态不同:在模拟电路中，晶体管通常工作在线性放大区，而在数字电路中，晶体管通常工作在饱和或截止状态，即开关状态上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识(3)研究的着重点不同:研究模拟电路时关心的是电路输入与输出之间的大小、相位、效率、保真等问题，要计算出信号的实际数值，而研究数字电路时关心的是

21、输入与输出之间的逻辑关系。数字电路只需判别数字信号的有无，不必反映数字信号本身的实际数值。 (4)研究的方法不同:模拟电路主要分析方法有解析法、微变等效电路法、图解法等，而数字电路的主要分析方法有真值表、逻辑代数、卡诺图、波形图等 二、数制数制就是计数的方法。日常生活中最常用的是十进制数，用0 9十个数码表示不同的数，进位规则是逢十进一。有时也用十二进制和六十进制，如时间的表示。在数字电路里常采用二进制数，有时也用八进制数和十六进制数。对于任何一个数，都可以用不同的数制来表示。1.十进制上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 十进制是以10为基数的计数体制。在十进制中，每一位有0, 2、

22、3、4、5、6、7、8, 9十个数码，它的进位规律是逢十进一，即9十1 =10=1 x101+0 x100。在十进制数创中，数码所处的位置不同时，其所代表的数值是不同的，如 2.二进制二进制是以2为基数的计数体制。在二进制中，每位只有0和1两个数码，它的进位规律是逢二进一，即0+1 =1, 1 +1 =10, 10 +1 =11, 11 +1 =100,。各位的权都是2的幂，如二进制数(1011. 11) z可表示为上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 3.八进制八进制是以8为基数的计数体制。在八进制中，每位有。、1, 2, 3, 4, 5, 6, 7八个不同的数码，它的进位规律是逢八

23、进一，各位的权为8的幂。如八进制数(437. 25 )8可表示为 4.十六进制十六进制是以16为基数的计数体制。在十六进制中，每位有。、1, 2, 3, 47, 8, 9, A(10), B(11), C(12), D(13), E(14), F(15)十六个不同的数码，位规律是逢十六进一，各位的权为16的幂。如十六进制数(3BE. C4)16可表示为上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 三、不同数制间的转换1.各种数制转换成十进制二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。如上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知

24、识2.+进制转换为二进制和+六进制 1)十进制转换为二进制整数部分转换:将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”，它是将整数部分逐次被2除，依次记下余数，直到商为0。第一个余数为二进制数的最低位，最后一个余数为最高位。 (1)小数部分转换:将十进制数的小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”，它是将小数部分连续乘2，取乘数的整数部分作为二进数的小数。如将十进制数(107. 625 ) 10转换为二进制数。转换过程如下:(2)小数部分转换。0. 625 x 2=1.250整数部分=1。最高位0. 2s0 x 2=0. 500整数部分=00. 500 x 2=1.00整数部分=1。最低

25、位上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 3.二进制和+六进制间的转换1)二进制数转换成十六进制数由于十六进制数的基数16 =24，故每位十六进制数用4位二进制数构成。因此，二进制数转换为十六进制数的方法是:整数部分从低位开始，每4位二进制数为一组，最后不足4位的，则在高位加0补足4位为止;小数部分从高位开始，每4位二进制数为一组，最后不足4位的，在低位加0补足4位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。 2)十六进制数转换成二进制数将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。将十六进制数(3BE5.97D)16转换成二进制数

26、。上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 四、二进制代码在数字系统中，二进制数码不仅可表示数值的大小，而且还常用来表示特定的信息。将若干个二进制数码。和1按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码，称为二进制代码，或称二进制码。如在开运动会时，每一个运动员都有一个号码，这个号码只用来表示不同的运动员，它并不表示数值的大小。下面介绍几种数字电路中常用的二进制代码。1.二一+进制代码 将十进制数的0 9十个数字用二进制数表示的代码，称为二一十进制码，又称B CD码。由于十进制数有十个不同的数码，因此，需用4位二进制数来表示。而4位二进制代码有16种不同的组合，从中取出10种组合来表示0一9十个

