第一節(jié)模擬電路設(shè)計方法

第一節(jié)模擬電路設(shè)計方法第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)模擬電路設(shè)計方法

2．1晶體管放大器設(shè)計1、電路工作原理及基本關(guān)系式（1）、工作原理分壓式電流負反饋偏置電路見圖2.1.1阻容耦合共射極放大器（2）、基本關(guān)系式2、性能指標與測試方法電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻頻率特性和通頻帶第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3、設(shè)計舉例例設(shè)計一阻容耦合單級晶體管放大器。4、電路安裝與調(diào)試（1）.靜態(tài)工作點測量與調(diào)整（2）.性能指標測試與電路參數(shù)修改（3）.測量結(jié)果驗算與誤差分析5、負反饋對放大器性能的影響負反饋的電壓放大倍數(shù)將下降，其表達式為（1）、提高放大器增益的穩(wěn)定性（2）、擴展放大器的通頻帶（3）、改變放大器的輸入電阻與輸出電阻第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三6、設(shè)計任務(wù)設(shè)計課題：單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計（1）、已知條件+VCC=+12V，RL=2k，Vi=10mV，Rs=600。（2）、性能指標要求AV>30,Ri>2k,Ro<3k,<20Hz,>500kHz,電路穩(wěn)定性好。（3）、實驗儀器設(shè)備低頻信號發(fā)生器EE1641B1臺失真度測量儀BS-21臺晶體管毫伏表DA-161臺數(shù)字萬用表UT20031只雙蹤示波器COS5020或TDS2101臺試驗面包板1塊直流穩(wěn)壓電源（雙路輸出）1臺元器件及工具1盒（4）、設(shè)計步驟與要求第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三2.2RC有源濾波器的快速設(shè)計1、濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù)本節(jié)主要介紹具有巴特沃斯響應(yīng)的二階RC有源濾波器的設(shè)計。濾波器的快速設(shè)計方法已知條件

已知濾波器的響應(yīng)特征（巴特沃斯或切比雪夫）、濾波器的電路形式（VCVS或MFB），濾波器的類型（低通、高通、帶通、帶阻及階數(shù)n）、濾波器的性能參數(shù)、、或BW。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計步驟

根據(jù)截止頻率，從圖中選定一個電容C（單位）的標稱值，使其滿足

（1-6-5）

從設(shè)計表表1-6-2~1-6-5中查出與對應(yīng)的電容值及K=1時的電阻值。再將這些電阻值乘以參數(shù)K，得電阻的設(shè)計值。

實驗調(diào)整并修改電容、電阻值，測量濾波器的性能參數(shù)，繪制幅頻特性。

注意事項

①電阻的標稱值盡可能接近設(shè)計值。

②在測試過程中，若某項指標偏差較大，則應(yīng)根據(jù)設(shè)計表調(diào)整修改相應(yīng)元件的值。

第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三

3、設(shè)計舉例（1）．二階低通濾波器設(shè)計例1設(shè)計一個二階壓控電壓源低通濾波器，要求截止頻率=2kHz，增益=2。（2）、二階高通濾波器設(shè)計例2設(shè)計一個二階無限增益多路反饋高通濾波器,要求截止頻率?c=100Hz,增益Av=5.（3）、二階帶通濾波器設(shè)計例3設(shè)計一個二階壓控電壓源（VCVS）帶通濾波器，要求中心頻率?0=1kHz,增益Av=2，品質(zhì)因數(shù)Q=10。 （4）、二階帶阻濾波（陷波）器設(shè)計 例4設(shè)計一個能抑制50Hz工頻干擾信號的陷波器，要求品質(zhì)因數(shù)Q≥10，增益Av>1。4、設(shè)計任務(wù)設(shè)計課程：語音濾波器設(shè)計性能指標要求實驗儀器設(shè)備設(shè)計步驟與要求第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)中規(guī)模（MSI）組合邏輯電路及其應(yīng)用設(shè)計小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）時序邏輯電路及其應(yīng)用電路設(shè)計

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三一、MSI組合邏輯電路設(shè)計1、MSI組合邏輯電路設(shè)計原則和步驟MSI組合邏輯電路的設(shè)計是以所用MSI個數(shù)最少、品種最少，同時MSI間的連線也最少作為最基本的原則。其設(shè)計步驟如下：1邏輯抽象，列出真值表；2寫出邏輯函數(shù)表達式；3將邏輯函數(shù)化間或變換MSI所需要形式的函數(shù)式；4畫出邏輯電路圖。2、MSI組合邏輯電路常用芯片介紹（1）、編碼器（74LS148）（2）、譯碼器（74LS139/138/154/47/48/CC4055）1通用譯碼器（74LS139/138/154）2顯示譯碼/驅(qū)動器（74LS48/47/CC4055）

a）數(shù)碼顯示器發(fā)光二極管顯示器液晶顯示器（LCD）b）譯碼驅(qū)動器發(fā)光二極管顯示的譯碼/驅(qū)動器（74LS48/74LS47）

