如何看懂電路圖

./如何看懂電路圖2－－電源電路單元前面介紹了電路圖中的元器件的作用和符號。一張電路圖通常有幾十乃至幾百個元器件,它們的連線縱橫交叉,形式變化多端,初學者往往不知道該從什么地方開始,怎樣才能讀懂它。其實電子電路本身有很強的規(guī)律性,不管多復雜的電路,經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn),它是由少數(shù)幾個單元電路組成的。好象孩子們玩的積木,雖然只有十來種或二三十種塊塊,可是在孩子們手中卻可以搭成幾十乃至幾百種平面圖形或立體模型。同樣道理,再復雜的電路,經(jīng)過分析就可發(fā)現(xiàn),它也是由少數(shù)幾個單元電路組成的。因此初學者只要先熟悉常用的基本單元電路,再學會分析和分解電路的本領,看懂一般的電路圖應該是不難的。按單元電路的功能可以把它們分成若干類,每一類又有好多種,全部單元電路大概總有幾百種。下面我們選最常用的基本單元電路來介紹。讓我們從電源電路開始。一、電源電路的功能和組成每個電子設備都有一個供給能量的電源電路。電源電路有整流電源、逆變電源和變頻器三種。常見的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。直流電源的最簡單的供電方法是用電池。但電池有成本高、體積大、需要不時更換〔蓄電池則要經(jīng)常充電的缺點,因此最經(jīng)濟可靠而又方便的是使用整流電源。電子電路中的電源一般是低壓直流電,所以要想從220伏市電變換成直流電,應該先把220伏交流變成低壓交流電,再用整流電路變成脈動的直流電,最后用濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分后才能得到直流電。有的電子設備對電源的質(zhì)量要求很高,所以有時還需要再增加一個穩(wěn)壓電路。因此整流電源的組成一般有四大部分,見圖1。其中變壓電路其實就是一個鐵芯變壓器,需要介紹的只是后面三種單元電路。二、整流電路整流電路是利用半導體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動直流電的電路?！?半波整流半波整流電路只需一個二極管,見圖2〔a。在交流電正半周時VD導通,負半周時VD截止,負載R上得到的是脈動的直流電〔2全波整流全波整流要用兩個二極管,而且要求變壓器有帶中心抽頭的兩個圈數(shù)相同的次級線圈,見圖2〔b。負載RL上得到的是脈動的全波整流電流,輸出電壓比半波整流電路高?！?全波橋式整流用4個二極管組成的橋式整流電路可以使用只有單個次級線圈的變壓器,見圖2〔c。負載上的電流波形和輸出電壓值與全波整流電路相同?！?倍壓整流用多個二極管和電容器可以獲得較高的直流電壓。圖2〔d是一個二倍壓整流電路。當U2為負半周時VD1導通,C1被充電,C1上最高電壓可接近1.4U2；當U2正半周時VD2導通,C1上的電壓和U2疊加在一起對C2充電,使C2上電壓接近2.8U2,是C1上電壓的2倍,所以叫倍壓整流電路。三、濾波電路整流后得到的是脈動直流電,如果加上濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分,就可得到平滑的直流電。

〔1電容濾波

把電容器和負載并聯(lián),如圖3〔a,正半周時電容被充電,負半周時電容放電,就可使負載上得到平滑的直流電。〔2電感濾波

把電感和負載串聯(lián)起來,如圖3〔b,也能濾除脈動電流中的交流成分。〔3L、C濾波

用1個電感和1個電容組成的濾波電路因為象一個倒寫的字母"L",被稱為L型,見圖3〔c。用1個電感和2個電容的濾波電路因為象字母"π",被稱為π型,見圖3〔d,這是濾波效果較好的電路。

〔4RC濾波

電感器的成本高、體積大,所以在電流不太大的電子電路中常用電阻器取代電感器而組成RC濾波電路。同樣,它也有L型,見圖3〔e；π型,見圖3〔f。四、穩(wěn)壓電路

交流電網(wǎng)電壓的波動和負載電流的變化都會使整流電源的輸出電壓和電流隨之變動,因此要求較高的電子電路必須使用穩(wěn)壓電源。

<1穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路

用一個穩(wěn)壓管和負載并聯(lián)的電路是最簡單的穩(wěn)壓電路,見圖4〔a。圖中R是限流電阻。這個電路的輸出電流很小,它的輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值VZ。

<2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

有放大和負反饋作用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的穩(wěn)壓電路。它的電路和框圖見圖4〔b、〔c。它是從取樣電路〔R3、R4中檢測出輸出電壓的變動,與基準電壓〔VZ比較并經(jīng)放大器〔VT2放大后加到調(diào)整管〔VT1上,使調(diào)整管兩端的電壓隨著變化。如果輸出電壓下降,就使調(diào)整管管壓降也降低,于是輸出電壓被提升；如果輸出電壓上升,就使調(diào)整管管壓降也上升,于是輸出電壓被壓低,結果就使輸出電壓基本不變。在這個電路的基礎上發(fā)展成很多變型電路或增加一些輔助電路,如用復合管作調(diào)整管,輸出電壓可調(diào)的電路,用運算放大器作比較放大的電路,以及增加輔助電源和過流保護電路等。

〔3開關型穩(wěn)壓電路

近年來廣泛應用的新型穩(wěn)壓電源是開關型穩(wěn)壓電源。它的調(diào)整管工作在開關狀態(tài),本身功耗很小,所以有效率高、體積小等優(yōu)點,但電路比較復雜。

開關穩(wěn)壓電源從原理上分有很多種。它的基本原理框圖見圖4〔d。圖中電感L和電容C是儲能和濾波元件,二極管VD是調(diào)整管在關斷狀態(tài)時為L、C濾波器提供電流通路的續(xù)流二極管。開關穩(wěn)壓電源的開關頻率都很高,一般為幾～幾十千赫,所以電感器的體積不很大,輸出電壓中的高次諧波也不多。

它的基本工作原理是:從取樣電路〔R3、R4中檢測出取樣電壓經(jīng)比較放大后去控制一個矩形波發(fā)生器。矩形波發(fā)生器的輸出脈沖是控制調(diào)整管〔VT的導通和截止時間的。如果輸出電壓U0因為電網(wǎng)電壓或負載電流的變動而降低,就會使矩形波發(fā)生器的輸出脈沖變寬,于是調(diào)整管導通時間增大,使L、C儲能電路得到更多的能量,結果是使輸出電壓U0被提升,達到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。

〔4集成化穩(wěn)壓電路

近年來已有大量集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品問世,品種很多,結構也各不相同。目前用得較多的有三端集成穩(wěn)壓器,有輸出正電壓的CW7800系列和輸出負電壓的CW7900系列等產(chǎn)品。輸出電流從0.1A～3A,輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等多種。

這種集成穩(wěn)壓器只有三個端子,穩(wěn)壓電路的所有部分包括大功率調(diào)整管以及保護電路等都已集成在芯片內(nèi)。使用時只要加上散熱片后接到整流濾波電路后面就行了。外圍元件少,穩(wěn)壓精度高,工作可靠,一般不需調(diào)試。

圖4〔e是一個三端穩(wěn)壓器電路。圖中C是主濾波電容,C1、C2是消除寄生振蕩的電容,VD是為防止輸入短路燒壞集成塊而使用的保護二極管。五、電源電路讀圖要點和舉例

電源電路是電子電路中比較簡單然而卻是應用最廣的電路。拿到一張電源電路圖時,應該：①先按"整流—濾波—穩(wěn)壓"的次序把整個電源電路分解開來,逐級細細分析。②逐級分析時要分清主電路和輔助電路、主要元件和次要元件,弄清它們的作用和參數(shù)要求等。例如開關穩(wěn)壓電源中,電感電容和續(xù)流二極管就是它的關鍵元件。③因為晶體管有NPN和PNP型兩類,某些集成電路要求雙電源供電,所以一個電源電路往往包括有不同極性不同電壓值和好幾組輸出。讀圖時必須分清各組輸出電壓的數(shù)值和極性。在組裝和維修時也要仔細分清晶體管和電解電容的極性,防止出錯。④熟悉某些習慣畫法和簡化畫法。⑤最后把整個電源電路從前到后全面綜合貫通起來。這張電源電路圖也就讀懂了。