27、数可有多种方案，所以二一十进制代码一也有多种方案。表9-1中示出了几种常用的二一十进制代码上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 1)8421 BCD码8421 BCD码是一种应用十分广泛的代码。这种代码每位的权值是固定不变的，为恒权码。它取了自然二进制数的前十种组合表示一位十进制数0 9, P 0000(0) 1001(9) ,从高位到低位的权值分别为歇东之1，去掉了自然二进制数的后六种组合1010 111108421 BCD码每组二进制代码各位加权系数的和便为它所代表的十进制数。如8421 BCD码0101按权展开式为0 x8+1 x4+0 x2+1 x1=52)2421 BCD码和

28、5421 BCD码2421 BCD码和5421 BCD码一也是恒权码。从高位到低位的权值分别是2,4、2、1和5, 4, 2, 1，用4位二进制数表示一位十进制数，每组代码各位加权系数的和为其表示的十进制数。如2421(A)BCD码1110按权展开式为上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 3)余3BCD码这种代码没有固定的权值，称为无权码。它是由8421 BCD码加3 ( 0011)形成的，所以称为余3BCD码，它一也是用4位二进制数表示一位十进制数。如8421 BCD码0111(7)加0011(3)后，在余3BCD码中为1010，其表示十进制数7。由表9一1可看出:在余3BCD码中，

29、0和9, 1和8, 2和7, 3和6, 4和5这5对代码一也互为反码2.字符的二进制编码ASC II码字符的编码经常采用的是美国标准信息交换代码(American Standard Code for Informa-tion Interchange, ASC II ) 。 ASC II码常用于计算机与外部设备的数据传输。如通过键盘的字符输入，通过打印机或显示器的字符输出。常用字符的ASC II码如表9 -2所示上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识9.1.2逻辑代数基础一、逻辑代数的基本运算法则逻辑代数有3种基本规则，即代人规则、反演规则和对偶规则，这些规则在逻辑运算中十分有用。1.代入

30、规则任何一个含有某变量A的等式，如果将所有出现A的位置都代之以一个逻辑函数F,则等式仍然成立。这个准则称为代人规则。 2.反演规则设F是一个函数表达式，如果将所有的“”变成“+”、“+”变成“”，0变成1, 1变成0，原变量变成反变量、反变量变成原变量，那么得到的逻辑函数表达式就是逻辑函数F的反函数F上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 3.对偶规则设F是一个逻辑函数表达式，如果将F中所有的与运算符号变成或运算符、或运算符变成与运算符，0变成1, 1变成0，而逻辑变量保持不变，则所得新的逻辑表达式称为函数F的对偶式F.二、逻辑代数基本定律及常用公式 逻辑变量只能取值0和1，根据与、或、

31、非三种基本运算，可导出表9一3中的基本定律。 在逻辑代数中，经常使用表9 -4中所列的一些常用公式。这些公式利用表9一3很容易得到证明。9.1.3逻辑函数化简 一、逻辑函数最简形式 上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识逻辑函数可以写成不同的表达式，在逻辑设计中，逻辑函数最终总是要用逻辑电路来实现。因此，用中小规模逻辑器件设计数字电路时，化简和变换逻辑函数往往可以简化电路、节省器材、降低成本、提高系统的可靠性，因此有必要熟悉逻辑函数的化简。 二、逻辑函数的公式法化简公式法化简是反复运用逻辑代数的基本定律和常用公式，消去逻辑函数式中多余的与项和每个与项中多余的变量，以求得逻辑函数表达式的最

32、简形式，公式法化简没有固定的步骤，现将一些常用的方法归纳如下:1.并项法利用互补律A十A=1.2.吸收法利用公式上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识3.消去法利用公式4.配项法利用公式 三、卡诺图法化简1.最小项概念按下面步骤写出表达式:(1)取F=1的所有项。(2)对每一个F=1取值而言，输入变量之间是与逻辑关系。对输入变量而言，如果取值为1，则取原变量(如A);如取值为0，则取反变量(如A)而后得与项。(3)各种取值之间是或逻辑关系。上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识 2.卡诺图基本知识将逻辑函数真值表中的各行列成矩阵形式，在矩阵的左方和上方按照格雷码的顺序写上输入变量的