BCD-7段譯碼/液晶驅(qū)動器（CC4055）第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三（3）、數(shù)據(jù)選擇器和函數(shù)發(fā)生器（74LS153/151）1數(shù)據(jù)選擇器（74LS153/74LS151）2函數(shù)產(chǎn)生器（4）、模擬開關(guān)（CC4066/4051/4052）（5）、全加器（74LS83）第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三

3、應(yīng)用電路設(shè)計例1、用2片雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153和門電路設(shè)計一個7段顯示/8421BCD碼的轉(zhuǎn)換電路（1）列出真值表（見表2.2.9）（2）寫出邏輯表達式（3）畫出電路圖（見圖2.2.13）例2.用一片全加器74LS83和門電路，設(shè)計一個4位二進制數(shù)/BCD碼的變換電路（1）列出真值表（見表2.2.10）（2）寫表達式（3）由表達式畫出電路（見圖2.2.14）第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三4、設(shè)計任務(wù)（根據(jù)要求，學(xué)生任選一個）設(shè)計課題1：用與非門設(shè)計一開關(guān)報警控制電路●設(shè)計要求①某設(shè)備有A，B，C3只開關(guān)，只有在開關(guān)A接通的條件下，開關(guān)B才能接通，而開關(guān)C則只有在開關(guān)B接通的條件下才能接通，違反這一操作規(guī)程，則發(fā)出報警信號；②寫出設(shè)計步驟并畫出所設(shè)計的邏輯電路圖；③安裝電路并測試電路的邏輯功能；④觀察與分析電路中的競爭冒險現(xiàn)象并采取措施消除之。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計課題2：用與非門設(shè)計一個4位代碼的數(shù)字鎖●設(shè)計要求①設(shè)計一個保險箱用的4位代碼數(shù)字鎖，4位代碼A、B、C、D4個輸入端和一個開鎖用的鑰匙插孔輸入端E，當(dāng)開箱時（E=1），如果輸入的代碼（例如ABCD=1010）與設(shè)定的代碼相同，則保險箱被打開，即輸出端Z=1，否則電路發(fā)出報警信號；②寫出設(shè)計步驟，畫出最簡單的邏輯電路圖（提示除代碼設(shè)置所需的反相器外，最簡邏輯電路不會超過5個與非門電路）；③安裝并測試電路的邏輯功能（提示試驗時鎖被打開或報警信號可用發(fā)光二極管指示）。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計課題3：用與非門的邏輯功能74LS00和異或門74LS86設(shè)計一可逆的4位碼變換器●設(shè)計要求①控制信號C=1時，它將8421碼轉(zhuǎn)換為格雷碼，C=0時，它將格雷碼轉(zhuǎn)換為8421碼；②寫出設(shè)計步驟，列出碼變換關(guān)系真值表并畫出邏輯電路圖；③安裝電路并測試邏輯電路的功能（提示試驗的輸出碼狀態(tài)可用發(fā)光二極管指示）。設(shè)計課題4：用2片4位全加器74LS83和門電路設(shè)計一位8421BCD碼加法器●設(shè)計要求①加法器輸出的和數(shù)也為8421BCD碼；②寫出設(shè)計步驟并畫出邏輯電路圖；③安裝電路并測試邏輯電路的功能（提示加法器相加輸出的和數(shù)可用7段顯示器指示）。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三二、小規(guī)模（SSI）時序邏輯電路及其應(yīng)用電路設(shè)計1、SSI組合邏輯電路設(shè)計原則和步驟

