【正文】 數(shù)字電子技朮部分?jǐn)?shù)字電子技術(shù)是研究電路的‘開’、‘關(guān)’狀態(tài)及其相互間的邏輯關(guān)系的，俗稱為‘開關(guān)電路’。顯然，在開關(guān)電路中，其工作狀態(tài)只有‘開’ 或 ‘關(guān)’ 。所謂‘?dāng)?shù)字系統(tǒng)’，就是由基本的數(shù)字電路（開關(guān)電路）組成的。與模擬電路的線性變化相比，數(shù)字電路的電信號是跳變方式，即通常稱之謂‘脈沖’。包括電路中用RC過渡過程形成的‘脈沖電壓、電流’均屬數(shù)字電子技術(shù)涉及的范圍。常用‘邏輯代數(shù)’（布爾代數(shù)）來分析、表達(dá)、設(shè)計數(shù)字電路及其系統(tǒng)；‘二進(jìn)制’也是分析、表達(dá)電路及其工作過程的重要工具。一、脈沖的基本概念1. 脈沖 ：表示一種時間極短的突變電壓或電流信號。EURtK通K斷K URR開關(guān)K的通、斷使UR 的變化是一種‘突變’——脈沖；E波形圖記錄了電壓脈沖UR 隨時間突變的過程。 2. 脈沖波的參數(shù)： 下降沿上升沿上升沿（上升時間）：～，又稱‘前沿’；Um幅度間隔下降沿（下降時間）：～，tK脈寬又稱‘后沿’；脈沖寬度（tK）：脈沖持續(xù)時間；重復(fù)周期 T重復(fù)周期T：相鄰間重復(fù)出現(xiàn)的時間；重復(fù)頻率f＝1/T；幅度：脈沖幅度變化的最大值；理想狀態(tài)下，上升、下降時間應(yīng)為0，但電路參數(shù)會引起波形的‘畸變’，故希望越短越好。3. 常見脈沖波形：矩形波微分尖脈沖鋸齒波三角波 4. RC電路充放電特點——脈沖形成的過渡過程；iCEKRuRuC 若：開關(guān)K合上之前電容C上無電壓（初態(tài)為0）：K一合上，E經(jīng)R對C充電，uc從0開始呈指數(shù)上升；充電的快慢受時間常數(shù)τ= RC約束；ucuRτ大τ?。ǔ潆娺^程）EiERRC小，充電快，uc增長迅速；反之，緩慢；特點：i從最大值E/R →下降趨于0；uR從最大值E→下降趨于0；uc 從0上升趨于E，均呈指數(shù)規(guī)律變化；（放電過程）τ大τ小EiCKRuCuC 若：電容C充滿電（uc = E），然后接通K：C將放電，從C正端經(jīng)R到C負(fù)端；放電快慢受RC約束，τ大→放電緩慢，τ小→放電迅速。也呈指數(shù)規(guī)律。從E下降→趨于0；時間常數(shù)τ=RC 的單位為秒。一般認(rèn)為：充、放電過程經(jīng)3～5倍τ的時間即結(jié)束（到穩(wěn)態(tài)）。RC電路的充放電過程需時間，揭示出一個重要的概念：電容兩端的電壓不能突變，總是從原始態(tài)開始進(jìn)行：初始為0時，充電開始瞬間，電容相當(dāng)于短路；當(dāng)充滿后，電容相當(dāng)于斷路。二、脈沖波形的變換1. 微分電路 —— 尖脈沖形成電路放充CRuO0 Eui 輸出與輸入間為微分關(guān)系；時間常數(shù)τ= RC；輸入在脈沖持續(xù)期間，相當(dāng)于加上幅值為E的電源對C充電， uo0EuiEE輸出uo（uR）從E→下降至0； 充輸入脈沖間隔期間ui= 0，相當(dāng)于輸入端短路，電容C對R放電，由于C上電壓極性對輸出而言呈負(fù)極性，則輸出uo 從E→放電至0；放尖脈沖的脈寬受RC約束。為了形成尖脈沖，時間常數(shù)τ= RC應(yīng)很小，讓其在一個輸入脈沖間隔內(nèi)很快完成充放電；形成微分電路的條件是：τ（RC）＜＜tk （tk為輸入脈沖寬度） 當(dāng)RC＞＞tk時，變成耦合電路：0uoEEτ小τ大τ很大 因為時間常數(shù)很大，在輸入持續(xù)期，電路充放電過程緩慢，不能在輸入脈沖跳變之前結(jié)束；電路將信號式樣‘無變化’地耦合到輸出，只不過是信號的交流分量形式，相當(dāng)于交流放大電路中的耦合電容。2. 積分電路放充uo0uiEECRuO0 Eui輸出是輸入信號的積分，典型的電容充放電過程。積分條件是：τ（RC）＞＞tk 在脈寬和間隔時間內(nèi)，充電充不至E、放電也放不至0，輸出為‘三角形’積分波。當(dāng)積分時間常數(shù)不同時，將影響輸出波‘線性度’等參數(shù)，如下圖：Euo1231. RC?。ǔ洹⒎烹娧杆伲壕€性差、幅度高；3. RC大（充、放電緩慢）：線性好、幅度低；當(dāng)RC極大時成為阻容濾波器，尤如交流整流后的濾波器作用。在線性放大電路中，我們希望信號無失真地傳送；在脈沖與數(shù)字電路中，往往用改變時間常數(shù)等方式將一種波形‘故意失真’成另一種特定形式，以滿足電路需要。