33、取值，在矩阵的各个小格内填入输入变量各组取值所对应的输入函数值，这样构成的图形就是卡诺图。因此，卡诺图是逻辑函数的一种图形表示法。下面介绍卡诺图的画法(1)n个变量有2n个最小项，首先画一个矩形，将这个矩形分成2n个小格。(2)每个小格按最小项mi编号，如图9 -3画出了两变量、三变量、四变量的卡诺图及其编号。编号时先在左上角写上变量(如二变量的A, B);表示水平方向的变量和垂直方向的变量，在水平方向上和垂直方向上以格雷码的方式对应填上各种变量取值组合，小格内对应最小项mi，可计为i。上一页下一页返回任务一 学习数字电路基础知识如二变量对应的方格数为4:当A =0 , B =0时，对应第一行

34、第一列的小方格，对应的最小项为m,。记为。;当A=0, B=1时，对应第一行第二列的小方格，对应的最小项是mi，记为1;其他类推。同理，三变量、四变量也如此 3.利用卡诺图化简用公式法化简逻辑函数，一方面要熟记逻辑代数的基本公式和常用公式，而且要有熟练的运算技巧;另一方面，经过化简后的逻辑函数是否为最简有时一也难以判定。若使用卡诺图化简逻辑函数，简洁直观，方便灵活，且容易判断是否为最简函数。但是，当逻辑函数的变量数，WS后，由于卡诺图中的小方格的相邻性很难确定，用起来一也不方便。这儿只讲二、三、四变量的卡诺图法化简。前面已讲过如何把逻辑函数填入卡诺图，现在来看卡诺图中的合并规则。上一页下一页返

35、回任务一 学习数字电路基础知识 1)相邻方格的合并规则 在卡诺图中，凡是紧邻的两个方格或与轴线对称的两个方格都称为相邻。如图9一5中的m与x, m与n, x与Y、u与:;但x与n不相邻。相邻两个方格之间只有一个变量不同，故可圈在一起，利用公式AB+AB=A进行合并化简，两个相邻小方格可合并为一个与项，且消去一个变量。若N=2k(k为正整数)个相邻小方格可合并为一个与项，则可消去k个变量。在图9一5(c)中m, n, x,)是相邻的。 上一页返回任务二 表决器电路的实现9. 2. 1认识逻辑门电路门电路是一种具有一定逻辑关系的开关电路。它的输出信号只与输入信号的状态有关，输入信号不变化，输出信号

36、不改变。如果把输入信号看作条件，把输出信号看作结果，那么当条件具备时，结果就会发生。也就是说在门电路输入信号与输出信号之间存在着一定的因果关系，这种因果关系称为逻辑关系。基本逻辑关系分别是与逻辑、或逻辑、非逻辑，与之对应的电路分别是与门、或门和非门电路，而且还可以用这3种电路组合成其他多种复合门电路。 一、基本门电路1.与逻辑及与门 下一页返回任务二 表决器电路的实现用半导体二极管组成的与门电路如图9一11所示，图9一12所示是它的逻辑符号。图扫A, B是输入变量，F是输出变量。从图9一11可以看出，如果忽略二极管的正向导通玉降，输入A, B中只要有一个为OV时，对应的二极管导通，输出F为低电

37、平0卡只与输入A, B均为高电平SV时，两个二极管均截止，输出F才为高电平5 V. 由上述分析可见，图9一11所示电路满足这样的条件:只有所有输入端都是高电平时输出才是高电平，否则输出就是低电平，这就是与逻辑。如果把+5 V的高电平看作逻辑1, 0 V的低电平就是逻辑。，这样就可以把输入A, B与输出F的各种情况列一个表，这个表就是真值表，如表9一5所示，由表9一5可写出下列的逻辑表达式 F=AB上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 2.或逻辑及或门由二极管组成的或门电路如图9一13所示，图9一14所示是它的逻辑符号。图中A,B为输入逻辑变量，F是输出逻辑变量。如果忽略二极管的正向导通压降

