数字化测量课件

1、河北科技大学 信息科学与工程学院数字化测量技术省级精品课复习复习u1. CMOS1. CMOS数字电路数字电路u2. TTL2. TTL数字电路。数字电路。u3. ECL3. ECL电路电路复习复习u各种数字各种数字ICIC比较比较 复习复习u各种数字各种数字ICIC比较比较TTLTTL电路临界值：电路临界值：V VOHminOHmin = 2.4V = 2.4V V VOLmaxOLmax = 0.4V = 0.4V I IOHOH =0.4mA =0.4mA I IOLOL16mA 16mA ( (一般门电路）一般门电路）V VIHminIHmin = 2.0V = 2.0V V VILm

2、axILmax = 0.8V = 0.8V I IIhIh40uA 40uA I IILIL1.6mA1.6mACMOSCMOS电路临界值（电源电压为电路临界值（电源电压为5V5V）V VOHminOHmin = 4.99V = 4.99V V VOLmaxOLmax = 0.01V = 0.01V I IOHOH =0.54mA =0.54mA I IOLOL=0.54mA (=0.54mA (一般一般门电路）门电路）V VIHminIHmin = 3.5V = 3.5V V VILmaxILmax = 1.5V = 1.5V I IIhIh10uA 10uA I IILIL10uA10uA

3、复习复习 V VOHminOHmin = 2.4V = 2.4V V VOLmaxOLmax = 0.4V = 0.4V I IOHOH =0.4mA =0.4mA I IOLOL16mA 16mA ( (一般门电路）一般门电路） V VIHminIHmin = 2.0V = 2.0V V VILmaxILmax = 0.8V = 0.8V I IIhIh40uA 40uA I IILIL1.6mA1.6mA V VOHminOHmin = 4.99V = 4.99V V VOLmaxOLmax = 0.01V = 0.01V I IOHOH =0.54mA =0.54mA I IOLOL=0

4、.54mA (=0.54mA (一般门一般门电路）电路） V VIHminIHmin = 3.5V = 3.5V V VILmaxILmax = 1.5V = 1.5V I IIhIh10uA 10uA I IILIL10uA10mA 50 10mA 50则：则：( (V VOHOHminmin- U- Ubebe)/R1 - U)/R1 - Ubebe/R/R2 2 = = Ic/Ic/得：得：R1=6.2kR1=6.2k应向下取近似应向下取近似 5.6k5.6k图图1-3-1 TTL/CMOS1-3-1 TTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口通常：通常：Ube0.7v VOHmi

5、n = 2.4V Ic 10mA 50C C为加速电容。为加速电容。 这是充分利用了电这是充分利用了电容两端电压不能突变的作用容两端电压不能突变的作用, ,使输入信号开始瞬间就直接使输入信号开始瞬间就直接施加于管子的施加于管子的B EB E极极, ,使之加使之加快导通快导通, ,而在关断时而在关断时, ,电容又电容又给管子施加了一个反向电压给管子施加了一个反向电压, ,因而加快了管子的关断。因而加快了管子的关断。 见图解见图解 容值的大小取决于采容值的大小取决于采用三极管的用三极管的BEBE结电容（及杂结电容（及杂散）基本相同散）基本相同 图图1-3-1 TTL/CMOS1-3-1 TTL/C

6、MOS单向电平转换接口单向电平转换接口u一、一、TTL/CMOSTTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口u二、具有三态输出的双向总线电平转换接口二、具有三态输出的双向总线电平转换接口u三、三、CMOSCMOS电路与晶体管的接口电路与晶体管的接口u四、利用驱动器阵列作接口四、利用驱动器阵列作接口u五、利用施密特触发器作接口五、利用施密特触发器作接口u六、利用固态继电器作接口六、利用固态继电器作接口74LVX424574LVX4245是飞兆是飞兆（FairchildFairchild）公司生）公司生产的具有三态输出的产的具有三态输出的8 8位双向总线电平转换收位双向总线电平转换收发器，自带