三、晶體管開關(guān)電路及應(yīng)用1. 二極管開關(guān)：DR0 E KR由單向?qū)щ娞匦钥蓪⒍O管等效為右圖開關(guān)；0 E （上+、下），D正向?qū)ā鶮閉合； E0 DR0KR 0 （為0，短路），D截止→K斷開；2. 三極管開關(guān)：用三極管的飽和、截止?fàn)顟B(tài)來形成開關(guān)作用。RbRcECebcui=Euo=0RbRcECebcui=0uo=ECRbRcIbICECebcuiuouceE0E0 共射極接法（工作于飽和、截止區(qū)，放大區(qū)僅為前兩者間的過渡）：當(dāng)輸入足夠大→三極管飽和，兩個PN結(jié)均正向偏置→輸出為0；相當(dāng)c、e間開關(guān)閉合；當(dāng)輸入≈0 →三極管截止，兩個PN結(jié)均反向偏置→輸出≈EC；相當(dāng)c、e間開關(guān)斷開；輸出，輸入間狀態(tài)是相反的，稱為反相器；若將RC換成繼電器、指示燈等負(fù)載，其等效的開關(guān)即構(gòu)成驅(qū)動電路。顯而易見，這些驅(qū)動是由輸入端的信號形成的Ib控制的，一般要求： βIb ＞3Ic max，使之有足夠的基極電流實現(xiàn)三極管飽和。應(yīng)用例：⑴ 反相器uiE0Ec0uo當(dāng)R1RcECEbuiuoR2E0E0ui為矩形脈沖時： → 三極管飽和 →uo → 三極管截止 →uo輸出、輸入間是反相的。Eb 使動態(tài)時三極管截止更好，脈沖突變更陡直。⑵ 驅(qū)動指示燈R1白熾燈ECuiR1RECui當(dāng)輸入為高電平時 →驅(qū)動三極管飽和（c、e開關(guān)閉合）→指示燈亮；當(dāng)輸入為低電平時 →驅(qū)動三極管截止（c、e開關(guān)斷開）→指示燈滅；圖中：白熾燈額定電壓≈Ec ； R為發(fā)光二極管的限流電阻 ；⑶ 驅(qū)動繼電器R1ECuiJR1uiECJR1ECuiJ 驅(qū)動繼電器的過程與指示燈相同。對感性負(fù)載，需并聯(lián)泄流二極管。用復(fù)合三極管可得到更大的β值，以減小基極驅(qū)動電流。也可用PNP管（將右圖垂直翻轉(zhuǎn)即為左方形式）：當(dāng)輸入高電平時，管子截止（J失電）、輸入低電平時，管子飽和（J得電）——與NPN管形式正好相反；⑷ 驅(qū)動開關(guān)陣列在一個數(shù)字系統(tǒng)或其電路板中經(jīng)常要使用多個上述的驅(qū)動開關(guān)，將多個‘開關(guān)’集成在一塊基片上的ULN2000系列‘開關(guān)陣列集成電路’也得到廣泛應(yīng)用。ECJI1O1Vcc（共8路）ULN2003EC1 182 173 164 155 146 137 128 119 10ULN2803I1I2I3I4I5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O8Vcc一片ULN2003內(nèi)有8個獨立的集電極開路驅(qū)動電路。每一路輸出容量約80mA。右圖為片內(nèi)結(jié)構(gòu)示意及片外連接方式。ULN2000系列多種不同路數(shù)、輸出容量的型號可供選擇。ULN2003廣泛用于8位微處理器系統(tǒng)等的總線、接口、輸出驅(qū)動。以適應(yīng)電路板的較高密度裝配、制作。四、二進(jìn)制的基本表示方法數(shù)字電路是研究‘開’、‘關(guān)’兩個狀態(tài)構(gòu)成的邏輯關(guān)系及系統(tǒng)。常用數(shù)碼符號‘0’、‘1’來對應(yīng)表示。與此相關(guān)的即為‘二進(jìn)制’，包括與十進(jìn)制之間的對應(yīng)關(guān)系。和熟知的十進(jìn)制數(shù)一樣，二進(jìn)制數(shù)也是‘累進(jìn)計數(shù)’，只不過是‘逢二進(jìn)一’ 。二進(jìn)制中只有‘0’、‘1’兩個數(shù)碼符號，也稱‘?dāng)?shù)碼’；它們的累計即在‘0’、‘1’間按‘逢二進(jìn)一’的方式進(jìn)行。 1 0 0 1 左式可見：低三位相加，沒有出現(xiàn)‘逢二進(jìn)位’，各位的和可對位寫1 1 0 1 0 出。 高二位相加（包括對本位的進(jìn)位）出現(xiàn)二，應(yīng)向上位進(jìn)位， 1 0 0 0 1 1 并寫出本位‘和’（ 左例本位寫0）。 