例1電熱毯控溫電路

圖5是一個電熱毯電路。開關在"1"的位置是低溫檔。220伏市電經(jīng)二極管后接到電熱毯,因為是半波整流,電熱毯兩端所加的是約100伏的脈動直流電,發(fā)熱不高,所以是保溫或低溫狀態(tài)。開關扳到"2"的位置,220伏市電直接接到電熱毯上,所以是高溫檔。

例2高壓電子滅蚊蠅器

圖6是利用倍壓整流原理得到小電流直流高壓電的滅蚊蠅器。220伏交流經(jīng)過四倍壓整流后輸出電壓可達1100伏,把這個直流高壓加到平行的金屬絲網(wǎng)上。網(wǎng)下放誘餌,當蒼蠅停在網(wǎng)上時造成短路,電容器上的高壓通過蒼蠅身體放電把蠅擊斃。蒼蠅尸體落下后,電容器又被充電,電網(wǎng)又恢復高壓。這個高壓電網(wǎng)電流很小,因此對人無害。

由于昆蟲夜間有趨光性,因此如在這電網(wǎng)后面放一個3瓦熒光燈或小型黑光燈,就可以誘殺蚊蟲和有害昆蟲。

例3實用穩(wěn)壓電源

圖7是一個實用的穩(wěn)壓電源。輸出電壓3～9伏可調(diào),輸出電流最大100毫安。這個電路就是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路。要注意的是:①整流橋的畫法和圖2〔c不同,實際上它就是橋式整流電路。②這個電路使用PNP型鍺管,所以輸出是負電壓,正極接地。③用兩個普通二極管代替穩(wěn)壓管。任何二極管的正向壓降都是基本不變的,因此可用二極管代替穩(wěn)壓管。2AP型二極管的正向壓降約是0.3伏,2CP型約是0.7伏,2CZ型約是1伏。圖中用了兩個2CZ二極管作基準電壓。④取樣電阻是一個電位器,所以輸出電壓是可調(diào)的。能夠把微弱的信號放大的電路叫做放大電路或放大器。例如助聽器里的關鍵部件就是一個放大器。放大電路的用途和組成

放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按頻率分為低頻、中源和高頻；接輸出信號強弱分成電壓放大、功率放大等。此外還有用集成運算放大器和特殊晶體管作器件的放大器。它是電子電路中最復雜多變的電路。但初學者經(jīng)常遇到的也只是少數(shù)幾種較為典型的放大電路。

讀放大電路圖時也還是按照"逐級分解、抓住關鍵、細致分析、全面綜合"的原則和步驟進行。首先把整個放大電路按輸入、輸出逐級分開,然后逐級抓住關鍵進行分析弄通原理。放大電路有它本身的特點：一是有靜態(tài)和動態(tài)兩種工作狀態(tài),所以有時往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進行分析；二是電路往往加有負反饋,這種反饋有時在本級內(nèi),有時是從后級反饋到前級,所以在分析這一級時還要能"瞻前顧后"。在弄通每一級的原理之后就可以把整個電路串通起來進行全面綜合。

下面我們介紹幾種常見的放大電路。

低頻電壓放大器

低頻電壓放大器是指工作頻率在20赫～20千赫之間、輸出要求有一定電壓值而不要求很強的電流的放大器。

〔1共發(fā)射極放大電路

圖1〔a是共發(fā)射極放大電路。C1是輸入電容,C2是輸出電容,三極管VT就是起放大作用的器件,RB是基極偏置電阻,RC是集電極負載電阻。1、3端是輸入,2、3端是輸出。3端是公共點,通常是接地的,也稱"地"端。靜態(tài)時的直流通路見圖1〔b,動態(tài)時交流通路見圖1〔c。電路的特點是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多,輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的,性能不夠穩(wěn)定,可用于一般場合。

〔2分壓式偏置共發(fā)射極放大電路

圖2比圖1多用3個元件。基極電壓是由RB1和RB2分壓取得的,所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻RE和電容CE,CE稱交流旁路電容,對交流是短路的；RE則有直流負反饋作用。所謂反饋是指把輸出的變化通過某種方式送到輸入端,作為輸入的一部分。如果送回部分和原來的輸入部分是相減的,就是負反饋。圖中基極真正的輸入電壓是RB2上電壓和RE上電壓的差值,所以是負反饋。由于采取了上面兩個措施,使電路工作穩(wěn)定性能提高,是應用最廣的放大電路?！?射極輸出器

圖3〔a是一個射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖3〔b是它的交流通路圖,可以看到它是共集電極放大電路。

這個圖中,晶體管真正的輸入是Vi和Vo的差值,所以這是一個交流負反饋很深的電路。由于很深的負反饋,這個電路的特點是：電壓放大倍數(shù)小于1而接近1,輸出電壓和輸入電壓同相,輸入阻抗高輸出阻抗低,失真小,頻帶寬,工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級、輸出級或作阻抗匹配之用。

〔4低頻放大器的耦合

一個放大器通常有好幾級,級與級之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級間耦合方式有三種：①RC耦合,見圖4〔a。優(yōu)點是簡單、成本低。但性能不是最佳。②變壓器耦合,見圖4〔b。優(yōu)點是阻抗匹配好、輸出功率和效率高,但變壓器制作比較麻煩。③直接耦合,見圖4〔c。優(yōu)點是頻帶寬,可作直流放大器使用,但前后級工作有牽制,穩(wěn)定性差,設計制作較麻煩。功率放大器

能把輸入信號放大并向負載提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音機的末級放大器就是功率放大器。

〔1甲類單管功率放大器

圖5是單管功率放大器,C1是輸入電容,T是輸出變壓器。它的集電極負載電阻Ri′是將負載電阻RL通過變壓器匝數(shù)比折算過來的：

RC′=〔N1N22RL=N2RL

負載電阻是低阻抗的揚聲器,用變壓器可以起阻抗變換作用,使負載得到較大的功率。

這個電路不管有沒有輸入信號,晶體管始終處于導通狀態(tài),靜態(tài)電流比較大,困此集電極損耗較大,效率不高,大約只有35％。這種工作狀態(tài)被稱為甲類工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場合,它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是RC耦合。〔2乙類推挽功率放大器

圖6是常用的乙類推挽功率放大電路。它由兩個特性相同的晶體管組成對稱電路,在沒有輸入信號時,每個管子都處于截止狀態(tài),靜態(tài)電流幾乎是零,只有在有信號輸入時管子才導通,這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)。當輸入信號是正弦波時,正半周時VT1導通VT2截止,負半周時VT2導通VT1截止。兩個管子交替出現(xiàn)的電流在輸出變壓器中合成,使負載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。

乙類推挽放大器的輸出功率較大,失真也小,效率也較高,一般可達60％。

〔3OTL功率放大器

目前廣泛應用的無變壓器乙類推挽放大器,簡稱OTL電路,是一種性能很好的功率放大器。為了易于說明,先介紹一個有輸入變壓器沒有輸出變壓器的OTL電路,如圖7。

這個電路使用兩個特性相同的晶體管,兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時,VT1、VT2流過的電流很小,電容C上充有對地為12Ec的直流電壓。在有輸入信號時,正半周時VT1導通,VT2截止,集電極電流ic1方向如圖所示,負載RL上得到放大了的正半周輸出信號。負半周時VT1截止,VT2導通,集電極電流ic2的方向如圖所示,RL上得到放大了的負半周輸出信號。這個電路的關鍵元件是電容器C,它上面的電壓就相當于VT2的供電電壓。

以這個電路為基礎,還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正OTL電路,用PNP管和NPN管組成的互補對稱式OTL電路,以及最新的橋接推挽功率放大器,簡稱BTL電路等等。直流放大器

能夠放大直流信號或變化很緩慢的信號的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測量和控制方面常用到這種放大器。

〔1雙管直耦放大器

直流放大器不能用RC耦合或變壓器耦合,只能用直接耦合方式。圖8是一個兩級直耦放大器。直耦方式會帶來前后級工作點的相互牽制,電路中在VT2的發(fā)射極加電阻RE以提高后級發(fā)射極電位來解決前后級的牽制。直流放大器的另一個更重要的問題是零點漂移。所謂零點漂移是指放大器在沒有輸入信號時,由于工作點不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化,這種變化被逐級放大,使輸出端產(chǎn)生虛假信號。放大器級數(shù)越多,零點漂移越嚴重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場合。