7、输出使能控发器，自带输出使能控制端的双向总线驱动器。制端的双向总线驱动器。5V5V、3.3V3.3V电平的驱动电电平的驱动电流分别可达流分别可达24mA 24mA 、12mA12mA。可同时进行两个。可同时进行两个总线的电平转换，从而总线的电平转换，从而实现系统中两个子系统实现系统中两个子系统之间的数据传输。之间的数据传输。T/ RT/ Ru74LVX424574LVX4245的两个电源端的两个电源端U UCCACCA和和U UCCBCCB分别接分别接A A、B B的电源。的电源。uA A0 0A A7 7为为5V5V子系统子系统A A的输入的输入/ /三态输出端口，三态输出端口，B B0 0

8、B B7 7为为3.3V3.3V子系统子系统B B的输入的输入/ /三态输出端口。三态输出端口。 uOE#OE#为输出使能端（低电平有效）为输出使能端（低电平有效）uT/ R#T/ R#为接收为接收/ /发送控制端，用来控制总线数据的传发送控制端，用来控制总线数据的传输方向是从输方向是从A AB B，还是从，还是从A AB B。n当使能端当使能端OE# OE# 0 0（低电平）、发送（低电平）、发送/ /接收控制端接收控制端T/ R#T/ R#0 0时，总线数据是从时，总线数据是从A A传输到传输到B B；n当当 OE# OE# 0 0、T/R# T/R# 1 1（接（接5V5V高电平）时，总

9、线数据高电平）时，总线数据是从是从B B传输到传输到A A。当。当OE# OE# 1 1（接（接5V5V高电平）时，高电平）时，A A0 0A A7 7、B B0 0B B7 7端口均呈高阻态。端口均呈高阻态。u一、一、TTL/CMOSTTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口u二、具有三态输出的双向总线电平转换接口二、具有三态输出的双向总线电平转换接口u三、三、CMOSCMOS电路与晶体管的接口电路与晶体管的接口u四、利用驱动器阵列作接口四、利用驱动器阵列作接口u五、利用施密特触发器作接口五、利用施密特触发器作接口u六、利用固态继电器作接口六、利用固态继电器作接口u 原理：原理：当当V

10、 V0 0=1=1（高电平时），（高电平时），BG1BG1、BG2BG2均导通，均导通，继电器线圈继电器线圈J J上有电流通过，继电器吸上有电流通过，继电器吸合，接通执行机构（如报警器、电机合，接通执行机构（如报警器、电机等）。等）。 当当V V0 0=1 IB1=1 IB1=（UO-UBE)/RUO-UBE)/R IB2=1 IB1 IB2=1 IB1 IC2=12 IB IC2=12 IB 设计要求：设计要求：a a：IC2IC2符合负载的正常工作电流符合负载的正常工作电流b b：IB1IB1应应VT2VT2饱和导通，使其功耗最小饱和导通，使其功耗最小C C：IB1IB1应使应使VT2VT

11、2的的IB2IB2小于小于IB2(max)IB2(max)关键元器件分析关键元器件分析: :uJRC-12 JRC-12 超小型，小功率继电器，超小型，小功率继电器，E=12V E=12V 线圈电线圈电390390。 驱动电流驱动电流30mA30mAu达林顿管达林顿管 VT1VT1，VT2VT2，=1 12 2 若只驱动若只驱动LEDLED，可只使用其中一，可只使用其中一只。只。 P PCMCM I ICMCM 3DG6 100mW 20mA 3DG6 100mW 20mA 3DG12 700mW 100mA 3DG12 700mW 100mA只驱动只驱动LEDLED时可用时可用3DG12,3

12、DG12,最好不最好不用用3DG6,R3DG6,R可取可取5.1K10K5.1K10K。关键元器件分析关键元器件分析: :u续流二极管续流二极管1N40011N4001（1A/50V,1A/50V,钳位感应电势）钳位感应电势） 继电器线圈等效为一电感，其电流不能突变，释放时电继电器线圈等效为一电感，其电流不能突变，释放时电流无通路，产生为反向电动势流无通路，产生为反向电动势e e，极性与原电源极性相反，极性与原电源极性相反，企图维持企图维持I IJ J不变。不变。 VDVD提供泄放回路。若不加，产生的感应提供泄放回路。若不加，产生的感应电压可能会损坏晶体管。电压可能会损坏晶体管。IJ+-e=L