38、，由图可见，输入A, B中只要有一个为+5 V时，对应的二极管导通，输出F为高电平+5叭只有输入A, B均为低电平OV时，两个二极管均截止，输出F才为低电平0 V。也就是说，只要A, B中有一个为1，则F为1，只有两者同时为0时，F才是0。由此可列出它的真值表，如表9 -6所示。由表9 -6可得到它的表达式 F=A+B上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 3.非逻辑及非门由双极型晶体三极管组成的非门电路如图9一15所示。设三极管工作在开关状态，如果忽略三极管的饱和压降，当输入A为低电平OV时，三极管截止，F输出是高电平十5卡当输入A为高电平十5V时，三极管饱和导通，F输出是低电平0V。这样

39、实现了非逻辑功能。该电路称为非门电路。图9一16所示是它的逻辑符号，表9 -7是它的真值表，由表可得到它的表达式二、复合逻辑门电路将与门、或门、非门3种基本逻辑门电路组合起来，可以构成多种复合门电路1.与非门如图9一17所示的与非门，它由与门和非门连接起来，其逻辑关系是上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 图9-18所示为与非门的逻辑符号，与非门的输入变量可以是多个。它的意义是:“有0出1，全1出0。2.或非门如图9一19所示的或非门，它由或门和非门连接起来的，或非门的逻辑关系是 图9 - 20是逻辑符号，或非门的输入变量也可以是多个。它的意义是:“有1出0，全0出1”。3.异或门异或门的

40、输入变量是两个，它的逻辑关系是上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 异或门的真值表如表9 -8所示，由表9 -8中可以看出，异或门的意义是:“相异时出1，相同时出0。异或门的逻辑符号如图9 -21所示。 4.与或非门如图9 - 22所示的与或非门，它由两个与门、一个或门和一个非门连接起来，其逻辑关系是与或非门的逻辑符号如图9 - 23所示三、TTL与非门上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 1.电路结构 由图9 - 24可以看出，该电路可分成三个部分: V1和R1构成了输入级;砚和R2, R3构成中间级，由集电极和发射极输出相位相反的电平;V3、 V4 、 V5及R4 , R5构成输出

41、级。V1是多发射极的三极管，它的发射极可以看成三个二极管并联，集电结看成与前者背靠背的一个二极管，它完成了与的功能。V3 , V4可看成复合管，相当于VS的有源负载。该复合管要导通，叭的基极必须高于1. 4 V . TTL与非门逻辑符号如图9 - 25所示。 2.电路原理 当输入端有一个或几个是低电平时， V1集电极输出(与门输出)为0，由此砚截止不导通，则V5也截止。而砚的集电极输出是高电平，使V3、 V4导通，F输出为高电平to当输入全为高电平时，与门输出为高电平，使V2、 V5导通，而V2的集电极此时输出为低电平，使V3、 V4截止，则F输出为0，从而实现了与非功能。表达式为:上一页下一

42、页返回任务二 表决器电路的实现 常用的TTL与非门集成芯片有74 LS00和74LS20 74LS00内含四个2输入与非门，如图9 - 26所示。集成芯片内部的各个逻辑门相互独立，可单独使用，但共用电源。两片或多片74 LS00芯片组成一个数字系统时，每片电源的正极引线相互连接在一起，地线也全部连接起来。74 LS20的管脚排列如图9 - 27所示，它的内部有两个4输入与非门电路，3脚和11脚是空脚，其内部结构此处不再画出。 四、CMOS与非门将两个N沟道增强MOS管V，和玖2串联作为工作管，两个P沟道MOS管竹，和voz并联作为负载管，便组成了2输入端CMOS与非门，如图9 - 28所示，逻