〔2差分放大器

解決零點漂移的辦法是采用差分放大器,圖9是應用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源,其中VT1和VT2的特性相同,兩組電阻數(shù)值也相同,RE有負反饋作用。實際上這是一個橋形電路,兩個RC和兩個管子是四個橋臂,輸出電壓V0從電橋的對角線上取出。沒有輸入信號時,因為RC1=RC2和兩管特性相同,所以電橋是平衡的,輸出是零。由于是接成橋形,零點漂移也很小。

差分放大器有良好的穩(wěn)定性,因此得到廣泛的應用。集成運算放大器

集成運算放大器是一種把多級直流放大器做在一個集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因為它早期是用在模擬計算機中做加法器、乘法器用的,所以叫做運算放大器。它有十多個引腳,一般都用有3個端子的三角形符號表示,如圖10。它有兩個輸入端、1個輸出端,上面那個輸入端叫做反相輸入端,用"—"作標記；下面的叫同相輸入端,用"＋"作標記。

集成運算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運算,也可以接成交流或直流放大器應用。在作放大器應用時有：

〔1帶調(diào)零的同相輸出放大電路

圖11是帶調(diào)零端的同相輸出運放電路。引腳1、11、12是調(diào)零端,調(diào)整RP可使輸出端〔8在靜態(tài)時輸出電壓為零。9、6兩腳分別接正、負電源。輸入信號接到同相輸入端〔5,因此輸出信號和輸入信號同相。放大器負反饋經(jīng)反饋電阻R2接到反相輸入端〔4。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于1的。〔2反相輸出運放電路

也可以使輸入信號從反相輸入端接入,如圖12。如對電路要求不高,可以不用調(diào)零,這時可以把3個調(diào)零端短路。

輸入信號從耦合電容C1經(jīng)R1接入反相輸入端,而同相輸入端通過電阻R3接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于1、等于1或小于1。

〔3同相輸出高輸入阻抗運放電路

圖13中沒有接入R1,相當于R1阻值無窮大,這時電路的電壓放大倍數(shù)等于1,輸入阻抗可達幾百千歐。放大電路讀圖要點和舉例

放大電路是電子電路中變化較多和較復雜的電路。在拿到一張放大電路圖時,首先要把它逐級分解開,然后一級一級分析弄懂它的原理,最后再全面綜合。讀圖時要注意：①在逐級分析時要區(qū)分開主要元器件和輔助元器件。放大器中使用的輔助元器件很多,如偏置電路中的溫度補償元件,穩(wěn)壓穩(wěn)流元器件,防止自激振蕩的防振元件、去耦元件,保護電路中的保護元件等。②在分析中最主要和困難的是反饋的分析,要能找出反饋通路,判斷反饋的極性和類型,特別是多級放大器,往往以后級將負反饋加到前級,因此更要細致分析。③一般低頻放大器常用RC耦合方式；高頻放大器則常常是和LC調(diào)諧電路有關的,或是用單調(diào)諧或是用雙調(diào)諧電路,而且電路里使用的電容器容量一般也比較小。④注意晶體管和電源的極性,放大器中常常使用雙電源,這是放大電路的特殊性。

例1助聽器電路

圖14是一個助聽器電路,實際上是一個4級低頻放大器。VT1、VT2之間和VT3、VT4之間采用直接耦合方式,VT2和VT3之間則用RC耦合。為了改善音質(zhì),VT1和VT3的本級有并聯(lián)電壓負反饋〔R2和R7。由于使用高阻抗的耳機,所以可以把耳機直接接在VT4的集電極回路內(nèi)。R6、C2是去耦電路,C6是電源濾波電容。例2收音機低放電路

圖15是普及型收音機的低放電路。電路共3級,第1級〔VT1前置電壓放大,第2級〔VT2是推動級,第3級〔VT3、VT4是推挽功放。VT1和VT2之間采用直接耦合,VT2和VT3、VT4之間用輸入變壓器〔T1耦合并完成倒相,最后用輸出變壓器〔T2輸出,使用低阻揚聲器。此外,VT1本級有并聯(lián)電壓負反饋〔R1,T2次級經(jīng)R3送回到VT2有串聯(lián)電壓負反饋。電路中C2的作用是增強高音區(qū)的負反饋,減弱高音以增強低音。R4、C4為去耦電路,C3為電源的濾波電容。整個電路簡單明了。振蕩電路的用途和振蕩條件

不需要外加信號就能自動地把直流電能轉換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號的電路就稱為振蕩電路或振蕩器。這種現(xiàn)象也叫做自激振蕩?；蛘哒f,能夠產(chǎn)生交流信號的電路就叫做振蕩電路。

一個振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡。放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大使輸出信號保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號是相位相同的,只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡則只允許某個特定頻率f0能通過,使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。

振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個條件決定的；一個是反饋電壓uf和輸入電壓Ui要相等,這是振幅平衡條件。二是uf和ui必須相位相同,這是相位平衡條件,也就是說必須保證是正反饋。一般情況下,振幅平衡條件往往容易做到,所以在判斷一個振蕩電路能否振蕩,主要是看它的相位平衡條件是否成立。

振蕩器按振蕩頻率的高低可分成超低頻〔20赫以下、低頻〔20赫～200千赫、高頻〔200千赫～30兆赫和超高頻〔10兆赫～350兆赫等幾種。按振蕩波形可分成正弦波振蕩和非正弦波振蕩兩類。

正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡所用的元件可以分成LC振蕩器、RC振蕩器和石英晶體振蕩器三種。石英晶體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度,只在要求很高的場合使用。在一般家用電器中,大量使用著各種LC振蕩器和RG振蕩器。

LC振蕩器

LC振蕩器的選頻網(wǎng)絡是LC諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高,常見電路有3種。

〔1變壓器反饋LC振蕩電路

圖1〔a是變壓器反饋LC振蕩電路。晶體管VT是共發(fā)射極放大器。變壓器T的初級是起選頻作用的LC諧振電路,變壓器T的次級向放大器輸入提供正反饋信號。接通電源時,LC回路中出現(xiàn)微弱的瞬變電流,但是只有頻率和回路諧振頻率f0相同的電流才能在回路兩端產(chǎn)生較高的電壓,這個電壓通過變壓器初次級L1、L2的耦合又送回到晶體管V的基極。從圖1〔b看到,只要接法沒有錯誤,這個反饋信號電壓是和輸入信號電壓相位相同的,也就是說,它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強并最后穩(wěn)定下來。

變壓器反饋LC振蕩電路的特點是：頻率范圍寬、容易起振,但頻率穩(wěn)定度不高。它的振蕩頻率是：f0=1／2πLC。常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號。

〔2電感三點式振蕩電路

圖2〔a是另一種常用的電感三點式振蕩電路。圖中電感L1、L2和電容C組成起選頻作用的諧振電路。從L2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖2〔b看到,晶體管的輸入電壓和反饋電壓是同相的,滿足相位平衡條件的,因此電路能起振。由于晶體管的3個極是分別接在電感的3個點上的,因此被稱為電感三點式振蕩電路。

電感三點式振蕩電路的特點是：頻率范圍寬、容易起振,但輸出含有較多高次調(diào)波,波形較差。它的振蕩頻率是：f0=1/2πLC,其中L=L1＋L2＋2M。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號?！?電容三點式振蕩電路

還有一種常用的振蕩電路是電容三點式振蕩電路,見圖3〔a。圖中電感L和電容C1、C2組成起選頻作用的諧振電路,從電容C2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖3〔b看到,晶體管的輸入電壓和反饋電壓同相,滿足相位平衡條件,因此電路能起振。由于電路中晶體管的3個極分別接在電容C1、C2的3個點上,因此被稱為電容三點式振蕩電路。

電容三點式振蕩電路的特點是：頻率穩(wěn)定度較高,輸出波形好,頻率可以高達100兆赫以上,但頻率調(diào)節(jié)范圍較小,因此適合于作固定頻率的振蕩器。它的振蕩頻率是：f0=1/2πLC,其中C=C1C2C1+C2。

上面3種振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高,容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高,而且頻率穩(wěn)定性好。RC振蕩器