13、di/dt-+emax=UF-+正常导通正常导通 无续流断开无续流断开 续流断开续流断开u CMOS CMOS与晶体管接口驱动与晶体管接口驱动LEDLED 相关参数：相关参数：E E：电源电压：电源电压U UF F：LEDLED的正向压降的正向压降 1.5 1.52.0V2.0VI IF F：LEDLED的正向工作电流的正向工作电流 5 5 mAmA10 10 mAmAV VCESCES：晶体管饱和压降：晶体管饱和压降 0.1 0.10.3V0.3V图1-3-4 CMOS与晶体管接口驱动LED的电路u CMOSCMOS与晶体管接口驱动与晶体管接口驱动LEDLED 限流电阻的确定限流电阻的确定u

14、计算公式：计算公式：举例举例取取E=6V E=6V ， U UF F=1.8V=1.8V， I IF F =10 =10 mAmA ， V VCESCES=0.15V=0.15V，可求可求得：得：R=415R=415，则则P=IP=IF F2 2R=(10X10R=(10X10- -3 3) )2 2415=0.04W415=0.04W故可选故可选430430，1/8W1/8W电阻。电阻。FCES2FEUURI举例举例已知：已知： E=6V E=6V ， U UF F=1.8V=1.8V， I IF F =10 =10 mAmA ， V VCESCES=0.15V=0.15V可求得：可求得：R

15、=415R=415，另另P=IP=IF F2 2R R =(10X10 =(10X10-3-3) )2 2415415 =0.04W =0.04W故可选故可选430430，1/8W1/8W电阻。电阻。u一、一、TTL/CMOSTTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口u二、具有三态输出的双向总线电平转换接口二、具有三态输出的双向总线电平转换接口u三、三、CMOSCMOS电路与晶体管的接口电路与晶体管的接口u四、利用驱动器阵列作接口四、利用驱动器阵列作接口u五、利用施密特触发器作接口五、利用施密特触发器作接口u六、利用固态继电器作接口六、利用固态继电器作接口MC1413MC1413（国产型

16、号为（国产型号为5G14135G1413）是七路达林顿驱动器阵列，每）是七路达林顿驱动器阵列，每一路为集电极开路的反相器（相当于一路为集电极开路的反相器（相当于OCOC门），其电流放大系门），其电流放大系数数h hFEFE15001500倍，倍，I ICMCM200mA200mA。工作电压范围工作电压范围3 318 V18 V，输入电流在输入电流在1 1 AA以下。最高时钟频率可达以下。最高时钟频率可达1 MHz1 MHz。 MC1413 MC1413 I ICMCM200mA200mA。七路同时工作时，每路的电流应小于。七路同时工作时，每路的电流应小于40mA40mA。每个内部反相器的输出端

17、还接有续流二极管。每个内部反相器的输出端还接有续流二极管VDVD。应用：驱动继电器应用：驱动继电器 风机风机 LED LED 数码管数码管 蜂鸣器蜂鸣器 电平转电平转换换 。图1-3-5 MC1413的应用电路u一、一、TTL/CMOSTTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口u二、具有三态输出的双向总线电平转换接口二、具有三态输出的双向总线电平转换接口u三、三、CMOSCMOS电路与晶体管的接口电路与晶体管的接口u四、利用驱动器阵列作接口四、利用驱动器阵列作接口u五、利用施密特触发器作接口五、利用施密特触发器作接口u六、利用固态继电器作接口六、利用固态继电器作接口u工作原理：工作原理：