43、辑符号如图9 - 29所示。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现图中每个输入端连到一个NMOS管和一个PMOS管的栅极。输入端A, B中只要有一个为低电平，就会使与之相连的NMOS截止，而与之相连的PMOS管导通，输出F为高电平;只有当A, B全为高电平时，才会使两个串联的NMOS管都导通，同时使两个并联的PMOS管都截止，输出F为低电平。因此，这一电路具有与非逻辑功能。即 C C4011是常用集成CMOS与非门芯片，它是四个2输入的与非门集成芯片，管脚排列如图9一30所示。当然还有三输入的集成与非门芯片CC4023，四输入的集成芯片CC4012等，它们内部的各个逻辑门也相互独立，可单独使

44、用，但共用电源。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 五、三态输出与非门三态输出与非门又称三态门，它的输出状态除了高电平、低电平外，还有一个高阻态，一般把理想的高阻状态看成阻值ac。按材料分，它可分为TTL三态门和CMOS三态门。三态门的作用是使数据总线能分时使用，即缓冲作用。这儿只简要介绍TTL三态门。如图9一31所示的TTL三态门(高电平有效)电路，它是在TTL二输入与非门的基础上增加了一个二极管和输入端EN，当EN=1时，二极管D截止，此时电路就是TTL与非门电路，输出的逻辑表达式为F = AB，此时，输出F有两种状态，即高电平和低电平。当EN = 0时，二极管导通，使得V,的集电极

45、电压变低，V3、无法导通而截止;对于V、相当于有一个输入端为低电平，BE发射结导此输出F呈高阻状态，上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现即输出F呈现开路状态。在数字系统中，当某一逻辑器件呈现高阻态时，等于把该器件从系统中除去，而不影响系统的结果。与非门逻辑符号如图9一32 ,图9一33所示六、TTL74系列、CMOS系列集成门电路相关介绍1.常用TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总下面将常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总见表9 -9所示2.集成电路命名方法1)TTL数字集成电路命名法TTL系列集成电路的型号由五部分组成，五部分的符号及意义见表9一10所示。上一页下一

46、页返回任务二 表决器电路的实现2) CMOS数字集成电路命名法CMOS数字集成电路的型号由四部分组成，四部分的符号及意义见表9一11所示。 七、TTL门电路和CMOS门电路的使用注意事项1.正负逻辑规定逻辑电路中输入和输出都可用真值表或电平来表示，若用H和L分别表示逻辑电平的高和低，则称为正逻辑体系。相反的规定则称为负逻辑体系。对于同一逻辑电路，用正逻辑和负逻辑得到的表达式和逻辑功能大不一样。如无特别说明，一般采用正逻辑。 2. TTL门电路和CMOS门电路多余输入端的处理措施(1) TTL与门和与非门的输入端在实际使用时，多余端一般不应悬空，以防止引入干扰，造成逻辑错误。上一页下一页返回任务

47、二 表决器电路的实现 (2) CMOS门电路在实际使用时，多余输入端可根据需要使之接地(或非门)或直接接高电平(与非门)，而不能悬空。 3. TTL门和CMOS门输出端的处理措施 同系列的集成电路相连接而形成的驱动与负载一般是没有问题的，而不同系列的集成电路形成的驱动与负载一般需要注意连接问题。(1)当用CMOS门驱动TTL门时，很多情况下，不能直接把TTL作为负载，需要CMOS接口电路，如采用C C4009六反相缓冲器或C C4010六同相缓冲器，如图9 -34(a)所示;当然也可以用三极管驱动电路来实现，如图9 -34(b)所示。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 2)当用TTL门驱

48、动CMOS电路时，出于TTL输出电压低，往往不能满足CMOS输入电压的需要，因此需要在TTL与CMOS之间增加接u电路，以满足二者连接的需要。如增加一个与电源相连的电阻以提高TTL的输出电压。如图9一35所示，若CMOS门电路的电源电压高于TTL门电路的电源电压，中间要用电平转移电路 4. CMOS集成电路的保存与焊接1)防静电在运输、存放的过程中，应放入铝箔纸中或金属盒中，以防空气中的感应电势冲击损坏栅极。2)焊接焊接时不能用25 W以上的电烙铁，一般用接地良好的烙铁的余热来焊接。9.2.2测试集成逻辑门电路的功能上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现三、实训设备及器件(1)数字逻辑实验台