RC振蕩器的選頻網(wǎng)絡是RC電路,它們的振蕩頻率比較低。常用的電路有兩種。

〔1RC相移振蕩電路

圖4〔a是RC相移振蕩電路。電路中的3節(jié)RC網(wǎng)絡同時起到選頻和正反饋的作用。從圖4〔b的交流等效電路看到：因為是單級共發(fā)射極放大電路,晶體管VT的輸出電壓Uo與輸出電壓Ui在相位上是相差180°。當輸出電壓經(jīng)過RC網(wǎng)絡后,變成反饋電壓Uf又送到輸入端時,由于RC網(wǎng)絡只對某個特定頻率f0的電壓產(chǎn)生180°的相移,所以只有頻率為f0的信號電壓才是正反饋而使電路起振?？梢奟C網(wǎng)絡既是選頻網(wǎng)絡,又是正反饋電路的一部分。

RC相移振蕩電路的特點是：電路簡單、經(jīng)濟,但穩(wěn)定性不高,而且調(diào)節(jié)不方便。一般都用作固定頻率振蕩器和要求不太高的場合。它的振蕩頻率是：當3節(jié)RC網(wǎng)絡的參數(shù)相同時：f0=12π6RC。頻率一般為幾十千赫。

〔2RC橋式振蕩電路

圖5〔a是一種常見的RC橋式振蕩電路。圖中左側的R1C1和R2C2串并聯(lián)電路就是它的選頻網(wǎng)絡。這個選頻網(wǎng)絡又是正反饋電路的一部分。這個選頻網(wǎng)絡對某個特定頻率為f0的信號電壓沒有相移〔相移為0°,其它頻率的電壓都有大小不等的相移。由于放大器有2級,從V2輸出端取出的反饋電壓Uf是和放大器輸入電壓同相的〔2級相移360°=0°。因此反饋電壓經(jīng)選頻網(wǎng)絡送回到VT1的輸入端時,只有某個特定頻率為f0的電壓才能滿足相位平衡條件而起振?？梢奟C串并聯(lián)電路同時起到了選頻和正反饋的作用。

實際上為了提高振蕩器的工作質(zhì)量,電路中還加有由Rt和RE1組成的串聯(lián)電壓負反饋電路。其中Rt是一個有負溫度系數(shù)的熱敏電阻,它對電路能起到穩(wěn)定振蕩幅度和減小非線性失真的作用。從圖5〔b的等效電路看到,這個振蕩電路是一個橋形電路。R1C1、R2C2、Rt和RE1分別是電橋的4個臂,放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個對角線上,所以被稱為RC橋式振蕩電路。

RC橋式振蕩電路的性能比RC相移振蕩電路好。它的穩(wěn)定性高、非線性失真小,頻率調(diào)節(jié)方便。它的振蕩頻率是：當R1=R2=R、C1=C2=C時f0=12πRC。它的頻率范圍從1赫～1兆赫。調(diào)幅和檢波電路

廣播和無線電通信是利用調(diào)制技術把低頻聲音信號加到高頻信號上發(fā)射出去的。在接收機中還原的過程叫解調(diào)。其中低頻信號叫做調(diào)制信號,高頻信號則叫載波。常見的連續(xù)波調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種,對應的解調(diào)方法就叫檢波和鑒頻。

下面我們先介紹調(diào)幅和檢波電路。

〔1調(diào)幅電路

調(diào)幅是使載波信號的幅度隨著調(diào)制信號的幅度變化,載波的頻率和相應不變。能夠完成調(diào)幅功能的電路就叫調(diào)幅電路或調(diào)幅器。

調(diào)幅是一個非線性頻率變換過程,所以它的關鍵是必須使用二極管、三極管等非線性器件。根據(jù)調(diào)制過程在哪個回路里進行可以把三極管調(diào)幅電路分成集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅和發(fā)射極調(diào)幅3種。下面舉集電極調(diào)幅電路為例。

圖6是集電極調(diào)幅電路,由高頻載波振蕩器產(chǎn)生的等幅載波經(jīng)T1加到晶體管基極。低頻調(diào)制信號則通過T3耦合到集電極中。C1、C2、C3是高頻旁路電容,R1、R2是偏置電阻。集電極的LC并聯(lián)回路諧振在載波頻率上。如果把三極管的靜態(tài)工作點選在特性曲線的彎曲部分,三極管就是一個非線性器件。因為晶體管的集電極電流是隨著調(diào)制電壓變化的,所以集電極中的2個信號就因非線性作用而實現(xiàn)了調(diào)幅。由于LC諧振回路是調(diào)諧在載波的基頻上,因此在T2的次級就可得到調(diào)幅波輸出?！?檢波電路

檢波電路或檢波器的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號。它的工作過程正好和調(diào)幅相反。檢波過程也是一個頻率變換過程,也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號,還必須使用濾波器濾除高頻分量,所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面舉二極管檢波器為例說明它的工作。

圖7是一個二極管檢波電路。VD是檢波元件,C和R是低通濾波器。當輸入的已調(diào)波信號較大時,二極管VD是斷續(xù)工作的。正半周時,二極管導通,對C充電；負半周和輸入電壓較小時,二極管截止,C對R放電。在R兩端得到的電壓包含的頻率成分很多,經(jīng)過電容C濾除了高頻部分,再經(jīng)過隔直流電容C0的隔直流作用,在輸出端就可得到還原的低頻信號。調(diào)頻和鑒頻電路

調(diào)頻是使載波頻率隨調(diào)制信號的幅度變化,而振幅則保持不變。鑒頻則是從調(diào)頻波中解調(diào)出原來的低頻信號,它的過程和調(diào)頻正好相反。

〔1調(diào)頻電路

能夠完成調(diào)頻功能的電路就叫調(diào)頻器或調(diào)頻電路。常用的調(diào)頻方法是直接調(diào)頻法,也就是用調(diào)制信號直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖8畫出了它的大意,圖中用一個可變電抗元件并聯(lián)在諧振回路上。用低頻調(diào)制信號控制可變電抗元件參數(shù)的變化,使載波振蕩器的頻率發(fā)生變化。

〔2鑒頻電路

能夠完成鑒頻功能的電路叫鑒頻器或鑒頻電路,有時也叫頻率檢波器。鑒頻的方法通常分二步,第一步先將等幅的調(diào)頻波變成幅度隨頻率變化的調(diào)頻—調(diào)幅波,第二步再用一般的檢波器檢出幅度變化,還原成低頻信號。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等脈沖電路的用途和特點

在電子電路中,電源、放大、振蕩和調(diào)制電路被稱為模擬電子電路,因為它們加工和處理的是連續(xù)變化的模擬信號。電子電路中另一大類電路的數(shù)字電子電路。它加工和處理的對象是不連續(xù)變化的數(shù)字信號。數(shù)字電子電路又可分成脈沖電路和數(shù)字邏輯電路,它們處理的都是不連續(xù)的脈沖信號。脈沖電路是專門用來產(chǎn)生電脈沖和對電脈沖進行放大、變換和整形的電路。家用電器中的定時器、報警器、電子開關、電子鐘表、電子玩具以及電子醫(yī)療器具等,都要用到脈沖電路。

電脈沖有各式各樣的形狀,有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形、階梯形和尖頂形的,最具有代表性的是矩形脈沖。要說明一個矩形脈沖的特性可以用脈沖幅度Um、脈沖周期T或頻率f、脈沖前沿tr、脈沖后沿tf和脈沖寬度tk來表示。如果一個脈沖的寬度tk=1／2T,它就是一個方波。

脈沖電路和放大振蕩電路最大的不同點,或者說脈沖電路的特點是：脈沖電路中的晶體管是工作在開關狀態(tài)的。大多數(shù)情況下,晶體管是工作在特性曲線的飽和區(qū)或截止區(qū)的,所以脈沖電路有時也叫開關電路。從所用的晶體管也可以看出來,在工作頻率較高時都采用專用的開關管,如2AK、2CK、

DK、3AK型管,只有在工作頻率較低時才使用一般的晶體管。

就拿脈沖電路中最常用的反相器電路〔圖1來說,從電路形式上看,它和放大電路中的共發(fā)射

電路很相似。在放大電路中,基極電阻Rb2是接到正電源上以取得基極偏壓；而這個電路中,為了保證電路可靠地截止,Rb2是接到一個負電源上的,而且Rb1和Rb2的數(shù)值是按晶體管能可靠地進入飽和區(qū)或