18、n施密特（施密特（SchmittSchmitt）触发器是一种具有滞后特性的触发器，仅当输入）触发器是一种具有滞后特性的触发器，仅当输入电压超过阈值电压时才有恒定幅度的输出脉冲。电压超过阈值电压时才有恒定幅度的输出脉冲。n其电压转移特性与磁滞回线相似，因此有滞后特性其电压转移特性与磁滞回线相似，因此有滞后特性nV VT T+ +上阈值电压上阈值电压nVTVT下阈值电压下阈值电压nV VT T滞后（回差电压）滞后（回差电压）u主要用途：主要用途：n整形：将缓慢变化的输入电压波形整形：将缓慢变化的输入电压波形陡峭过渡的输出滤形陡峭过渡的输出滤形n整形器、消噪电路、电平转换、电压鉴别、振荡器、单稳电路

19、、开机整形器、消噪电路、电平转换、电压鉴别、振荡器、单稳电路、开机复零电路。复零电路。u典型产品典型产品uCD40106 CD40106 74LS74LS（HCHC）1414CC隔直电容，容量视输入信号隔直电容，容量视输入信号f f而定，而定，0.10.120F20FC =1/(2f R ),C =1/(2f R ),其中其中R R为交流等效输入阻抗。为交流等效输入阻抗。 一般取截止频率一般取截止频率 1/(2RC ) 1/(2RC ) 小于或等于小于或等于1/5 1/5 信号频率。信号频率。R1R1、R2R2偏置电阻，取偏置电阻，取R1=R2R1=R2（如（如1M1M）时，可将输入端静态工作

20、点偏置）时，可将输入端静态工作点偏置在在VDD/2VDD/2，避免输出波形不对称，避免输出波形不对称。图1-3-6 施密特整形电路一般取截止频率一般取截止频率 1/(2RC ) 小于或等于小于或等于1/5 信号频率。信号频率。a a图表示原来的负脉冲信号波图表示原来的负脉冲信号波形；形；b b图是经过传输线后严重失真图是经过传输线后严重失真的波形，信号已被大量的噪声的波形，信号已被大量的噪声所淹没，变得面目皆非了。所淹没，变得面目皆非了。c c图是接收端经过一级施密特图是接收端经过一级施密特整形后的波形；整形后的波形；d d图是经两级整形后的波形，图是经两级整形后的波形，又恢复了原状。尽管整形

21、会产又恢复了原状。尽管整形会产生延迟时间生延迟时间t t，但脉冲宽度，但脉冲宽度不变并且没有失真，因此能起不变并且没有失真，因此能起到消除噪声的作用。到消除噪声的作用。图图1-3-7 1-3-7 消除传输线上的噪声消除传输线上的噪声原负脉冲原负脉冲信号波形信号波形经过传输线经过传输线后严重失真后严重失真的波形的波形一级整形一级整形后的波形后的波形两级整形两级整形后的波形后的波形u一、一、TTL/CMOSTTL/CMOS单向电平转换接口单向电平转换接口u二、具有三态输出的双向总线电平转换接口二、具有三态输出的双向总线电平转换接口u三、三、CMOSCMOS电路与晶体管的接口电路与晶体管的接口u四、

22、利用驱动器阵列作接口四、利用驱动器阵列作接口u五、利用施密特触发器作接口五、利用施密特触发器作接口u六、利用固态继电器作接口六、利用固态继电器作接口继电器（RELAY）电磁继电器（EMR）固态继电器（SSR）DCSSR 5端器件内部为功率管ACSSR4端器件内部为双向晶闸管图1-3-8 固态继电器的内部电路a）直流固态继电器 b）交流固态继电器典型产品：典型产品：美国国际整流器公司（美国国际整流器公司（IRIR）生产的）生产的1604558016045580（DC-SSRDC-SSR，驱，驱动电流动电流I IS S3 38mA8mA，负载电压，负载电压U UL L25V25V，负载电流，负载电

23、流I IL L1A1A，导通压降导通压降U UONON0.6V0.6V）；）；SP2210SP2210（AC-SSRAC-SSR，I IS S101020mA20mA，U UL L2424250V AC250V AC，I IL L2A2A）。）。图1-3-9 固态继电器的典型应用电路a）DC-SSR b）AC-SSR一种交流固态继电器一种交流固态继电器 电路分析电路分析ABCDEFT1T2GuRT 0.25 100K I BRT 0.25 100K I B 碳膜电阻器碳膜电阻器 ；额定功率额定功率0.25W 0.25W ；标称阻值标称阻值100K100K； I I级，允许偏差级，允许偏差5%