49、。(2)元器件:四路2输入与门74LS08;四路2输入或门74LS32;六路反相器74LS04 ;四路2输入与非门74 LS00;二路4输入与非门74LS20;四路2输入或非门74LS02芯片各一块;导线若干四、实训原理和电路1.集成电路芯片简介数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图74 LS00所示。识别方法是，正对集成电路型号(如74 LS00)或看标记(左边的缺u或小圆点标记)，从左下角开始按逆时针方向以1, 2, 3,依次排列到最后一脚(左上角)。在标准型 TTL集成电路中，电源端认，:一般排在左上端。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现接地端(ND一般

50、排在右下端。如74 LS00为14脚芯片，14脚为价，:，7脚为(ND。在门电路芯片中，输入端一般用A, B, C, D。二表示，输出端用Y表示。如一块集成芯片有几个门电路时，在其输入、输出端的功能标号前(或后)标上相应的序号。如74LS00为四个2输入与非门电路，1A, 1B为第一个与非门的输入端，1Y为该门的输出端，2A , 2B为第二个与非门的输入端，2Y为其输出端，依此类推。若集成芯片引脚的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。 2. TTL逻辑功能的测试(1)以四路2输入与非门74 LS00为例进行说明。74LS00引脚排列如图9一26所示，庄意识别1脚位置，电源电压

51、为SV(2)测试TTL与非门的逻辑功能上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现选择74 LS00的一个与非门，然后在实训装置上按图9一36接线。将与非门的输入端9, B分别接到两个逻辑开关上，输出端Y接发光二极管LED , LED亮表示输出Y=1,LE D熄灭表示输出Y=0。根据表9一12给定输入A, B的高、低电平信号，观察发光二极管LED显示的结果，并将输出Y的结果填入测试表9一12中。9.2.3设计并实现表决器电路一、组合逻辑电路的分析按电路结构和工作原理的不同，数字电路通常分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路的输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与电路以前的状态无关的逻辑

52、电路，称为组合逻辑电路。图9一37所示是组合逻辑电路的一般结构框图。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 组合逻辑电路的分析就是根据给定的逻辑电路图，经过分析，确定电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析可分为以下几步:(1)根据给定的逻辑电路图，从输入到输出写出每一级输出端对应的逻辑表达式;消除中间变量，直至写出各个最终输出端与输入变量的逻辑表达式;2)对写出的逻辑表达式进行化简或变换;(3)由简化的逻辑表达式列出真值表;(4)根据真值表或逻辑表达式说明电路的逻辑功能。二、表决器电路的设计与实现(一)实训目的(i)掌握组合逻辑电路的设计方法并对三变量表决电路进行设计。上一页下一页返回任务二 表

53、决器电路的实现(2)学会根据所设计电路选用哪种芯片来实现该电路功能并进行连线。(3)掌握对逻辑电路进行功能测试的方法。(二)实训原理 1.将实际逻辑问题转换成逻辑函数表达式具体方法为:(1)分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量，并对输入、输出变量进行逻辑赋值。根据给定实际逻辑问题中的因果关系列出真值表。由真值表写出输出输入间的逻辑函数表达式。上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 2.选择器件种类根据对电路的具体要求和器件资源情况决定采用哪一种类型的器件。3.化简或变换逻辑函数表达式将逻辑函数表达式化为最简的逻辑函数表达式。若对所用器件的种类有所限制，还需把最简逻辑函数表达式变换成与器

54、件种类相适应的形式。4.根据化简或变换后的逻辑函数表达式画逻辑图(三)实训设备及器件(1)数字逻辑实验台。(2)元器件:四路2输入与非门74 LS00芯片一块 (3)导线若干(四)实训步骤1.组合逻辑电路设计要求上一页下一页返回任务二 表决器电路的实现 用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全上举的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时。表明成功的灯才亮。2.列出真值表设主裁判为变量A，副裁判分别为变量B和变量C，判成功用1表示，判不成功用0表示;表示成功与否的灯为Y, Y=1表示成