止區(qū)的要求計算出來的。不僅如此,為了使晶體管開關速度更快,在基極上還加有加速電容C,在脈

前沿產(chǎn)生正向尖脈沖可使晶體管快速進入導通并飽和；在脈沖后沿產(chǎn)生負向尖脈沖使晶體管快速進入截止狀態(tài)。除了射極輸出器是個特例,脈沖電路中的晶體管都是工作在開關狀態(tài)的,這是一個特點。

脈沖電路的另一個特點是一定有電容器〔用電感較少作關鍵元件,脈沖的產(chǎn)生、波形的變換都離不開電容器的充放電。產(chǎn)生脈沖的多諧振蕩器

脈沖有各種各樣的用途,有對電路起開關作用的控制脈沖,有起統(tǒng)帥全局作用的時鐘脈沖,有做計數(shù)用的計數(shù)脈沖,有起觸發(fā)啟動作用的觸發(fā)脈沖等等。不管是什么脈沖,都是由脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的,而且大多是短形脈沖或以矩形脈沖為原型變換成的。因為矩形脈沖含有豐富的諧波,所以脈沖信號發(fā)生器也叫自激多諧振蕩器或簡稱多諧振蕩器。如果用門來作比喻,多諧振蕩器輸出端時開時閉的狀態(tài)可以把多諧振蕩器比作賓館的自動旋轉門,它不需要人去推動,總是不停地開門和關門。

〔1集基耦合多諧振蕩器

圖2是一個典型的分立元件集基耦合多諧振蕩器。它由兩個晶體管反相器經(jīng)RC電路交叉耦合接成正反饋電路組成。兩個電容器交替充放電使兩管交替導通和截止,使電路不停地從一個狀態(tài)自動翻轉到另一個狀態(tài),形成自激振蕩。從A點或B點可得到輸出脈沖。當Rb1=Rb2=R,Cb1=Cb2=C時,輸出是幅度接近E的方波,脈沖周期T=1.4RC。如果兩邊不對稱,則輸出是矩形脈沖

〔3RC環(huán)形振蕩器

圖4是常用的RC環(huán)形振蕩器。它用奇數(shù)個門、首尾相連組成閉環(huán)形,環(huán)路中有RC延時電路。圖中RS是保護電阻,R和C是延時電路元件,它們的數(shù)值決定脈沖周期。輸出脈沖周期T=2.2RC。如果把R換成電位器,就成為脈沖頻率可調(diào)的多諧振蕩器。因為這種電路簡單可靠,使用方便,頻率范圍寬,可以從幾赫變化到幾兆赫,所以被廣泛應用。脈沖變換和整形電路

脈沖在工作中有時需要變換波形或幅度,如把矩形脈沖變成三角波或尖脈沖等,具有這種功能的電路就叫變換電路。脈沖在傳送中會造成失真,因此常常要對波形不好的脈沖進行修整,使它整舊如新,具有這種功能的電路就叫整形電路。〔1微分電路

微分電路是脈沖電路中最常用的波形變換電路,它和放大電路中的RC耦合電路很相似,見圖5。當電路時間常數(shù)τ=RC<<tk時,輸入矩形脈沖,由于電容器充放電極快,輸出可得到一對尖脈沖。輸入脈沖前沿則輸出正向尖脈沖,輸入脈沖后沿則輸出負向尖脈沖。這種尖脈沖常被用作觸發(fā)脈沖或計數(shù)脈沖。

〔2積分電路

把圖5中的R和C互換,并使τ=RC>>tk,電路就成為積分電路,見圖6。當輸入矩形脈沖時,由于電容器充放電很慢,輸出得到的是一串幅度較低的近似三角形的脈沖波。

〔3限幅器

能限制脈沖幅值的電路稱為限幅器或削波器。圖7是用二極管和電阻組成的上限幅電路。它能把輸入的正向脈沖削掉。如果把二極管反接,就成為削掉負脈沖的下限幅電路。

用二極帶或三極管等非線性器件可組成各種限幅器,或是變換波形〔如把輸入脈沖變成方波、梯形波、尖脈沖等,或是對脈沖整形〔如把輸入高低不平的脈沖系列削平成為整齊的脈沖系列等。

〔4箝位器

能把脈沖電壓維持在某個數(shù)值上而使波形保持不變的電路稱為箝位器。它也是整形電路的一種。例如電視信號在傳輸過程中會造成失真,為了使脈沖波形恢復原樣,接收機里就要用箝位電路把波形頂部箝制在某個固定電平上。

圖8中反相器輸出端上就有一個箝位二極管VD。如果沒有這個二極管,輸出脈沖高電平應該是12伏,現(xiàn)在增加了箝位二極管,輸出脈沖高電平被箝制在3伏上。

此外,象反相器、射極輸出器等電路也有"整舊如新"的作用,也可認為是整形電路。

有記憶功能的雙穩(wěn)電路多諧振蕩器的輸出總是時高時低地變換,所以它也叫無穩(wěn)態(tài)電路。另一種雙穩(wěn)態(tài)電路就絕然不同,雙穩(wěn)電路有兩個輸出端,它們總是處于相反的狀態(tài)：一個是高電平,另一個必定是低電平。它的特點是如果沒有外來的觸發(fā),輸出狀態(tài)能一直保持不變。所以常被用作寄存二進制數(shù)碼的單元電路。

〔1集基耦合雙穩(wěn)電路

圖9是用分立元件組成的集基耦合雙穩(wěn)電路。它由一對用電阻交叉耦合的反相器組成。它的兩個管子總是一管截止一管飽和,例如當VT1管飽和時VT2管就截止,這時A點是低電平B點是高電平。如果沒有外來的觸發(fā)信號,它就保持這種狀態(tài)不變。如把高電平表示數(shù)字信號"1",低電平表示"0",那么這時就可以認為雙穩(wěn)電路已經(jīng)把數(shù)字信號"1"寄存在B端了。

電路的基極分別加有微分電路。如果在VT1基極加上一個負脈沖〔稱為觸發(fā)脈沖,就會使VT1基極電位下降,由于正反饋的作用,使VT1很快從飽和轉入截止,VT2從截止轉入飽和。于是雙穩(wěn)電路翻轉成A端為"1",B端為"0",并一直保持下去。

〔2觸發(fā)脈沖的觸發(fā)方式和極性

雙穩(wěn)電路的觸發(fā)電路形式和觸發(fā)脈沖極性選擇比較復雜。從觸發(fā)方式看,因為有直流觸發(fā)〔電位觸發(fā)和交流觸發(fā)〔邊沿觸發(fā)的分別,所以觸發(fā)電路形式各有不同。從脈沖極性看,也是隨著晶體管極性、觸發(fā)脈沖加在哪個管子〔飽和管還是截止管上、哪個極上〔基極還是集電極而變化的。在實際應用中,因為微分電路能容易地得到尖脈沖,觸發(fā)效果較好,所以都用交流觸發(fā)方式。觸發(fā)脈沖所加的位置多數(shù)是加在飽和管的基極上。所以使用NPN管的雙穩(wěn)電路所加的是負脈沖,而PNP管雙穩(wěn)電路所加的是正脈沖。

〔3集成觸發(fā)器除了用分立元件外,也可以用集成門電路組成雙穩(wěn)電路。但實際上因為目前有大量的集成化雙穩(wěn)觸發(fā)器產(chǎn)品可供選用,如R—S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J－K觸發(fā)器等等,所以一般不使用門電路搭成的雙穩(wěn)電路而直接選用現(xiàn)成產(chǎn)品。有延時功能的單穩(wěn)電路

無穩(wěn)電路有2個暫穩(wěn)態(tài)而沒有穩(wěn)態(tài),雙穩(wěn)電路則有2個穩(wěn)態(tài)而沒有暫穩(wěn)態(tài)。脈沖電路中常用的第3種電路叫單穩(wěn)電路,它有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。如果也用門來作比喻,單穩(wěn)電路可以看成是一扇彈簧門,平時它總是關著的,"關"是它的穩(wěn)態(tài)。當有人推它或拉它時門就打開,但由于彈力作用,門很快又自動關上,恢復到原來的狀態(tài)。所以"開"是它的暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)電路常被用作定時、延時控制以及整形等。