24、5% ；噪声电动势噪声电动势5V/V5V/V。uRJ0.25100KRJ0.25100K金属膜金属膜u标称值：标称值：E E2424系列（共系列（共2424个数值），由个数值），由 确定确定 ，n=0n=0，1 1，2 2，323323n1.01.0、1.11.1、1.21.2、1.31.3、1.51.5、1.61.6、1.81.8、2.02.0、2.22.2、2.42.4、2.72.7、3.03.0、3.33.3、3.63.6、3.93.9、4.34.3、4.74.7、5.15.1、5.65.6、6.26.2、6.86.8、7.57.5、8.28.2、9.19.1n允许偏差允许偏差5%5%u

25、E E1212系列（共系列（共1212个数值），由个数值），由 确定确定 ，n=0n=0，1 1，2 2，311311n1.01.0、1.21.2、1.51.5、1.81.8、2.22.2、2.72.7、3.33.3、3.93.9、4.74.7、5.65.6、6.86.8、8.28.2n允许偏差允许偏差10%10%uE E6 6系列（共系列（共6 6个数值）由个数值）由 确定确定 ，n=0n=0，1 1，2 2，3535n1.01.0、1.51.5、2.22.2、3.33.3、4.74.7、6.86.8n允许偏差允许偏差20%20%2410n1210n610nu精密等级精密等级n001 005

26、 01 02 001 005 01 02 n0.1% 0.1% 0.5% 0.5% 1% 1% 2% 2% 5% 5% 10% 10% 20%20%u色环表示法色环表示法 可分为三环、四环、五环三种标法。可分为三环、四环、五环三种标法。 棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白黑黑 金金银银无色无色123456789010-210-11%2%0.5%0.2%0.1%5%10%20%A. 晶片电阻种类: 依照其尺寸及额定功率区分其本体上有3位数码为电阻值代号如472为4.7K , 2R7 为2.7 。电阻器种类电阻器种类: 晶片电阻晶片电阻, 碳素皮膜电阻碳素皮膜电阻, 金属膜电阻金属膜电阻, 氧化

27、金氧化金属膜电阻属膜电阻, 线绕电阻线绕电阻, 功率型线绕电阻功率型线绕电阻, 水泥电阻水泥电阻, 厚膜排列电厚膜排列电阻阻, 保险丝型金属膜电阻保险丝型金属膜电阻. 英制(mil) 公制(mm) 额定功率(W) 70C0201 0603 1/200402 1005 1/1606031608 1/100805 2012 1/81206 3216 1/41210 3225 1/31812 4832 1/22010 5025 3/42512 6432 1英制, 如0402即长乘宽为0.04in*0.02in公制, 如1005即长乘宽为1.0mm*0.5mmB. 碳素皮膜电阻种类碳素皮膜电阻种类:

28、依照其尺寸及额定功率区分为1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W等. 其本体上有4条色码为电阻值及误差值代号如 黄 紫 红 金为4.7K 5 %, 红 紫 金 红为2.7 2 %。C. 金属膜电阻种类金属膜电阻种类: 依照其尺寸及额定功率区分为1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W 等. 其本体上有5条色码为电阻值及误差值代号如 黄 紫 黑 棕 金为4.7K 5 %, 红 紫 黑 银 红为2.7 2 %。D. 氧化金属膜电阻种类氧化金属膜电阻种类: 依照其尺寸及额定功率区分为1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 4W, 5W, 7W, 10W等. 其本体标示同碳素皮膜电阻。E. 保险丝型金属膜电阻种类保险丝型金属膜电阻种类: 依照其尺寸及额定功率区分为1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W等. 其本体标示同碳素皮膜电阻。F. 线绕电阻种类线绕电阻种类: 依照其尺寸及额定功率区分为1/2W, 1W, 2W, 3W, 4W, 5W, 6W,