SSI時序邏輯電路的設(shè)計原則是:當(dāng)選用小規(guī)模集成電路時,所用的觸發(fā)器和邏輯門電路的數(shù)目應(yīng)最少,而且觸發(fā)器和邏輯門電路的輸入端數(shù)目也應(yīng)為最少，所設(shè)計的邏輯電路應(yīng)力求最簡，并盡量采用同步系統(tǒng)。其設(shè)計步驟如下：（1）．邏輯抽象。（2）．狀態(tài)化簡，得出最簡的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（3）．狀態(tài)編碼。（4）．選定觸發(fā)器的類型并求出狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程。（5）．根據(jù)驅(qū)動方程和輸出方程畫出邏輯電路圖。（6）．檢查設(shè)計的電路能否自動啟動。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三2、應(yīng)用電路設(shè)計例1.設(shè)計一個帶有進位輸出端的六進制計數(shù)器（1）邏輯抽象，得出狀態(tài)圖（表）如圖2.2.1所示的電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（2）狀態(tài)編碼若無特殊要求，取自然二進制（000~101）為S0~S5的編碼，于是便得到了表2.2.1所示的狀態(tài)編碼表。（3）確定觸發(fā)器的類型和個數(shù)觸發(fā)器個數(shù)n=3；選取JK觸發(fā)器(74LS76)（4）根據(jù)編碼的狀態(tài)表，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，（包含觸發(fā)器的激勵表），寫出狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程（5）根據(jù)式（2-2-5）和式（2-2-6）畫出六進制計數(shù)器的邏輯圖（見圖2.2.20）（6）檢查電路是否自啟動。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三圖2.2.21是圖2.2.20電路完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（7）校核圖2.2.22中畫出了圖2.2.20所示電路的時序圖。不難看出，這種觸發(fā)器是在CP下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。3、時序邏輯電路初始狀態(tài)的設(shè)置在時序邏輯電路的設(shè)計時，往往假定初始狀態(tài)是確定的，實際上在接通電源時電路的初始狀態(tài)是隨機的，所以應(yīng)采取措施使電路自動產(chǎn)生置數(shù)脈沖將電路置為預(yù)定的初始狀態(tài)。圖2.2.25就是利用RC電路實現(xiàn)置數(shù)。圖（a）為用雙D觸發(fā)器74LS74實現(xiàn)的開機清“0”電路；如果對置數(shù)脈沖的波形有一定要求，則可采用圖（b）所示電路；圖（c）為同步可逆計數(shù)器74LS91的開機置數(shù)電路。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計任務(wù)（根據(jù)要求，學(xué)生任選一個）設(shè)計課題1：用JK觸發(fā)器附加必要的門電路，設(shè)計一個環(huán)形計數(shù)器已知條件電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2.2.28所示。設(shè)計要求1列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，寫出狀態(tài)方程，畫出邏輯電路和時序圖；2安裝并測試電路的時序狀態(tài)（用發(fā)光二極管指示）。設(shè)計課題2：用JK觸發(fā)器附加必要的門電路，設(shè)計一滿足圖2.2.29所示時序要求的時序電路設(shè)計要求1列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，寫出狀態(tài)方程、輸出方程和驅(qū)動方程，畫出邏輯電路圖；2安裝電路并測試電路的時序。設(shè)計課題3：用D觸發(fā)器或JK觸發(fā)器附加必要的門電路，設(shè)計一個偽隨機信號發(fā)生器已知條件序列號為000100110101111（重復(fù)出現(xiàn)）。設(shè)計要求1列出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，寫出狀態(tài)方程及驅(qū)動方程，畫出邏輯電路圖；2安裝電路并測試電路的輸出代碼（用發(fā)光二極管指示）。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計課題4：用JK觸發(fā)器和必要的組合邏輯電路，設(shè)計一個滿足2.2.30所示控制電路設(shè)計要求1用一個譯碼器74LS48驅(qū)動4個LED7段顯示管，輪流顯示4位十進制數(shù)；2分別設(shè)計其數(shù)據(jù)選擇電路和控制電路，并畫出完整的邏輯電路圖；3安裝并測試顯示控制電路的功能。第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三三、中規(guī)模（MSI）時序邏輯電路及其應(yīng)用電路設(shè)計1、MSI時序邏輯電路芯片介紹（1）、異步計數(shù)器（74LS90/92/93）（2）、可編程4位二進制同步計數(shù)器（CC40161/40163）（3）、加/減同步計數(shù)器（74LS190/191/192/193）（4）、順序脈沖發(fā)生器（CC4017）（5）、4位雙向移位寄存器（74LS194）（6）、4位并行存取移位寄存器（74LS95）第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三2、應(yīng)用電路設(shè)計例1、“12翻1”小時計數(shù)器設(shè)計（1）列計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫時序波形圖（2）選擇觸發(fā)器和計數(shù)器（3）求復(fù)位信號和置位信號（4）根據(jù)控制方程式畫計數(shù)器的邏輯電路圖例2．M序列脈沖產(chǎn)生器電路設(shè)計分析功能，列出狀態(tài)表設(shè)計計數(shù)器和譯碼電路第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三例3．汽車尾燈控制電路設(shè)計

設(shè)計要求假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）a.汽車正常運行時指示燈全滅；b.右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)點亮；c.左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)3個只是扽按左循環(huán)順序點亮；c.臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。

（1）列出尾燈與汽車運行狀態(tài)表（見表2.2.24）

（2）設(shè)計單元電路

（3）開關(guān)控制電路。

（4）設(shè)計汽車尾燈總體參考電路（見圖2.2.35）

例4．籃球競賽30s計時器設(shè)計

（1）根據(jù)設(shè)計要求，繪制原理框圖

（2）設(shè)計單元電路

（3）設(shè)計籃球競賽30s計時器參考電路（見圖2.2.39）第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3、數(shù)字電路的安裝與調(diào)試技術(shù)（1）、.集成電路器件的功能測試①儀器檢測法②功能實驗檢查法③替代法（2）.數(shù)字電路的調(diào)試方法①替代法②對比法③對分法（3）、幾種基本電路的測試方法①集成邏輯門電路②集成觸發(fā)器電路③計數(shù)器電路④譯碼顯示電路第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三4、設(shè)計任務(wù)（根據(jù)實際情況，學(xué)生任選一個）設(shè)計課題1：設(shè)計M=125的十進制加/減可逆計數(shù)器