〔1集基耦合單穩(wěn)電路

圖10是一個典型的集基耦合單穩(wěn)電路。它也是由兩級反相器交叉耦合而成的正反饋電路。它的一半和多諧振蕩器相似,另一半和雙穩(wěn)電路相似,再加它也有一個微分觸發(fā)電路,所以可以想象出它是半個無穩(wěn)電路和半個雙穩(wěn)電路湊合成的,它應該有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。平時它總是一管〔VT1飽和,另一管〔VT2截止,這就是它的穩(wěn)態(tài)。當輸入一個觸發(fā)脈沖后,電路便翻轉到另一種狀態(tài),但這種狀態(tài)只能維持不長的時間,很快它又恢復到原來的狀態(tài)。電路暫穩(wěn)態(tài)的時間是由延時元件R和C的數(shù)值決定的：tt=0.7RC。

〔2集成化單穩(wěn)電路

用集成門電路也可組成單穩(wěn)電路。圖11是微分型單穩(wěn)電路,它用2個與非門交叉連接,門1輸出到門2是用微分電路耦合,門2輸出到門1是直接耦合,觸發(fā)脈沖加到門1的另一個輸入端UI。它的暫穩(wěn)態(tài)時間即定時時間為：tt=〔0.7～1.3RC。脈沖電路的讀圖要點

①脈沖電路的特點是工作在開關狀態(tài),它的輸入輸出都是脈沖,因此分析時要抓住關鍵,把主次電路區(qū)分開,先認定主電路的功能,再分析輔助電路的作用。②從電路結構上抓關鍵找異同。前面介紹了集基耦合方式的三種基本單元電路,它們都由雙管反相器構成正反饋電路,這是它們的相同點。但細分析起來它們還是各有特點的：無穩(wěn)和雙穩(wěn)電路雖然都有對稱形式,但無穩(wěn)電路是用電容耦合,雙穩(wěn)是用電阻直接耦合〔有時并聯(lián)有加速電容,容量一般都很??；而且雙穩(wěn)電路一般都有觸發(fā)電路〔雙端或單端觸發(fā)；單穩(wěn)電路就很好認,它是不對稱的,兼有雙穩(wěn)和單穩(wěn)的形式。這樣一分析,三種電路就很好區(qū)別了。③脈沖電路中,脈沖的生成、變換和整形都和電容器的充、放電有關,電路的時間常數(shù)即R和C的數(shù)值對確定電路的性質(zhì)有極重要的意義,這一點尤為重要數(shù)字邏輯電路的用途和特點

數(shù)字電子電路中的后起之秀是數(shù)字邏輯電路。把它叫做數(shù)字電路是因為電路中傳遞的雖然也是脈沖,但這些脈沖是用來表示二進制數(shù)碼的,例如用高電平表示"1",低電平表示"0"。聲音圖像文字等信息經(jīng)過數(shù)字化處理后變成了一串串電脈沖,它們被稱為數(shù)字信號。能處理數(shù)字信號的電路就稱為數(shù)字電路。

這種電路同時又被叫做邏輯電路,那是因為電路中的"1"和"0"還具有邏輯意義,例如邏輯"1"和邏輯"0"可以分別表示電路的接通和斷開、事件的是和否、邏輯推理的真和假等等。電路的輸出和輸入之間是一種邏輯關系。這種電路除了能進行二進制算術運算外還能完成邏輯運算和具有邏輯推理能力,所以才把它叫做邏輯電路。

由于數(shù)字邏輯電路有易于集成、傳輸質(zhì)量高、有運算和邏輯推理能力等優(yōu)點,因此被廣泛用于計算機、自動控制、通信、測量等領域。一般家電產(chǎn)品中,如定時器、告警器、控制器、電子鐘表、電子玩具等都要用數(shù)字邏輯電路。

數(shù)字邏輯電路的第一個特點是為了突出"邏輯"兩個字,使用的是獨特的圖形符號。數(shù)字邏輯電路中有門電路和觸發(fā)器兩種基本單元電路,它們都是以晶體管和電阻等元件組成的,但在邏輯電路中我們只用幾個簡化了的圖形符號去表示它們,而不畫出它們的具體電路,也不管它們使用多高電壓,是TTL電路還是CMOS電路等等。按邏輯功能要求把這些圖形符號組合起來畫成的圖就是邏輯電路圖,它完全不同于一般的放大振蕩或脈沖電路圖。

數(shù)字電路中有關信息是包含在0和1的數(shù)字組合內(nèi)的,所以只要電路能明顯地區(qū)分開0和1,0和1的組合關系沒有破壞就行,脈沖波形的好壞我們是不XX會的。所以數(shù)字邏輯電路的第二個特點是我們主要關心它能完成什么樣的邏輯功能,較少考慮它的電氣參數(shù)性能等問題。也因為這個原因,數(shù)字邏輯電路中使用了一些特殊的表達方法如真值表、特征方程等,還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數(shù)、卡諾圖等等,這些也都與放大振蕩電路不同。門電路和觸發(fā)器

〔1門電路

門電路可以看成是數(shù)字邏輯電路中最簡單的元件。目前有大量集成化產(chǎn)品可供選用。

最基本的門電路有3種：非門、與門和或門。非門就是反相器,它把輸入的0信號變成1,1變成0。這種邏輯功能叫"非",如果輸入是A,輸出寫成P=A。與門有2個以上輸入,它的功能是當輸入都是1時,輸出才是1。這種功能也叫邏輯乘,如果輸入是A、B,輸出寫成P=A·B。或門也有2個以上輸入,它的功能是輸入有一個1時,輸出就是1。這種功能也叫邏輯加,輸出就寫成P=A＋B。

把這三種基本門電路組合起來可以得到各種復合門電路,如與門加非門成與非門,或門加非門成或非門。圖1是它們的圖形符號和真值表。此外還有與或非門、異或門等等。

數(shù)字集成電路有TTL、HTL、CMOS等多種,所用的電源電壓和極性也不同,但只要它們有相同的邏輯功能,就用相同的邏輯符號。而且一般都規(guī)定高電平為1、低電平為0。

〔2觸發(fā)器

觸發(fā)器實際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路,它的電路和功能都比門電路復雜,它也可看成是數(shù)字邏輯電路中的元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有D觸發(fā)器和J—K觸發(fā)器。

D觸發(fā)器有一個輸入端D和一個時鐘信號輸入端CP,為了區(qū)別在CP端加有箭頭。它有兩個輸出端,一個是Q一個是Q,加有小圈的輸出端是Q端。另外它還有兩個預置端RD和SD,平時正常工作時要RD和SD端都加高電平1,如果使RD=0〔SD仍為1,則觸發(fā)器被置成Q=0；如果使SD=0〔RD=1,則被置成Q=1。因此RD端稱為置0端,SD端稱為置1端。D觸發(fā)器的邏輯符號見圖2,圖中Q、D、SD端畫在同一側；Q、RD畫在另一側。RD和SD都帶小圓圈,表示要加上低電平才有效。

D觸發(fā)器是受CP和D端雙重控制的,CP加高電平1時,它的輸出和D的狀態(tài)相同。如D=0,CP來到后,Q=0；如D=1,CP來到后,Q=1。CP脈沖起控制開門作用,如果CP=0,則不管D是什么狀態(tài),觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變。這樣的邏輯功能畫成表格就稱為功能表或特性表,見圖2。表中Qn+1表示加上觸發(fā)信號后變成的狀態(tài),Qn是原來的狀態(tài)。"X"表示是0或1的任意狀態(tài)。

有的D觸發(fā)器有幾個D輸入端：D1、D2…它們之間是邏輯與的關系,也就是只有當D1、D2…都是1時,輸出端Q才是1。

另一種性能更完善的觸發(fā)器叫J－K觸發(fā)器。它有兩個輸入端：J端和K端,一個CP端,兩個預置端：RD端和SD端,以及兩個輸出端：Q和Q端。它的邏輯符號見圖3。J－K觸發(fā)器是在CP脈沖的下陣沿觸發(fā)翻轉的,所以在CP端畫一個小圓圈以示區(qū)別。圖中,J、SD、Q畫在同一側,K、RD、Q畫在另一側。

