项目1时钟源电路的制作.ppt

项目1TTL门电路构成的时钟源制作 工作任务清单 1 识别时钟源电路原理图 画布线图 2 按元件清单检测电路中用到的元器件 3 制作TTL门电路构成的时钟源电路 4 完成时钟源电路调试并排故 5 以小组为单位编写实训报告 电路功能说明 晶体管T接成射极跟随器 可使输出级与前级隔离 电位器电路RP变化几十千欧也不会影响电路的工作状态 因此 电路具有输出频率范围宽 输出波形好 带负载能力强的特点 电路的输出频率可由下式计算 式中R0为门电路内部等效电阻 一般为几百欧姆 输出频率可从几Hz到几兆Hz变化 改变电容C实现频率粗调 调节RP实现频率细调 主要要求 了解数字电路的特点和分类 了解脉冲波形的主要参数 1 1相关知识1数字电路概述 传递 处理模拟信号的电子电路 传递 处理数字信号的电子电路 数字电路中典型信号波形 1 1 1数字电路与数字信号 1 1 2数字电路特点 将晶体管 电阻 电容等元器件用导线在线路板上连接起来的电路 将上述元器件和导线通过半导体制造工艺做在一块硅片上而成为一个不可分割的整体电路 根据电路结构不同分 分立元件电路 集成电路 根据半导体的导电类型不同分 双极型数字集成电路 单极型数字集成电路 以双极型晶体管作为基本器件 以单极型晶体管作为基本器件 例如CMOS 例如TTL ECL 1 1 3数字电路的分类 根据集成密度不同分 Um tr tf T tw 脉冲幅度Um 脉冲上升时间tr 脉冲下降时间tf 脉冲宽度tw 脉冲周期T 脉冲频率f 占空比q 脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从0 1Um上升到0 9Um所需的时间 脉冲上升沿0 5Um到下降沿0 5Um所需的时间 脉冲波形从0 9Um下降到0 1Um所需的时间 周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间 1秒内脉冲出现的次数f 1 T 脉冲宽度tw与脉冲周期T的比值q tw T 1 1 4脉冲波形的主要参数 主要要求 理解逻辑值1和0的含义 1 2相关知识2逻辑代数概述 理解逻辑体制的含义 1 2 1逻辑代数 逻辑代数中的1和0不表示数量大小 仅表示两种相反的状态 注意 例如 开关闭合为1晶体管导通为1电位高为1断开为0截止为0低为0 主要要求 掌握逻辑代数的常用运算 理解并初步掌握逻辑函数的建立和表示的方法 1 3相关知识3逻辑函数及其表示方法 掌握真值表 逻辑式和逻辑图的特点及其相互转换的方法 1 3 1基本逻辑函数及运算 1 与逻辑 决定某一事件的所有条件都具备时 该事件才发生 逻辑表达式Y A B或Y AB 与门 ANDgate 若有0出0 若全1出1 开关A或B闭合或两者都闭合时 灯Y才亮 2 或逻辑 决定某一事件的诸条件中 只要有一个或一个以上具备时 该事件就发生 若有1出1若全0出0 逻辑表达式Y A B 或门 ORgate 1 3 非逻辑 决定某一事件的条件满足时 事件不发生 反之事件发生 1 非门 NOTgate 又称 反相器 1 3 2常用复合逻辑运算 由基本逻辑运算组合而成 若相异出1若相同出0 若相同出1若相异出0 注意 异或和同或互为反函数 即 例 试对应输入信号波形分别画出下图各电路的输出波形 解 Y1 01100110 00110011 Y2 Y3 1 3 3逻辑符号对照 1 3 4逻辑函数及其表示方法 逻辑函数描述了某种逻辑关系 常采用真值表 逻辑函数式 卡诺图和逻辑图等表示 1 真值表 列出输入变量的各种取值组合及其对应输出逻辑函数值的表格称真值表 0 0 4个输入变量有24 16种取值组合 2 逻辑函数式 表示输出函数和输入变量逻辑关系的表达式 又称逻辑表达式 简称逻辑式 逻辑函数式一般根据真值表 卡诺图或逻辑图写出 1 找出函数值为1的项 2 将这些项中输入变量取值为1的用原变量代替 取值为0的用反变量代替 则得到一系列与项 3 将这些与项相加即得逻辑式 3 逻辑图 运算次序为先非后与再或 因此用三级电路实现之 由逻辑符号及相应连线构成的电路图 例如画的逻辑图 例 图示为控制楼道照明的开关电路 两个单刀双掷开关A和B分别安装在楼上和楼下 上楼之前 在楼下开灯 上楼后关灯 反之 下楼之前 在楼上开灯 下楼后关灯 试画出控制功能与之相同的逻辑电路 1 分析逻辑问题 建立逻辑函数的真值表 2 根据真值表写出逻辑式 解 方法 找出输入变量和输出函数 对它们的取值作出逻辑规定 然后根据逻辑关系列出真值表 设开关A B合向左侧时为0状态 合向右侧时为1状态 Y表示灯 灯亮时为1状态 灯灭时为0状态 则可列出真值表为 3 画逻辑图 与或表达式 可用2个非门 2个与门和1个或门实现 异或非表达式 可用1个异或门和1个非门实现 B 1 4相关知识4基本定律和规则 主要要求 掌握逻辑代数的基本公式和基本定律 