55、功，Y=0表示不成功;根据逻辑要求列出真值表，如表9一14所示3.列出逻辑函数表达式4.画出逻辑电路图根据逻辑表达式。画出逻辑电路图，如图9一39所示。上一页返回图9一1 模拟信号返回图9一2 数字信号返回表9-1 常用二一十讲制代码表返回表9一2 常用字符的ASCII码返回表9一3 逻辑代数基本宁律返回表9 - 4 逻辑代数的一些常用公式返回图9-3 二一四变量的卡诺图返回图9一4 例9一7卡诺图返回图9一5 卡诺图中的相邻返回表9一5 与门真信表返回图9-11 二级管与门电路返回图9一12 与门逻辑符号返回表9-6 或门真信表返回图9 -13 或门电路返回图9一14 或门逻辑符号返回表9

56、-7 非门真信表返回图9-15 非门电路返回图9一16 非门逻辑符号返回图9一17 与非门的构成返回图9一18 与非门逻辑符号返回图9 -19 或非门的构成返回图9 -20 或非门逻辑符号返回表9-8 异或门真信表返回图9-21 异或门谬辑符号返回图9 -22 与或非门的构成返回图9 -23 与或非门逻辑符号返回图9 -24 TTL与非门电路返回图 9 -25 TTL与非门逻辑符号返回图 9一26 74 LS00 引脚排列返回图9一27 74 LS20引月却排列返回图 9 -28 CMOS与非门电路返回图9 -29 CMOS与非门i辑符号返回图9一30 CC4011弓阴却图返回图9 -31 T

57、TL三杰与非门电路结构图返回图9 -32 高电平有效的三杰与非门逻辑符号返回图9 -33 低电平有效的三杰与非门逻辑符号返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回

58、表9 -9 常用的几种TTL74系列、CMOS系列集成门电路汇总返回表9 -10 TTL数字集成电路命名法返回表9一11 CMOS数字集成电路命名法返回图9一34 CMOS门驱动TTL门返回图9 -35 TTL门电路驱动CMOS门电路返回图9 -36 锣辑功能测试接线原理图返回表9一12 74LS00 逻辑功能测试表返回图9一37 织合逻辑申路框n返回表9一13 例9一13真信表返回图9一38 例9一13 I返回表9 -14 表决申路真信表返回图9 -39 表决电路i辑电路图返回谢谢观赏学习情境十 计数器电路的设计与实现12任务一 触发器的认识与功能测试任务三 利用集成计数器实现N进制计数器返

59、回任务一 触发器的认识与功能测试10. 1. 1认识RS, JK, D触发器在数字电路中，往往还需要一种具有记忆功能的电路，这种电路在任何时刻的输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关，这样的电路称为时序逻辑电路。典型的时序逻辑电路有寄存器、计数器等。从时序逻辑电路的特点可知，时序逻辑电路应该而且必须能够将电路的状态存储起来，所以时序逻辑电路一般由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，如图10一1所示。一、RS触发器1.基本RS触发器1)电路结构及逻辑符号下一页返回任务一 触发器的认识与功能测试 图10-2(a)所示是用两个与非门交又连接起来构成的基本PS触发器。图中R, S是

60、信号输入端，低电平有效。U, U既表示触发器的状态，又是两个互补的信号输出端。通常将U端的状态定义为触发器的状态，即U =0, U =1的状态称为0状态， U =1, U =0的状态称为1状态。图10一2(b)所示是基本PS触发器的逻辑符号，方框下面输入端处的小圆圈表示低电平有效。方框上面的两个输出端，无小圆圈的为U端，有小圆圈的为U端在正常工作情况下，U和U的状态是互补的，即一个为高电平时另一个为低电平，反之亦然。基本RS触发器一也可以用两个或非门交又连接起来构成。2)逻辑功能分析根据图10一2(a)可写出基本RS触发器输出端的表达式为上一页下一页返回任务一 触发器的认识与功能测试 根据以上