J－K觸發(fā)器的邏輯功能見圖3。有CP脈沖時〔即CP=1：J、K都為0,觸發(fā)器狀態(tài)不變；Qn＋1=Qn,J＝0、K=1,觸發(fā)器被置0：Qn＋1=0；J=1、K=0,Qn+1=1；J=1、K=1,觸發(fā)器翻轉一下：Qn＋1=Qn。如果不加時鐘脈沖,即CP=0時,不管J、K端是什么狀態(tài),觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變：Qn＋1=Qn。有的J—K觸發(fā)器同時有好幾個J端和K端,J1、J2…和K1、K2…之間都是邏輯與的關系。有的J－K觸發(fā)器是在CP的上升沿觸發(fā)翻轉的,這時它的邏輯符號圖的CP端就不帶小圓圈。也有的時候為了使圖更簡潔,常常把RD和SD端省略不畫編碼器和譯碼器

能夠把數(shù)字、字母變換成二進制數(shù)碼的電路稱為編碼器。反過來能把二進制數(shù)碼還原成數(shù)字、字母的電路就稱為譯碼器。

〔1編碼器

圖4〔a是一個能把十進制數(shù)變成二進制碼的編碼器。一個十進制數(shù)被表示成二進制碼必須4位,常用的碼是使從低到高的每一位二進制碼相當于十進制數(shù)的1、2、4、8,這種碼稱為8－4－2－1碼或簡稱BCD碼。所以這種編碼器就稱為"10線-4線編碼器"或"DEC／BCD編碼器"。

從圖看到,它是由與非門組成的。有10個輸入端,用按鍵控制,平時按鍵懸空相當于接高電平1。它有4個輸出端ABCD,輸出8421碼。如果按下"1"鍵,與"1"鍵對應的線被接地,等于輸入低電平0、于是門D輸出為1,整個輸出成0001。

如按下"7"鍵,則B門、C門、D門輸出為1,整個輸出成0111。如果把這些電路都做在一個集成片內(nèi),便得到集成化的10線4線編碼器,它的邏輯符號見圖4〔b。左側有10個輸入端,帶小圓圈表示要用低電平,右側有4個輸出端,從上到下按從低到高排列。使用時可以直接選用。

〔2譯碼器

要把二進制碼還原成十進制數(shù)就要用譯碼器。它也是由門電路組成的,現(xiàn)在也有集成化產(chǎn)品供選用。圖5是一個4線—10線譯碼器。它的左側為4個二進制碼的輸入端,右側有10個輸出端,從上到下按0、1、…9排列表示10個十進制數(shù)。輸出端帶小圓圈表示低電平有效。平時10個輸出端都是高電平1,如輸入為1001碼,輸出"9"端為低電平0,其余9根線仍為高電平1,這表示"9"線被譯中。

如果要想把十進制數(shù)顯示出來,就要使用數(shù)碼管。現(xiàn)以共陽極發(fā)光二極管〔LED七段數(shù)碼顯示管為例,見圖6。它有七段發(fā)光二極管,如每段都接低電平0,七段都被點亮,顯示出數(shù)字"8"；如b、c段接低電平0,其余都接1,顯示的是"1"?？梢娨咽M制數(shù)用七段顯示管顯示出來還要經(jīng)過一次譯碼。如果使用"4線—7線譯碼器"和顯示管配合使用,就很簡單,輸入二進制碼可直接顯示十進制數(shù),見圖6。譯碼器左側有4個二進制碼的輸入端,右側有7個輸出可直接和數(shù)碼管相連。左上側另有一個滅燈控制端IB,正常工作時應加高電平1,如不需要這位數(shù)字顯示就在IB上加低電平0,就可使這位數(shù)字熄滅。寄存器和移位寄存器

〔1寄存器

能夠把二進制數(shù)碼存貯起來的的部件叫數(shù)碼寄存器,簡稱寄存器。圖7是用4個D觸發(fā)器組成的寄存器,它能存貯4位二進制數(shù)。4個CP端連在一起作為控制端,只有CP=1時它才接收和存貯數(shù)碼。4個RD端連在一起成為整個寄存器的清零端。如果要存貯二進制碼1001,只要把它們分別加到觸發(fā)器D端,當CP來到后4個觸發(fā)器從高到低分別被置成1、0、0、1,并一直保持到下一次輸入數(shù)據(jù)之前。要想取出這串數(shù)碼可以從觸發(fā)器的Q端取出。

〔2移位寄存器

有移位功能的寄存器叫移位寄存器,它可以是左移的、右移的,也可是雙向移位的。

圖8是一個能把數(shù)碼逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是：數(shù)碼是逐位串行輸入并加在最低位的D端,然后把低位的Q端連到高一位的D端。這時CP稱為移位脈沖。

先從RD端送低電平清零,使寄存器成0000狀態(tài)。假定要輸入的數(shù)碼是1001,輸入的次序是先高后低逐位輸入。第1個CP后,1被打入第1個觸發(fā)器,寄存器成0001；第2個CP后,Qo的1被移入Q1,新的0打入D1,成為0010；第3個CP后,成為0100；第4個CP后,成為1001。

可見經(jīng)過4個CP,寄存器就寄存了4位二進制碼1001。目前已有品種繁多的集成化寄存器供選用。計數(shù)器和分頻器

〔1計數(shù)器

能對脈沖進行計數(shù)的部件叫計數(shù)器。計數(shù)器品種繁多,有作累加計數(shù)的稱為加法計數(shù)器,有作遞減計數(shù)的稱為減法計數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉來分又有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按數(shù)制來分又有二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和其它進位制的計數(shù)器等等。

現(xiàn)舉一個最簡單的加法計數(shù)器為例,見圖9。它是一個16進制計數(shù)器,最大計數(shù)值是1111,相當于十進制數(shù)15。需要計數(shù)的脈沖加到最低位觸發(fā)器的CP端上,所有的J、K端都接高電平1,各觸發(fā)器Q端接到相鄰高一位觸發(fā)器的CP端上。J—K觸發(fā)器的特性表告訴我們：當J=1、K=1時來一個CP,觸發(fā)器便翻轉一次。在全部清零后,①第1個CP后沿,觸發(fā)器C0翻轉成Q0=1,其余3個觸發(fā)器仍保持0態(tài),整個計數(shù)器的狀態(tài)是0001。②第2個CP后沿,觸發(fā)器C0又翻轉成"Q0=0,C1翻轉成Q1=1,計數(shù)器成0010?！降?5個CP后沿,計數(shù)器成1111?？梢娺@個計數(shù)器確實能對CP脈沖計數(shù)。2分頻器

計數(shù)器的第一個觸發(fā)器是每隔2個CP送出一個進位脈沖,所以每個觸發(fā)器就是一個2分頻的分頻器,16進制計數(shù)器就是一個16分頻的分頻器。

為了提高電子鐘表的精確度,普遍采用的方法是用晶體振蕩器產(chǎn)生32768赫標準信號脈沖,經(jīng)過15級2分頻處理得到1赫的秒信號。因為晶體振蕩器的準確度和穩(wěn)定度很高,所以得到的秒脈沖信號也是精確可靠的。把它們做到一個集成片上便是電子手表專用集成電路產(chǎn)品,見圖10。數(shù)字邏輯電路讀圖要點和舉例

數(shù)字邏輯電路的讀圖步驟和其它電路是相同的,只是在進行電路分析時處處要用邏輯分析的方法。讀圖時要：①先大致了解電路的用途和性能。②找出輸入端、輸出端和關鍵部件,區(qū)分開各種信號并弄清信號的流向。③逐級分析輸出與輸入的邏輯關系,了解各部分的邏輯功能。④最后統(tǒng)觀全局得出分析結果。

例1三路搶答器

圖11是智力競賽用的三路搶答器電路。裁判按下開關SA4,觸發(fā)器全部被置零,進入準備狀態(tài)。這時Q1～Q3均為1,搶答燈不亮；門1和門2輸出為0,門3和門4組成的音頻振蕩器不振蕩,揚聲器無聲。

競賽開始,假定1號臺搶先按下SA1,觸發(fā)器C1翻轉成Q1=1、Q1=0。于是：①門2輸出為1,振蕩器振蕩,揚聲器發(fā)聲；②HL1燈點亮；③門1輸出為1,這時2號、3號臺再按開關也不起作用。裁判宣布競賽結果后,再按一下SA4,電路又進入準備狀態(tài)。