了解逻辑代数的重要规则 1 4 1基本公式 1 4 2基本定律 普通代数没有 例 证明等式A BC A B A C 解 真值表法 公式法 右式 A B A C 用分配律展开 AA AC BA BC A AC AB BC A 1 C B BC A 1 BC A BC 0 0 0 0 二 逻辑代数的特殊定理 吸收律 A AB A A AB A 1 B A 推广公式 思考 1 若已知A B A C 则B C吗 2 若已知AB AC 则B C吗 推广公式 摩根定律 又称反演律 1 4 3重要规则 一 代入规则 AAA 利用代入规则能扩展基本定律的应用 将逻辑等式两边的某一变量均用同一个逻辑函数替代 等式仍然成立 变换时注意 1 不能改变原来的运算顺序 2 反变量换成原变量只对单个变量有效 而长非号保持不变 可见 求逻辑函数的反函数有两种方法 利用反演规则或摩根定律 原运算次序为 二 反演规则 对任一个逻辑函数式Y 将 换成 换成 0 换成 1 1 换成 0 原变量换成反变量 反变量换成原变量 则得到原逻辑函数的反函数 三 对偶规则 对任一个逻辑函数式Y 将 换成 换成 0 换成 1 1 换成 0 则得到原逻辑函数式的对偶式Y 对偶规则 两个函数式相等 则它们的对偶式也相等 应用对偶规则可将基本公式和定律扩展 1 5相关知识5门电路概述 主要要求 了解逻辑门电路的作用和常用类型 理解高电平信号和低电平信号的含义 TTL即Transistor TransistorLogic CMOS即ComplementaryMetal Oxide Semiconductor 1 5 1门电路的作用和常用类型 按功能特点不同分 按逻辑功能不同分 按电路结构不同分 输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路 用互补对称MOS管构成的逻辑门电路 1 5 2高电平和低电平的含义 高电平和低电平为某规定范围的电位值 而非一固定值 高电平信号是多大的信号 低电平信号又是多大的信号 由门电路种类等决定 主要要求 理解三极管的开关特性 掌握三极管开关工作的条件 1 6知识拓展三极管的开关特性 三极管为什么能用作开关 怎样控制它的开和关 当输入uI为低电平 使uBE Uth时 三极管截止 iB 0 iC 0 C E间相当于开关断开 三极管关断的条件和等效电路 负载线 饱和区 放大区 1 6 1三极管的开关作用及其条件 截止区 三极管截止状态等效电路 uI UIL Uth为门限电压 饱和区 放大区 1 6 1三极管的开关作用及其条件 uI增大使iB增大 从而工作点上移 iC增大 uCE减小 截止区 三极管截止状态等效电路 S为放大和饱和的交界点 这时的iB称临界饱和基极电流 用IB sat 表示 相应地 IC sat 为临界饱和集电极电流 UBE sat 为饱和基极电压 UCE sat 为饱和集电极电压 对硅管 UBE sat 0 7V UCE sat 0 3V 在临界饱和点三极管仍然具有放大作用 uI增大使uBE Uth时 三极管开始导通 iB 0 三极管工作于放大导通状态 饱和区 放大区 1 6 1三极管的开关作用及其条件 截止区 三极管截止状态等效电路 uI UIH 三极管开通的条件和等效电路 当输入uI为高电平 使iB IB sat 时 三极管饱和 uBE UCE sat 0 3V 0 C E间相当于开关合上 三极管饱和状态等效电路 iB愈大于IB Sat 则饱和愈深 由于UCE Sat 0 因此饱和后iC基本上为恒值 iC IC Sat 例 下图电路中 50 UBE on 0 7V UIH 3 6V UIL 0 3V 为使三极管开关工作 试选择RB值 并对应输入波形画出输出波形 解 1 根据开关工作条件确定RB取值 uI UIL 0 3V时 三极管满足截止条件 uI UIH 3 6V时 为使三极管饱和 应满足iB IB sat 所以求得RB 29k 可取标称值27k 2 对应输入波形画出输出波形 可见 该电路在输入低电平时输出高电平 输入高电平时输出低电平 因此构成三极管非门 由于输出信号与输入信号反相 故又称三极管反相器 三极管截止时 iC 0 uO 5V 三极管饱和时 uO UCE sat 0 3V 上例中三极管反相器的工作波形是理想波形 实际波形为 uI从UIL正跳到UIH时 三极管将由截止转变为饱和 iC从0逐渐增大到IC sat uC从VCC逐渐减小为UCE sat uI从UIH负跳到时UIL 三极管不能很快由饱和转变为截止 而需要经过一段时间才能退出饱和区 1 6 2三极管的动态开关特性 uI正跳变到iC上升到0 9IC sat 所需的时间ton称为三极管开通时间 通常工作频率不高时 可忽略开关时间 而工作频率高时 必须考虑开关速度是否合适 否则导致不能正常工作 uI负跳变到iC下降到0 1IC sat 所需的时间toff称为三极