由此規(guī)律：十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系可寫成以下形式：十進(jìn)數(shù)0123二進(jìn)數(shù)00011011二位形式 三位形式十進(jìn)數(shù)01234567二進(jìn)數(shù)000001010011100101110111四位形式二進(jìn)0 123456789101112131415十進(jìn)0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111‘位權(quán)’（簡稱‘權(quán)’）的意義：二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩種數(shù)碼符號，多位組成的二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)數(shù)值可以通過‘權(quán)’相加求得：觀察‘四位形式’的對應(yīng)關(guān)系：在十進(jìn)數(shù)的8，對應(yīng)了二進(jìn)制數(shù)中只有某一位為‘1’，其余為0，即某位二進(jìn)碼為‘1’ 時，表示該位具有十進(jìn)數(shù)值的多少 ——稱為該位的‘權(quán)’，然后把‘出現(xiàn)1的權(quán)值加起來就可以了’ 。權(quán) 2n1 … … … 32 16 8 4 2 1 二進(jìn)數(shù)位 an1 … … … a5 a4 a3 a2 a1 a0 權(quán)值是2n關(guān)系，與‘打麻將數(shù)翻一樣’。 對四位表示方式常稱為‘8421’ 編碼，即為對應(yīng)位的‘權(quán)值’；用權(quán)相加即可求出對應(yīng)的十進(jìn)數(shù)值。例 有一個二進(jìn)數(shù) （1 0 1 0 0 1）2 ………腳標(biāo)表示括號內(nèi)為二進(jìn)制數(shù)；權(quán) 32 16 8 4 2 1所以，（101001）2 ＝32+0+8+0+0+1＝（41）10 ——即為十進(jìn)制的41；以上是學(xué)習(xí)數(shù)字電路時對二進(jìn)制內(nèi)容的最基本的要求。五、門電路組成數(shù)字邏輯系統(tǒng)的單元有‘門電路’、‘觸發(fā)器’等。門電路是組成數(shù)字邏輯的最基本單元。由門電路構(gòu)成的邏輯電路又稱為‘組合邏輯電路’，特點是：電路無存儲功能，輸出是輸入的即時響應(yīng) ——只要輸入確定了，輸出就唯一確定。所謂‘邏輯關(guān)系’ 是指‘條件與結(jié)果的關(guān)系’。ABL‘與’邏輯：只有當(dāng)A、B都合上（條件成立），L才能發(fā)亮（結(jié)果才成立）；ABL‘或’邏輯：當(dāng)A或B或全部合上，L均可發(fā)亮；A ‘非’邏輯：當(dāng)A合上（條件成立），L不發(fā)亮（結(jié)果不成立）；上述開關(guān)條件與燈亮是三種最基本的邏輯關(guān)系。條件及結(jié)果是人為事先約定的，顯然，約定不同，分析出的結(jié)果也不一定相同。具有邏輯關(guān)系的電路也稱為‘邏輯電路’，在數(shù)字電子技朮中也習(xí)慣稱為‘?dāng)?shù)字電路’。1.‘邏輯關(guān)系’ 的表示方法和規(guī)定：數(shù)字電路是‘開’、‘關(guān)’ 兩狀態(tài)的關(guān)系，即條件與結(jié)果的成立與否。所以，在設(shè)計、分析過程中常用‘1’、‘0’ 、‘高電平VH’ 、‘低電平VL’來表示電路的狀態(tài)或事件的‘成立’、‘不成立’。若用‘1’代表VH 并表示事件成立、‘0’ 代表VL 并表示事件不成立——稱‘正邏輯’方式；反之稱為‘負(fù)邏輯’方式。目前基本上均用‘正邏輯’方式。這也是電路結(jié)構(gòu)及人們思維方式的習(xí)慣決定的。說明一點：在這里 ‘1’、‘0’只是表示電路的狀態(tài)，它不是二進(jìn)制的數(shù)碼。2. 基本門電路及表示：A BL0 000 101 001 11⑴ 二極管與門（實現(xiàn)‘與’的電路）（功能口訣）見0出0全1出1ABD1D2RECL（電路）ABL（邏輯符號）L＝AB（邏輯乘）（邏輯表達(dá)式）每句前兩字表示輸入、后兩字表示輸出結(jié)果（真值表）可用二極管構(gòu)成‘與邏輯’，目前廣泛使用集成與門：如CD40874LS074HC08等。表達(dá)式說明輸出L和輸入AB間是‘邏輯相乘’，輸入可以是多個 ；真值表列出了輸入所有可能出現(xiàn)的組合，輸出L對應(yīng)得到輸入邏輯相乘的結(jié)果，功能口訣總結(jié)出便于記憶的方式。A BL0 0（功能口訣）見