例2彩燈追逐電路

圖12是4位移位寄存器控制的彩燈電路。開始時按下SA,觸發(fā)器C1～C4被置成1000,彩燈HL1被點亮。CP脈沖來到后,寄存器移1位,觸發(fā)器C1～C4成0100,彩燈HL2點亮。第2個CP脈沖點亮HL3,第3個點亮HL4,第4個CP又把觸發(fā)器C1～C4置成1000,又點亮HL1。如此循環(huán)往復,彩燈不停閃爍。只要增加觸發(fā)器可使燈數(shù)增加,改變CP的頻率可變化速度。555集成時基電路的特點

555集成電路開始出現(xiàn)時是作定時器應用的,所以叫做555定時器或555時基電路。但是后來經(jīng)過開發(fā),它除了作定時延時控制外,還可以用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制以及計量檢測等作用；還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路,作為交流信號源以及完成電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等用途。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉,因此目前被廣泛用于各種小家電中。

555集成電路內(nèi)部有幾十個元器件,有分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等,電路比較復雜,是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。它的性能和參數(shù)要在非線性模擬集成電路手冊中才能查到。555集成電路是8腳封裝,圖1〔a是雙列直插型封裝,按輸入輸出的排列可畫成圖1〔b。其中6腳稱閥值端〔TH,是上比較器的輸入。2腳稱觸發(fā)端〔,是下比較器的輸入。3腳是輸出端〔VO,它有0和1兩種狀態(tài),它的狀態(tài)是由輸入端所加的電平?jīng)Q定的。7腳的放電端〔DIS,它是內(nèi)部放電管的輸出,它也有懸空和接地兩種狀態(tài),也是由輸入端的狀態(tài)決定的。4腳是復位端〔,加上低電砰〔＜0.3伏時可使輸出成低電平。5腳稱控制電壓端〔VC,可以用它改變上下觸發(fā)電平值。8腳是電源,1腳為地端。

對于初學者來說,可以把555電路等效成一個帶放電開關的R－S觸發(fā)器,如圖2〔a。這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端；閾值端〔TH可看成是置零端R,要求高電平；觸發(fā)端〔可看成是置位端,低電平有效。它只有1個輸出端VO,VO可等效成觸發(fā)器的Q端。放電端〔DIS可看成由內(nèi)部的放電開關控制的一個接點,放電開關由觸發(fā)器的Q端控制：=1時DIS端接地；=0時DIS端懸空。此外這個觸發(fā)器還有復位端,控制電壓端VC,電源端VDD和地端GND。

這個特殊的R－S觸發(fā)器有2個特點：〔1兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端R即閾值端TH要求高電平,而置低端S即觸發(fā)端則要求低電平?！?兩個輸入端的觸發(fā)電平,也就是使它們翻轉的閾值電壓值也不同,當VC端不接控制電壓時,對TH〔R端來講,>2/3VDD是高電平1,<2/3VDD是低電平0；而對〔端來講,＞1/3VDD是高電平1,＜1/3VDD是低電平0。如果在控制端〔VC加上控制電壓VC,這時上觸發(fā)電平就變成VC值,而下觸發(fā)電平則變成1/2VC?？梢姼淖兛刂贫说目刂齐妷褐悼梢愿淖兩舷掠|發(fā)電平值。

經(jīng)過簡化,555電路可以等效成一個觸發(fā)器,它的功能表見圖2〔b。

555集成電路有雙極型和CMOS型兩種。CMOS型的優(yōu)點是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高,但輸出功率較小,輸出驅(qū)動電流只有幾毫安。雙極型的優(yōu)點是輸出功率大,驅(qū)動電流達200毫安,其它指標則不如CMOS型的。

此外還有一種556雙時基電路,14腳封裝,內(nèi)部包含有兩個相同的時基電路單元。555的應用電路很多,大體上可分為555單穩(wěn)、555雙穩(wěn)和555無穩(wěn)三類。555單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。555的單穩(wěn)電路是利用電容的充放電形成暫穩(wěn)態(tài)的,因此它的輸入端都帶有定時電阻和定時電容,常見的555單穩(wěn)電路有兩種。

〔1人工啟動型單穩(wěn)

將555電路的6、2端并接起來接在RC定時電路上,在定時電容CT兩端接按鈕開關SB,就成為人工啟動型555單穩(wěn)電路,見圖3〔a。用等效觸發(fā)器替代555,并略去與單穩(wěn)工作無關的部分后畫成等效圖3〔b。下面分析它的工作：

①穩(wěn)態(tài)：接上電源后,電容CT很快充到VDD,從圖3〔b看到,觸發(fā)器輸入R=1,=1,從功能表查到輸出Vo=0,這是它的穩(wěn)態(tài)。

②暫穩(wěn)態(tài)：按下開關SB,CT上電荷很快放到零,相當于觸發(fā)器輸入R=0,=0,輸出立即翻轉成Vo=1,暫穩(wěn)態(tài)開始。開關放開后,電源又向CT充電,經(jīng)時間td后,CT上電壓升到>2/3VDD時,輸出又翻轉成V=0,暫穩(wěn)態(tài)結束。td就是單穩(wěn)電路的定時時間或延時時間,它和定時電阻RT和定時電容CT的值有關；td=1.1RTCT?！?脈沖啟動型單穩(wěn)

把555電路的6、7端并接起來接到定時電容CT上,用2端作輸入就成為脈沖啟動型單穩(wěn)電路,見圖4〔a。電路的2端平時接高電平,當輸入接低電平或輸入負脈沖時才啟動電路。用等效觸發(fā)器替代555電路后可畫成圖4〔b。這個電路利用放電端使定時電容能快速放電。下面分析它的工作狀態(tài)：

①穩(wěn)態(tài)：通電后,R=1,=1,輸出Vo=0,DIS端接地,CT上電壓為0即R=0,輸出仍保持Vo=0,這是它的穩(wěn)態(tài)。

②暫穩(wěn)態(tài)：輸入負脈沖后,輸入=0,輸出翻轉成Vo=1,DIS端開路,電源通過RT向CT充電,暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng)過td后,CT上電壓升到＞2/3VDD,這時負脈沖已經(jīng)消失,輸入又成為R=1,=1,輸出又翻轉成Vo=0,暫穩(wěn)態(tài)結束。這時內(nèi)部放電開關接通,DIS端接地,CT上電荷很快放到零,為下一次定時控制作準備。電路的定時時間td=1.1RTCT。

這兩種單穩(wěn)電路常用作定時延時控制。555雙穩(wěn)電路

常見的555雙穩(wěn)電路有兩種。

〔1R-S觸發(fā)器型雙穩(wěn)把555電路的6、2端作為兩個控制輸入端,7端不用,就成為一個R－S觸發(fā)器。要注意的是兩個輸入端的電平要求和閾值電壓都不同,見圖5〔a。有時可能只有一個控制端,這時另一個控制端要設法接死,根據(jù)電路要求可以把R端接到電源端,見圖5〔b,也可以把S端接地,用R端作輸入。

有兩個輸入端的雙穩(wěn)電路常用作電機調(diào)速、電源上下限告警等用途,有一個輸入端的雙穩(wěn)電路常作為單端比較器用作各種檢測電路。

〔2施密特觸發(fā)器型雙穩(wěn)

把555電路的6、2端并接起來成為只有一個輸入端的觸發(fā)器,見圖6〔a。這個觸發(fā)器因為輸出電壓和輸入電壓的關系是一個長方形的回線形,見圖6〔b,所以被稱為施密特觸發(fā)器。從曲線看到,當輸入Vi=0時輸出Vo=1。當輸入電壓從0上升時,要升到＞2/3VDD以后,Vo才翻轉成0。而當輸入電壓從最高值下降時,要降到<1/3VDD以后,Vo才翻轉成1。所以輸出電壓和輸入電壓之間是一個回線形曲線。由于它的輸入有兩個不同的閾值電壓,所以這種電路被用作電子開關,各種控制電路,波形變換和整形的用途。555無穩(wěn)電路

無穩(wěn)電路有2個暫穩(wěn)態(tài),它不需要外觸發(fā)就能自動從一種暫穩(wěn)態(tài)翻轉到另一種暫穩(wěn)態(tài),它的輸出是一串矩形脈沖,所以它又稱為自激多諧振蕩器或脈沖振蕩器。555的無穩(wěn)電路有多種,這里介紹常用的3種。

〔1直接反饋型555無穩(wěn)

利用555施密特觸發(fā)器的回滯特性,在它的輸入端接電容C,再在輸